ES2347306T3 - Metodo y aparato de obtencion de articulos carbonosos. - Google Patents
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Abstract
Un método para obtener un artículo carbonoso que comprende: Proporcionar un recipiente (24), Suministrar pasta carbonosa a dicho recipiente, Calentar dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta carbonosa, y Extrudir la pasta cocida de dicho recipiente (24) para formar dicho artículo carbonoso (28), caracterizado por las etapas de determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida en dicha zona de cocción midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de dicha pasta cocida, y Mantener dicha adhesión ajustando un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios.
Description
Método y aparato de obtención de artículos
carbonosos.
Esta invención se refiere a la técnica de
artículos carbonosos y su fabricación. En las formas de realización
preferentes, la invención se refiere a métodos y aparatos para la
fabricación de electrodos de carbón y grafito a partir de una pasta
carbonosa para electrodos de autococción.
Los electrodos de autococción son conocidos.
Este tipo de electrodo se obtiene cociendo una pasta carbonosa
conjuntamente con la operación de un horno de arco eléctrico, que
recibe el electrodo cocido. Se muestra un primer electrodo de este
tipo en la patente US 1.442.031 (Soderberg), que incluye un
recipiente para contener la pasta para electrodos y cuece la pasta
calentando la misma. Una pasta para electrodos no cocida no puede
llevar una gran corriente eléctrica, pero la pasta cocida es capaz
de llevar una corriente eléctrica considerable y se utiliza para
suministrar las grandes cantidades de corriente eléctrica requeridas
para operar los hornos de arco eléctrico. La anterior patente US
4.736.813 del solicitante muestra un electrodo de autococción en el
que la corriente eléctrica, tanto para operar un horno como para
cocer la pasta, se suministra a la pasta a través de un mandril
situado en el centro. La patente US 3.524.004 (Van Nostran et
al.) también muestra el suministro de una corriente eléctrica
al centro del electrodo para cocer la pasta y el suministro de una
parte de la corriente requerida por el horno al exterior del
electrodo. La patente US 4.527.329 (Bruff) muestra un proceso para
la fabricación de un electrodo de horno in situ en el que se
suministra calor para cocer la pasta independientemente de la
corriente para operar el horno.
Además, es conocida la extrusión de un electrodo
de autococción mediante la aplicación de presión a la pasta para
electrodos, como se muestra en la anterior patente US 4.756.004 del
solicitante. Mientras que la estructura mostrada en esta patente es
útil, el electrodo cocido es susceptible de cocerse inadecuadamente
por un lado y de quedarse atascado en la funda por el otro.
Métodos conocidos de obtención de electrodos de
autococción no han tenido éxito, principalmente debido a las
dificultades que surgen de la interacción entre la zona de cocción y
las diversas partes del aparato de cocción. El aparato de Van
Nostran, por ejemplo, utiliza un tornillo para avanzar la pasta
cocida, pero una fuerte adherencia entre el tornillo y la pasta
cocida resulta finalmente en una incapacidad de continuar avanzando
el electrodo y el posterior fallo. Igualmente, la producción de
electrodos de autococción de acuerdo con patentes anteriores del
solicitante ha resultado problemática debido a la adhesión entre la
pasta cocida y el recipiente para la pasta, como el electro de
autococción con avance por presión de la patente US 4.756.004.
Es conocido a partir de la patente
US-A3 254 143 un método de moldeado de cuerpos
carbonizados mediante el cual un cuerpo de ese tipo puede formarse
continuamente con una forma en sección transversal y una longitud
deseados. Sin embargo este método no muestra ninguna determinación
ni mantenimiento de la ubicación de la zona de cocción.
De acuerdo con un primer aspecto de la
invención, los artículos carbonosos se obtienen cociendo y
extrudiendo una pasta carbonosa de "autococción"
independientemente de un horno. Estos artículos son preferentemente
electrodos para hornos de arco eléctrico pero pueden ser electrodos
para el refinamiento electrolítico de metales, como el aluminio, o
artículos para una diversidad de otros fines. La obtención de
artículos carbonosos independientemente de un horno tiene varias
ventajas incluyendo la capacidad de cocer los artículos
independientemente de los requerimientos de operación inmediatos
del horno y la capacidad de ubicar la instalación de producción
lejos del horno. (La expresión "pasta cocida" se utiliza en la
presente memoria para referirse a una pasta que ha alcanzado por lo
menos la rigidez requerida para mantener su forma, pero que puede
considerarse únicamente parcialmente cocida porque quedan
componentes volátiles en una cantidad superior a aproximadamente el
uno por ciento. La expresión "pasta no cocida" se utiliza para
referirse a pasta que no es capaz de mantener su forma fuera del
recipiente de la pasta).
