ES1077019U - Electrodo de grafito - Google Patents

Abstract

1. Electrodo de grafito monolítico que presenta una primera y segunda posiciones terminales y una parte de cuerpo no terminal, una primera zona dispuesta en la primera posición terminal del electrodo, una segunda zona dispuesta en la parte de cuerpo no terminal del electrodo y una tercera zona en la segunda posición terminal del electrodo, caracterizado porque la primera zona y la tercera zona presentan una concentración de fibras de carbono comprendida entre 1% y el 10% en peso, y la concentración de fibras de carbono en la segunda zona comprende al menos un 20% menos que la concentración de fibras de carbono en la primera y tercera zonas, de manera que la concentración de fibras en la primera zona y en la tercera zona es suficiente para incrementar la resistencia del electrodo en la primera posición terminal y en la segunda posición terminal, respectivamente, y la concentración de las fibras en la parte de cuerpo no terminal es insuficiente para incrementar la resistencia del electrodo de la parte de cuerpo no terminal del electrodo.

Description

ELECTRODO DE GRAFITO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente divulgación se refiere a un electrodo de grafito que muestra propiedades mejoradas proporcionando zonas de diferentes características, y a un procedimiento para preparar el electrodo de grafito descrito. Más particularmente, la divulgación se refiere a un electrodo de grafito que tiene una o más zonas que difieren sensiblemente de otras zonas del electrodo en términos de resistencia, características eléctricas, composición, etc.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los electrodos de grafito se utilizan en la industria del acero para fundir metales y otros ingredientes utilizados para formar acero en hornos electrotérmicos. El calor necesario para fundir metales se genera pasando corriente a través de una pluralidad de electrodos, usualmente tres, y formando un arco entre los electrodos y el metal. Se utilizan frecuentemente corrientes eléctricas que exceden de 100.000 amperios. La alta temperatura resultante funde los metales y otros ingredientes. Generalmente, los electrodos utilizados en hornos de acero están presentes en forma de columnas de electrodos que son una serie de electrodos individuales unidos para formar una única columna. De esta manera, cuando se agotan los electrodos durante el procedimiento térmico, pueden unirse electrodos de repuesto a la columna para mantener la longitud de la columna que se extiende hacia dentro del horno.

Generalmente, los electrodos se unen en columnas a través de una espiga (algunas veces denominada pezón) que funciona para unir los extremos de electrodos contiguos. Típicamente, la espiga adopta la forma de secciones roscadas macho opuestas, comprendiendo al menos un extremo de electrodos secciones roscadas hembra capaces de casar con la sección roscada macho de la espiga. Así, cuando cada una de las secciones roscadas macho opuestas de una espiga se rosca en las secciones roscadas hembra de los extremos de los dos electrodos, los electrodos quedan unidos formando una columna de electrodos. Comúnmente, los extremos unidos de los electrodos contiguos, y la espiga entre ellos, se denominan en la técnica junta (o, más específicamente, unión por espiga).

Alternativamente, los electrodos pueden estar formados con un saliente o cola roscado mecanizado en un extremo y una parte de conexión roscada mecanizada en el otro extremo, de tal manera que los electrodos puedan unirse roscando la cola de un electrodo en la parte de conexión de un segundo electrodo y formar así una columna de electrodos. Los extremos unidos de dos electrodos contiguos en una realización de este tipo se denominan también en la técnica junta sin espiga. En la producción de una forma de realización de un electrodo sin espiga, las roscas de la junta pueden incluir las denominadas roscas “bloqueadas”, también denominadas en la industria roscas “completamente atascadas”, que se emplean frecuentemente. En las roscas bloqueadas, ambos flancos de rosca de uno de los elementos (tal como la cola macho) están en contacto con ambos flancos de rosca del otro elemento (tal como la parte de conexión hembra). Por el contrario, en roscas “no bloqueadas” o “desbloqueadas”, denominadas en la industria roscas “atascadas” o “parcialmente atascadas”, sólo un flanco de rosca de cada elemento hace contacto con las roscas del otro elemento, y se emplean comúnmente en juntas de espiga.

