DK164096B - Fremgangsmaade til kontinuerlig grafitisering af lange carbonholdige produkter samt ovn til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 164096 B

Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til kontinuerlig grafitisering af lange carbonholdige produkter og af den i krav l's indledning angivne art samt en ovn til udøvelse af fremgangsmåden og af den i 5 krav 6's indledning angivne art.

Der er foreslået talrige fremgangsmåder til kontinuerlig grafitisering af lange carbonholdige produkter i form af massive legemer eller i pulverform. De kendte fremgangsmåder har i det store og hele ikke 10 givet tilfredsstillende resultater på grund af vanskelighederne med at finde ildfaste materialer, igennem hvilke carbonholdige proukter kan fremføres under en temperatur på op til 3 000 °C , samt vanskelighederne med at opvarme disse produkter til denne høje tempe-15 ratur.

I tysk patentskrift nr. 2 311 467 beskrives en fremgangsmåde til kontinuerlig grafitisering af cylinderformede carbonholdige produkter, der cirkuleres i det indre af en ovn med en lodret akse.

20 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til kontinuerlig gra fitisering af lange carbonholdige produkter og af den i krav l's indledning angivne art. Fremgangsmåden er ejendommelig ved de træk, der fremgår af krav l's kendetegnende del. Yderligere træk ved fremgangsmåden fremgår 25 af krav 2-5. Opfindelsen angår også en ovn til udøvelse af fremgangsmåden og af den i krav 6's indledning angivne art. Ovnen er ejendommelig ved de træk, der fremgår af krav 6's kendetegnende del. Yderligere træk ved ovnen fremgår af de øvrige underkrav.

30 Opfindelsen og den kendte teknik forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 er et længdesnit igennem en konventionel ovn til knnt innprl in nrafit1 isprinn mpd lnrlrpt aksp.

DK 164096 B

2 fig. 2 er en skematisk afbildning af en tilsvarende ovn ifølge opfindelsen, fig. 3, 4 og 5 er forstørrede tværsnit gennem ovnen på fig. 2 langs planerne henholdsvis A-A, B-B og C-C, 5 fig. 6 er et forstørret længdesnit langs fremførings-aksen af indløbsområdet for ovnen på fig. 2, fig. 7 er et tværsnit igennem indløbsområdet på fig. 6 langs planet D-D, og fig. 8 er et forstørret delsnit langs fremføringsak-10 sen gennem udløbsområdet af ovnen på fig. 2.

I den i tysk patentskrift nr. 2 311 467 angivne fremgangsmåde, der er vist på fig. 1, indløber de car-bonholdige produkter 1, der skal grafitiseres, og som i det viste tilfælde er barrer med et cirkulært 15 tværsnitsprofil, anbragt lodret ende for ende, i ovnen 2 gennem en indløbsåbning i form af et styrerør 3 og en ringformet muffe 4 af grafit, som er forbundet med den ene pol af en elektrisk strømkilde. Muffens indvendige diameter er således, at der er en væ- 20 sentlig frigang imellem kolonnen af carbonholdige produkter og muffen. Den elektriske strøm imellem muffen 4 og de carbonholdige produkter 1 sker ikke på direkte måde, men gennem kokskorn 5, der opfylder det indre af ovnen 2t og som er i kontakt med dels 25 ydervæggen af muffen 4 og dels produktkolonnen 1 i et område, der starter under muffen på det sted, hvor koksens nedskridningssted, der skaber et tomt tragtformet rum 6 under muffen 4, kommer i berøring med produktkolonnen 1. Der sker altså en gradvis opvarmning 30 af kolonnen dels ved stråling og dels ved konvektion fra kokskornene, der er bragt op på en høj temperatur 3

DK 164096 B

ved den gennemstrømmende elektriske strøm og ved den direkte opvarmning fra strømmen, der strømmer gennem kolonnen under det tomme tragtformede rum 6.

Under sænkningen af produktkolonnen 1 igennem ovnen 5 2 ledsages den af det nærmeste lag af koksgranulater 5. Derfor indfører man permanent koksgranulat i ovnens øverste del 8 til erstatning af det granulat, der udtrækkes forneden ved hjælp af en rakel 10 og et udladningsbord 9. Efter bordet 9 tilvejebringer 10 kontaktstykker 7 forbindelsen uden for ovnen imellem produktkolonnen 1 og den anden pol af strømkilden.

Den elektriske kontakt imellem de cylinder formede sektioner af carbonholdige produkter 1 tilvejebringes ved begge sektionsender af en grafitiseret pasta, der 15 hærder under temperaturstigningen.

En sådan ovn har den ulempe, at den kræver en dobbelt cirkulation af produkter, nemlig dels kolonnen af carbonholdige produkter og dels det granulerede fyldkoks, hvis cirkulation er nødvendig; thi uden cirku-20 lation ville det opvarmes umådeholdent i ovnens øverste område, hvor ovnen gennemstrømmes af hele den fra strømtilgangsmuffen udsendte elektriske strøm. Endvidere føres dette granulat langs hele kolonnen af carbonholdige produkter mod ovnens bund dels af gra-25 vitationen og dels af friktionen. Man må derfor ved bunden af ovnen så regelmæssigt som muligt udtage granulater med en meget høj temperatur som følge af berøringen med produktkolonnen til trods for den korte afstand til de vandkølede ovnvægge. Endvidere udløber 30 produktkolonnen fra ovnen med en meget høj temperatur, fordi den gennemstrømmes af hele den elektriske strøm helt ned til kontaktlegemerne.

Man har derfor søgt at tilvejebringe en grafitiserings-ovn til grafitisering af for-bagte lange carbon-

DK 164096 B

4 holdige produkter, med et cirkulært eller andet tv/ærsnitsprofil, hvis varmeisolering består af et opdelt carbonholdigt materiale, der ikke systematisk medføres ved gennemgangen af de carbonholdige pro-5 dukter igennem ovnen, og som derfor opretholdes i en praktisk taget statisk tilstand i ovnens indre.

