EP0700234B1 - Dispositif de montage d'une électrode composite à autocuisson pour four électrique à arc - Google Patents

Dispositif de montage d'une électrode composite à autocuisson pour four électrique à arc Download PDF

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EP0700234B1
EP0700234B1 EP95420249A EP95420249A EP0700234B1 EP 0700234 B1 EP0700234 B1 EP 0700234B1 EP 95420249 A EP95420249 A EP 95420249A EP 95420249 A EP95420249 A EP 95420249A EP 0700234 B1 EP0700234 B1 EP 0700234B1
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ferrule
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electric arc
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Pechiney Electrometallurgie SAS
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    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
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    • H05B7/08—Electrodes non-consumable
    • H05B7/085—Electrodes non-consumable mainly consisting of carbon
    • H05B7/09—Self-baking electrodes, e.g. Söderberg type electrodes

Definitions

  • the invention relates to the field of oven electrodes electric arc and, more specifically, electrodes self-cooking, called SODERBERG electrodes, for carbothermal reduction, such as production furnaces metallurgical silicon.
  • this support piece is a column forming a pre-baked carbon or graphite electrode, consisting elements assembled by means of nipples, i.e. double conical thread fittings, made in the same material, and screwed onto the two elements to be assembled.
  • the positioning of the collets of the column does not allow large amplitude displacements. he must therefore frequently reposition the clamps on the column as the electrode is consumed, which contributes to worsening the damage caused to the spine by pliers.
  • the subject of the invention is a device for mounting a self-cooking electrode, fitted with a metal ferrule cylindrical and a central column in graphite or precooked carbon consisting of elements assembled by nipples, not having the disadvantages mentioned above.
  • the central column is suspended from a support which is movable vertically with respect to the ferrule over a length greater than that of the elements.
  • the displacement of the support can be obtained using jacks.
  • the column can be fixed to the mobile support using a piece threaded, integral with the support and the thread of which is identical to that of the assembly nipples of the elements of the column.
  • the composite electrode (1) consists of a ferrule cylindrical metal (2) used to contain the carbonaceous paste introduced at its top and which will gradually cook in going down into the oven.
  • a central column (3) cylindrical of the same axis as the ferrule, is made up of elements identical in pre-baked carbon or graphite, provided at their two ends of tapered and threaded conical holes above the others by nipples (4).
  • Column (3) is retained at its top by a metal part (5) reproducing at its end the thread of the nipples (4).
  • the part (5) is directly screwed onto the upper element of the column (3).
  • This part (5) is supported by a frame (6), the relative position with respect to the shell (2) and the frame (7) of which it is integral, is controlled by two jacks (8) whose stroke is greater than the length of the elements forming the column (3).
  • This assembly allows the electrode (1) to be slid a length equal to or greater than that of an element in column (3) without having to resume fixing between the column (3) and the piece (5).
  • the stroke of the cylinders (8) is sufficient to allow the length of the column to be extended by one element (3) by having to make only one takeover operation on column (3). So the surface of the carbon elements or graphite is not damaged by any kind of tightening and the tensile strength of the column (3) is fully preserved.
  • the upper element of the column (3) is fixed to a part (5) steel finished with a shape identical to that of a nipple (4).
  • Mobile equipment consisting of a chassis (6) supporting the part (5) and jacks (8) allows to support and position the electrode over a length of 1850 mm in acting only on the volume of oil injected into the cylinders.