Los artículos son cocidos y extrudidos en
básicamente la forma deseada para su uso final y a continuación
mecanizados, si resulta necesario, a la forma final. Los artículos
acabados son movidos a la ubicación deseada y utilizados de la
manera conocida. Una instalación de cocción por lo general es capaz
de producir electrodos a una velocidad superior a la requerida por
hornos de un único arco eléctrico, lo que significa que los
electrodos así obtenidos pueden utilizarse para alimentar una
pluralidad de hornos. Igualmente, los artículos diseñados para su
uso en otros procesos, como los "electrodos para el refinamiento
electrolítico" se obtienen en proporción a la velocidad de uso
que resulte más económica.
Cuando un artículo carbonoso está plenamente
cocido en la estación de cocción puede procesarse adicionalmente
para su uso, por ejemplo, desligando el artículo del resto de la
extrusión. Si el artículo no ha sido completamente cocido en la
estación de cocción, puede cocerse adicionalmente mediante la
aplicación de calor mediante técnicas conocidas. Por ejemplo, a la
pasta cocida se le puede suministrar corriente eléctrica mediante un
circuito eléctrico separado del que suministra la corriente de
cocción, mediante la cual se calienta adicionalmente el artículo
mediante calentamiento por resistencia (calentamiento por I^{2}R).
Preferentemente, sin embargo, el artículo cocido se calienta
adicionalmente inductivamente haciendo pasar al mismo a través de
unas bobinas de inducción. Otros dispositivos de calentamiento,
como un calentador de gas, también pueden ser útiles en algunas
circunstancias. Cuando el artículo parcialmente cocido se utiliza
como un electrodo en un horno de arco eléctrico, la pasta puede
cocerse adicionalmente mediante la corriente del horno suministrada
a través del electrodo o por calor producido en el horno.
De acuerdo con otra forma de realización de la
invención, la pasta cocida se convierte a grafito calentando la
pasta a una temperatura elevada (2500ºC o más) y manteniendo la
misma a la temperatura elevada. Esto se lleva a cabo,
preferentemente, haciendo pasar el electrodo a través de una bobina
de inducción en la que se caliente inductivamente. La pasta
mantenida a esta elevada temperatura debe aislarse para evitar la
pérdida de calor. El material aislante, que preferentemente es
negro de carbón, es soportado alrededor del electrodo mediante un
tubo cilíndrico hecho de materiales inductivamente transparentes,
como los descritos en la patente US 4.921.222 (Mott).
La conversión de la pasta cocida a grafito
preferentemente se realiza conforme la pasta sale del recipiente en
el que se realiza la cocción inicial para evitar el enfriamiento y
el consiguiente recalentamiento del artículo. De manera
alternativa, sin embargo, los artículos pueden convertirse a grafito
en una ubicación separada. El calor adicional se proporciona
preferentemente por inducción, y cuando la conversión se realiza
conforme la pasta sale del recipiente de cocción, la bobina de
inducción y la estructura aislante son contiguas al recipiente. Si
la conversión se realiza en una ubicación remota, la bobina y la
estructura aislante pueden recibir un único artículo o ser lo
suficientemente grandes para recibir una serie de artículos
simultáneamente.
El solicitante ha descubierto que una causa
principal de problemas en la extrusión de artículos cocidos es la
excesiva adhesión entre la pasta cocida y la estructura que contiene
la pasta no cocida, como el recipiente de la pasta y el conductor
central, o mandril. Esta adhesión resulta de la incapacidad de
controlar las dimensiones o la ubicación de la zona de cocción en
la pasta. De esta manera, cuando se emplea un electrodo central para
proporcionar la corriente de cocción, la zona de cocción debería
ubicarse cerca de la punta del electrodo central. Alejar la zona de
cocción de la punta del electrodo, hacia el extremo de salida del
recipiente de la pasta, resulta en una cocción insuficiente y el
consiguiente riesgo de salida de la pasta verde hacia la cavidad
tubular formada en la pasta por el electrodo. Si la zona de cocción
se mueve en la dirección opuesta, alejándose del extremo de salida
del recipiente de la pasta, el carbón cocido quedará colgando en el
recipiente y evitará una extrusión adicional. De esta manera, es un
objetivo de esta invención proporcionar métodos y aparatos para
controlar la posición de la zona de cocción mediante la cual se
cuece apropiadamente la pasta pero no interfiere con la extrusión
de la pasta cocida.
Se definen formas de realización concretas en
las reivindicaciones independientes 2-11 y
13-20.
