FI91477B - Menetelmä metallien sulattamiseksi ja/tai puhdistamiseksi ja jäähdytyslaite tässä käytettävälle grafiittielektrodille - Google Patents

Description

91477

MENETELMÄ METALLIEN SULATTAMISEKSI JA/TAI PUHDISTAMISEKSI JA JÄÄHDYTYSLAITE TÄSSÄ KÄYTETTÄVÄLLE GRAFIITTIELEKTRÖDILLE

Tämä keksintö koskee menetelmää metallien sulattamiseksi ja/-tai puhdistamiseksi ja jäähdytyslaitetta tässä käytettävälle grafiittielektrodille. Valokaariuunissa on allas ja uunin kansi altaan yläpuolisen avoimen osan peittämiseksi ja pystysuorat grafiittielektrodit, jotka ulottuvat altaaseen uunin kannen läpi.

Teräksen valmistuksessa ja metallien valokaaressa tapahtuvassa sulatuksessa ja/tai puhdistuksessa on haluttu vähentää sähköenergialustannuksia ja grafiittielektrodien hapettumisesta johtuvaa ulkokehän pään kulumista, jolloin näin alennetaan elektrodikustannuksia. Hapettumisesta johtuvan kulumisen vähentämiseksi on ehdotettu ja toteutettu grafiittielektrodien jäähdyttäminen.

Tekniikan taso

Grafiittielektrodien jäähdyttämiseksi metallin puhdistuksessa, on esimerkiksi ehdotettu menetelmää ja laitetta, jossa grafiittielektrodit, jotka on kytketty peräkkäin, ylemmät on rakennettu siten, että niiden sisäpuolta jäähdytetään jäähdytysvedellä, se on, ne on rakennettu vesijäähdytteisiksi kulumattomiksi elektrodeiksi, ja vain jäljellä olevat alemmat grafiittielektrodit, jotka on kytketty nippeleillä kulumatto-:· mien elektrodien alapäähän ja joita jäähdytetään kulumatto mista elektrodeista käsin, kuluvat sulamis- ja/tai puhdistus tapahtuman aikana.

‘ Esimerkiksi US-patenttijulkaisut nro 4 416 014, nro 4 417 344 ja nro 4 451 926 esittävät rakenteita, joissa vesijäähdytteiset, kulumattomat elektrodit koostuvat ontoista 2 91477 alumiinisylintereistä, ja jäähdytysvesi johdetaan näihin kulumattomiin elektrodeihin jäähdyttämään niiden seinämää ja täten jäähdyttämään grafiittielektrodeja, jotka on kytketty näiden kulumattomien elektrodien alapäähän.

Edelleen japanilaiset patenttijulkaisut 501879/1985 ja 501880/1985 esittävät rakenteita, joissa vesijäähdytteiset kulumattomat elektrodit koostuvat grafiittiputkista, ja jääh-dytysvesi johdetaan näiden kulumattomien elektrodien reikään. Kun ylempiä kulumattomia grafiittielektrodeja jäähdytetään niihin kytkettyjen alempien grafiittielektrodien jäähdyttämiseksi, grafiittielektrodien pään ja ulkokehän kulumista voidaan vaimentaa, jolloin elektrodeille saavutetaan kustannusten vähentyminen.

Kuitenkin, kun grafiittielektrodit, jotka on kytketty kulumattomien elektrodien alapäähän, kuluvat niin, että ne on poistettava, elektrodiyhdistelmä on ensin poistettava valokaariuunista ja siirrettävä erilleen ennen kuin irrotetaan ne nippeleistä ja myös, jos halutaan, nippelien poistamiseksi kulumattomista elektrodeista. Kun kytketään uusia grafiittielektrode ja, nippelit kytketään ensin kulumattomiin elektrodeihin, ja sitten uudet kuluvat elektrodit kytketään nippe-leihin. Tällä tavalla järjestelmässä, jossa alempia kuluvia Γ grafiittielektrodeja jäähdytetään ylemmistä vesijäähdyttei sistä kulumattomista elektrodeista, kuluneiden alempien kuluvien grafiittielektrodien korvaaminen vaatii työtä elektro-diyhdistelmän siirtämiseksi erilleen ja kovaa erillistä työtä elektrodien ja nippeleiden poistamiseksi ja kytkemiseksi.

Nämä toiminnot ja työt ovat hyvin vaivalloisia. Edelleen, jos kuluvien elektrodien poistaminen ja uudelleenkytkeminen tehdään toistuvasti, se johtaa kuluvien ja kulumattomien elektrodien ja nippelien deformaatioon tai kulumiseen ja aiheuttaa niille haittaa, ja johtaa elektrodien kytkennän puutteellisuuteen ja sähköisen ominaisvastuksen kasvamiseen. Näissä tapauksissa normaali metallin sulatus- ja/tai puhdistustoi-minta häiriintyy.

3 91477

Edellä olevien ongelmien ratkaisemiseksi on ehdotettu jäähdytysjärjestelmää, joka ei käytä mitään vesijäähdytteistä kulumatonta elektrodia siihen kytkettyjen alempien kuluvien gra-fiittielektrodien jäähdyttämiseen. Tarkemmin, japanilainen hyödyllisyysmallijulkaisu 23 357/1984 esittää jäähdytyslaitteen, jossa jäähdytysvesi virtaa grafiittielektrodin pintaa vasten, joka laajenee ylöspäin valokaariuunin kannesta. Tämä jäähdytyslaite on kuvassa 1 esitetyn kaltainen. Kuvassa viitenumero 1 merkitsee valokaariuunin katetta. Grafiittielekt-rodi 2 läpäisee pystysuoraan liikutettavalla tavalla katteen 1, ja alempi grafiittielektrodi on kytketty tämän grafiittielektrodin 2 alapäähän. Alempi grafiittielektrodi ulottuu valokaariuuniin aiheuttaen metallin puhdistumisen, esim. teräksen valmistuksessa. Katteen 1 yläpuolella grafiitti-elektrodien 3 ylempi pääosa on kiinni elektrodinpitimessä 3. Elektrodinpidin 3 on pohjalla renkaanmuotoisen jäähdytysput-ken 4 kanssa. Jäähdytysputkessa 4 on useita alaspäin leviäviä pystysuoria putkia 5, jotka puolestaan on varustettu suutti-milla 6, jotka on suunnattu kohti grafiittielektrodin pintaa. Jäähdytysvesi, joka syötetään renkaanmuotoiseen putkeen 4, laskeutuu pitkin pystysuoria putkia 5 puhallettavaksi suuttimista 6 vasten grafiittielektrodin ulkokehää niiden jäähdyttämiseksi.

