索德伯格电极壳设计的制作方法

索德伯格电极壳设计的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种用于制作在还原电弧炉中消耗的自焙电极的电极壳以及由其制作的电极。所述电极壳包括外部套管和多个翅片。所述外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面，所述多个套管部分能够堆叠在一起以形成所述外部套管。所述多个翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分沿着一个套管部分的长度机械耦接到内表面并沿着所述套管部分的宽度从其径向突出。每个翅片部分具有上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域；所述上部、中央和下部支撑区域具有网格结构，所述网格结构具有至少10％的开口面积。每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的所述第二金属，而一个翅片部分的上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠。
【专利说明】索德伯格电极壳设计
[0001]本公开整体涉及用于还原炉的自焙电极。更具体地讲，本公开涉及用于形成自焙电极的电极壳的设计以及由其制作自焙电极的方法。
[0002]索德伯格电极技术广泛用于埋弧炉。该技术使用来自于流经电极的电流的热来焙烧可输入炉中的另外的电极材料，以复原在正常的炉操作期间已失去的电极长度。该技术使用具有内部金属支撑结构的外部金属壳，以便容纳用于形成电极的原材料，提供一定的形状以将所述材料焙烧成电极，并提供必要的结构支撑。在操作期间，将金属壳和内部支撑结构的多个部分连续堆叠在彼此之上，使得可以连续形成自耗电极。索德伯格电极技术相比于包括以下方面的曾用方法具有成本和可靠性优势:(i)在正在消耗的电极之上添加预先形成、预先焙烧的电极部分，或Qi)用新的电极替换已烧掉的整个电极。
[0003]然而，索德伯格电极技术在用于不同的行业时的确存在局限。例如，当将该技术用于制造化学级硅时，由于在所产生的最终产品中要求具有严格的低铁及其他杂质含量，因而存在局限。因此，由标准碳钢构成的金属壳和支撑结构无法用于该行业。对于硅的生产，外部金属壳和内部支撑结构必须由另一金属制成。通常，选择不锈钢或铝用作金属壳，并因不锈钢的强度而将其用于制作内部支撑结构。虽然在壳体和支撑结构中使用不锈钢和/或铝使得索德伯格技术对于该应用可行，但是仍存在许多问题。由于与硅产品相关的高纯度要求，必须使金属支撑结构最小化，这将产生不稳固且总是处于断裂或倒塌危险中的设计。此外，为了增强结构支撑，该设计要求将添加到层叠件上的每个壳体部分的内部结构焊接到层叠件中前一个壳体的内部结构。不锈钢的焊接带来了工人在焊接过程中暴露于六价铬化合物的潜在问题。


【发明内容】

[0004]在克服相关领域的所枚举的缺点和其他局限中，本发明提供了用于制作在还原型炉中被消耗的自焙电极的电极壳、由其制作的电极及其制作方法。
[0005]根据本公开的一个方面，该自焙电极包括外部套管、多个翅片以及被限制在外部套管内并与所述多个翅片接触的电极糊。外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面。所述多个套管部分能够堆叠在一起，使得它们形成外部套管。任选地，所述多个套管部分中的至少一个可通过焊接或滑动接头耦接到另一个套管部分。
[0006]翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分机械联接到一个套管部分的内表面。每个翅片部分进一步由上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域限定。上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域具有网格结构，该网格结构分布有至少10%的开口面积、或者大于30%的开口面积，使得每个翅片部分表现出每单位长度恒定体积的第二金属。一个翅片部分的上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠。