De acuerdo con una forma de realización
preferente de la invención, se detectan cambios en la ubicación
longitudinal de la zona de cocción midiendo cambios en la fuerza
requerida para extrudir el artículo. Un aumento en la fuerza
requerida para extrudir un artículo indica que la zona de cocción
crece, o se aleja de la salida del recipiente de la pasta. A la
inversa, una disminución en la fuerza de extrusión requerida indica
que la zona de cocción está encogiendo, o se mueve hacia el extremo
del anterior recipiente. Los cambios en la fuerza de extrusión
requerida se detectan en la forma de realización preferente
detectando una disminución en la extrusión, o velocidad de
"deslizamiento" cuando se mantiene estable la fuerza de
extrusión. Si la energía de cocción es también estable, una
disminución de la velocidad de deslizamiento resultará en una
velocidad de cocción excesiva debido a que la energía de cocción
requerida es una función de la velocidad de deslizamiento. Este
desequilibrio puede corregirse disminuyendo la velocidad de cocción
o aumentando la velocidad de deslizamiento, o ambas. En la forma de
realización preferente, se determinan unas velocidades de cocción y
de deslizamiento predeterminadas al comienzo, y se realizan
pequeñas correcciones durante la cocción ajustando la fuerza de
extrusión para ajustar la velocidad de deslizamiento mientras se
mantiene la energía de cocción estable.
Los cambios en la fuerza requerida para extrudir
la pasta cocida pueden medirse mediante diversas técnicas. En la
forma de realización preferente, se fija una célula de carga al
artículo cocido mediante un elemento de soporte móvil, que
preferentemente es una varilla o un eje o un cilindro hidráulico, un
mecanismo de husillo de bolas, u otro dispositivo que proporcione
un elemento capaz de realizar un movimiento programado. En la forma
de realización preferente, el eje se acopla a la parte inferior del
artículo extrudido, y la célula de carga se sujeta entre los dos.
Sin embargo, la célula de carga puede colocarse en otras
ubicaciones, como la periferia del artículo, si el eje se acopla a
la periferia. El eje se acciona para moverse a la velocidad de
deslizamiento esperada, y un aumento de la fuerza detectada por la
célula de carga indica que el artículo cocido se está moviendo
hacia el eje a mayor velocidad que la velocidad de retroceso del
eje. Esto, a su vez, indica que las fuerzas de adhesión han
disminuido y que la zona de cocción está encogiendo. Las
disminuciones en la fuerza detectadas por la célula de carga
indican lo contrario. En la forma de realización en la que el
artículo es extrudido mediante la aplicación de presión a la pasta,
se proporciona un circuito de control para ajustar la presión
aplicada a la pasta por la bomba de la pasta hasta que la velocidad
de extrusión alcance nuevamente la velocidad del eje. Si el
artículo es extrudido mediante otra técnica, como mediante el
tornillo mostrado en la patente de Van Nostran, se controla el
mecanismo de extrusión, p. ej., el motor que acciona el
tornillo.
Si pequeños cambios en la presión de la pasta no
reestablecen la posición deseada de la zona de cocción, la
velocidad del eje, la energía de cocción de entrada, las fuerzas de
extrusión, todo ello puede ajustarse.
La velocidad de deslizamiento puede medirse, por
supuesto, de otras maneras, como ópticamente, eléctricamente o
mecánicamente.
De acuerdo con todavía otro aspecto de la
invención, el eje móvil aplica una fuerza significativa al artículo
en una dirección opuesta a la extrusión. De esta manera, las fuerzas
de extrusión deben superar la suma de las fuerzas de adhesión y la
fuerza de oposición. La ventaja de un sistema de este tipo cuando la
extrusión está causada por la anterior presión aplicada que la
presión puede ser superior a la requerida para superar las fuerzas
de adhesión en una cantidad que depende de la magnitud de la fuerza
de oposición. Se ha descubierto que cocer la pasta bajo una mayor
presión continuamente aplicada produce un artículo superior a los
obtenidos anteriormente. Preferentemente, la presión sobre la pasta
es de por lo menos aproximadamente 5 bares (70 psi). El artículo de
carbón resultante es más denso, más fuerte, y de menor resistividad,
debido a que la pasta es compactada por las altas presiones, y los
gases se introducen en los poros del artículo a mayor presión.