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Description

Domaine technique
L'invention concerne le domaine des électrodes pour four électrique à arc et, plus spécialement, des électrodes à autocuisson, dites électrodes SODERBERG, pour fours de réduction carbothermique, tels que les fours de production de silicium métallurgique.
Etat de la technique
Le principe des électrodes à autocuisson, qui consiste à introduire une pâte carbonée crue dans le four à l'intérieur d'une virole cylindrique et à cuire cette pâte de manière continue au cours de son utilisation dans le four, est connu depuis le brevet déposé en 1917 par C.W. SODERBERG, G. SEM et J. WESTLY au nom de la société Det Norske Aktielselkap for Elektrokemisk Industri (correspondant à FR 488778).
Cette technique aujourd'hui largement utilisée conduit à constituer des électrodes continues qui contiennent, si on ne fait rien pour le prévenir, environ 2,5% de fer provenant de la virole en acier.
Pour constituer des électrodes continues à plus faible teneur en fer, plusieurs solutions ont été proposées, qui consistent toutes à désolidariser mécaniquement l'électrode et sa virole, de façon à pouvoir glisser l'électrode sans allonger d'autant la virole. On utilise alors, au lieu de la virole munie d'ailettes internes pour le soutien de l'électrode prévue dans le dispositif initial, une virole lisse sans ailettes. Cette disposition a d'ailleurs été testée par ELEKTROKEMISK dès 1917 (cf. Sôderberg Electrode 75 Year Anniversary Seminar, Kristiansand, 6-8 Juin 1994, G. SEM "The conception and birth of the Söderberg Electrode.")
La suppression des ailettes ne permettant plus de supporter le poids de l'électrode par l'intermédiaire de sa virole, il faut alors avoir recours à un montage différent du montage Söderberg classique et consistant à supporter le poids de l'électrode au moyen d'une pièce prisonnière de la pâte cuite, qui se consomme en même temps que l'électrode elle-même.
Dans le brevet italien 606568 déposé en 1959 par la société EDISON, cette pièce est une bande d'acier perforée.
Dans le brevet US 4575856 de J.A. PERSSON délivré le 11/03/1986, cette pièce de support est une colonne formant une électrode précuite en carbone ou en graphite, constituée d'éléments assemblés au moyen de nipples, c'est à dire de raccords à double filetage cônique, réalisés dans le même matériau, et vissés sur les deux éléments à assembler. Le brevet FR 2683421 déposé par la société espagnole CARBUROS METALLICOS, revendique diverses adaptations de cette technique.
Le montage proposé dans ces deux derniers brevets présente un certain nombre d'inconvénients.
D'une part, l'effort mécanique nécessaire pour compenser le poids de l'électrode est transmis à la colonne par un système de pinces. Cet effort peut atteindre des valeurs importantes, de l'ordre de 50000 à 75000 N. Il faut donc exercer sur la pince une pression de serrage très importante, car le coefficient de frottement entre le carbone et l'acier est faible. En exploitation, ce type de montage entraíne une dégradation de la surface de la colonne de graphite qui augmente les risques de rupture du fait de l'effort de traction auquel elle est soumise. Or, cette rupture peut avoir des conséquences graves sur l'électrode elle-même ainsi que sur le four où elle est montée.
D'autre part, le positionnement des pinces de serrage de la colonne ne permet pas des déplacements de grande amplitude. Il faut donc repositionner fréquemment les pinces sur la colonne au fur et à mesure que se consomme l'électrode, ce qui contribue à aggraver les dommages causés à la colonne par les pinces.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un dipositif de montage d'une électrode à autocuisson, munie d'une virole métallique cylindrique et d'une colonne centrale en graphite ou en carbone précuit constituée d'éléments assemblés par des nipples, ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Selon l'invention, la colonne centrale est suspendue à un support qui est mobile dans le sens vertical par rapport à la virole sur une longueur supérieure à celle des éléments. Le déplacement du support peut être obtenu à l'aide de vérins. La colonne peut être fixée au support mobile à l'aide d'une pièce filetée, solidaire du support et dont le filetage est identique à celui des nipples d'assemblage des éléments de la colonne.
Description de l'invention
Un mode de réalisation particulier de l'invention sera décrit à l'aide de la figure unique représentant une vue en coupe axiale de l'électrode composite et de son dispositif de montage.L'électrode composite (1) est constituée d'une virole cylindrique métallique (2) servant à contenir la pâte carbonée introduite à son sommet et qui va cuire progressivement en descendant dans le four. Une colonne centrale (3), cylindrique de même axe que la virole, est constituée d'éléments identiques en carbone précuit ou en graphite, munis à leurs deux extrêmités de trous côniques filetés et assemblés les uns au-dessus des autres par des nipples (4). La colonne (3) est retenue à son sommet par une pièce métallique (5) reproduisant à son extrêmité le filetage des nipples (4) . La pièce (5) est directement vissée sur l'élément supérieur de la colonne (3).
Cette pièce (5) est supportée par un châssis (6) dont la position relative par rapport à la virole (2) et au bâti (7) dont elle est solidaire, est commandée par deux vérins (8) dont la course est supérieure à la longueur des éléments formant la colonne (3).
Ce montage permet de glisser l'électrode (1) d'une longueur égale ou supérieure à celle d'un élément de la colonne (3) sans avoir à reprendre la fixation entre la colonne (3) et la pièce (5). La course des vérins (8) est suffisante pour permettre d'allonger d'un élément la longueur de la colonne (3) en n'ayant à faire qu'une seule opération de reprise sur la colonne (3). Ainsi, la surface des éléments en carbone ou graphite n'est pas endommagée par un quelconque système de serrage et la résistance à la traction de la colonne (3) est intégralement conservée.
Exemple
Sur un four de production de silicium métallurgique de 20 MW, équipé à l'origine d'électrodes précuites de diamètre 1250 mm, on a monté, à titre d'essai sur l'une des électrodes un dispositif de montage selon l'invention. La colonne (3) est constituée d'éléments de longueur unitaire 1700 mm et de diamètre 450 mm assemblés par des nipples (4).
L'élément supérieur de la colonne (3) est fixé à une pièce (5) en acier terminée par une forme identique à celle d'un nipple (4). Un équipement mobile constitué d'un châssis (6) supportant la pièce (5) et de vérins (8) permet de supporter et de positionner l'électrode sur une longueur de 1850 mm en agissant uniquement sur le volume d'huile injecté dans les vérins.
Ce montage a permis de constater que la surface des éléments constituant la colonne (3) était restée intacte et que l'exploitation se faisait sans difficulté, malgré un effort de traction de 75000 N s'exerçant sur la colonne (3), effort mesuré au moyen de la pression d'huile sur les vérins (8).

Claims (3)

  1. Dispositif de montage d'une électrode composite (1) à autocuisson pour four électrique à arc, comprenant une virole métallique (2), une colonne centrale(3) en graphite ou en carbone précuit constituée d'éléments assemblés par des nipples (4) et une pâte carbonée entre la virole (2) et la colonne (3), caractérisé en ce que la colonne (3) est suspendue à un support (6) qui est mobile dans le sens vertical par rapport à la virole (2) sur une longueur supérieure à celle de chacun des éléments.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement relatif du support (6) par rapport à la colonne (3) est obtenu à l'aide de vérins (8).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la colonne (3) est fixée au support (6) à l'aide d'une pièce filetée (5) dont le filetage est identique à celui des nipples (4).
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