Dado el esfuerzo térmico extremo que experimentan el electrodo y la junta (y, efectivamente, la columna de electrodos como un todo), factores mecánicos/térmicos tales como resistencia, expansión térmica y resistencia al agrietamiento deben equilibrarse cuidadosamente para evitar daños o la destrucción de la columna de electrodos o de electrodos individuales. Por ejemplo, la expansión térmica longitudinal (es decir, a lo largo de la longitud del electrodo/columna de electrodos) de los electrodos, especialmente a una velocidad diferente de la de la espiga, puede forzar a la junta a separarse, reduciendo la efectividad de la columna de electrodos en la conducción de la corriente eléctrica. Cierta cantidad de expansión térmica transversal (es decir, a través del diámetro del electrodo/columna de electrodos) del electrodo que exceda la de la espiga puede ser deseable para formar una conexión firme entre la espiga y el electrodo; sin embargo, si la expansión térmica transversal del electrodo excede en gran medida la de la espiga, pueden resultar daños en el electrodo o una separación de la junta. De nuevo, esto pueda dar como resultado una eficacia reducida de la columna de electrodos o incluso la destrucción de la columna si el daño es tan severo que la columna de electrodos falla en la sección de junta.

Además, otro efecto de los esfuerzos térmicos y mecánicos a los que se expone una columna de electrodos es el desatornillamiento literal de los electrodos que forman la junta (o de los electrodos y espigas que forman la junta) debido a vibraciones y otros esfuerzos. Este desatornillamiento puede disminuir la eficiencia de la columna de electrodos al reducir el contacto eléctrico entre los electrodos contiguos. En el caso más severo, el desatornillamiento puede dar como resultado la pérdida de la columna de electrodos por debajo de la junta afectada.

Por tanto, lo que se desea es un electrodo de grafito más capacitado para resistir los esfuerzos térmicos y mecánicos a los que se le expondrá en un horno de arco eléctrico, en comparación con electrodos de grafito convencionales en la técnica. Es también altamente deseable conseguir estos beneficios, manteniendo al mismo tiempo la practicabilidad comercial de la fabricación de los presentes electrodos de grafito.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un aspecto de la presente divulgación es proporcionar un electrodo de grafito que tenga distintas zonas, teniendo al menos una zona una diferencia mensurable cuando se la compara con otras zonas del mismo electrodo.

Otro aspecto de la presente divulgación es proporcionar un electrodo de grafito que tenga al menos una zona con una diferencia mensurable cuando se la compara con otras zonas del mismo electrodo, en donde la al menos una zona de este tipo esté localizada en una parte terminal del electrodo de grafito.

Otro aspecto de la presente divulgación es proporcionar un electrodo de grafito que tenga al menos una zona con una diferencia mensurable cuando se la compara con otras zonas del mismo electrodo, en donde la al menos una zona de este tipo esté localizada en una parte exterior del electrodo de grafito.

Todavía otro aspecto de la presente divulgación es proporcionar un electrodo de grafito que tenga al menos una zona con una diferencia mensurable cuando se la compara con otras zonas del mismo electrodo, en donde tal diferencia mensurable constituya el nivel de las fibras en la al menos una zona de este tipo.

Estos y otros aspectos que resultarán evidentes para el experto en la materia tras revisar la siguiente descripción pueden materializarse proporcionando un artículo de carbono que tiene una primera zona y una segunda zona, estando formada la primera zona a partir de un primer diseño de mezcla y la segunda zona a partir de un segundo diseño de mezcla y los diseños de mezcla primero y segundo tienen al menos una diferencia seleccionada del grupo de diferencias de una presencia de un cierto material, una concentración de un cierto material, el tamaño de un cierto material y combinaciones de los mismos. En algunas formas de realización, la divulgación incluye un artículo de carbono que tiene una primera zona y una segunda zona, presentando la primera zona una concentración de fibras de carbono mayor que una concentración de fibras de carbono en la segunda zona, y comprendiendo la primera zona al menos una de una parte exterior o una parte terminal del artículo, ventajosamente en la que la concentración de fibras de carbono en la segunda zona comprende aproximadamente el 20% menos que la concentración de fibras de carbono en la primera zona. Puede incluirse opcionalmente una tercera zona, en la que la tercera zona puede localizarse opuesta a la primera zona y construirse a partir de sustancialmente el mismo diseño de mezcla que el primer diseño de mezcla.