El solicitante ha descubierto que la pasta de
carbón tiene una tendencia a cocerse de forma no uniforme en la
dirección periférica y que esto complica el proceso de extrusión y
resulta en un producto inferior. Se produce una cocción no uniforme
durante el calentamiento por resistencia debido a que la
resistividad de la pasta disminuye conforme se cuece la pasta. En
la forma de realización en la que la corriente de cocción fluye
entre un electrodo central, o mandril, y un electrodo periférico,
llevando la pasta en los circuitos inicialmente una mayor
corriente, por cualquier razón, se cocerá a mayor velocidad,
resultando en resistividades más bajas en aquellos circuitos y
llevando todavía más corriente. De esta manera, la pasta que se
extiende en esos circuitos se cocerá de manera preferencial, y las
partes restantes de la pasta se cocerán de forma incompleta. Esta
asimetría se corrige en la forma de realización preferente
proporcionando una pluralidad de electrodos periféricos espaciados,
y un circuito de control para ajustar la corriente que fluye desde
el electrodo central a cada electrodo periférico respectivo. La
magnitud de la corriente que fluye en los circuitos individuales
puede determinarse de cualquiera de varias maneras, midiendo por
ejemplo la temperatura de la pasta adyacente a cada uno de los
electrodos, indicando temperaturas relativamente superiores una
cocción más rápida. Además, el propio electrodo central se divide
preferentemente en segmentos, p. ej., cuatro segmentos, para
proporcionar un control más preciso de la corriente y para disminuir
el tiempo requerido para alterar el patrón de cocción. En esta
forma de realización, el circuito de control ajusta la corriente que
fluye entre los segmentos del electrodo central y los electrodos
individuales en la periferia de la zona de cocción para controlar
con precisión la ubicación periférica de la zona de cocción.
La Figura 1 es una sección transversal vertical
de un electrodo de autococción de la técnica anterior.
La Figura 2 es una vista lateral de un aparato
para producir un electrodo de acuerdo con la invención utilizando
unos medios de resistencia eléctrica para un calentamiento adicional
de la parte del electrodo parcialmente cocida y que también ilustra
el uso del electrodo así obtenido con un horno.
La Figura 3 es una vista lateral de un aparato
similar al mostrado en la Figura 3 en el que un cilindro hidráulico
soporta el electrodo y una célula de carga proporciona datos que
indican la ubicación de la zona de cocción.
La Figura 4 es una vista lateral de otra forma
de realización de la invención en la que el electrodo parcialmente
cocido es adicionalmente calentado por inducción.
La Figura 5 es una vista lateral de una forma de
realización de la invención en la que la pasta para electrodos se
convierte a grafito mediante un calentamiento por inducción.
La Figura 6 es una sección transversal a lo
largo de la línea 6-6 de la Figura 5.
La Figura 1 ilustra una parte de un electrodo de
autococción de la técnica anterior, como el que se muestra en la
patente estadounidense 4.756.004. A un recipiente a presión
ilustrado como un recipiente 2 se suministra una pasta de
autococción 4 a través de una entrada mostrada como un tubo de
alimentación 6. El tubo de alimentación y el recipiente a presión
se calientan mediante cualquier medio conocido, ilustrado en los
dibujos como unos tubos de vapor 8, para mantener la temperatura de
la pasta mediante la cual puede fluir a través del tubo y hasta el
recipiente. La corriente eléctrica se suministra a la pasta en el
recipiente a través de un conductor 10, que está conectado a una
barra colectora de potencia 12 mediante una barra colectora
cilíndrica 14. La barra colectora cilíndrica se enfría con agua e
incluye una carcasa exterior 16 para proporcionar una cámara de
agua 18. La corriente fluye desde el conductor 10 a través de la
pasta para formar una zona de cocción 19, y el extremo inferior del
recipiente forma una salida a través de la cual una parte cocida 20
del electrodo sale del recipiente. El extremo inferior del
recipiente incluye una banda de soporte 22, que puede formarse de
cualquiera de varias maneras conocidas. La banda de soporte 22
soporta una parte del peso del electrodo y es ajustable para
permitir al electrodo avanzar a una velocidad deseada en respuesta
al peso del electrodo y a la fuerza aplicada por la pasta
presurizada.
La Figura 2 ilustra una forma de realización de
la invención para obtener un electrodo para su uso en un horno de
arco eléctrico. Un recipiente de cocción a presión 24 similar al
mostrado en la Figura 1 es soportado encima de un horno de arco
eléctrico metalúrgico 26 de manera que un electrodo extrudido 40 es
dirigido hacia el horno para suministrar corriente eléctrica para
crear el arco durante la operación del horno. La pasta es
suministrada al recipiente a presión a través de una entrada 6
mediante una bomba 7, y la presión de la pasta extrude la pasta
cocida 28 a través de la salida formada junto al extremo del
recipiente. La pasta se calienta por conducción de corriente entre
cada segmento de conducción 11 del electrodo mandril 10 situado en
el centro y los respectivos electrodos periféricamente ubicados 30.
La corriente de cocción que fluye a través de la pasta entre el
mandril 10 y los electrodos 30 se controla mediante el controlador
32. El electrodo 40 es soportado mediante cualquiera de varios
medios conocidos, ilustrando esta forma de realización el uso de
unas fundas deslizantes 34 para soportar el electrodo. Estas fundas
deslizantes realizan la misma función general que la banda de
soporte 22 en la Figura 1 e incluyen un conjunto estacionario de
fundas y un conjunto móvil como es conocido en la técnica. Las
fundas móviles se mueven con el electrodo conforme se desliza éste,
y las fundas fijas soportan el electrodo mientras que las fundas
móviles restablecen posiciones.