Man har også forsøgt at tilvejebringe en elektrisk forbindelse imellem det i ovnen indløbende carbonholdige produkt og strømkilden ved direkte gennemgang af 10 strømmen igennem rummet imellem et med strømkilden forbundet ringformet strømtilgangsstykke og kolonnen af carbonholdige produkter, hvor et kontaktmateriale i det mindste delvis fylder rummet imellem det ringformede tilgangsstykke og. kolonnen af carbonholdige 15 produkter.

Endelig har man forsøgt at tilvejebringe en gradvis forøgelse af temperaturen af de carbonholdige produkter i kolonnen fra disses indførelse i ovnen med omgivelsernes temperatur indtil grafitiseringstempera-20 turen, hvorefter de samme produkter efter grafitise- ringen underkastes en gradvis afkøling før udløbet fra ovnen.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen består i at de forbagte lange carbonholdige produkter, som har et cirkulært 25 eller andet tværsnitsprofil, forskydes langs en i det væsentlige vandret akse i en kolonne i en ovn, hvis foring består af et opdelt carbonholdigt materiale, der ikke forskydes i ovnens indre, og hvor kolonnen opvarmes ved hjælp af strømvarme. Der tilvejebringes 30 mindst én elektrisk kontakt ved indgangen til ov nen imellem produktkolonnen og den ene pol af en strømkilde, hvis anden pol sættes i berøring med produktkolonnen ved udgangsenden fra grafitise-ringsområdet i ovnens indre.

5

DK 164096 B

Γογ at sikre en god elektrisk kontakt imellem enderne af de langs carbonholdige produkter i kolonnen og for at give denne en vis stivhed komprimeres kolonneenheden ved på dennes to ender, eksempelvis 5 ved hjælp af donkrafte, at udøve trykkræfter, som er parallelle med fremføringsaksen og vender imod hinanden, og hvis størrelse kan ligge imellem 0,1 og 1 MPa.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det fordelagtigt at tilvejebringe en forvarmning af produk-10 terne før indføringen i ovnens indløbsområde· Til dette formål indføres der ved den forreste ende af produktkolonnen i umiddelbar nærhed af kompressions-organet en elektrisk strøm, hvis styrke ligger imellem 10 K og 50 /¾ af strømstyrken igennem kolonnen i ovnens 15 indre. Resten af strømmen indføres længere fremme i kolonnen lige i ovnens indløbsområde i et område, hvor kolonnens temperatur allerede overstiger ca.

500 °C.

Såfremt der kun anvendes en enkelt strømkilde, forbin-20 des dennes ene pol parallelt med produktkolonnen ved dennes forreste ende og længere fremme i ovnens indløbsområde, medens strømkildens anden pol forbindes med kolonnen i selve ovnens indre.

Der kan også anvendes to indbyrdes uafhængige strøm-25 kilder, hvoraf den første er en opvarmningskilde om fattende en første pol, som er forbundet med den forreste ende af produktkolonnen, og en anden pol, der er forbundet med produktkolonnen i ovnens indløbsområde .

Den anden strømkilde udgør da selve grafitiserings-strømkilden, hvis første pol, ligesom den anden pol af forvarmningsstrømki1 den, er forbundet med produktkolonnen ved ovnens indløbsområde, medens den anden pol er forbundet med den samme kolonne inden i ovnen

DK 164096 B

6 ved den bageste ende af grafitiseringsområdet. Der kan alt efter omstændighederne anvendes vekselstrøm eller jævnstrøm.

Den elektriske forbindelse af kolonnen med den anden ^ pol af grafitiseringsstrømkilden tilvejebringes ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt ved den bageste ende af grafitiseringsområdet ved hjælp af mindst én elektrisk forbindelsesledning, der er ført ind i ovnen, og hvis 10 akse i det væsentlige forløber vinkelret på produkt-kolonnens fremføringsakse, og hvor i det mindste en fra produktkolonnen fjerntliggende ende af ledningen er forbundet uden for ovnen med den anden pol af strømkilden, medens en anden ende eller del af forbindelses-15 ledningen er i direkte eller indirekte kontakt med produktkolonnen i ovnens indre. Kontakten imellem den bevægede produktkolonne og den elektriske forbindelsesledning tilvejebringes fortrinsvis ved hjælp af et lag af opdelt carbonholdigt materiale, såsom grafitkorn, 20 der fylder mellemrummet imellem forbindelsesledningen, produktkolonnens sidevæg og den nærmest liggende del af forbindelsesledningen. Dette mellemrum har en bredde af størrelsesordenen 1-10 cm.

For at forbedre strømfordelingen er det hensigtsmæs-25 sigt at anvende to eller flere elektriske ledninger, som er parallelforbundne med strømkildens anden pol og på passende måde er fordelt omkring produktkolonnens fremføringsakse. Der kan anvendes mindst én elektrisk forbindelsesledning, der forløber tværs igennem ovnen i hele sin bredde, og hvis to ender da er forbundet med strømkilden, medens ledningens midterste del er i direkte eller indirekte kontakt med produktkolonnen.