Asimismo, en la presente divulgación está incluido un procedimiento para fabricar un artículo de carbono, tal como los descritos anteriormente, incluyendo la mezcla el recurso de combinar un primer diseño de mezcla y un segundo diseño de mezcla de una manera segregada, difiriendo el primer diseño de mezcla del segundo diseño de mezcla en al menos una manera; formar un artículo crudo y carbonizarlo. La formación puede incluir al menos uno de entre coextrusión o prensado en caliente; si es prensado en caliente, la combinación comprende instalar un separador en un molde y retirar el separador antes de una aplicación de presión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS

En ciertas formas de realización, se fabrican electrodos de grafito combinando primero una fracción en partículas que comprende coque calcinado, brea y, opcionalmente, fibras de carbono en forma de una mezcla de materias primas. Las fibras de carbono basadas en brea de mesofase o PAN son dos ejemplos de tipos adecuados de fibras de carbono. La descripción de esta memoria no se limita a los tipos anteriores de fibras de carbono. Pueden utilizarse otros tipos de fibras, tales como algodón, rayón o fibras de carbono derivadas de biomasa. Adicionalmente, las fibras de carbono pueden estar o no grafitizadas. Más específicamente, se mezcla coque de petróleo calcinado, machacado, calibrado y molido con un aglutinante de brea de alquitrán de hulla para formar la mezcla. Generalmente, en electrodos de grafito para su uso en el procesamiento de acero se emplean en la mezcla partículas con un diámetro medio de hasta 25 milímetros (mm). La fracción en partículas incluye preferentemente una carga de pequeño tamaño de partícula que comprende polvo de coque. Otros aditivos que pueden incorporarse en la carga de pequeño tamaño de partícula incluyen óxidos de hierro para inhibir el hinchamiento (causado por la liberación de azufre de su enlace con carbono dentro de las partículas de coque), polvo de coque y aceites u otros lubricantes para facilitar la extrusión de la mezcla.

Después de la mezcla de fracción en partículas, aglutinante de brea, etc., el cuerpo se forma (o se conforma) por extrusión a través de una matriz o se le moldea en moldes de conformación para crear lo que se denomina materia prima cruda. La conformación, ya sea por extrusión o moldeo, se realiza a una temperatura próxima al punto de reblandecimiento de la brea, usualmente a aproximadamente 100ºC o más. La matriz o molde puede conformar el artículo en forma y tamaño sustancialmente finales, aunque es necesaria usualmente una mecanización del artículo acabado, como mínimo para proporcionar estructuras tales como hilos. El tamaño de la materia prima cruda puede variar; para electrodos, el diámetro puede variar entre alrededor de 220 mm y 800 mm.

Después de la extrusión, la materia prima cruda se trata con calor cociéndola a una temperatura de entre aproximadamente 700ºC y aproximadamente 1100ºC, más preferentemente entre aproximadamente 800ºC y aproximadamente 1000ºC, para carbonizar el aglutinante de brea convirtiéndolo en un coque de brea macizo, dar al artículo permanencia de forma, alta resistencia mecánica, buena conductividad térmica y resistencia eléctrica comparativamente baja y formar así una materia prima carbonizada. La materia prima cruda se cuece en ausencia relativa de aire para evitar la oxidación. La cocción deberá realizarse a una tasa de aproximadamente 1ºC a aproximadamente 5ºC de elevación por hora hasta la temperatura final. Después de la cocción, la materia prima carbonizada puede impregnarse una o más veces con alquitrán de hulla o brea de petróleo u otros tipos de breas o resinas conocidas en la industria, para depositar coque adicional en cualesquiera poros abiertos de la materia prima. Cada impregnación es seguida después por un paso de cocción adicional.