Las fundas deslizantes y la banda de soporte
pueden controlarse por lo cual el movimiento vertical del electrodo
puede monitorizarse mediante instrumentos montados en estos
elementos. De esta manera, el agarre de la banda 22 y la velocidad
de movimiento de las fundas deslizantes 34 determinarán el
movimiento vertical del electrodo cocido. Como se describirá en
detalle a continuación, la invención incluye una medición precisa
del movimiento vertical del electrodo y retroalimentación a la bomba
de presión 7 para controlar la ubicación de la zona de cocción.
Además, la invención incluye la aplicación de una fuerza
significativa que resiste la extrusión del electrodo para permitir
utilizar mayores presiones durante la cocción, y la banda 22 o las
fundas de deslizamiento pueden controlarse para proporcionar esta
fuerza.
La principal energía eléctrica para operar el
horno la proporciona la fuente de alimentación 36, que, por
ejemplo, proporciona 10 megavatios de potencia eléctrica a través de
los contactos 38 para ser conducida a través de la pasta cocida 40
y hasta el horno. Se comprenderá que debido a que el circuito
eléctrico que tiene un controlador 32 está separado del circuito
eléctrico que tiene la fuente de alimentación 36, los dos sistemas
pueden operarse por separado para proporcionar el grado de cocción
deseado en la parte superior del electrodo y la corriente necesaria
para operar el horno.
El electrodo de la Figura 2 se cuece mediante la
corriente proporcionada por el controlador 32. Si la cocción no es
completa en el sentido de que quedan demasiados componentes
volátiles, el calor del horno 26 o la corriente proporcionada por
la fuente de alimentación principal 36 proporcionarán una cocción
adicional.
La cocción es muchas veces no uniforme en la
periferia del electrodo. Esta asimetría indica que las zonas de
cocción individuales correspondientes a los respectivos electrodos
30 no son equidistantes al extremo del recipiente a presión 2. En
la forma de realización mostrada, el controlador incluye un
controlador separado para cada uno de los ocho electrodos 30, que
están uniformemente espaciados alrededor de la periferia de la
parte del electrodo 28. Los controladores individuales, por ejemplo,
controladores Halmar, controlan la corriente que fluye a
través de cada uno de los electrodos individuales. De esta manera,
además de controlar la cantidad total de corriente que pasa a
través de la pasta para electrodos, el controlador 32 asegura
adicionalmente que la corriente de cocción se distribuye
uniformemente en toda la pasta ajustando la corriente que fluye a
cada uno de los electrodos individuales para evitar una cocción no
uniforme del electrodo. En la forma de realización preferente el
controlador lleva a cabo esto incluyendo un termopar como una parte
del electrodo 30 para monitorizar la temperatura del electrodo
cocido en cada uno de los electrodos 30. El controlador ajusta a
continuación la corriente que fluye a través de ese electrodo para
hacer que la cocción sea uniforme en todo el electrodo.
Por ejemplo, si se desea proporcionar un calor
de cocción generado mediante por lo menos 2400 amperios que fluyen
a través de la zona de cocción, puede utilizarse un controlador
capaz de controlar corriente en el rango de cero a 1000 amperios
para cada uno de los electrodos 30. Esto significa que los 2400
amperios deseados pueden proporcionarse mediante 800 amperios
provenientes de un máximo de tres de los electrodos. De esta
manera, si la cocción de una parte de la pasta presenta un desfase
con respecto al resto de la pasta, el controlador puede reducir el
flujo de corriente en los electrodos seleccionados 30 y dirigir la
corriente de cocción a los otros electrodos para hacer que la
cocción se iguale.
En la forma de realización en la que el
electrodo central comprende una pluralidad de segmentos espaciados
alrededor de la circunferencia del electrodo central, el controlador
se dispone para dirigir la corriente destinada a fluir hacia los
electrodos 30 ubicados en un lado de la zona de cocción a través de
los segmentos 11 que también están ubicados en el mismo lado de la
zona de cocción. Esta disposición previene la formación de
circuitos de corriente que se originan en el electrodo central en un
lado de la zona de cocción y a continuación invierten la dirección
para fluir hacia un electrodo 30 en el lado opuesto de la zona de
cocción. Forzar a que la corriente fluya hacia los electrodos 30 de
elección mediante esta geometría resulta en una respuesta más
rápida a los cambios en el flujo de corriente.