Fortrinsvis tilvejebringes der en gradvis afkøling af produktkolonnen ved i det indre af ovnen, efter grafitiseringsområdet og midt i det opdelte carbon-holdine matsriale. af snbrinne mindst én termisk fnr- 7

DK 164096 B

bindelsesledning, der går ind i ovnen, og hvis akse står i det væsentlige på tværs af produktkolonnens akse, og hvor mindst den ene ledningsende, der vender bort fra produktkolonnen, fortrinsvis befinder sig uden 5 for ovnen og afkøles af et køleorgan, medens en anden ende eller en anden del af den termiske forbindelsesledning står i direkte eller indirekte berøring med produktkolonnen i ovnens indre. Den termiske forbindelsesledning består fortrinsvis af grafit, i det mind-10 ste for den ledningsdel, der er lejret i ovnens indre i området med en meget høj temperatur. Fortrinsvis anbringes der på passende måde flere termiske forbindelsesledninger, fordelt på passende måde omkring produktkolonnens fremføringsakse, og hvor også for-15 trinsvis de pågældende ledninger er fordelt langs produktkolonnens fremføringsakse efter grafitiserings-området indtil den umiddelbare omegn af den ende af ovnen, hvor produktkolonnen udløber fra ovnen. Der kan anvendes mindst én termisk forbindelsesledning, 20 som forløber tværs igennem ovnen i hele sin bredde, og hvis to ender da befinder sig uden for ovnen, og hvis midterste del er i direkte eller indirekte berøring med produktkolonnen.

Fremføringen af produktkolonnen tilvejebringes ved på 25 denne at udøve et tryk, der er større på indgangssiden end på udgangssiden, og ved at justere dette tryk opnås der en regelmæssig forskydning af produktkolonnen fra for til agter under opretholdelse af en spænding i kolonnen under dennes forskydning. Forskydningen kan ske 30 ved konstant eller variabel hastighed eller trinvis.

Fortrinsvis afbrydes fremføringen, hver gang produktkolonnen er forskudt en strækning lig med enhedslængden af et produkt eller et multiplum af denne længde.

Man udtager da et eller flere grafitiserede produkter

DK 164096 B

8 ued kolonnens udløbsende, og man indfører et eller flere carbonholdige produkter, der skal grafitiseres, ued indløbsenden. Derefter kan man igen beuæge produktkolonnen i ounens indre med den ønskede forskydningshastig-5 hed efter en fornyet trykudøuelse på kolonnen.

Man kan også anbringe produkter, der skal grafitiseres, og udtrække de grafitiserede produkter uden at afbryde fremføringen af produktkolonnen og uden at afbryde kompressionstrykket på denne. Dette opnås ued, at der ued 10 huer ende af kolonnen anvendes klemmer og strømtilgangs stykker, som muliggør en sidevendende samling på kolonnen under indsætning fortil af en ny sektion, der skal grafitiseres, eller fjernelse bagtil af en allerede grafitiseret sektion. Disse klemmer holder da kolon-15 nen i bevægelse med den ønskede forskydningshastighed.

Grafitiseringsovnen ifølge opfindelsen omfatter et langstrakt vandret kammer, som ved sin ene ende har et indgangsområde, igennem hvilket der kan indføres en kolonne af lange carbonholdige produkter, der 20 skal grafitiseres, og som ued sin anden ende har et udløbsområde til udføring af produktkolonnen efter grafitiseringen. Kammeret rummer en varme-isolation bestående af et opdelt carbonholdigt materiale i berøring med produktkolonnen. Ved hjælp af 25 en elektrisk kontakt, der omfatter et ringformet le geme, igennem hvilket kolonnen af produkter, der skal grafitiseres, passerer, og som er anbragt i indløbs-området og er forbundet med den ene pol af strømkilden, kan der indføres mindst 50 % af strømmen i 30 produktkolonnen, der skal grafitiseres. Ved hjælp 9

DK 164096 B

af en anden elektrisk kontakt, der omfatter mindst én elektrisk ledning anbragt i ovnens indre, tilvejebringes der en elektrisk forbindelse imellem kolonnen af gra- fitiserede produkter og den anden pol af strømkilden.

Fortrinsvis tilvejebringes der ved hjælp af mindst 5 ét termisk kontaktorgan, omfattende mindst én termisk ledning, anbragt i ovnens indre efter det elektriske kontaktorgan, en termisk forbindelse imellem kolonnen af grafitiserede produkter og et fluidum med en temperatur i nærheden af omgivelsernes temperatur. Styrken af den elektriske strøm igennem produktkolonnen justeres således, at kolonnens temperatur i det varmeste område overstiger 2 500 °C og fortrinsvis når op på 3 000 - 200 “C.

15

Fig. 2 er en skematisk afbildning af en langstrakt ovn 12 ifølge opfindelsen, som omfatter, regnet fra for til agter, et indløbsområde 13, i hvilket kolonnen af lange carbonholdige produkter 14 indløber 2o og i dette område underkastes en forvarmning, et hoved område 15, i hvilket produktkolonnen 14 bringes op på den til grafitiseringen nødvendige temperatur og derefter gradvis afkøles, og endelig et udløbsområde 16, i hvilket produktkolonnen, nu i grafitiseret stand, 25 afkøles endnu mere til den ønskede temperatur til ud sættelse for den omgivne luft ved 17 uden ulemper.

På forsiden udøver en donkraft 18 med et stempel 19 en trykkraft på produktkolonnen 14 i pilretningen F^ 30 via et anlægs- og kontaktstykke 20, der afkøles ved intern cirkulation af et fluidum, såsom vand.

35 10

DK 164096 B

På bagsiden udøver en donkraft 21 via et stempel 22 en modholdskraft via et anlægsstykke 23 i pilretningen F2 på produktkolonnen i området 17. Under drift reguleres tryk- og modtrykskræfterne således, 5 at produktkolonnen forskydes fra for til agter, dvs. fra højre mod venstre på fig. 2, med den ønskede hastighed under opretholdelse af trykket med en kraft på ca. 0,1-1 MPa. En strømkilde S, som kan afgive vekselstrøm eller jævnstrøm, sender igennem 10 produktkolonnen 14 en elektrisk strøm I med tilstrækkelig styrke til, at de kolonnen udgørende carbonhol-dige produkter bringes op på grafitiseringstempera-turen i ovnens indre.