Después de la cocción, se grafitiza entonces la materia prima carbonizada. La grafitización se realiza por tratamiento térmico a una temperatura final de entre aproximadamente 2500ºC y aproximadamente 3400ºC durante un tiempo suficiente para hacer que los átomos de carbono en el coque y en el aglutinante de coque de brea se transformen desde un estado pobremente ordenado en la estructura cristalina del grafito. Ventajosamente, la grafitización se realiza manteniendo la materia prima carbonizada a una temperatura de al menos aproximadamente 2700ºC y, más ventajosamente, a una temperatura de entre aproximadamente 2700ºC y aproximadamente 3200ºC. A estas temperaturas, se volatilizan los elementos diferentes del carbono y se escapan estos como vapores. El tiempo requerido para el mantenimiento a la temperatura de grafitización utilizando el procedimiento de la presente divulgación no es de más de aproximadamente 18 horas y, en realidad, no más de aproximadamente 12 horas. Preferentemente, la grafitización se realiza durante alrededor de 1,5 a alrededor de 8 horas. Una vez que se completa la grafitización, el artículo acabado puede ser cortado a medida y mecanizado a continuación o transformado de otra manera en su configuración final.

En una forma de realización alternativa, la formación de un electrodo de grafito puede realizarse por el uso de calentamiento por resistencia de la mezcla de fracción en partículas, aglutinante de brea, etc. en una etapa de prensado en caliente. Durante la etapa de prensado en caliente, el calentamiento por resistencia se acompaña de la aplicación de presión mecánica (“prensado en caliente”) para aumentar la densidad y la carbonización de la mezcla. Opcionalmente, después del prensado en caliente, el electrodo o espiga de preforma puede someterse a una o más etapas de densificación empleando una brea carbonizable para incrementar adicionalmente la densidad de la preforma antes de la etapa de grafitización.

Durante la etapa de prensado en caliente, la mezcla o materia prima de prensado en caliente se prensa en caliente para crear un cuerpo de preforma, tal como un electrodo o espiga de preforma. En el procedimiento de prensado en caliente, la mezcla de prensado en caliente se calienta a una temperatura suficiente para fundir al menos una parte de la materia prima. Esta etapa de calentamiento incluye la aplicación de una corriente eléctrica a la mezcla de prensado en caliente, de tal manera que se genera calor dentro de la mezcla. Mientras se caliente la mezcla de prensado en caliente, se aplica una presión a la mezcla para formar un electrodo o espiga de preforma que se carboniza al menos parcialmente.

En una forma de realización, un conjunto hidráulico de prensado en caliente adecuado para calentar resistivamente y comprimir hidráulicamente una mezcla de prensado en caliente (es decir, la materia prima mezclada seca u, opcionalmente, la materia prima reblandecida por calor o el electrodo o espiga crudo) es empleado para fabricar un cuerpo de carbono de preforma, tal como un electrodo o espiga de preforma. Un ejemplo de conjunto hidráulico de prensado en caliente incluye una prensa hidráulica que tiene un molde de prensado en caliente integralmente sujeto, teniendo el molde una cavidad conformada para recibir la mezcla de prensado en caliente y configurar la preforma deseada. Preferentemente, el molde de prensado en caliente está conformado con las dimensiones apropiadas del cuerpo de carbono grafitizado deseado, tal como una espiga o electrodo de grafito. Adicionalmente, el molde de prensado en caliente está contenido preferentemente dentro de un alojamiento térmicamente aislado. Se aplica presión a la mezcla de prensado en caliente por medio de pistones hidráulicos y se la aplica preferentemente para conseguir una presión uniforme a lo largo de la mezcla. La aplicación de presión se realiza preferentemente también en una dirección de moldeo perpendicular al eje longitudinal de la preforma para obtener un cuerpo de carbono longitudinalmente preferido, es decir que tenga una estructura cristalina orientada para proporcionar la mayor resistencia a la tracción a lo largo del eje longitudinal del cuerpo. En una configuración preferida, el molde de prensado en caliente estará orientado para moldear la preforma con su eje longitudinal en un plano horizontal. Se aplica entonces presión a la mezcla de prensado en caliente por medio de pistones hidráulicos verticales superior y/o inferior que funcionan con un solo efecto o con doble efecto.

