KR100386141B1 - 기다란 탄소체를 생산하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기다란 탄소체, 특히 다수의 전극이 소모되는 용광로에 직접 접속하여 생산되는 다수의 탄소 전극의 연속적인 생산 방법으로서, 미립자의 고체 탄소 재료 및 탄소질의 바인더로 구성된 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 금속 케이싱이 500 내지 1200℃ 사이의 온도로 가열되는 베이킹로를 통해 연속적으로 또는 거의 연속적으로 하강되어, 베이킹되지 않은 탄소 페이스트가 고체 탄소체로 베이킹되며, 케이싱이 베이킹로를 통과하여 하강될 때 케이싱이 케이싱의 상단에 새로운 케이싱 섹션을 연결함으로써 연장되며, 각각의 케이싱 섹션의 하부는 케이싱의 섹션의 상부의 내경과 동일하거나 보다 작은 외경을 가지는 방법에 있어서, 새로운 케이싱 섹션의 하부가 새로운 케이싱 섹션 아래에 위치하는 케이싱 섹션의 상부의 케이싱 내부에 위치하도록, 각각의 새로운 케이싱 섹션이 아래에 위치하는 케이싱 섹션 상에 장착되며, 각각의 케이싱 섹션의 하부의 길이가, 베이킹 중에 새로운 케이싱 섹션이 아래에 위치하는 케이싱 섹션에 대해 하방으로 자유롭게 일정 거리만큼 미끄러질 수 있는 길이이며, 이러한 길이는 베이킹로 내에서 탄소체의 베이킹 중에 케이싱 내에 포함된 전극 페이스트의 수축을 보상하는 길이이다.

Description

기다란 탄소체를 생산하는 방법{METHOD FOR PRODUCING ELONGATED CARBON BODIES}

노르웨이 특허 제 154860호에는 기다란 탄소체의 연속적인 생산 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 미립자의 고체 탄소 재료 및 탄소질의 바인더로 구성된 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 천공된 금속 케이싱은 연속적으로 혹은 거의 연속적으로 500℃와 1300℃ 사이의 온도로 가열된 베이킹로를 통과하여 하강된다. 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트는 이와 같은 온도에서 고체 탄소체로 베이킹된다. 케이싱이 베이킹로를 통과하여 하강함에 따라서 새로운 케이싱 섹션(sections)이 금속 케이싱의 상단에 용접되며, 나아가 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트가 케이싱 안으로 채워진다.

이와 같은 방법은 기다란 탄소체의 연속적인 생산에 사용될 수 있는데, 기다란 탄소체는 베이킹로 내에서 베이킹된 후에 적절한 길이로 절단되며, 용광로(smelting furnace)용 라이닝 블록(lining block), 알루미늄 등의 생산을 위한 전해질 전지의 음극용 하부 블록 등으로 이용될 수 있으며, 또는 다수의 전극이 사용되는 용광로에 직접 접속된 연속적인 탄소 전극의 생산에도 이용될 수 있다. 마지막으로 언급된 경우에서, 베이킹로는 생산된 전극이 용광로 내로 연장되어서 소모될 수 있도록 용광로 위로 배열된다. 생산된 기다란 탄소체는 적당한 횡단면을 가진다. 용광로에 직접 접속되어 생산된 탄소 전극은 일반적으로 원형의 횡단면을 가진다.

공지된 방법에 의하면, 상기 언급된 새로운 케이싱 섹션은 케이싱의 상단에 용접된다. 이는 매우 수고스러운 작업이다. 또한, 다수의 전극이 소모되는 용광로에 직접 접속하여 전극이 생산되는 경우, 용접작업은 고열과 때때로 오염된 가스 대기 상태에서 수행된다. 전극이 베이킹되어 케이싱이 제거되는 전극에 대하여, 케이싱 섹션이 서로 용접된다는 것은 케이싱이 제거되기 위해 수평으로 절단되어야 한다는 것을 의미한다.

가열 중에 전극 페이스트의 점도는 감소되어서 전극 페이스트가 연해지며, 500 내지 1300℃의 온도로 더 가열되는 경우에 전극 페이스트는 고체 탄소체로 베이킹된다. 가열 중에 전극 페이스트는 수축하며, 따라서 더 작은 체적을 차지한다. 용접에 의해 서로 접속되는 케이싱 섹션을 사용하는 공지된 방법에 따르면, 전극 페이스트가 케이싱의 내부 표면에 달라붙을 때, 수축을 보상하기 위한 충분한 하향 유동을 전극 페이스트가 가지지 못한다. 따라서 베이킹된 탄소체는 전극으로 사용되는 경우 전극 파괴의 가능성을 높이는 캐비티(cavity)를 포함할 가능성이 있다. 또한, 케이싱의 내부 표면에 달라붙은 전극 페이스트가 수축하는 경우, 케이싱은 국부적으로 변형될 수 있다. 이러한 변형은 베이킹로 내에서 더 많은 열이 가해지는 중에 케이싱이 축방향으로 팽창되어져 인장 응력이 전극 페이스트 내에 발생하는 경우 더욱 더 증가된다.