[0007]根据本公开的另一方面，第一金属和第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。或者，第一金属和第二金属为不同的金属。
[0008]每个套管部分包括介于2和25个之间的翅片部分，这些翅片部分沿着其长度可以为直的或弯曲形状的。每个翅片部分可能以预定的角度α从套管部分的内表面突出，或者，翅片部分可从套管部分沿着其宽度径向地突出。每个翅片部分的中央支撑区域以及任选上部和下部界面区域还可以包括沿着翅片部分的纵向边缘定位的预定宽度和长度的第一和第二侧条。第一侧条接触套管部分的内表面并被紧固到其上。第一和第二侧条在宽度上可以相似，或者一个侧条可以比另一个更宽。侧条的长度和宽度可基于本领域的技术人员希望网格结构提供的结构支撑或完整性的量而预先确定。
[0009]预先确定一个翅片部分的下部界面区域与另一个翅片部分的上部界面区域之间的重叠量，以给电极提供一定程度的结构完整性，使得翅片部分不需要被紧固在一起。或者，将一个翅片部分的下部界面区域与另一个翅片部分的上部界面区域紧固在一起。当需要时，通过使用铆钉、螺栓、销轴或螺钉将翅片部分机械紧固在一起。
[0010]根据本公开的另一方面，用于制作在还原电弧炉中消耗的自焙电极的电极壳包括如上所述以及如本文进一步定义的外部套管和多个翅片。所述多个翅片中的开口面积的量大于或等于0.0042cm2每厘米壳体垂直高度每千克待支撑的电极。
[0011]根据本公开的又一个方面，电极壳可包括分成由第一金属制成的多个套管部分的外部套管以及分成由第二金属制成的多个翅片部分的多个翅片，而每个翅片部分为实心条或圆柱体，使得每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的第二金属。每个套管部分中的第一金属和每个翅片部分中的第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。
[0012]通过本文提供的说明，其他适用领域将变得显而易见。应当理解，说明和具体实例旨在仅用于示例目的，而非旨在限制本发明的范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]本文所述附图仅用于例示目的，而非旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0014]图1是用于还原炉的自焙电极的示意图；
[0015]图2a是根据本公开教导制作的图1的自焙电极在两个壳体部分连接处的截面图；
[0016]图2b是用于图1的自焙电极的套管部分的截面图，显示了在套管部分中的翅片部分的一种替代性布置；
[0017]图2c是用于图1的自焙电极的套管部分的截面图，显示了在套管部分中的翅片部分的另一种替代性布置；
[0018]图2d是用于图1的自焙电极的套管部分的截面图，显示了在套管部分中的翅片部分的又一种替代性布置；
[0019]图2e是用于图1的自焙电极的套管部分的截面图，显示了在套管部分中的翅片部分的又一种替代性布置；
[0020]图3是用于图2的自焙电极的在第一翅片部分的上部界面区域与第二翅片部分的下部界面区域之间的重叠的示意图；
[0021]图4(A_I)是根据本公开不同方面与用于电极壳的翅片部分相关的网格结构的各种几何形状的示意图；
[0022]图5(A_B)是根据本公开的教导制作的翅片的形状的示意图；以及
[0023]图6 (A-B)是根据本公开不同方面翅片部分与用于电极壳的外部套管耦接的示意图。

【具体实施方式】
[0024]以下说明实质上仅为示例性的，并且决不旨在限制本发明或其应用或用途。应当理解，在整个说明中，相应的参考数字指示相同或相应的部件或特征。
[0025]本公开整体涉及用于制作在还原炉中消耗的自焙电极的电极壳或套管，以及使用这种套管制作的电极及其制作方法。根据本文所含的教导制作并使用的电极壳或套管在本公开全文中结合硅和硅合金的制造加以描述，以便更完整地阐述构思。据设想，将这种电极套管与其他类型的还原炉相结合并一起使用也在本公开的范围内，所述其他类型的还原炉包括但不限于可产生铁金属、铁合金、非铁金属和CaC2等的埋弧炉和电熔炉。