Forsøg har vist, at det på forsiden er hensigtsmæs-15 sigt at forbinde produktkolonnen 14 med den elektriske strømkilde i to punkter: En brøkdel 1^ af strømmen I, almindeligvis imellem 10 % og 50 % af I, indføres ved hovedet af produktkolonnen ved hjælp af anlægsstykket 20, som er forbundet med den ene pol 20 af strømkilden ved hjælp af en ledning 24. Den komplementære brøkdel indføres ud for ovnens indløbs-område 13 gennem en ledning 25, som er parallelforbundet med ledningen 24. Produktkolonnen 14 er forbundet med den anden pol af strømkilden S ved hjælp 25 af en elektrisk kontakt 26 og en ledning 27.

Beliggenheden af den elektriske kontakt 26 i ovnens hoveddel 15 afgrænser fortil længden af det grafi-tiseringsområde G, i hvilket produktkolonnen 14 bringes op på den ønskede temperatur til grafitiseringen.

30 Bag ved den elektriske kontakt 26 forløber et afkølingsområde R langs resten af ovnlængden, i hvilket temperaturen af den grafitiserede produktkolonne sænkes væsentligt under grafitiseringstemperaturen.

DK 164096 B

11

For at begrænse produktkolonnens varmetab under gennemgangen i ovnen anvendes der som varmeisolation et opdelt carbonholdigt materiale i form af korn eller pulver. Dette materiale fylder i det mindste 5 hele rummet omkring produktkolonnen og kommer i berøring med denne. I de områder af ovnen, der har en mindre høj temperatur, især i de områder, hvor temperaturen ikke væsentligt overstiger 2 000 °C, kan man i stedet for de nævnte granulater på basis af 10 carbon anvende ildfaste materialer på basis af metaloxider i form af chamottesten eller ildfast beton.

I det på fig. 3 viste område G anvendes der hensigtsmæssigt som termisk isolation 30 i umiddelbar nærhed af produktkolonnen et granuleret carbonholdigt ma-15 teriale eller et pulver af kønrøg. Disse to materialer kan også anvendes med skiftende lag. Forsøg har vist, at under de normale driftsbetingelser bevirker fremføringen af produktkolonnen i ovnens indre ingen medføring af det opdelte carbonholdige materiale 20 hen imod ovnens udløbsområde.

For at muliggøre afkølingen af produktkolonnen i området R anvendes der fortrinsvis i dette område som varmeisolation et opdelt carbonholdigt materiale 48, se fig. 5, med en større varmeledningsevne end den 25 i området G anvendte. Eksempelvis kan der her anvendes kokskorn eller grafitkorn eller en blanding af sådanne korn.

For at undgå at skulle gøre området R for langt, kan man forøge varmetabene i dette område ved midt i det 30 opdelte carbonholdige materiale at anbringe mindst én termisk ledning i form af en eller flere langstrakte barrer med en forholdsvis stor godstykkelse af et godt varmeledende materiale og orienteret i en retning for- 12

DK 164096 B

trinsvis vinkelret på aksen af produktkolonnen. Disse barrer anbringes således, at mindst den ene af deres ender befinder sig tæt ved ovnens ydervæg, så at den let kan afkøles ved et passende middel. Den 5 anden ende af barrerne, eller et parti imellem enderne, befinder sig i umiddelbar nærhed af produkt-kolonnen. Hertil anvendes der fortrinsvis grafitbarrer med et tilstrækkeligt stort tværsnitsareal. På fig. 2 ses en ende 28 af en sådan termisk ledning. An-10 tallet og tværsnitsarealet af de termiske ledninger bestemmes til opnåelse af den ønskede afkølingshastighed af produktkolonnen under hensyntagen til dennes tværsnitsareal og vandringshastighed samt til længden af området R. Afkølingshastigheden skal være 15 desto mindre, jo større tværsnitsarealet er.

Fig. 3 viser den indre struktur af ovnen i et mellemliggende parti af grafitiseringsområdet G. Produkt-kolonnen 29 under grafitisering er helt omgivet af et opdelt carbonholdigt materiale 30 med en lille 20 varmeledningsevne og med en kornstørrelse i området 0,2-10 mm. Granulatet 30 er selv lejret i det indre af en foring af ildfaste sten 31, omgivet af en pladekappe 32. I visse områder kan det være nyttigt at afkøle metalkappen 32 på kendt måde til at undgå lo-25 kale overophedninger, der kunne bevirke deformationer.

I det øverste område 33 er det opdelte carbonholdige materiale 30 i berøring med den omgivende luft.

Fig. 4 viser, at den elektriske kontakt 26 består af to grafitbarrer 34 og 35, eksempelvis med cirkulært 30 tværsnitsprofil, anbragt vinkelret på aksen af produkt-kolonnen 29. Den ene ende af barrerne er i umiddelbar nærhed af produktkolonnen, idet der er tilvejebragt mellemrum 36, 37 på nogle få cm til at undgå enhver risiko for fasthægtning. Den anden ende af hver af bar-

DK 164096 B

13 rerne befinder sig uden for ovnen og er indklemt i et ved hjælp af en konventionel fluidumcirkulation afkølet elektrisk kontaktstykke 38 og 39, hvilke kontaktstykker gennem den elektriske ledning 27 er 5 forbundet med den anden pol af strømkilden S, se fig. 2.

For at lette gennemgangen af den elektriske strøm imellem produktkolonnen 29 og grafitbarrerne 34, 35 anbringes der fortrinsvis i mellemrummet 36, 37 og 10 i rummet omkring dette et lag af et opdelt carbon- holdigt materiale 40 med stor varmeledningsevne, bestående af grafitkorn, hvilket lag fortrinsvis omgives med et opdelt carbonholdigt materiale 41 med en mindre ledningsevne, såsom et koksgranulat, til at 15 nedsætte varmetabene.