En una forma de realización preferida, los extremos de los moldes de prensado en caliente son placas extremas de acero inoxidable que están en contacto eléctrico con la mezcla de prensado en caliente. Un sistema de calentamiento resistivo aplica una corriente eléctrica a la mezcla de prensado en caliente a través de estas placas extremas. En una forma de realización más preferida, los pistones y el molde de prensado en caliente tienen cada uno un forro superficial de carburo de silicio y ambos están eléctricamente aislados del bastidor del conjunto hidráulico de prensado en caliente. El sistema de calentamiento resistivo incluye una fuente de potencia eléctrica para proporcionar una corriente elevada a bajo voltaje, tal como un suministro de corriente continua. Se contemplan también corrientes alternas de alta intensidad. El suministro de corriente continua o corriente alterna es conectado eléctricamente con las placas extremas de acero inoxidable. La construcción del conjunto hidráulico de prensado en caliente es tal que todas las partes de la mezcla de prensado en caliente dentro de la cavidad del molde de prensado en caliente están sometidas a un flujo de corriente sustancialmente uniforme. Los recursos de calentar resistivamente y moldear compresivamente la mezcla de prensado en caliente en condiciones de corriente y presión que son generalmente uniformes en toda la mezcla de prensado en caliente dan como resultado características sustancialmente uniformes en todo el electrodo o espiga de preforma y dan como resultado además una reducción significativa de fisuras u otras irregularidades que tiendan a dar como resultado una fractura durante el uso. Preferentemente, una aplicación programada de la corriente y la presión proporciona, entre otras cosas, temperaturas, presiones, tasas de calentamiento y tasas de presurización de la mezcla de prensado en caliente de acuerdo con un procedimiento de cocción deseado, cuyos cálculos se basan en cinética de la materia prima específica. Más preferentemente, un sistema de control programable integrado en el conjunto hidráulico de prensado en caliente proporciona tal aplicación programada de corriente y presión.

Después de la carbonización, durante la operación de prensado en caliente, la materia prima carbonizada es grafitizada a continuación, como se discute anteriormente. De nuevo, la grafitización es por tratamiento térmico a una temperatura final de entre aproximadamente 2500ºC y aproximadamente 3400ºC durante un tiempo suficiente para hacer que los átomos de carbono en el coque y en el aglomerante de coque de brea pasen de un estado pobremente ordenado a la estructura cristalina del grafito. Ventajosamente, la grafitización se realiza manteniendo la materia prima carbonizada a una temperatura de al menos aproximadamente 2700ºC y, más ventajosamente, a una temperatura de entre aproximadamente 2700ºC y aproximadamente 3200ºC.

En una forma de realización de la presente divulgación, el artículo de grafito, ya sea un electrodo de grafito, una espiga para electrodos de grafito o un tocho de grafito, tiene una pluralidad de zonas en las que al menos una zona es sensiblemente distinta de al menos otra zona. Por “zona” se pretende hacer referencia a un área o parte del electrodo, espiga o tocho de grafito. Por mensurablemente distinto se pretende significar que la diferencia para dicha al menos una característica es sensiblemente diferente en la primera zona en comparación con la segunda zona del artículo final. A modo de ejemplo solamente, en términos de concentración de un material, esto puede significar que la concentración de un cierto material puede diferir de la primera zona con respecto a la segunda zona en al menos aproximadamente 20%, preferentemente, al menos aproximadamente 25% y, más preferentemente al menos aproximadamente 50%. En ciertas formas de realización preferidas, esto se consigue con diferentes diseños de mezcla, es decir, combinaciones de diferentes mezclas o masas de materia prima, como se describe con más detalle a continuación.