[0026]给出以下具体实施例以阐述根据本公开的教导的电极壳的设计和使用，这些具体实施例不应被视为限制本公开的范围。本领域的技术人员根据本公开将会知道，可以在不脱离或超出本公开的实质和范围的情况下，在本文所公开的具体实施例中做出许多改变且仍获得相同或类似的结果。本领域的技术人员还将理解的是，在本文记录的任何性质表示以常规方式测得的性质并可通过多种不同的方法获得。本文所述的方法表示一种这样的方法，并且可在不超出本发明的范围的情况下使用其他方法。
[0027]参见图1，提供了用于还原型炉20的自焙电极I。该自焙电极I 一般由电极壳3构成，电极壳被分成彼此垂直堆叠的η个套管部分5(1 — η)。当电极15在炉20中的部分被消耗时，套管部分5 (I —η)连续向下移动。这种向下移动允许在层叠件的顶部构造并设置新的电极套管部分5(η)。新的电极套管部分5(η)可通过将各套管部分紧固在一起而固定到其下的套管部分5 (η—I)。堆叠在一起的电极套管部分5(1) —5(η)的数量可以为任何所需的高度，即使电极壳3的顶部紧邻其中建造炉的建筑物的天花板。在操作期间，第一电极套管部分5 (I)经受通过施加能量(诸如电力)而被加热的热区10的处理，在其中温度足够高以使套管部分5 (I)熔化并焙烧该套管部分中所含的碳糊，从而形成电极15。以此方式制作的自焙电极15随后在用于生产硅合金或其他材料时在炉20中被消耗。
[0028]根据本公开的一个方面，将套管部分5用于“索德伯格”糊电极I (其中将钢用铝部分或完全地替换)对于生产硅合金是可取的。虽然铝是通常也包含在硅合金中的元素，但是不同于钢，其几乎可在后续精炼操作中被去除，在精炼操作中钙和铝氧化物作为熔渣而移除。在套管部分5的制造中使用铝必须使用更苛刻的操作条件以便补偿其较低的机械强度和低熔点。换句话讲，在操作期间，必须以尽可能连续的方式完成电极的伸长，并且必须控制在糊焙烧区域中等温线的位置。或者，也可将不锈钢套管部分用于生产硅合金；前提是减小套管部分5的厚度以便限制套管部分5贡献给硅合金的铁的量。
[0029]现在参见图2a,每个电极套管部分5 (η)包括具有由导电材料制成的内表面52和外表面的外部套管50，而多个翅片部分55垂直附接到外部套管50的内表面52上。每个电极套管部分5(η)的外部套管50的两端开口。外部套管50的几何形状在炉建造期间预先确定，并可以为任何所需的形状，包括圆形或圆柱形以及方形等等。多个电极套管部分5(1 —η)的层叠件形成容器，在其中最初以原始未焙烧的形式添加电极糊60，并使之与外部套管50的内表面52和翅片部分55均接触。随着电流通过糊,糊被焙烧并形成固体电极15。与一个套管部分5(n)相关的翅片部分55(n)可相对于与邻接套管部分5 (n_l)相关的翅片部分55(n-l)略微错开，使得允许翅片部分55重叠。仍参见图2，位于套管部分5中的每个翅片部分55沿着外部套管50长度机械耦接到外部套管的内表面，并沿着外部套管宽度(w)从其径向突出。
[0030]现在参见图2b_2e，将描述套管部分5(n)中的翅片部分55 (η)的替代性布置。类似于图2a，电极套管部分5 (η)包括具有由导电材料制成的内表面52和外表面的外部套管50，而多个翅片部分55垂直附接到外部套管50的内表面52上。每个电极套管部分5 (η)的外部套管50的两端开口。在图2b中，每个翅片部分55不从外部套管50的内表面52径向突出，而是以预定的角度a突出。与每个翅片部分55相关的该预定角度独立地选择为在约10°至约170°或约20°至约150°的范围内。在图2c中，显示了翅片部分55的另一种几何构造，其中翅片部分55的至少两个边缘垂直附接到外部套管50的内表面52。在图2d中，显示了翅片部分55的又一种几何构造，其中翅片部分55的一个边缘包括环58。最后，在图2e中，显示了翅片部分55的另一种几何构造，其中翅片部分55为实心条或圆柱体。
[0031]根据本公开的一个方面，每个套管部分5 (η)的外部套管50可由第一金属制成，而所述多个翅片部分55由第二金属制成。或者,第一金属和第二金属为相同的金属。每个套管部分5(η)中的第一金属和每个翅片部分55中的第二金属可被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。或者，将第一金属和第二金属选择为不同的金属。或者，第一金属为铝，而第二金属为不锈钢。不锈钢和铝可包括任何已知等级的或相关的合金，诸如304不锈钢或铝5052-Η32 (铝镁合金)。