La Figura 3 ilustra una forma de realización en
la que el artículo en forma de electrodo cilíndrico no se
suministra a un horno directamente. Sin embargo, el electrodo puede
utilizarse en un horno de arco eléctrico no físicamente conectado a
la estación de cocción. Por ejemplo, el electrodo puede obtenerse
como se describe a continuación, procesado adicionalmente
químicamente o físicamente, por ejemplo mediante mecanizado y/o en
combinación con otros electrodos, y transportarse al horno para su
uso como un electrodo con equipos conocidos. Los artículos de otras
formas y para otros usos también pueden extrudirse mediante las
mismas técnicas.
Como se ha reseñado anteriormente la magnitud de
la fuerza que surge de la adhesión entre la pasta cocida y los
lados del recipiente, que incluye la fuerza de fricción, es un buen
indicador de la ubicación longitudinal de la zona de cocción. Se ha
determinado que la fuerza de adhesión en un electrodo de dieciséis
pulgadas de diámetro es de 1,5 bar (22 psi) a 6 bar (85 psi) de área
de contacto entre la zona de cocción donde está el electrodo y la
funda. Esto proporciona de 93 kN (21.000 libras) a 365 kN (82.000
libras) de resistencia al movimiento del electrodo.
La técnica preferente, mostrada en la Figura 3,
para controlar la posición de la zona de cocción es para detectar
cambios muy pequeños en la velocidad de deslizamiento y ajustar la
presión de la pasta para alcanzar la velocidad de deslizamiento
deseada. De esta manera, puede determinarse que para una entrada de
potencia de cocción dada se espera una velocidad de deslizamiento de
19 cm por hora (siete pulgadas por hora). A continuación se
establece la presión sobre la pasta para obtener esa velocidad de
deslizamiento nominal. La velocidad de deslizamiento real se mide
colocando una célula de carga entre la velocidad inferior esperada.
En la forma de realización de la Figura 3, el artículo cocido 40,
que en los dibujos tiene forma de electrodo, está soportado en un
eje 46 de un cilindro hidráulico 48. El cilindro hidráulico se
controla para moverse a la velocidad de deslizamiento deseada, por
ejemplo, mediante una válvula accionada por solenoide. La fuerza
aplicada al eje mediante el artículo se detecta mediante una célula
de carga 50. Una fuerza incremental detectada por la célula de
carga conforme se aleja de la funda 24 a la velocidad de
deslizamiento esperada indica que la velocidad de deslizamiento es
mayor que la esperada, lo que indica que la zona de cocción está
encogiendo y proporcionando unas fuerzas de adhesiones menores. Una
fuerza decreciente indica lo opuesto. La célula de carga puede
colocarse en otras ubicaciones y puede ser otro tipo de dispositivo,
dependiendo del modo de acoplamiento entre el eje y el artículo
cocido.
En la forma de realización preferente, el
cilindro hidráulico 48 proporciona una fuerza considerable que
resiste el avance del electrodo mientras que todavía permite el
avance del electrodo a una velocidad predeterminada. Por ejemplo,
la resistencia proporcionada por el cilindro hidráulico puede ser de
31 kN (7.000 libras) y la velocidad de deslizamiento puede ser de
19 cm por hora (siete pulgadas por hora). Si la fuerza de
resistencia en un electro de 43 cm (dieciséis pulgadas) de diámetro
es de 31 kN (7.000 libras) la presión en la pasta no cocida debe
ser de 31 (7.000): 38,5 = 12,5 (182 psi) para superar esta fuerza de
resistencia. De esta manera, la presión en la pasta debe ser de 50
bar (730 psi) a 160 bar (2300 psi) para superar la fuerza de
adhesión anteriormente reseñada más la fuerza de resistencia
adicional de 31 kN (7000 libras). El aumento de presión produce un
artículo que se ha visto que tiene las propiedades físicas y
eléctricas superiores anteriormente indicadas.
Los cambios en las fuerzas de adhesión entre la
funda y la pasta cocida se detectan muy rápidamente en la forma de
realización de la Figura 3 debido a que la célula de carga no es
elástica. De esta manera el movimiento de la célula de carga
alejándose del artículo se detecta prácticamente instantáneamente, y
el sistema de control 51 aumenta la presión aplicada a la pasta
hasta que alcanza la fuerza predeterminada, lo que indica que se ha
vuelto a alcanzar la velocidad de extrusión deseada. Igualmente, si
la fuerza de adhesión disminuye, el artículo extrudido empujará más
fuerte contra la célula de carga, lo que será detectado por la
célula de carga, y el controlador 51 reducirá la presión sobre
la
pasta.
pasta.
Lo anteriormente indicado describe una situación
en la que los cambios en la ubicación de la zona de cocción son
pequeños y pueden corregirse mediante cambios relativamente pequeños
en la presión de la pasta. Esta situación se produce cuando la
velocidad de cocción y la velocidad de extrusión prácticamente
coinciden. Sin embargo, si estas velocidades no coinciden, la
velocidad de extrusión o la velocidad de cocción deben ajustarse.