Kuvassa 1 esitetyssä jäähdytyslaitteessa jäähdytysvesi kuitenkin suihkutetaan kustakin suuttimesta 6 vaakasuoraan suuntaan. Sen vuoksi, kun se osuu grafiittielektrodin 2 ulkokehälle, huomattava määrä räiskyy. Räiskyneen kylmän veden suuren määrän vuoksi elektroninpitimeen 3 ja kanteen 1 kohdistuu vakava kontaminaatio ja haitta, niin että jäähdytyslaite on ; epäkäytännöllinen. Lisäksi koska vain pieni osuus jäähdytys- vesisuihkusta osallistuu jäähdytykseen, on tarpeen käyttää äärettömän suurta määrää jäähdytysvettä, joka on epäedullista taloudellisuuden kannalta. Lisäksi vielä useat pystysuorat putket 5 laajenevat alaspäin ulottuen leveälle renkaanmuotoi-sesta jäähdytysputkesta 4. Nämä pitkät pystysuorat putket 5 muodostavat esteen, kun poistetaan jäähdytyslaitetta 4 91477 elektrodien korvaamiseksi/ se on, ne aiheuttavat paljon vaivalloista työtä elektrodien korvaamiseksi.

»

Kuvassa 1 esitetyllä jäähdytyslaitteella on vielä eräs lisä-haitta. Koska renkaanmuotoinen jäähdytysputki 4 on sellainen, että se ympäröi grafiittielektrodin 2 ulkokehää, se suojaa sähkömagneettisia voimia ja katkaisee huomattavan osan gra-fiittielektrodin 2 läpi kulkeneesta virrasta. Tämä aiheuttaa vakavia ongelmia valokaariuunin toiminnassa. Tavallisesti valokaariuuni käyttää toiminnassaan kolmea grafiittielektro-dia, jotka sopivat kolmivaiheiseen vaihtovirtalähteeseen. Näiden grafiittielektrodien jäähdyttämiseksi kullakin niistä on kuvassa 1 esitetyn kaltainen jäähdytyslaite. Koska kukin jäähdytysputki 4 on renkaanmuotoinen, yksittäiset grafiit-tielektrodit 2 vaikuttavat keskinäisesti toisiinsa sähkömag-neettisesti. Koska kukin äähdytysputki 4 suojaa sähkömagneettisia voimia, kunkin grafiittielektrodin 2 läpi kulkeva virta katkeaa. Siksi elektrodin kulutus kasvaa suuresti riittävän metallin kuumenemisen aikaansaamiseksi.

Keksinnön lyhyt kuvaus Tämä keksintö koskee menetelmää metallien sulattamiseksi . ja/tai puhdistamiseksi, jossa menetelmässä nestemäistä jääh- dytysainetta ei puhalleta vaakasuorassa suunnassa, vaan se suihkutetaan alaspäin tai ylöspäin pystysuoran grafiittiel-ektrodien rivin ulompaa kehää vasten sillä tavalla, että suihkutettu nestemäinen jäähdytinaine suunnataan alaspäin tai ylöspäin 10 - 35 asteen vinossa kulmassa vaakatasoon nähden.

Sen vuoksi kun jäähdytysaine osuu grafiittielektrodin ulkokehälle, se ei olennaisesti räisky, vaan sen pääosa virtaa alas grafiittielektrodin ulkokehää kalvon muodossa. Grafiittielektrodin ulkokehää jäähdyttää tämä nestemäinen jäähdytin-ainekalvo. Jäähdytys ei ole rajoittunut paikalliseen osaan grafiittielektrodin ulkokehästä, silloin, se osa 5 91477 grafiittielektrodin ulkokehästä, jonka pituus on suurempi, jäähtyy ja pysyy mustana, näin suuresti vähentäen toisiinsa kytkettyjen grafiittielektrodien hapettumisesta johtuvaa kulumista.

Keksinnön mukaan nestemäisenä jäähdytysaineena käytetään vettä, joka sisältää tai ei sisällä hapettumista vastustavaa ainetta. Sen vuoksi, koska jäähdytysaine virtaa alas grafiittielektrodin ulkokehää, hapettumista vastustava aine, jos sitä on mukana, kiinnittyy siihen muodostamaan hapettumista vastustavan aineen kalvon, jolloin tehokkaasti ehkäistään grafiittielektrodien hapettumisesta johtuva kuluminen.

Edelleen, keksinnön mukaan nestemäistä jäähdytysainetta puhalletaan suihkupaineella 0,5-3 kg/cm2 ja nopeudella 0,8-6,0 1/min. Jos nestemäistä jäähdytysainetta puhalletaan näissä olosuhteissa, se ei olennaisesti räisky osuessaan, vaan sen pääosa virtaa alas grafiittielektrodin ulkokehää. Vaikka se tulee uuniin, se haihtuu heti, niin että siitä ei ole mitään ongelmaa uunin toiminnalle.