[0032]根据支撑焙烧好的电极15所引起的重量或应力所需的机械性质的程度或幅度来独立地选择位于每个外部套管50中的翅片部分55的数量。或者，将翅片部分55的数量选择为在2与25之间或者在4与19之间。在图2a中，外部套管50示为结合了八个翅片部分55的具体例子。在图2b、2c、2d和2e中，分别描述了具有10、6、4和8个翅片部分55的外部套管50的例子。
[0033]现在参见图3，根据本公开的一个方面，每个翅片部分55包括上部界面区域70、中央支撑区域75和下部界面区域80。上部界面区域70、中央支撑区域75和下部界面区域80包括网格结构90，该网格结构具有至少10%的开口面积、或者大于约30%的开口面积或者小于约99.2%的开口面积。网格结构为对称设计，使得每个翅片部分55展现出每单位长度(L)恒定体积的第二金属。一个翅片部分55(1)的上部界面区域70能够与另一个翅片部分55 (2)的下部界面区域80重叠100。一个翅片部分55 (2)的下部界面区域80通常延伸到相应的外部套管50 (2)的末端之外，以允许与第二外部套管50 (I)中的翅片部分55(1)的上部70重叠100。或者，一个翅片部分55(1)的上部界面区域70可延伸到相应的外部套管50 (I)的末端之外，以允许与第二外部套管50 (2)中的翅片部分55 (2)的下部80重叠100。翅片部分55(1，2)的重叠可有助于提供支撑经由外部套管50 (2)、翅片部分55 (2)和电极添加到电极壳的额外重量所必需的强度。下部界面区域80或上部界面区域70延伸到外部套管50的末端之外的程度可变；或者，下部界面区域80或上部界面区域70延伸到外部套管50的末端之外约20mm或更多，或者约20mm与外部套管50高度的大约一半之间，或者小于外部套管50高度的大约一半。网格结构中开口面积的量大于0.0025cm2每厘米翅片部分垂直高度每千克待支撑的电极；或者大于0.0032cm2每厘米翅片部分垂直高度每千克待支撑的电极；或者大于或等于0.0042cm2每厘米翅片部分垂直高度每千克待支撑的电极。
[0034]根据本公开的另一方面，本领域的技术人员将理解的是，虽然在开口网格的情形中描述了翅片部分55，但是可以采用为实心或中空圆柱体或条的翅片部分55而不超出本公开的范围。这样的翅片部分55的例子在图2e中提供。类似于图3，由实心或中空圆柱体或条构成的翅片部分55 (I)也可以包括上部界面区域70，它能够与另一翅片部分55 (2)的下部界面部分80重叠100。圆柱体或条的设计使得每个翅片部分55展现出每单位长度(L)恒定体积的第二金属。
[0035]仍参见图3，每个翅片部分55(1，2)通过使用紧固件110被直接固定到相应外部套管50(1，2)的内表面或被焊接到其上。此类紧固件110可包括但不限于铆钉、螺栓、销轴或螺钉。任选地，可通过使用支架等将内部翅片附接到外壳上，翅片与支架之间以及支架与外壳之间的紧固方法采用如上所述的或本领域技术人员已知的类似方法。
[0036]也可以通过使用此类紧固件111将一个翅片部分55(2)的底部界面区域80与另一个翅片部分55 (I)的上部区域70的重叠100固定到外部套管部分50上。然而，本领域的技术人员将理解的是，重叠100无需被物理连接在一起，也无需被连接到外壳。在图3所示的具体例子中，重叠100被物理连接到一起并被紧固到外壳，从而提供额外的机械连续性。然而，当需要使重叠100物理连接时，将重叠的翅片紧固在一起的方法可按提供处于张力下的接头的方式实施。外部套管部分50的外表面可包括确定为必要或需要的凹口、折皱或其他结构。
[0037]使用紧固件110将每个翅片部分55固定到相应外部套管50的内表面，使得不需要将翅片部分55焊接到外部套管50。不需要将翅片部分55焊接到外部套管部分50可导致制造成本的降低，以及工人暴露于危险条件的可能性的降低。例如，当翅片部分55由不锈钢构成时，紧固件的使用使得不需要将翅片部分55焊接到外部套管部分50，从而消除工人暴露于在焊接过程中形成的六价铬化合物的可能性。