La velocidad de cocción se cambia alterando la energía aplicada a la
zona de cocción y depende del método de calentamiento que se esté
utilizando. Si el método de calentamiento es el de calentamiento por
resistencia (I^{2}R), la corriente a través de la pasta se
reduce. Si el método de calentamiento es inductivo, la corriente en
las bobinas de inducción se reduce.
En la forma de realización de la Figura 3, la
velocidad de cocción y la velocidad de deslizamiento se varían de
forma escalonada, y la presión sobre la pasta se varía de forma
continua. Sin embargo, también es posible variar las velocidades de
deslizamiento y de cocción continuamente.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Lo anteriormente indicado puede resumirse de la
siguiente manera:
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 4 ilustra otra forma de realización de
la invención en la que se emplea el calentamiento por inducción
para cocer la pasta en el recipiente y para cocer adicionalmente el
artículo extrudido. De esta manera, el sistema de cocción por
presión 24 incluye un recipiente como el que se muestra en la Figura
1 que es capaz de resistir la presión y adicionalmente que está
hecho de materiales inductivamente transparentes. Un material
preferente de este tipo es el composite, inductivamente transparente
descrito en US 4.921.222. Una primera bobina de inducción 41 que
lleva corriente suministrada por la fuente 39 se coloca alrededor de
la parte inferior del recipiente cerca del extremo de salida para
calentar la pasta inductivamente formando una zona de cocción. El
artículo cocido es extrudido por la presión de la pasta como se ha
descrito anteriormente.
Una segunda bobina de inducción 42 que lleva
corriente de la fuente 43 se coloca adyacente al artículo extrudido
una vez que ha salido del sistema de cocción por presión para cocer
adicionalmente el artículo. El calor inductivo como se muestra en
esta figura puede utilizarse conjuntamente con un horno, similar al
mostrado en la Figura 2, o independientemente de un horno, como se
muestra en la Figura 3. Adicionalmente, la ubicación de la zona de
cocción se controla de la menara analizada con respecto a la Figura
3 controlando la velocidad de deslizamiento para una corriente
predeterminada a través de las bobinas 41.
El calentamiento inductivo del electrodo es
particularmente útil cuando la pasta de carbón cocido debe
convertirse a grafito, lo que requiere que el artículo se caliente a
una temperatura superior a 2500ºC por un periodo de tiempo
predeterminado. Esta alta temperatura requiere una fuente de energía
de dimensiones significativas y un aislamiento a altas temperaturas
para reducir la pérdida de calor del electrodo caliente. Las Figuras
5 y 6 ilustran una forma de realización preferente para producir un
artículo de grafito.
De acuerdo con la forma de realización mostrada
en las figuras 5 y 6, el electrodo del sistema 24 es extrudido
directamente en una estación de calentamiento inductivo que
comprende una estructura tubular, aislante 52 y una bobina de
inducción 42. La fuente de calor para cocer en esta forma de
realización se ilustra como resistiva, pero puede ser inductiva
como en la Figura 4, llama de gas u otra. El calentamiento
secundario, es preferentemente inductivo, pero también pueden ser
de otro tipo. Cuando se utiliza el calentamiento inductivo, la
estructura tubular se hace de unos materiales que son transparentes
a las frecuencias producidas por la bobina de inducción, por lo
cual la mayor parte de la energía producida por la bobina es
transmitida al electrodo para elevarlo a la temperatura deseada. En
la forma de realización preferente, la estructura tubular 52 se
hace de un material composite que comprende unas fibras de vidrio
considerablemente continuas y cemento inorgánico que forma una
matriz para las fibras tal y como se describe en la patente US
4.921.222 (Mott). La longitud de la estructura tubular es tal que
el tiempo de transito del electrodo a través de la estructura es por
lo menos igual al tiempo requerido para alcanzar la temperatura
deseada y convertir la pasta para electrodos cocida a grafito. De
esta manera, un artículo de grafito cilíndrico para ser usado como
electrodo o para otros fines sale del extremo de la estructura
tubular 52 opuesto la funda 24.
La Figura 6 es una sección transversal tomada a
lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5 e ilustra la
colocación del aislante 54, como negro de carbón, entre la
superficie exterior del electrodo cocido y la superficie interior
de la estructura tubular. El negro de carbón proporciona un
aislamiento térmico para el electrodo a altas temperaturas y no se
degrada a las altas temperaturas. El negro de carbón se mantiene en
la estructura tubular mediante un sellante colocado en el extremo
de la estructura lejos de la funda 24.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para conveniencia del lector. La misma no
forma parte del documento de patente europea. A pesar de que se ha
tenido mucho cuidado durante la recopilación de las referencias, no
deben excluirse errores u omisiones y a este respecto la OEP se
exime de toda responsabilidad.