Til en yderligere forbedring af kvaliteten af den elektriske kontakt imellem produktkolonnen og grafit-barrerne kan der tilvejebringes en direkte kontakt imellem den forskydelige kolonne og barrerne, eksem-20 pelvis ved at lade produktkolonnen glideforskydes på en eller flere kontaktbarrer anbragt under kolonnen og eventuelt omfattende cirkel formede indhak, imod hvilke kolonnen ligger an. Der kan eventuelt også anvendes en kontaktbarre, der går tværs igennem hele ovnen, og med 25 hvis midte produktkolonnen er i glidemæssig kontakt.

Fig. 5 viser en termisk forbindelsesleder 28, der består af to grafitbarrer 42, 43 med eksempelvis cirkelformet tværsnitsprofil, anbragt vinkelret på aksen af produktkolonnen 29. Hver af grafitbarrerne 42, 43 30 omfatter et område (ved den ene ende) beliggende tæt ved produktkolonnen 29, idet der fortrinsvis er tilvejebragt mellemrum 44, 45 på nogle få cm til at undgå enhver risiko for fasthægtning. Den anden ende af hver 14

UIV IOW3D D

barre er beliggende uden for ovnen og afkøles af et termisk kontaktstykke 46, 47 med et konventionelt afkølingsorgan med fluidumcirkulation. Produktkolonnen 29 og grafitbarrerne 42, 43 er omgivet af 3 et opdelt carbonholdigt materiale 48, såsom et koks-granulat. Om fornødent kan man forbedre den termiske kontakt imellem produktkolonnen og grafitbarrerne ved i mellemrummene 44, 45 og i det. omgivende rum at anbringe et opdelt carbonholdigt materiale med en 10 stor varmeledningsevne, såsom et granulat på grundlag af grafit. Den termiske kontakt imellem produktkolonnen 29 og grafitbarrerne 42, 43 kan forbedres yderligere ved at tilvejebringe en glidekontakt svarende til den ovenfor nævnte for de elektriske kontaktbar-15 rer 34, 35.

For at fremskynde temperaturfaldet i området R er det ofte hensigtsmæssigt at anbringe flere termiske forbindelsesledninger langs fremføringsaksen for produkt-kolonnen med fastlagte mellemrum til opnåelse af den 20 ønskede temperatursænkningskurve for de grafitiserede produkter under hensyntagen til disses vandringshastighed og tværsnitsareal. Man kan eksempelvis for en produktkolonne med en diameter på ca. 500 - 50 mm justere de forskellige parametre således, at der opnås 25 en afkølingshastighed på ca. 4-10 °C/min. For en pro- © "f* duktkolonne med en diameter på ca. 600 - 50 mm bør man fortrinsvis formindske den maksimale afkølingshastighed således, at den ikke overskrider 7 °C/min.

Der må træffes særlige forholdsregler i ovnens indløbs-30 og udløbsområder for at undgå dels indtrængning af luft i ovnens indre og dels en overfladisk oxidering af produktkolonnen. Der må endvidere i produktkolonnens indløbsområde tilvejebringes en tilstrækkelig elektrisk kontakt med den ene pol af strømkilden, og i ovnens 35 udløbsområde skal man undgå medføring af opdelt carbon-

DK 164096 B

15 holdigt materiale fra ovnens indre.

Som vist på fig. 6 cirkulerer produktkolonnen 14 i det indre af ovnens rørformede indløbsområde 13 i den angivne pilretning. Den væg, der omgiver pro-5 duktkolonnen 14, omfatter et ringformet grafit-legeme 49 og to ringformede legemer 50, 51 af et isolerende fast materiale. En udvendig kappe 52 af pladestål afkøles ved hjælp af et konventionelt fluidumcirkulationsorgan. Yderkappen 52 er forbundet med 10 en metalvæg 53 på ovnlegemet via en ikke vist isolerende samling. En metalring 54 indklemmer yderkappen 52 i det område, hvor denne selv er i berøring med grafitlegemet 49 i dettes forreste parti 55. Metalringen 54 er gennem ledningen 25 forbundet med den 15 ene pol af strømkilden S, se fig. 2. Transmissionen af den elektriske strøm imellem grafitlegemet 49 og produktkolonnen 14 tilvejebringes ved hjælp af et opdelt carbonholdigt materiale 56, der udfylder mellemrummet imellem produktkolonnen 14 og det bageste par-20 ti 57 af grafitlegemet 49. Det opdelte carbonholdige materiale 56 kan bestå af kokskorn eller grafit, der indføres ved den forreste ende af indløbsområdet 13 igennem en tragt 58.

Den kontinuerte forskydning af produktkolonnen søger 25 at medføre det carbonholdige materiale 56 i retning mod ovnens indre, men foringen 30 af opdelt carbonholdigt materiale, der udfylder ovnens indre, modsætter sig denne medføring. For at modvirke eventuelle fastkilinger kan materialet 30 strømme langsomt ud af 30 ovnen igennem en kanal 59, der fortrinsvis er udformet i det nederste område af indløbsområdets væg og beliggende ved den bageste ende af indløbsområdet 13, hvilken kanal står i forbindelse med en beholder 60 som vist på fig. 6 og 7.

DK 164096 B

16

Fig. 7 viser udstrømningskanalen 59 og fordelingen af det opdelte carbonholdige materiale 56 i det ringformede rum omkring produktkolonnen 14. Materialet 56 tilvejebringer den elektriske forbindelse imel-5 lem den bageste del 57 af grafitlegemet 49 og produktkolonnen 14 langs hele dennes omkreds.

Som følge af den særlige udformning af grafitlegemet 49, der gennemstrømmes af strømmen I^, undgår man at afkøle det overfladeområde af produktkolonnen 14, 10 der er blevet forvarmet af strømmen før indtrængningen i det ved fluidumcirkulation afkølede ovnindløbsområde 13, se fig. 2.