[0038]可将外部套管50焊接在一起以便提供无泄漏的接头。可通过使用垫板或垫环(未示出)来帮助外部套管的这种焊接，所述垫板或垫环围绕外部套管50的外表面设置，使得其紧邻两个套管部分之间的接触点。无泄漏的接头120还可以通过以下方式实现:加热外部套管50之一从而导致金属膨胀，并将受热的外部套管的边缘置于未加热的另一外部套管的边缘上。在受热的外部套管冷却后，该套管中的金属抵靠着另一外部套管中金属表面的收缩将导致形成无泄漏的密封或滑动接头120。仍参见图3，示出了这种无泄漏的密封或滑动接头120。在该具体情况下，将外部套管50(1)加热到约10(TC至约250°C或约100°C至约150°C的温度，以导致套管内的金属膨胀。然后将第二外部套管50 (2)的边缘置于第一外部套管50 (I)中，使得第二外部套管50(2)的下边缘115接触第一外部套管50(1)的内表面。冷却后，在外部套管50(1，2)之间形成无泄漏的压缩密封120。或者，可以使用冷却或加热与冷却的组合来实现两个外部套管之间所需的温差，该温差足以引起将一个外部套管滑入另一个外部套管所需的直径变化。
[0039]可以选择由不锈钢构成的翅片部分55来生产需要低铁含量的硅合金。除了具有低铁含量外，选择不锈钢还因其机械强度(即其在高温下的拉伸强度)能够经受电极柱引起的重量和应力。通常，可以产生铁含量低于约0.35重量％的硅合金。预先确定与每个翅片部分55相关的尺寸，使得翅片部分55为电极柱提供必要的机械支撑。使用不锈钢翅片部分55还使得可以将轻质材料(诸如铝)用于构造外部套管50。
[0040]本文所用的每个翅片部分55每单位面积长度(per unit area length)恒定体积的金属是指:与翅片部分55的宽度相交的任何纵向横截面内存在的金属的量大约相同或恒定。每个纵向横截面内的金属的量可影响电极的结构强度。用于本公开的翅片部分55保持对称设计，使得在翅片部分55中的金属的横截面积在翅片部分55的整个长度中恒定或几乎恒定。这可以通过与网格结构和孔相关的图案类型或几何形状来实现。更具体地讲，这些图案包括网格，以及穿孔板、格栅图案以及其他网形金属图案。本领域的技术人员将理解的是，网格结构不限于平板图案设计。相反，网格结构还可以体现为杆、管或圆柱形结构设计，而对所用的杆或管的类型无限制。选择任何给定的网格结构用于本公开的翅片部分55的合意性由以下方面决定:该结构在垂直平面中的总横截面积的一致性，以及所用金属的百分比有效性。
[0041]网格结构中开口面积的量使得未焙烧的碳糊可与网格支撑结构整合在一起。换句话讲，碳糊占据网格结构中的开口面积并有助于在焙烧时将金属锚定在电极中的翅片部分55中，从而为电极提供内部支撑结构。翅片设计的有效性可由最小剩余横截面积与平均剩余横截面积的比率来度量。在常规翅片设计中，每个设计的有效性通常在30-50%有效的范围内。相比之下，在本公开中与翅片相关的结构的设计将所用金属的效率提高到接近100%，不存在因重叠翅片部分而有意引入的任何无效率。该设计中提高的效率使得翅片部分的重叠能够实现冶炼操作的最终产品的严格纯度要求所需的相同总体翅片金属效率。翅片部分的重叠使得不需要焊接不锈钢并消除了员工暴露于六价铬化合物的可能性。
[0042]现在参见图4 (A-1)，将描述与翅片结构55中的网格结构200相关的各种几何形状。使用各项所需应用特定的操作标准，预先确定选择用于电极壳3的翅片部分55的具体几何形状，这些标准诸如为炉子的温度，高度、宽度和所得的重量所引起的应力的量，或电极所表现出的负荷，等等。可以改变与翅片部分55相关的各种设计变量，以便适应或满足操作标准。更具体地讲，这些设计变量包括例如翅片的宽度、翅片的厚度、翅片的开口面积百分比、边缘条的宽度以及与网格结构200中的金属组件相关的角度(0 )。如果将网格结构200中的金属组件选择为太薄，则翅片部分55变得薄弱并将在电极负荷下失效，从而为电极结构提供不足的支撑。如果将网格结构200中的金属组件选择为太厚，则金属在炉子的高温下的膨胀可能导致电极破裂。图4(A-D)提供具体例子，展示了与翅片部分55相关的开口面积的量的变化。图4(B，E，&F)中所示的网格结构的比较展示了与网格结构200中的金属组件相关的角度(0)的变化。