Por ejemplo, en ciertas formas de realización al menos una zona del electrodo

o espiga de grafito puede incluir fibras para mejorar la resistencia del electrodo o la espiga en regiones de alto esfuerzo. En algunas formas de realización, las fibras son fibras de carbono basadas en brea de mesofase o fibras derivadas de PAN (poliacrilonitrilo). Las fibras utilizadas deberán tener ventajosamente un módulo de Young (después de la carbonización) de aproximadamente 15 x 106 psi a aproximadamente 40 x 106 psi. Tienen preferentemente un diámetro medio comprendido entre aproximadamente 6 a aproximadamente 15 micrones y una resistencia a la tracción de aproximadamente 200 x 103 psi a aproximadamente 400 x 103 psi, y tienen preferentemente una longitud media de aproximadamente 4 mm a aproximadamente 32 mm de longitud en promedio. Las longitudes adecuadas de la fibra incluyen una longitud media de aproximadamente 6 mm o menos, aproximadamente 12 mm o menos, aproximadamente 18 mm o menos o aproximadamente 25 mm o menos. Se prefiere también que las fibras de carbono no sean más largas que la partícula de coque más grande. Muy ventajosamente, se añaden las fibras a la mezcla como haces que contienen entre aproximadamente 2000 y aproximadamente 20000 fibras por haz, compactadas con el uso de una acción de aprestado.

Las fibras de carbono están incluidas preferentemente en una de las zonas del electrodo o espiga de grafito a un nivel de aproximadamente 1% a aproximadamente 10% en peso, más preferentemente de aproximadamente 1,5% hasta aproximadamente 7,5% e incluso más preferentemente aproximadamente 5,0% o menos. Sin embargo, en otras zonas del electrodo, espiga o artículo de grafito las fibras están presentes a niveles de al menos aproximadamente el 20% menos o incluso aproximadamente el 25% menos, o incluso de forma más preferida aproximadamente el 50% menos; en consecuencia, la zona o zonas que tienen fibras constituyen zonas muy distintas en el electrodo o la espiga. En realidad, en ciertas formas de realización al menos otra zona no tiene ninguna fibra y, por tanto, es una zona muy distinta en comparación con una zona que tenga un 1% en peso de fibras o más. A modo de ejemplo en términos de un electrodo, en una primera zona del electrodo, por ejemplo, una primera área de parte de conexión del electrodo, la concentración de fibras puede ser de aproximadamente el 10%. En una segunda zona del electrodo, por ejemplo, una parte central del electrodo, la concentración de fibras en la segunda zona es de no más de aproximadamente el 8,0%. Esta forma de realización puede incluir una tercera zona opcional del electrodo, en la que la concentración de fibras es sustancialmente la misma que en la primera zona. En esta forma de realización, la tercera zona puede incluir una segunda área de parte de conexión localizada opuesta a la primera área de parte de conexión.

En una cierta forma de realización adicional, el electrodo puede incluir uno o más segmentos que están sustancialmente desprovistos de fibras de carbono, lo que significa que tienen una cantidad insuficiente de fibras para afectar a la propiedad deseada del electrodo. Aun más preferido, el segmento de electrodo puede estar desprovisto completamente de fibras de carbono. Las formas de realización anteriores pueden ponerse en práctica en cualquier combinación de ellas.

Se ha reconocido que la inclusión de fibras en electrodos o espigas de grafito puede mejorar la resistencia de un electrodo o espiga de grafito (véanse, por ejemplo, Kortovich et al. en la publicación internacional nº WO 2004/020185, Singer en la patente US nº 4.005.183 y Shao et al. en la patente US nº 6.280.663, cuya descripción de cada una se incorporan en su totalidad a la presente memoria como referencia). Sin embargo, se ha reconocido también que la inclusión de fibras en electrodos o espigas de grafito en suficientes niveles significativos es prohibitiva desde el punto de vista de los costes. Permitiendo la inclusión de fibras en sólo aquellas áreas del electrodo o espiga de grafito que son regiones de alto esfuerzo, tal como las regiones de rosca, las ventajas de la inclusión de fibras pueden obtenerse con implicaciones de coste menores, reteniendo así la factibilidad comercial del artículo.

En otras formas de realización, una zona del artículo de grafito puede incluir azufre para inhibir el hinchamiento, mientras que otras zonas no lo incluyen. Por ejemplo, sería útil incluir azufre en aquellas zonas de un electrodo o espiga de grafito que incluyen las regiones de rosca, pero sería desventajoso incluir azufre en el interior de una espiga o electrodo, en donde puede llevar a una división. La práctica de la presente exposición puede utilizarse para “manipular” un electrodo o espiga de grafito de tal manera que el azufre esté contenido preferentemente en una zona que incluye las regiones de rosca, pero no una zona que constituye la parte interior del artículo. Asimismo, todavía en otras formas de realización pueden obtenerse ventajas a través del control del tamaño de las partículas de coque en ciertas zonas frente a otras, o en presencia de óxido de hierro en ciertas zonas frente a otras. De nuevo, esto puede realizarse utilizando la presente divulgación.