For at undgå en direkte kontakt anbringes der imellem det forreste parti 55 af grafitlegemet 49, der berører 15 den kolde ydervæg 52, og produktkolonnen 14 en ringformet foring 51 af et isolerende ildfast legeme. Desuden er grafitlegemet 49 udformet så langt, at dets bageste parti 57, der tilvejebringer den elektriske kontakt med produktkolonnen 14 gennem det opdelte 20 carbonholdige materiale 56, under normal drift kan bringes op på en høj temperatur i forhold til temperaturen af metalkappen 52 takket være den adskillende isolerende ildfaste foring 50. Herved kan det bageste parti 57 af grafitlegemet 49 under normal drift bringes 25 op på en temperatur af størrelsesordenen 500-1 000 °C, hvilket fremmer en regelmæssig temperaturstigning af produktkolonnen 14.

Det elektriske forbindelseslegeme til produktkolonnen kan udformes på talrige måder. Strukturen skal være 30 således, at det parti af strømtilgangslegemet, der er i berøring med produktkolonnen, enten direkte eller indirekte gennem et kontaktmaterialelag med en tykkelse på nogle få cm, kan bringes op på en temperatur imellem

DK 164096 B

17 ca. 500 og 1000 °C. I det på fig. 6 og 7 viste tilfælde er overfladen af grafitlegemet 49 i elektrisk kontakt med produktkolonnen 14 gennem et lag af opdelt carbonholdigt materiale 56 med en tykkelse 5 på ca. 10-30 mm.

Som vist på fig. 8 cirkulerer kolonnen 17 af grafiti-serede produkter, der udløber fra ovnmidten, i et rørformet kammer, der omfatter en udvendig todelt metalkappe 61, 62, der afkøles af et fluidum, såsom 10 vand. Inden for kappen er der en ringformet væg 63, fortrinsvis af grafit, ud for produktkolonnen 17.

For at undgå en for hurtig afkøling af kolonnen 17 ved udløbet fra ovnen er grafitvæggen 63 i sin forreste del 64 adskilt fra kappen 61 ved hjælp af en fo-15 ring 65 af et ikke-carbonholdigt materiale. Ved sin bageste del har grafitvæggen 63 en direkte berøring med den afkølede kappe 62 for at tilvejebringe en tilstrækkelig afkøling af produktkolonnen 17 før dennes udløb fra ovnen. For at undgå en luftindsugning i 20 ovnen og en oxidering af den udløbende produktkolonne 17 udfylder et lag af opdelt carbonholdigt materiale 66 det ringformede mellemrum imellem produktkolonnen og grafitvæggen 63. Materialet 66 indføres igennem en tragt 67, der står i forbindelse med det ringformede 25 mellemrum ved den forreste ende af ovnens udløbsparti 16 gennem en boring 68 igennem væggene 64 og 65. Materialet 66 medføres langsomt ved forskydningen af produktkolonnen 17 og udløber ved den bageste ende af det rørformede kammer i en rende 69 og derfra til en beholder 30 70. Konventionelle recirkulationsorganer kan udtage gra nulatet fra beholderen 70 og genindføre det i tragten 67. Indførelsen af det opdelte carbonholdige materiale 66 i umiddelbar nærhed af ovnens bageste ende frembyder navnlig den fordel, at man undgår eventuelle medføringer

DK 164096 B

18 af det 1 ovnen værende opdelte carbonholdige materiale 48 ud af ovnen. Det opdelte carbonholdige materiale 66, der cirkulerer i udløbsområdet 16, kan bestå af kokskorn, grafitkorn eller andet stabilt 5 carbonholdigt materiale. Også i dette område justeres afkølingshastigheden af produktkolonnen 17 svarende til hastighederne i området R. For en kolonne med en diameter på ca. 500 - 50 mm vil afkølingshastigheden således ikke overskride ca. 10 °C/min indtil 400 °C.

10 Forsøg har vist, at produktkolonnen takket være den mekaniske spænding, der udøves på kolonnen under dennes bevægelse, bevarer sin retliniethed, idet sektionerne af de carbonholdige produkter forbliver i forlængelse af hinanden. Med regelmæssige mellemrum 15 udtages på ovnens bagside den sidste sektion af produktkolonnen i grafitiseret stand, og på indløbssiden indsættes en ny sektion af det carbonholdige produkt, der skal grafitiseres. Disse produkter indeholder fortrinsvis en blanding af carbonkorn, såsom oliekoks 20 eller et andet carbonholdigt materiale med et passende bindemiddel, såsom en hydrocarbonsammensætning og/eller et formstof. Efter formgivningen er disse produkter blevet underkastet en for-bagning ved en temperatur af størrelsesordenen 600 - 1 200 °C. Imidlertid muliggør 25 anvendelsen i ovnen af en granuleret isolation en vigtig frigørelse af flygtige sammensætninger uden at forstyrre ovnens drift. Man kan derfor uden større ulempe i ovnen behandle carbonholdige produkter med et forblevet indhold af få ?ό flygtige materialer.

30 Nedenfor gengives to udførelseseksempler på grafiti-sering af elektroder af carbonholdige produkter ved hjælp af ovnen ifølge opfindelsen.