[0043]使用网格结构200而非其他几何形状，能使该结构中电极可以经过其进行焙烤的开口面积更大。增大的焙烧经过区可减小将支撑结构完全锚定在电极中所需的最小焙烧高度。其还可减小电极沿着翅片线在炉内消耗的趋势，这将导致总体更强的电极和更低的消耗率。网格结构200还提供在焙烧期间施加于翅片部分55的平均机械及热应力的更均匀分布，并将负荷从碳电极转移到电极壳5。在图4(A-1)的每一者中，展示了各种不同网格结构200的每单位长度恒定体积的金属。
[0044]如图3和4 (A-1)所示，翅片部分55的网格结构200可任选地在各翅片部分的至少中央区域中包括实心金属条或实心侧条210。或者，沿着上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域的纵向边缘包括侧条。侧条210可如图4(A-E)所示用在翅片部分55的两个纵向边缘上，如图4F所示沿着网格结构的内部而不是在边缘设置，如图4G所述沿着横向边缘设置，或如图41所示以纵向和横向位置的组合方式设置，而不超出本公开的范围。根据本公开的一个方面，如图4 (A-E)所示，实心侧条可沿着翅片部分55的纵向边缘的整个长度进行定位。侧条210在宽度上可以相似，或者一个侧条可以比另一个更宽。侧条210的长度和宽度可基于本领域的技术人员希望网格结构200提供的结构支撑或完整性的量而预先确定。任选地，侧条210还可以沿着翅片部分55的宽度(W)进行定位。
[0045]现在参见图5 (A-B)，侧条之一能够与外部套管部分50的内表面52接触并可用于将翅片部分55紧固到其上。与外部套管部分50的内表面52接触的侧条210可以弯曲以与翅片部分55垂直，从而使得侧条210的一部分可与外部套管50的内表面52齐平。这使得可以通过使用如之前所述的紧固件300将翅片部分55紧固到外部套管。图5(A)展示了一种翅片部分55，其中网格结构200 (i)沿着其宽度呈线性形状，而根据本公开的另一方面，翅片结构55还可以包括沿着其宽度具有波纹形状的网格结构200 (ii)，如图5 (B)所示。本领域的技术人员将理解的是，网格结构200的形状还可以包括具有任何数量的弯曲的另一种弯曲或非线性几何形状(而每个弯曲具有任何半径)，而不超出本公开的范围。
[0046]弯曲侧条210还可以任选地在电极的制作期间提供额外的结构支撑和电气连续性。现在参见图6(A-B)，还可以将弯曲侧条210用于将一个翅片部分55(1)的下部界面区域耦接到接触接头325上，而接触接头被固定到外部套管50(1)的内表面52上。如图6A所示，翅片部分55 (I)与接触接头325重叠，使得翅片部分55 (I)与接触接头325错开并与外部套管50的内表面52齐平。翅片部分55 (I)中的一个或多个孔与接触接头325对齐，通过这些孔可将诸如螺栓或铆钉等紧固件315用于将两者耦接在一起。将翅片部分55(1)与重叠接头325物理紧固在一起，可在自耗电极的形成过程中提供额外的结构支撑和电气连续性。在图6(B)中，示出了翅片部分55(1)的重叠使得翅片部分55(1)的下部不一定需要与外部套管50 (I)的内表面52齐平，以便使用紧固件315与接触接头325耦接。
[0047]现在参见图6 (C-D)，还可以将弯曲侧条210用于将一个翅片部分55(1)的下部界面区域耦接到另一个翅片部分55(2)的上部界面区域上，所述上部界面区域被固定到外部套管50(2)的内表面52上。如图6C所示，翅片部分55(1)与另一翅片部分55(2)重叠，使得翅片部分55 (I)与另一翅片部分55 (2)错开并与外部套管50 (2)的内表面52齐平。翅片部分55(1)中的一个或多个孔与另一翅片部分55(2)对齐，通过这些孔可将诸如螺栓或铆钉等紧固件315用于将两者耦接在一起。将翅片部分55(1，2)在重叠处物理紧固在一起，可在自耗电极的形成过程中提供额外的结构支撑和电气连续性。在图6(D)中，示出了翅片部分55(1，2)的重叠使得翅片部分55 (I)的下部不一定需要与外部套管50 (2)的内表面52齐平，以便耦接到另一翅片部分55(2)。