En una forma de realización, especialmente útil cuando se forma (o se configura) el cuerpo por extrusión de la mezcla de materia prima a través de una matriz, como se describe anteriormente, las zonas muy distintas se forman por un proceso de coextrusión. En la coextrusión, mezclas de materia prima muy distintas, tales como una primera mezcla de materia prima que contiene al menos un 1% de fibras en peso y una segunda mezcla de materia prima que contiene al menos un 25% menos de fibras en peso, se extruyen cada una de ellas a través de tubos de extrusión adyacentes y éstas confluyen después para formar un único artículo. De esta manera, se forman dos zonas muy distintas en el artículo; por ejemplo, una primera zona puede incluir al menos un 1% de fibras en peso y una segunda zona puede incluir al menos alrededor de un 25% menos de fibras en peso que la primera zona. En otra forma de realización, la diferencia en la cantidad de fibras es al menos de aproximadamente el 50%; en una forma de realización adicional, la diferencia es de al menos el 75%. Los tubos de extrusión pueden estar situados en diversas disposiciones, dependiendo de la forma en el que usuario desee agrupar ordenadamente las zonas muy distintas. Por ejemplo, en el caso de fibras, puede ser deseable tener una zona de nivel de fibras incrementado (denominado algunas veces como carga de fibras) en una parte externa del electrodo o espiga de grafito para lograr una resistencia mejorada, pero es menos deseable tener una zona de carga de fibras incrementada en una parte o núcleo interno del electrodo de grafito o espiga por razones de costes. En esta circunstancia, el artículo puede ser formado por coextrusión, donde dos tubos de extrusión están dispuestos coaxialmente uno alrededor del otro.

En una forma de realización de coextrusión para producir un electrodo que tenga una carga de fibras incrementada en una parte externa en comparación con el núcleo del electrodo, se prepara una primera mezcla de materia prima que tiene al menos un 1% en peso de fibras y se la extruye a través del tubo de extrusión exterior de un aparato de coextrusión, y se prepara una segunda mezcla de materia prima que tiene al menos un 25% menos de carga de fibras (o, más preferentemente, no tiene fibras) y se la extruye a través del tubo de extrusión central del aparato de extrusión. De esta manera, el cuerpo extruido tiene una zona muy distinta de más fibras en la parte exterior y una zona muy distinta de menos fibras (o sin ellas) en el núcleo o zona interna.

En otra forma de realización, especialmente útil cuando se forma (o se configura) el cuerpo por prensado en caliente, una pluralidad de mezclas de materia prima de prensado en caliente se alimentan al molde, formando cada una de ellas una zona muy distinta en el cuerpo final. Por ejemplo, en el caso de carga de fibras, se prepara una primera mezcla de materia prima de prensado en caliente que tiene al menos un 1% en peso de fibras, y se prepara una segunda mezcla de materia prima de prensado en caliente con al menos un 25% menos de carga de fibras o que no tiene fibras en absoluto. Estas dos mezclas de materia prima de prensado en caliente pueden alimentarse después al molde de prensado en caliente en un orden específico, localizaciones específicas y/o cantidades específicas para crear las zonas deseadas. Como ejemplo, puede ser deseable tener una mayor carga de fibras en las áreas de un electrodo o espigas de grafito en donde hay roscas, es decir, las posiciones terminales o los extremos del artículo debido a que son áreas de alto esfuerzo en donde es deseable una mayor resistencia. En esta situación, una mezcla de materia prima de prensado en caliente que tiene al menos un 1% en peso de fibras es alimentada primero al molde para formar una primera parte terminal del artículo; una mezcla de materia prima de prensado en caliente que tiene al menos un 25% menos de carga de fibras, o que no tiene fibras en absoluto, es alimentada a continuación al molde para formar la parte central del artículo; una mezcla de materia prima de prensado en caliente que tiene al menos un 1% en peso de fibras es alimentada seguidamente al molde para formar una segunda parte terminal del artículo. En algunas formas de realización, puede colocarse un separador entre las zonas en el molde antes de la aplicación de calor y presión, y éste puede retirarse a continuación para formar un artículo unitario cuando se aplican calor y presión.