DK 164096 B

19 EKSEMPEL 1;

Der behandles en portion af carbonholdige produkter udformet ved trækning, bestående af en blanding af 75 vægtpct. oliekoks og 25 vægtpct. asfalt i form 5 af cylinderformede barrer, som efter en for-bagning til 800 °C har en diameter på 529 mm og en sektionslængde på 2 150 mm. I denne tilstand har barrerne en specifik modstand på 6 000 mikro-ohm . cm, og de udgør en produktkolonne, der fremføres igennem en 10 ovn ifølge opfindelsen som vist på fig. 2-8. Ud for kontakterne mellem enderne af hver barre indskydes der et tyndt lag carbonholdigt filt eller komprimeret ekspanderet grafit til at forbedre den elektriske kontakt og til at absorbere overfladeujævnhederne. Pro-15 duktkolonnen består i alt af 11 barrer eller sektioner. Det af donkraftene udøvede tryk på produktkolonnen under dennes fremføring justeres således, at tryk-spændingen andrager ca. 0,6-1 MPa. Fremføringshastigheden er ca. 1,5 m/h. Styrken af den strøm, der går 20 igennem kontakten 20, er ca. 10 000 - 15 000 A, medens styrken af den strøm, der går igennem kolonnen i gra-fitiseringsområdet G, er ca. 40 000 A. Spændingen ved klemmerne af vekselstrømskilden er ca. 100 V.

I ovnens indløbsområde 13 er den indvendige diameter 25 af den bageste del 57 af grafitkontaktlegemet 49 ca.

580 mm. Længden af grafitiseringsområdet G er ca.

6 m, der altså gennemløbes på ca. 4 h. Afkølingsområdet R har en længde på ca. 4 m, og ovnens udløbsområde 16 i forlængelse heraf har en længde på ca. 6,5 m.

30 Med en længde af ovnens indløbsområde 13 på ca. 1,5 m ses det, at produktkolonnens gennemgangstid i ovnen andrager ca. 12 h, eksklusive de nødvendige standsnings-tidsrum til at udtage de grafitiserede sektioner ved ovnens bageste ende og indsætte de nye sekt i oner, 'der

DK 164096 B

20 skal grafitiseres, ved ovnens forreste ende. Det nødvendige tidsrum til fremstilling af en grafitiseret sektion med en længde på 2,150 m er ca. 1,5 h, inklusive standsningerne til udskiftning af sek-5 tionerne. Dette svarer til ca. 500 kg grafitiseret produkt pr. time. Energiforbruget er af størrelsesordenen 3,5 kWh/kg.

De fysiske egenskaber af de således grafitiserede produkter er blevet sammenlignet med egenskaberne for 10 en identisk portion, der ligeledes er blevet grafitiseret ved strømvarme i en statisk enstrenget ovn af den konventionelle Heroult-type, eksempelvis som beskrevet i US patentskrift nr. 1 029 121.

Resultaterne fremgår af nedenstående tabel:

Grafitiserede pro- Grafitiserede dukter ifølge produkter i en eksempel 1 statisk en strenget ovn

Specifik modstand i mikroohm · m 850 830

Aksial bøjningsspænding MPa (1) 9,5 9,5

Densitet som målt T/m^ 1,61 1,61 ^ Prøve ifølge ASTM-norm C 651-70 med belastning i 4 punkter.

15 EKSEMPEL 2:

Der blev anvendt en ovn af samme type som den på fig.

2-8 viste, men med væsentlig forskellige dimensioner, til grafitisering af elektroder med en diameter på 630 mm og en længde på 2 430 mm. Inderdiameteren af den

DK 164096 B

21 bageste del 57 af grafitkontaktlegemet 49 i ovnens indløbszone 13 er bragt på 680 mm. Længderne af indløbsområdet 13, af grafitiseringsområdet G, af afkølingsområdet R og af udløbsområdet 16 er de 5 samme som for eksempel 1. Det på den bevægede kolonne af donkraftene 18 og 21 udøvede tryk reguleres til opnåelse af en aksial spænding på ca. 0,6 - 1 MPa.

Styrken af den strøm, der går igennem produktkolonnen i grafitiseringsområdet, er 55 000 A, og spændingen 10 ved klemmerne af vekselstrømskilden er ca. 80 V. Styrken af den strøm, der indføres ved kolonnens forende igennem kontakten 20, er ca. 13 000 - 17 000 A, medens resten indføres gennem kontakten 25. Kolonnens fremføringshastighed er 1,0 m/h. Fra ovnen kan der ud-15 trækkes en grafitiseret elektrode efter ca. 2,5 h, medregnet den nødvendige standsningstid til at fjerne den grafiti serede sektion og indsætte en ny sektion.

Ovnens timeproduktion er altså ca. 400 kg/h. De fysiske egenskaber af de således grafitiserede produk-20 ter er de samme som for eksempel 1.

Tilgangsbetingelserne for den elektriske strøm kan tilpasses efter de aktuelle produkter, ligesom driftsbetingelserne for produktkolonnens indføring i og udtagning fra ovnen kan tilpasses efter produkternes 25 form og dimensioner. Man kan grafitisere ikke blot massive barrer, men også hule barrer, såsom rør med forskellige tværsnitsarealer.

Claims (19)

1. Fremgangsmåde til kontinuerlig grafitisering af lange 5 for-bagte carbonholdige produkter, hvor en kolonne af carbonholdige produkter bringes til at bevæge sig inde i en ovn, som har en foring af findelt carbonholdigt'materiale (30, 40, 41, 48), som fylder det indre af ovnen, idet kolonnen (14-17, 29) med carbonholdige produkter op-1-0 varmes ved hjælp af en elektrisk strøm til en temperatur på mindst 2500 °C, kendetegnet ved, at kolonnen af carbonholdige produkter (14-17, 29) placeres i en hovedsagelig vandret retning, og at det findelte carbonholdige materiale (30, 40, 41, 48) er i kontakt med ko-lonnen af carbonholdige produkter (14-17, 29) uden at følge kolonnens bevægelser.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kolonnen af carbonholdige produkter 20 underkastes en kompressionsspænding på ca. 0,1-1 MPa under fremføringen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den elektriske forbindelse imel- 25 lem kolonnen af produkter og mindst én strømkilde ved ovnens forside fordeles på mindst to punkter, idet en brøkdel på 10-50 % af grafitiseringsstrøm-styrken indføres ved forpartiet af kolonnen (20, 24) og den resterende del længere bagtil (13, 25). 30

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at kolonnen efter opnåelsen af en temperatur på mindst 2 500 °C afkøles til en temperatur på under eller lig med 400 °C med en middelhastighed, 25 der ikke overskrider 10 °C/min for en kolonne med en diameter pår ca. 500 - 50 mm. DK 164096 B 23

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at kolonnen efter opnåelsen af en temperatur på mindst 2300 °C afkøles til en temperatur på under eller lig med 400 °C, hvor afkølingshastigheden for 5 en kolonne med en diameter på ca. 600 - 50 mm højst er 7 °C/min.