[0048]本公开的电极壳提供胜过常规技术的多项有益效果。本公开的电极壳5不需要将翅片部分55焊接到外部套管部分50，从而提高生产力并降低制造成本。当将不锈钢用于翅片部分55时，焊接的取消可降低工人暴露于六价铬化合物的形成的可能性。翅片部分55的网格结构200维持每单位长度恒定体积的金属的能力使得翅片部分55具有更高的承重能力并抵抗电极所引起的更高应力。网格结构200还使得在翅片部分55中具有大量的开口面积，从而使得可以增大与碳糊60相关的焙烧通过量，这将导致更多的热转移、更大的热应力耐性并减少断裂线的形成或裂纹扩展。因此，网格结构200使得可以减少翅片部分55的数量，同时维持对所形成的电极足够的结构支撑。
[0049]已出于举例和说明的目的提出了对本发明的各种实施例的上述说明。其并非意图详尽列举本发明或将本发明限制为所公开的精确实施例。按照上述教导内容，可以有许多修改形式或变型形式。选择并描述所讨论的实施例，以对本发明的原则和其实际应用进行最佳举例说明，从而使本领域的普通技术人员能够在各种实施例中并以适于所设想的特定应用的各种修改形式来利用本发明。当根据公平、合法和公正地赋予其权利的范围进行解释时，所有这些修改形式和变型形式都在通过所附权利要求确定的本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种用于电还原炉的自焙电极，所述电极包括: 外部套管；所述外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面，所述多个套管部分能够堆叠在一起以形成所述外部套管； 多个翅片；所述翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分沿着一个套管部分的长度机械耦接到所述套管部分的内表面；每个翅片部分具有上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域；所述上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域具有网格结构，所述网格结构分布有至少10%的开口面积，使得每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的所述第二金属，一个翅片部分的所述上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠；并且任选地，每个翅片部分的至少所述中央区域包括预定宽度和长度的第一和第二侧条；以及 电极碳糊；所述糊被限定在所述外部套管内并与所述多个翅片接触。
2.根据权利要求1所述的电极，其中每个翅片部分的至少所述中央支撑区域包括具有大于30%的开口面积的网格结构。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其中每个套管部分中的所述第一金属和每个翅片部分中的所述第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。
4.根据权利要求3所述的电极，其中所述第一金属和所述第二金属被选择为不同的金属。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电极，其中每个套管部分包括介于2和25个之间的翅片部分。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述第一侧条接触所述套管部分的所述内表面并被紧固到其上。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的电极，其中预先确定一个翅片部分的所述下部界面区域与另一个翅片部分的所述上部界面区域之间的重叠量，以向所述电极提供一定程度的结构完整性，使得所述翅片部分不需要被紧固在一起。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的电极，其中将一个翅片部分的所述下部界面区域与另一个翅片部分的所述上部界面区域紧固在一起。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电极，其中每个翅片部分沿着其宽度为直的或弯曲形的，并从所述套管部分的所述内表面径向突出。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的电极，其中所述多个套管部分中的至少一个通过焊接或滑动接头耦接到另一个套管部分。