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\bullet US 4527329 A, Bruff [0002]
Claims (19)
1. Un método para obtener un artículo carbonoso
que comprende:
- Proporcionar un recipiente (24),
- Suministrar pasta carbonosa a dicho recipiente,
- Calentar dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta carbonosa, y
- Extrudir la pasta cocida de dicho recipiente (24) para formar dicho artículo carbonoso (28), caracterizado por las etapas de determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida en dicha zona de cocción midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de dicha pasta cocida, y
- Mantener dicha adhesión ajustando un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios.
2. Un método según la reivindicación 1 en el que
dicho parámetro de cocción es la energía de cocción de entrada y
dicha etapa de mantenimiento comprende una etapa de alteración del
calor para ajustar la energía de cocción de entrada.
3. Un método según la reivindicación 2 en el que
dicho parámetro de cocción comprende dicha velocidad de extrusión y
dicha etapa de mantenimiento comprende una etapa de alteración de
dicha extrusión.
4. Un método según la reivindicación 1 en el que
dicha etapa de determinación comprende adicionalmente las etapas de
medición de la temperatura de dicha zona de cocción en una
pluralidad de ubicaciones periféricas de dicha zona de cocción,
dicho parámetro de cocción es calentamiento, y dicha etapa de
mantenimiento comprende adicionalmente alterar dicho calentamiento
en dicha pluralidad de ubicaciones periféricas en respuesta a dicha
etapa de medición.
5. Un método según la reivindicación 1 en el que
dicha etapa de determinación comprende adicionalmente la etapa de
determinar la magnitud de una fuerza que surge de dicha adhesión
entre dicho recipiente y dicha pasta cocida aplicando presión a
dicha pasta, dicho parámetro de cocción es dicha presión, y dicha
etapa de mantenimiento comprende cambiar la presión aplicada a la
pasta en respuesta a los cambios en dicha velocidad de
extrusión.
6. Un método según la reivindicación 1, en el
que dicho parámetro de cocción es la velocidad de cocción y dicha
etapa de mantenimiento comprende la etapa de alteración de la
velocidad de cocción.
7. Un método según la reivindicación 1 que
comprende adicionalmente la etapa de proporcionar dicha pasta
cocida a un horno de arco eléctrico y suministrar corriente
eléctrica a dicha pasta cocida para operar dicho horno.
8. Un método según la reivindicación 1 que
comprende adicionalmente la etapa de aplicar continuamente presión
a dicha pasta carbonosa.
9. Un método según la reivindicación 1 en el que
dicha etapa de calentamiento comprende un calentamiento resistivo
de dicha pasta cocida extrudida desde dicha salida.
10. Un método según la reivindicación 1 en el
que dicha etapa de calentamiento comprende calentar por inducción
dicha pasta cocida extrudida desde dicha salida.
11. Un aparato para obtener un artículo
carbonoso que comprende:
- Un recipiente (24) que cuenta con una entrada y una salida, y que está configurado para recibir una pasta carbonosa no cocida,
- Medios para calentar (8) dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta, medios para extrudir la pasta cocida de dicho recipiente para formar dicho artículo carbonoso (28),
- caracterizado por unos medios para determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida y mantener dicha adhesión midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de la pasta cocida y mediante unos medios (22, 32, 50) para ajustar un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios.
12. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de calentamiento comprenden un electrodo (10) situado
para estar dentro de dicha pasta carbonosa no cocida y un circuito
eléctrico conectado a dicho electrodo.
13. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de calentamiento comprenden una bobina de inducción
(41).
\newpage
14. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden una
pluralidad de electrodos (30) especiados periféricamente alrededor
de una parte exterior de dicha zona de cocción y un controlador de
corriente eléctrica (32) conectado a cada uno de dichos electrodos
(30).
15. Aparato según la reivindicación 14 en el que
dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden un
electrodo central (40) que cuenta con una pluralidad de segmentos de
conducción (11), y dicho controlador de corriente eléctrica (32)
está conectado a dichos segmentos (11).
16. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de medición de dicha velocidad de extrusión
comprenden un eje (46) que aplica una fuerza a dicha pasta cocida
que resiste la extrusión y una célula de carga (50) entre dicha
pasta cocida y dicho eje.
17. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden unos
medios (51) para controlar dicha velocidad de extrusión.
18. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden unos
medios (42) para controlar dichos medios de calentamiento.
19. Aparato según la reivindicación 11 en el que
dichos medios de extrusión comprenden unos medios (48) para
suministrar dicha pasta no cocida bajo presión.
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