Vielä edelleen, keksinnön mukaan jäähdytysputki ympäröi gra-fiittielektrodeja valokaariuunin katteen ja elektrodinpitimen välissä, joka pitää grafiittielektrodirivin yläpäätä, ja siinä on ainakin yksi suihkusuutiin, joka on suunnattu kohti grafiittielektrodien ulkokehää nestemäisen jäähdytysaineen puhaltamiseksi niitä vasten. Tällä renkaanmuotoisella jäähdy-tysputkella on aukko, joka on muodostettu poistamalla ainakin osa siitä. Sen vuoksi, vaikka jäähdytysputkeen kohdistuu grafiittielektrodin läpi kulkevan virran sähkömagneettinen ; vaikutus, virta ei kulje jäähdytysputken läpi koska siinä on aukko, ja tästä johtuen grafiittielektrodien läpi kulkeva virta ei koskaan katkea. Lisäksi ainakin yhdellä renkaanmuo-toisessa jäähdytysputkessa olevalla suihkusuuttimellä on sellainen ulostulo, että siitä tuleva nestemäisen jäähdytys-aineen suihku suuntautuu kohti grafiittielektrodin akselin suuntaa ja alaspäin tai ylöspäin 10-35 asteen kulmassa 91477 e vaakasuunnan suhteen. Sen vuoksi, koska nestemäisen jäähdytys aineen suihku tästä suihkusuuttimesta osuu grafiittielekt-rodin ulkokehälle, se ei olennaisesti räisky, vaan sen pääosa virtaa alas ulkokehää muodostaen sen päälle nestemäisen jääh-dytysainekalvon. Elektroninpitimen pitämän grafiittielekt-rodirivin ulkokehä voidaan näin jäähdyttää yhdenmukaisesti koko pituudeltaan. Näin on mahdollista suuresti vähentää elektrodien kulumista.

Lyhyt kuvaus piirroksista

Kuva 1 on perspektiivikuva, joka esittää tekniikan tason jäähdytyslaitetta;

Kuva 2 on tasokuva, joka esittää keksinnön mukaista jäähdytyslaitetta, jota käytetään grafiittielektrodien jäähdyttämiseen;

Kuva 3 on kuva edestäpäin katsottuna, joka esittää kuvassa 2 esitettyä jäähdytyslaitetta;

Kuva 4 on poikkileikkauskuva pitkin viivaa A-A kuvassa 2 ja näytettynä nuolien suunnassa; i

Kuva 5 on kuva suurennetussa mittakaavassa, joka esittää suihkusuuttimien kiinnityskohtaa kuvassa 4 esitetyssä ren-kaanmuotoisessa jäähdytysputkessa; .. Kuva 6 on tasokuva, joka esittää keksinnön eri toteutusmuodon ' käsittävää jäähdytyslaitetta; ja

Kuva 7 on poikkileikkauskuva, joka esittää keksinnön vielä erään toteutusmuodon käsittävän jäähdytyslaitteen.

7 91477

Parhaat tavat keksinnön suorittamiseksi

Viitaten nyt kuviin 2, 3 ja 4, viitenumero 10 merkitsee gra-fiittielektrodia. Grafiittielektrodi 10, kuten kuvassa 1 esitetty grafiittielektrodi 2, pysyy yläpäästään kiinni el-ektroninpitimessä, ja alempi grafiittielektrodi on kytketty nippelin avulla grafiittielektrodin 10 alapäähän. Alempi grafiittielektrodi ulottuu valokaariuunin sisään sen kannen läpi. Kuvissa 2, 3 ja 4, erityisesti kuvissa 3 ja 4, ei kuitenkaan ole esitetty elektroninpidintä, uuninkatetta, nippeliä ja alempaa grafiittielektrodia. Edelleen, käytännössä on kolme grafiittielektrodia järjestetty kuten grafiittielektrodi 10 valokaariuunissa tasaisin välein ympyrään, joka on sa-mankeskeinen uunin kanssa ja jolla on ennaltamäärätty säde. Käytetään kolmea grafiittielektrodia, koska käytetään kolmivaiheista vaihtovirtaa. Kuvissa 2, 3 ja 4 on esitetty vain tyypillinen näistä grafiittielektrodeista 10. Alemmat gra-fiittielektrodit ovat kukin kytketty kuhunkin kolmeen gra-fiiittielektrodiin 10, ja niihin syötetään energiaa uunissa teräksenvalmistuksen tai vastaavan metallin sulattamisen ja/tai puhdistamisen aikaansaamiseksi.

Nestemäinen jäähdytysaine 11, esim. sellainen, joka olennaisesti koostuu vedestä, puhalletaan jatkuvasti vasten ainakin yhden kolmesta grafiittielektrodista 10 ulkokehää 10a, tar- kemmin grafiittielektrodin 10 osan ulkokehää 10a, joka ulottuu pitimen ja uunin katteen väliin. Nestemäistä jäähdytys-ainetta 11 ei suihkuteta vaakasuunnassa, vaan alaspäin viistossa suunnassa kulmassa 10-35° vaakasuunnan suhteen.