11.一种用于制作在还原电弧炉中消耗的自焙电极的电极壳，所述电极壳包括: 外部套管；所述外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面，所述多个套管部分能够堆叠在一起以形成所述外部套管；以及 多个翅片；所述翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分沿着一个套管部分的长度机械耦接到所述套管部分的内表面；每个翅片部分具有上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域；所述上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域具有网格结构，所述网格结构具有沿着宽度对称设置的至少10%的开口面积，使得每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的所述第二金属，一个翅片部分的所述上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠；并且任选地，每个翅片部分的至少所述中央区域包括预定宽度和长度的第一和第二侧条。
12.根据权利要求11所述的电极壳，其中每个翅片部分的至少所述中央支撑区域包括开口面积大于30%的网格结构。
13.根据权利要求11或12所述的电极壳，其中所述第一金属和所述第二金属为不同的金属。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的电极壳，其中每个套管部分包括介于2和25个之间的翅片部分。
15.根据权利要求11所述的电极壳，其中所述第一侧条接触所述套管部分的所述内表面并被紧固到其上。
16.根据权利要求11-14中任一项所述的电极壳，其中预先确定一个翅片部分的所述下部界面区域与另一个翅片部分的所述上部界面区域之间的重叠量，以向所述电极提供一定程度的结构完整性，使得所述翅片部分不需要被紧固在一起。
17.根据权利要求11-14中任一项所述的电极壳，其中将一个翅片部分的所述下部界面区域与另一个翅片部分的所述上部界面区域紧固在一起。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的电极壳，其中所述多个套管部分中的至少一个通过焊接或滑动接头耦接到另一个套管部分。
19.根据权利要求11-18中任一项所述的电极壳，其中所述多个翅片中开口面积的量大于或等于0.0042cm2每厘米壳体垂直高度每千克待支撑的电极。
20.—种用于制作在还原电弧炉中消耗的自焙电极的电极壳,所述电极壳包括: 外部套管；所述外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面，所述多个套管部分能够堆叠在一起以形成所述外部套管；以及 多个翅片，所述翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分沿着一个套管部分的长度机械耦接到所述套管部分的内表面；每个翅片部分包括具有上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域的实心条或圆柱体，使得每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的所述第二金属，一个翅片部分的所述上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠。
21.根据权利要求20所述的电极壳，其中每个套管部分中的所述第一金属和每个翅片部分中的所述第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。
【文档编号】H05B7/09GK104206008SQ201380018480
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2012年4月11日
【发明者】罗杰·R·巴特莱特, 奥古斯丁·费尔南德斯, 克里斯多佛·科兹恩斯奇, 丹尼·沃德 申请人:道康宁公司