De esta manera, puede preparase un artículo de carbono económico, tal como un electrodo o espiga de grafito, que tenga regiones o zonas muy distintas con características diferentes de las de otras regiones o zonas, con el fin de proporcionar un artículo más capaz de resistir los esfuerzos térmicos y mecánicos a los que se expondrá en, por ejemplo, un horno de arco eléctrico, en comparación con artículos de la técnica convencional, mientras mantiene la practicabilidad comercial de la fabricación de los presentes electrodos de grafito.

La figura 1 es una vista de un electrodo de acuerdo con la descripción de esta memoria y muestra las partes de conexión internas en los extremos terminales del electrodo.

Como se muestra en la figura 1, el electrodo 12 incluye dos (2) secciones extremas terminales 14, cada una de las cuales incluye una sección de un electrodo comúnmente conocida como cara extrema. Como se muestra en el corte de la figura 1, cada sección 14 incluye una parte de conexión 16. La parte de conexión 16 incluye unas roscas 18. Las roscas 18 pueden diseñarse como roscas completamente atascadas o roscas parcialmente atascadas. Además, en la figura 1 se ilustra que cada sección incluye una cantidad de fibras de carbono. Preferentemente, la cantidad de fibras en la sección 14 es suficiente para incrementar la resistencia del electrodo en tal sección. Por otra parte, el electrodo 12 incluye una sección no terminal o central 10. La concentración de fibras de carbono en la sección 10 es al menos la de una de las secciones 14, preferentemente ambas. Se prefiere que la cantidad de fibras en la sección 10 no sea suficiente para incrementar la resistencia de la sección 10. En una forma de realización particular, la concentración de fibras en la sección 10 puede ser mínima hasta cantidades traza y, además, hasta estar sustancialmente desprovista de tales fibras. La forma de realización mostrada en la presente memoria no está limitada a ningún tamaño exacto particular de las secciones 14 y/o la sección 10. Los tamaños exactos de tales secciones 14 y 10 pueden modificarse según se desee.

Las descripciones de todas las patentes y publicaciones citadas mencionadas en esta solicitud se incorporan en su totalidad a la presente memoria como referencia. Los porcentajes anteriores referentes a la concentración son porcentajes en peso si no se indica específicamente otra cosa.

La descripción anterior está destinada a permitir que el experto en la materia ponga en práctica la divulgación. Dicha descripción no está destinada a detallar todas las posibles variaciones y modificaciones que resultarán evidentes para el experto en la materia tras la lectura de la descripción. Sin embargo, se pretende que todas esas modificaciones y variaciones mencionadas queden incluidas dentro del alcance de la divulgación definido por las siguientes reivindicaciones. Las reivindicaciones están destinadas a comprender los elementos y etapas indicados en cualquier disposición o secuencia que sea eficaz para alcanzar los objetivos de la divulgación, a menos que el contexto indique específicamente lo contrario.

Claims (1)

1. R E I V I N D I C A C I ON E S

   1. Electrodo de grafito monolítico que presenta una primera y segunda

   5 posiciones terminales y una parte de cuerpo no terminal, una primera zona dispuesta en la primera posición terminal del electrodo, una segunda zona dispuesta en la parte de cuerpo no terminal del electrodo y una tercera zona en la segunda posición terminal del electrodo, caracterizado porque la primera zona y la tercera zona presentan una concentración de fibras de carbono comprendida entre 1% y el 10% en peso, y la

   10 concentración de fibras de carbono en la segunda zona comprende al menos un 20% menos que la concentración de fibras de carbono en la primera y tercera zonas, de manera que la concentración de fibras en la primera zona y en la tercera zona es suficiente para incrementar la resistencia del electrodo en la primera posición terminal y en la segunda posición terminal, respectivamente, y la concentración de las fibras en

   15 la parte de cuerpo no terminal es insuficiente para incrementar la resistencia del electrodo de la parte de cuerpo no terminal del electrodo.