.. Grafiittielektrodia 10 voidaan jäähdyttää, kun nestemäinen jäähdytysaine 11 suihkutetaan missä tahansa suunnassa, kunhan jäähdytysaine puhalletaan vasten grafiittielektrodin 10 ulkokehää 10a. Jos jäähdytysaine 11 kuitenkin suihkutetaan olennaisesti vaakasuunnassa L-L puhallettavaksi vasten grafiittielektrodin 10 ulkokehää 10a, syntyy suuri iskuvoima, koska se osuu ulkokehälle niin, että huomattava osa siitä räiskyy-ulkopuolelle. Tässä tapauksessa grafiittielektrodin ulkokehää 91477 s 10a voidaan jäähdyttää vain paikallisesti siltä osaltaan, johon nestemäinen jäähdytysaine 11 osuu. Lisäksi räiskynyt nestemäinen jäähdytysaine aiheuttaa elektroninpitimen ja uunin katteen aikaisen kulumisen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on keksinnön mukaisesti jäähdytysputki 12 asennettu siten, että se olennaisesti ympäröi grafiittielektrodia 10, ja nestemäinen jäähdytysaine 12, joka johdetaan jäähdytysputkeen 12 sisäänmenoputken 12a kautta, on suihku alaspäin viistoon suuntaan kulman ollessa 10-35° vaakasuoran viivan L-L suhteen puhallettavaksi grafiittielektrodin ulkokehää 10a vasten. Jäähdytysputki 12 on asennettu grafiittielektrodin 10 ulomman pään elektrodinpitimen ja valokaariuunin päällyskannen väliin, edullisesti suoraan elektroninpitimen alle.

Jäähdytysputki 12 on renkaanmuotoinen ollen samankeskinen grafiittielektrodin 10 kanssa ja asennettu siten, että se on välimatkan päässä ennalta määrätyllä etäisyydellä grafiittielektrodin ulkokehästä 10a. Varsinaisesti kuitenkin on jäähdytysputkessa 12 aukko 13, joka on muodostettu poistamalla ainakin osa siitä.

Valokaariuunissa, jossa kolme grafiittielektrodia 10 alempien grafiittielektrodien suhteen, kukin vastaten kutakin kolme-vaiheisen voimalähteen vaihetta, on asennettu ympyrään sa-mankeskeisesti sen kanssa, jäähdytysputkiin 12, jotka ympäröivät vastaavia grafiittielektrodeja 10, vaikuttavat sähkö-magneettisesti joko yksinään tai keskinäisesti virrat, jotka kulkevat grafiittielektrodien 10 ja niihin kytkettyjen alempien grafiittielektrodien läpi, jos jäähdytysputket 12 ovat täysin renkaanmuotoisia. Yksittäisiin grafiittielektrodeihin .. 10 kohdistuu molemminpuolisesti sähkömagneettinen vaikutus.

Tämä vaikutus kohdistuu myös jäähdytysputkiin 12. Jos jäähdytysputket 12 ovat täysin renkaanmuotoisia, niissä kulkevat virrat. Nämä virrat vaikuttavat sähkömagneettisesta grafiittielektrodien 10 läpi kulkeviin virtoihin niin, että valokaariuunin toiminta häiriintyy.

9 91477 Jäähdytysputkiin 12 kohdistuvan sähköisen vaikutuksen eliminoimiseksi kukin niistä on jäähdytysputkessa 12, virta ei indusoidu jäähdytysputkessa 12 lukuunottamatta niihin itseensä liittyvän grafiittielektrodin 10 ja toisten grafiittielektro-dien sähkömagneettista vaikutusta, ja uunin toiminta ei koskaan häiriinny.

Jäähdytysputki 12 on valmistettu materiaalista, johon sähkö-magneettisuus ei vaikuta ja jolla on erinomainen hapettumista kestävä ominaisuus sekä erinomaiset muovaus- ja koneistusomi-naisuudet. Esimerkiksi se on sopivasti valmistettu ruostumattomasta teräksestä, koska ei-magneettista materiaalia metallia käytetään muovaus- ja koneistusominaisuuksien kannalta.

Se voi myös olla valmistettu ei-metallisesta materiaalista, kunhan materiaaliin ei sähkömagneettisuus vaikuta ja sillä on erinomainen hapettumisominaisuus, kuten keraamiset tuotteet.

Jäähdytysputkessa 12 on useita sopivan välimatkan päässä olevia suihkusuuttimia 14, jotka on suunnattu kohti grafiitti-elektrodia 10 nestemäisen jäähdytysaineen 11 suihkuttamiseksi niitä vasten. Kukin suihkusuutin 14 on suunnattu kohti gra-fiittielektrodin 10 akselia. Kuten kuvissa 4 ja 5 on esitetty, kunkin suihkusuuttimen 14 ulostulo 14a on suunnattu alaspäin viistoon suuntaan kulman # ollessa 10-35°. Kun nestemäinen jäähdytysaine 11 suunnataan jatkuvasti tälle kulma-alueelle kustakin jäähdytysputken 12 suihkusuuttimesta 14, se puhalletaan vasten grafiittielektrodia 10 alaspäin viistoon suuntaan, kuten kuvassa 3 on esitetty. Tässä tapauksessa nestemäisen jäähdytysaineen 11 osuessa grafiittielektrodin 10 ulkokehään 10a syntyvä iskuvoima vähenee olennaisesti, niin että nestemäinen jäähdytysaine 11 ei olennaisesti räisky. Lisäksi, koska nestemäinen jäähdytysaine 11 suunnataan alaspäin, muodostuu grafiittielektrodin ulkokehälle 10a ohut nestemäinen jäähdytysainekalvo 11a. Samalla kun tämä nestemäinen jäähdytysainekalvo valuu alas grafiittielektrodin ulkokehää · 10a, nestemäinen jäähdytysaine 11 haihtuu lämmön vaikutukses ta grafiittielektrodin 10 sisäpuolella. Grafiittielektrodiin 10 varautunut lämpö alenee haihtumislämmön vaikutuksesta, 91477 10 niin että grafiittielektrodi 10 jäähtyy tyydyttävästi koko pituudeltaan. Kun ylempi grafiittielektrodi 10 jäähtyy tällä tavoin, alempi grafiittielektrodi tai elektrodit, jotka on kytketty ylempään, jäähtyvät samalla, niin että alemman gra-fiittielektrodin tai elektrodien hapettumisesta johtuvaa kulumista voidaan vähentää. Tarkemmin, koska grafiittielekt-rodilla on erinomainen johtavuus, kun elektroninpitimessä kiinni oleva grafiittielektrodi jäähtyy, erityisesti niin suurelta osalta kuin on mahdollista sen alapäätä myöten, alempi grafiittielektrodi tai siihen kytketyt elektrodit jäähtyvät myös tyydyttävästi, niin että on mahdollista saavuttaa suuri vähentyminen elektrodien kulumisessa.