6. Ovn til kontinuerlig grafitisering af lange car-bonholdige produkter, omfattende et langstrakt kammer, der udgør ovnlegemet (12), og som ved den ene 10 ende omfatter et indløbsområde (13) for de produkter, der skal grafitiseres, og ved den anden ende har et udløbsområde (16), hvor ovnlegemet (12) har et varmeisolerende materiale bestående af et findelt carbon-holdigt materiale (30), kendetegnet ved, at 15 områderne (13, 16) er beliggende langs en i det væ sentlige vandret akse, langs hvilken de produkter, der skal grafitiseres, fremføres som en kolonne (14, 17) og opvarmes ved hjælp af elektrisk strøm, samt at ovnlegemets varmeisolering (30) er i berøring med kolon- 20 nen af produkter, men ikke ledsager denne under dens fremføring.

7. Ovn ifølge krav 6, kendetegnet ved donkrafte (18, 21) indrettet til at fremføre kolonnen med en ønsket fremføringshastighed under udøvelse af 25 en kompressionskraft.

8. Ovn ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at kontakterne imellem de sektioner af carbon-holdige produkter, der udgør kolonnen, er forbedret ved hjælp af et kontaktmateriale, såsom et tyndt lag 30 af carbonholdigt filt eller komprimeret ekspanderet grafit. 24 DK 164096 B

9. Ovn ifølge krav 6-8, kendetegnet ved, at en elektrisk kontakt imellem kolonnen (29) af carbon-holdige produkter og strømkildens ene pol er tilvejebragt i ovnens indløbsområde (13) ved hjalp af en 5 langstrakt muffe (49) af grafit, der omgiver kolonnen, og hvis forreste endeparti (53) er forbundet med strømkilden og termisk og elektrisk er isoleret i forhold til kolonnen af produkter, medens muffens bageste ende (57) tilvejebringer kontakten med kolonnen af carbonhol-10 dige produkter. :

10. Ovn ifølge krav 6-9, kendetegnet ved en anden elektrisk kontakt forbundet med den samme pol af strømkilden som den langstrakte muffe af gra- 15 fit ved hjælp af et kontaktstykke (20) anbragt ved den forreste ende af kolonnen af carbonholdige produkter.

11. Ovn ifølge krav 6-10, kendetegnet ved, 20 at der i det indre af ovnen, ved enden af grafiti- seringszonen, er anbragt et tværgående langstrakt legeme (34, 35) af grafit, der tilvejebringer en elektrisk forbindelse imellem kolonnen (29) af carbonholdige produkter og strømkildens (27) anden pol. 25

12. Ovn ifølge krav 11, kendetegnet ved, at mindst det ene langstrakte grafitlegeme (34, 35) har mindst én ende (38, 39), som uden for ovnen er forbundet med strømkilden, og et parti beliggende i 30 ovnens indre i umiddelbar nærhed af produktkolonnen (29) og i elektrisk kontakt med denne enten direkte eller via et granulat af et opdelt carbonholdigt produkt (40), såsom grafit. 35 25

13. Ovn ifølge krav 6-12, kendetegnet ved, at der efter grafitiseringsområdet er anbragt mindst en termisk forbindelsesledning (42, 43) i det indre af det opdelte carbonholdige materiale (48) med en akse, der 5. det væsentlige står vinkelret på kolonnens fremførings- akse, og hvor mindst den ene af de fra kolonnen af carbon-holdige produkter bortvendende ender afkøles ved hjælp af et afkølingsorgan (46, 47), og hvor et parti af den termiske forbindelsesledning i ovnens indre befinder sig 10. umiddelbar nærhed af kolonnen (29) af carbonholdige produkter.

14. Ovn ifølge krav 13, kendetegnet ved, at den eller de termiske ledninger (42, 43) består 15 af grafit.

15. Ovn ifølge krav 13, kendetegnet ved, at der er anbragt flere termiske ledere langs kolonnens fremføringsakse imellem grafitiseringsområdet og ov-20 nens bageste ende.

16. Ovn ifølge krav 6-12, kendetegnet ved, at produktkolonnen (14) i ovnens indløbsområde (13) er omgivet af et lag (56) af et opdelt carbonholdigt 25 materiale.

17. Ovn ifølge krav 16, kendetegnet ved, at laget (56) af det opdelte carbonholdige materiale indføres ved den forreste ende af ovnens indløbsområde 30 (13) og langsomt strømmer langs med kolonnen og ud løber ved den bageste ende af selve indløbsområdet.

18. Ovn ifølge krav 6-17, kendetegnet ved, at produktkolonnen (17) i ovnens udløbsområde (16) er 35 omgivet af et lag (66) af et opdelt carbonholdigt ma teriale. DK 164096B 26

19. Ovn ifølge krav 18, kendetegnet ved, at laget (66) af opdelt carbonholdigt materiale indføres ved den forreste ende af ovnens udløbsområde (16) og strømmer langsomt langs med kolonnen og udløber ved ^ selve udløbsområdets bageste ende. 10 15 20 25 30 35