Nestemäinen jäähdytysainekalvo 11a, joka muodostuu elekt-roninpitimen kiinnittämän grafiittielektrodin 10 ulkokehälle 10a, kulkee osittain valokaariuunin päällyskatteelle. Uuniin tuleva nestemäinen jäähdytysaine haihtuu, jos lämpötila uunin sisällä on hyvin korkea ja sen uuniin tuleva määrä ei ole kovin suuri. Tässä tapauksessa uunin toiminta ei häiriinny, jos päällyskate on valmistettu tulenkestävästä materiaalista, esim. magnesiumoksidista, se turpoaa absorboimalla kosteutta, jolloin tuloksena on ei-toivottu huonontuminen sen hauraudessa. Tämän eliminoimiseksi nestemäinen jäähdytysaine 11 suihkutetaan sopivasti paineessa 0,5-3 kg/cm2 ja nopeudella 0,8-6,0 1/min.

Yleensä, jos nestemäinen jäähdytysaine saavuttaa sulan tai vastaavan sulatus- ja/tai puhdistustoiminnan aikana valokaariuunissa, sen vesisisältö koskettaa sulaa korkeassa lämpötilassa, joten hyvin vaarallinen vetyräjähdys on todennäköi-, nen. Tästä syystä tekniikan tasossa ei jäähdytysvettä tai « · 4 • ' vastaavaa jäähdytysainetta puhalleta vasten ulomman grafiit tielektrodin ulkokehää 10a, vaan ylempi elektroninpitimen kiinnittämä grafiittielektrodi on rakennettu sisäisesti vesijäähdytteiseksi kulumattomaksi elektrodiksi, siis, se on rakennettu siten, että sillä on aksiaalinen jäähdytysaineen läpikulku, jonka läpi johdetaan nestemäistä jäähdytysainetta jäähdyttämään sitä.

11 91477

Kun nestemäinen jäähdytysaine puhalletaan vasten grafiitti-elektrodin 10 ulkokehää 10a keksinnön mukaisesti, vaikka sen halutaan jäähdyttävän niin suurelta osin grafiitin»ulkokehää 10a kuin on mahdollista nestemäisellä jäähdytysaineella 11, on tarpeen minimoida nestemäisen väliaineen 11 puhallettava määrä niin, että jäähdytysaine, joka menee valokaariuunin päällyskatteeseen, haihtuu nopeasti uunissa ja eliminoi näin edellä mainitun vaaran mahdollisuuden.

Grafiittielektrodien jäähdytysmenetelmässä, jossa vain ylempää grafiittielektrodien pystysuorasta toisiinsa kytketystä rivistä jäähdytetään puhaltamalla jäähdytysainetta sen sijaan, että käytettäisiin kulumatonta elektrodia, grafiitti-elektrodit on kytketty tavallisella tavalla. Sen vuoksi tämä menetelmä sopii parhaiten tapaukseen, jossa elektrodit kytketään toimintapaikassa. Lisäksi menetelmä on hyvin erinomainen, koska se mahdollistaa sen tosiasian, että ylemmät ja alemmat grafiittielektrodit on valmistettu hyvin tyydyttävästä lämmönjohtimesta. Alempaa grafiittielektrodiatai elektrodeja jäähdyttää kuitenkin ylempi. Tämä tarkoittaa sitä, että alemman grafiittielektrodin tai elektrodien jäähdytys-teho riippuu ylemmän grafiittielektrodin jäähdytystehosta. Toisin sanoen elektrodin kulutuksen vähentymismäärä määritetään sillä määrällä, johon ylempi grafiittielektrodi jäähtyy pituussuunnassa. Viittauksenomaisesti sanotaan, että jos vaikka vain osa, esim. ylempi pääosa, ylemmästä grafiitti-elektrodista ei ole punahehkuinen, vaan pysyy mustana, on mahdollista merkittävästi vähentää alemman grafiittielektrodin tai elektrodien ulkokehän ja pään hapettumisesta johtuvaa kulumista. Esimerkkinä, jos ylempi grafiittielektrodi jäähtyy siten, että noin 10 % sen pituudesta pysyy mustana Selmalla kun loppu on punahehkuinen, elektrodin kulutuksen sanotaan vähentyvän enemmän kuin 12 % mitä tulee alemman grafiitti-elektrodin tai elektrodien hapettumisesta johtuvaan kulumiseen.

Kun nestemäistä jäähdytysainetta puhalletaan alaspäin viistoon suuntaa, kuten edellä on sanottu, vasten ylemmän 91477 12 grafiittielektrodin ulkokehää, nestemäinen jäähdytysainekalvo muodostuu ja virtaa alas grafiittielektrodin ulkokehää. Koska nestemäinen jäähdytysainekalvo virtaa alas, se voi*jäähdyttää suuren osan grafiittielektrodin ulkokehästä sen pituussuunnassa. Toisin sanoen, enemmän kuin 10 % ylemmästä grafiit-tielektrodista, jota vasten nestemäinen jäähdytysaine puhalletaan, voidaan pitää mustana. Tämä tarkoittaa sitä, että elektrodien kulutusta voidaan suuresti vähentää.

Kuva 7 esittää muunnoksen jäähdytysmenetelmästä. Tässä tapauksessa muodostuu nestemäinen jäähdytysainekalvo grafiittielektrodin 10 ulkokehälle 10a nestemäisen jäähdytysaineen ylöspäin viistoon suunnatusta suihkusta (kulman ollessa 10-35° vaakasuunnan suhteen), joka puhalletaan vasten ulkokehää 10a kaaren muodostumisen jälkeen. Tällä järjestelyllä on mahdollista puhaltaa nestemäinen jäähdytysaine 11 ilman häviötä vasten grafiittielektrodin ulkokehää 10a. Sen vuoksi silloinkin, kun valokaariuunin päällyskate 15 on valmistettu magnesiumoksidistä tai vastaavasta tulenkestävästä materiaalista, joka tulee hauraaksi absorboidessaan kosteutta, olennaisesti yhtään nestemäistä jäähdytysainetta 15 ei tule pääl-lyskatteeseen 15 niin, että ei ole mitenkään mahdollista häiritä uunin toimintaa. Lisäksi, kun päällyskate 15 on valmistettu alumiinioksidista tai vastaavasta tulenkestävästä materiaalista, jolla on suuri kestävyys kosteuden suhteen, kun nestemäinen jäähdytysainesuihku 11 puhalletaan ylöspäin viistoon suuntaan, kuten edellä sanottiin, ilman häviötä, päällyskatteen 15 kestoikä voi parantua 1,5-2,0-kertaiseksi tai enemmänkin verrattuna siihen tapaukseen, jolloin nestemäistä jäähdytysainetta suihkutetaan alaspäin viistoon suuntaan .

» ♦ «

Lisäksi samalla kun jäähdytysputki 16 nestemäisen jäähdytys-aineen 11 suihkuttamiseksi ylöspäin viistoon suuntaan voi olla varustettu kuvassa 7 esitetyn kaltaisilla suihkusuutti-milla, se voi tavallisesti olla varustettu ainakin yhdellä suihkun ulostulokohdalla tai aukolla 16a, joka on suunnattu ylöspäin viistoon suuntaan kallistusaluekulman ollessa 13 91477 10-35° vaakasuunnan suhteen. Tällä jäähdytysputkella 16 kuten myös kuvissa 2 ja 6 esitetyllä jäähdytysputkella 12 on aukko (jota ei ole esitetty kuvassa 7). Lisäksi jäähdytyksen tapahtuessa voi jäähdytysputki 16 olla asennettu katteen 15 pintaan, vaikka se tietenkin voi olla asennettu juuri gra-fiittielektrodia 10 pitävän elektroninpitimen alle.

Edellä mainittu jäähdytysputki 12 tai 16 on sopivasti järjestetty siten, että suihkusuuttimien 14 tai suihkusuuttimen tai -suuttimien 16a ulostulo 14a on sijoitettu 5-20 cm päähän grafiittielektrodin 10 ulkokehästä 10a. Sopivasti suihkusuu-tin 14 tai suihkun ulostulo 16a on järjestetty siten, että nestemäinen jäähdytysaine suihkutetaan kaltevuuskulman ollessa 10-35° vaakasuunnan suhteen (katso kuvat 5 ja 7), ja nestemäinen jäähdytysaine 11 suihkutetaan paineessa 0,5-3 kg/cm2 ja nopeudella 0,8-6,0 1/min. Kun nämä suihkutusehdot ovat voimassa, nestemäinen jäähdytysaine 11 voi tyydyttävästi jäähdyttää grafiittielektrodin 10 ulkokehää 10a ilman että se olennaisesti räiskyy elektroninpitimeen tai päällyskanteen, riippumatta valokaariuunin koon, dimensioiden ja tehon pienistä muutoksista, kunhan uuni on nykyään käytössä olevaa tyyppiä. Näin on mahdollista suuresti parantaa grafiittielektrodin 10 kestoikää.

Suihkusuuttimen 14 suuntaamiseksi alaspäin kallistuskulman alueelle 10-35° (katso kuva 5) nestemäisen jäähdytysaineen puhaltamiseksi on edellä mainittujen lisäksi olemassa vielä lisäsyy. Kun kallistuskulma on 0°, niin että nestemäinen jäähdytysaine 11 suihkutetaan suihkusuuttimesta olennaisesti vaakasuunnan L-L suuntaan, grafiittielektrodi 10 voidaan jäähdyttää vain paikallisesti, s.o., siitä voidaan pitää i"; mustana vain noin 5 % pituudesta, ellei syötettyä nestemäisen jäähdytysaineen 11 määrää suuresti nosteta. Lisäksi koska nestemäinen jäähdytysaine 11 puhalletaan, huomattava osa siitä räiskyy kohti elektroninpidintä ja aiheuttaa todennäköisesti vaurion sille. Tästä syystä kallistuskulman alaraja on asetettu 10o:een. Jos kallistuskulma toisaalta ylittää 35°, jäähdytysaine leviää, koska se on suihku, niin että se 91477 14 osittain saavuttaa valokaariuunin päällyskatteen, johtaen näin päällyskatteen varhaiseen kulumiseen.

φ

Lisäksi, jos suihkun ulostulon 16a (katso kuva 7) kallistus-kulma ylöspäin on alueen 10-35° ulkopuolella, ei muodostu tyydyttävää nestemäisen jäähdytysainesuihkun 11 kaarta alaspäin, ja nestemäisen jäähdytysaineen 11 räiskymäosuus lisääntyy suunnattomasti.

Nestemäisenä jäähdytysaineena 11 voidaan käyttää tavallisesti saatavana olevaa käyttövettä. Nestemäinen jäähdytysaine 11 voi kuitenkin sisältää hapettumista vastustavan aineen, s.o. kalsiumfosfaatin. Kun nestemäinen jäähdytysaine, joka sisältää hapettumista vastustavan aineen, kondensoituu ja muodostaa hapettumista vastustavan aineen kalvon grafiittielektro-din 10 ulkokehälle 10a. Näin muodostunut hapettumista vastustavan aineen kalvo ehkäisee grafiittielektrodin 10 hapettumisesta johtuvaa kulumista sen ulkokehältä. Kun ylempää grafiittielektrodia, jonka ulkokehälle on muodostunut hapettumista kestävän aineen kalvo, käytetään alempana grafiit-tielektrodina, voidaan grafiittielektrodin hapettumisesta johtuvaa kulumista sen ulkokehältä tehokkaammin vähentää elektrodin kulumisen edelleen vähentämiseksi. Tämän tehon saamiseksi hapettumista vastustavaa ainetta lisätään sopivasti 1-1,5 paino-%.

Kun nestemäinen jäähdytysaine suihkutetaan alaviistoon suuntaan, suihkusuuttimen 14 suihkun ulostulolla 14a on sopivasti sellainen rakenne, että nestemäinen jäähdytysaine 11 osuu grafiittielektrodin 10 ulkokehälle olennaisen tasaisesti, kuten kuvassa 2 on esitetty. Sopivana esimerkkinä voi suihku-: suutin 14 olla varustettu suodattimena 14b pölyn ja muiden nestemäiseen jäähdytysaineeseen 11 sisältyvien vieraiden partikkelien pois suodattamiseksi (katso kuva 5). Lisäksi, kun nestemäinen jäähdytysaine suihkutetaan yläviistoon suuntaan, kuten kuvassa 7 on esitetty, kukin suihkun ulostulo 16a on jälleen sopivasti rakennettu siten, että nestemäinen jäähdytysaine 11 osuu grafiittielektrodin ulkokehään 10a olennaisen tasaisesti.

15 91477

Lisäksi kuvan 2 tapauksessa jäähdytysputki 12 on symmetrisesti järjestetty aukon 13 suhteen. On kuitenkin mahdollista, että aukko 13 on missä tahansa halutussa osassa jäähdytys-putkea. Esimerkiksi aukon 13 on mahdollista olla putken sisäänmeno kohdan 12 läheisyydessä, jolloin se helposti saadaan koneistettua. Kuvassa 7 esitetyssä jäähdytysputkessa 16 voi samoin olla aukko missä tahansa halutussa osassa.

ESIMERKKI 1

Erilaisia taulukossa 1 esitettyjä grafiittielektrodinäytteitä käytettiin metalliromun puhdistamisessa valokaarikuumennuk-sella valokaariuunissa. Kussakin näytteessä ylempi grafiit-tielektrodi oli pidin, ja sitä jäähdytettiin puhaltamalla nestemäistä jäähdytysainetta alaviistoon suuntaan jäähdytys-putken 14 suihkusuuttimista 14a, kuten kuvissa 2 ja 3 on esitetty. Nestemäisenä jäähdytysaineena käytettiin käyttövettä, ja sitä syötettiin jatkuvasti puhallettavaksi suihkusuuttimista 14 vasten grafiittielektrodien 10 ulkokehää 10a. Vertailuna suoritettiin samoissa olosuhteissa valokaari-puhdistus, paitsi että jäähdytysvettä ei puhallettu. Elektrodien kuluminen havaittiin vertailutapauksessa ja keksinnön tapauksessa parannus oli taulukossa 1 esitetyn kaltainen.

TAULUKKO 1 Näyte Grafiittielekt- Vertailu Keksintö Parannus nro rodin koko IcmJ ___ 1 50 2.8 kg/t 2.5 kg/t 11% 2 50 2.9 kg/t 2.4 kg/t 17% 3 50 2.6 kg/t 2.3 kg/t 15% 4 50 2.7 kg/t 2.2 kg/t 19% 5 45 3.0 kg/t 2.6 kg/t 13%_ 91477 Tämä jäähdytysputki 11 asennettiin juuri elektröninpitimen alle. Etäisyys grafiittielektrodin ulkokehän 10a ja suihku-suuttimen 14 välillä asetettiin 15-20 cm:iin, suihkusuuttimen 14 kallistuskulma 'Ö' asetettiin alueelle 10-35°, ja jäähdytysveden syöttöpaine ja -nopeus asetettiin vastaavasti alueille 1-3 kg/cm2 ja 1-2 l/min. Suihkusuuttimien lukumäärä vaihteli välillä 4-8.

Parannus, kuten taulukossa 1 on esitetty, oli ainakin 11 %, mitään vaarallista jäähdytysvedestä johtunutta vetyräjähdystä ei tapahtunut.

Näytteen 4 tapauksessa suoritettiin korkeasti kuormitettu operaatio käyttäen UHP-elektrodeja. Tässä tapauksessa voitiin havaita hyvin suuri parannus, 19 %. Kun jäähdytysvettä puhalletaan keksinnön mukaisesti, grafiittielektrodit voitiin yli-kytkeä tavallisiksi grafiittielektrodeiksi.

Sama koe kuin edellä suoritettiin lisäksi, paitsi että 10 paino-% kalsiumfosfaattia sekoitettiin tasaisesti jäähdytysveteen. Lisätty kalsiumfosfaatti jäi ohuen valkoisen kalvon muodossa elektrodeille parantaen suuresti hapettumisen kesto-ominaisuutta. Sen mukaisesti parannus kasvoi 1-2 % verrattuna kuhunkin taulukon 1 tapaukseen, osoittaen että oli mahdollista edelleen vähentää grafiittielektrodikuluja.

Edelleen, saman kokeen vertailemiseksi kuin edellä, paitsi että jäähdytysvesi suihkutettiin kallistuskulman & ollessa 0° (s.o. vaakasuunnassa) paineessa 1-3 kg/cm^ ja nopeudella 1-2 l/min. Tässä tapauksessa parannus vertailukokeen suhteen oli 5-8 %. Myös tässä tapauksessa huomattava osa jäähdytysvedestä räiskyi elektroninpitimelle, tehden erittäin vaikeaksi jatkaa toimintaa.

ESIMERKKI 2

Suoritettiin sama koe kuin esimerkissä 1 paitsi että jäähdytysvesi 11 suihkutettiin yläviistoon suuntaan niin, että se puhallettiin vasten grafiittielektrodin ulkokehää 10a 17 91 477 sen jälkeen kun se oli muodostanut alaspäin taipuvan kaaren. Parannus esimerkin 1 vertailun suhteen on esitetty taulukossa 2.

TAULUKKO 2 Näyte Käyt. elektrodin 'Vertailu Keksintö Parannus nro koko (cm) ___ 6 50 2.8 kg/t 2.4 kg/t 14% 7 60 2.2 kg/t 1.7 kg/t 23% 8 40 2.9 kg/t 2.5 kg/t__14%_ Näissä näytteiden 6 ja 8 tapauksissa käytettiin päällyskatet-ta, joka oli valmistettu magnesiumoksidiin pohjautuvasta tulenkestävästä materiaalista, kun taas näytteen 7 tapauksessa käytettiin päällyskatetta, joka oli valmistettu alumiinioksidiin pohjautuvasta tulenkestävästä materiaalista.

Kun jäähdytysvesi suihkutettiin alaviistoon suuntaan kuten esimerkissä 1, alumiinioksidisen tulenkestävän päällyskatteen kestoikä oli noin 150 varausyksikköä vieden kukin noin 2 tuntia kuten tavallisessa operaatiossa. Näytteen 7 tapauksessa oli kestoikä kuitenkin suuresti lisääntynyt noin 150 varaus-yksiköstä noin 600 varausyksikköön, s.o. noin 450 varausyksi-köllä.

Teollinen hyväksikäyttö

Kuten edellisessä on keksinnön mukaan kuvattu, menetelmässä metallin sulattamiseksi ja/tai puhdistamiseksi puhaltamalla nestemäistä jäähdytysainetta vasten pystysuoran, toisiinsa nippeleiden avulla kytketyn, grafiittielektrodirivin ylemmän elektrodin ulkokehää, nestemäinen jäähdytysaine suihkutetaan ·· alaviistoon tai yläviistoon suuntaan kulmassa 10-350 vaaka- suunnan suhteen. Näin nestemäisen jäähdytysaineen osuessa grafiittielektrodin ulkokehälle se valuu ulkokehää alas

Claims (5)

1. 91477 18 räiskymättä olennaisesti, ja se muodostaa nestemäisen jäähdy-tysainekalvon valuessaan alaspäin. Grafiittielektrodin ulkokehä jäähtyy näin koko pituudeltaan nestemäisen jäähdytysai-nekalvon avulla. Erityisesti silloin, kun nestemäinen jäähdytys aine suihkutetaan yläviistoon suuntaan, se koskettaa grafiittielektrodia muodostettuaan ensin alaspäin kaartuvan kaaren, niin että nestemäinen jäähdytysainekalvo voi muodostua nestemäisen jäähdytysaineen olennaisesti räiskymättä. Näin on mahdollista eliminoida tai vähentää elektroninpiti-melle ja päällyskatteelle aiheutunutta vauriota ja niiden kulumista. Edelleen voidaan havaita kestoiän paraneminen vaikka päällyskate on valmistettu magnesiumoksidiin pohjautuvasta tulenkestävästä materiaalista. Edelleen, puhaltamalla nestemäinen jäähdytysaine vasten metallin sulattamiseen ja/tai puhdistamiseen tarkoitettua gra-fiittielektrodia voidaan havaita suuri väheneminen elektrodin kulutuksessa yleensä metallinjalostuksessa, mukaanluettuna teräksenvalmistus.
2. 1. Menetelmä metallin sulattamiseksi ja/tai puhdistamiseksi käyttämällä valokaariuunia, jossa on allas metallin sulatta-miseksi ja/tai puhdistamiseksi, uunin kansi astian yläpuolisen avoimen osan peittämiseksi ja pystysuora grafiittielek-trodien (10) jono ulottuen altaaseen uunin kannen läpi, tunnettu siitä, että nestemäistä jäähdytinainetta (11) suihkutetaan alaspäin tai ylöspäin pystysuoran grafiit-tielektrodien (10) rivin ulompaa kehää (10a) vasten tavalla, että suihkutettu nestemäinen jäähdytinaine (11) suunnataan alaspäin tai ylöspäin 10 - 35 asteen vinossa suunnassa vaakatason suhteen. 1 Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että nestemäinen jäähdytinänne (11) on 19 91477 olennaisesti vesi. »
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että nestemäisessä jäähdytinaineessa on hapettumisen estävää ainetta ja jäljelle jäävä osa on olennaisesti vettä.
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että nestemäinen jäähdytinänne suihkutetaan paineessa 0,5-3 kg/cm2 ja suihkunopeudella 0,8 - 6,0 1/min.
5. 5. Laite pystysuoran grafiittielektrodien (10) jonon jäähdyttämiseksi, jotka ulottuvat valokaariuunin kannen läpi uunin altaaseen metallin sulattamiseksi ja/tai puhdistamiseksi, tunnettu siitä, että laitteessa on jäähdytin-putkilinja (12), jonka vastakkaiset suljetut päät ovat etäisyyden päässä toisistaan niin, että niiden väliin muodostuu rako (13), joka jäähdytinputkilinja (12) on sijoitettu ympäröimään grafiittielektrodeja (10), jossa ainakin yksi suih-kusuutin (14) on asetettu jäähdytinputkilinjalle (12), joka suihkusuutin (14) on asetettu alaspäin tai ylöspäin vinossa suunnassa alaspäin tai ylöspäin suunnattuna grafiittielektrodien (10) akselia kohti 10 - 35 asteen kulmassa vaakatason suhteen. ( 91477 20