스웨덴 특허 제 112236호는 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 가득찬 케이싱 섹션의 사용 방법으로 알려진, 강철로(steel furnaces)에 대한 종래의 셀프-베이킹 전극(self-baking electrodes)에 관한 것이다. 상기 스웨덴 특허에 의하면 각각의 케이싱 섹션은 전극 기둥의 상단에 섹션이 장착되기 이전에 전극 페이스트로 충전된다. 각각의 케이싱 섹션의 하부는 케이싱의 나머지 부분보다 다소 직경이 작다. 새로운 케이싱 섹션이 전극 기둥의 상단에 장착되는 경우, 새로운 섹션 아래에 위치하는 케이싱 섹션 내에 상기 새로운 섹션의 하부가 삽입식으로(telescopic way) 설치된다. 새로운 케이싱 섹션을 전극 기둥에 결합하기 위해, 새로운 케이싱 섹션의 하부와 전극 기둥의 상부 사이의 면적이 가열되며, 따라서 전극 페이스트는 상기 면적 내에서 녹거나 연해지며 이로써 새로운 케이싱 섹션의 하부내의 전극 페이스트는 전극 기둥의 상단에서의 전극 페이스트와 함께 유동한다. 따라서, 새로운 케이싱 섹션은 아래쪽 케이싱에 용접된다. 전극의 베이킹은 전극에 전력이 공급되는 영역 내에서 종래의 셀프-베이킹 전극에 대해서와 동일한 방법으로 발생한다.

전극 페이스트로 충전된 큐링(curings) 섹션의 연결에 대한 스웨덴 특허 제 112236호에서 공지된 방법은 노르웨이 특허 제 154860호에 의해 생산된 전극에 관하여 상기 언급된 문제를 해결하지 못한다. 따라서 노르웨이 특허 제 154860호에 개시된 방법에 관한 상기 스웨덴 특허에 따른 케이싱 섹션의 결합 방법의 사용은 베이킹 중의 전극 페이스트의 수축 문제 혹은 케이싱이 베이킹로 내에서 가열되는 경우에 케이싱의 팽창에 의해 야기되는 문제를 해결하지 못한다. 또한, 상기 스웨덴 특허에 공지된 방법을 사용하면 베이킹로 아래의 케이싱를 제거하기 위해 수평으로 케이싱를 절단하는 작업이 여전히 필요하다. 왜냐하면, 새로운 케이싱 섹션을 새로운 케이싱 아래의 케이싱에 용접하는 것이 상기 스웨덴 특허에 따른 전제 조건이기 때문이다.

본 발명은 기다란 탄소체(elongated carbon body), 특히 다수의 전극이 사용되는 용광로에 직접 접속하여 생산되는 다수의 탄소 전극(carbon electrodes)의 연속적인 생산 방법에 관한 것이며, 이러한 방법에 있어서 탄소질의 전극 페이스트를 포함하는 금속 케이싱을 베이킹로(baking furnace)를 통과하도록 하강시킴으로써 미립자의 탄소 재료 및 탄소질의 바인더(binder)로 구성된 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트(unbaked carbonaceous electrode paste)를 포함하는 금속 케이싱은 고체 탄소체로 베이킹된다.

도 1은 본 발명의 방법의 실시에 대한 케이싱 섹션의 수직 단면을 도시하고 있다.

도 2는 방금 장착된 케이싱의 상부 섹션과 함께 베이킹로를 통해 연장되는 탄소 기둥의 수직 단면을 도시하고 있다.

도 3은 본 발명의 방법에 관한 사용에 대한 케이싱 섹션의 제 2 실시예의 수직 단면을 도시하고 있다.*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*1 : 케이싱 섹션 2 : 섹션의 상부3 : 섹션의 하부 4 : 높이5 : 케이싱의 상단 6 : 베이킹로

본 발명의 목적은 노르웨이 특허 제 154860호의 방법에 의해 새로운 케이싱 섹션 아래의 케이싱에 대해 새로운 케이싱 섹션을 용접할 필요가 없는 방법, 그리고 전극 페이스트의 수축, 및 베이킹 중의 케이싱의 팽창에 대한 자동적인 보상이 가능한 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 기다란 탄소체, 특히 다수의 전극이 소모되는 용광로에 직접 접속하여 생산되는 다수의 탄소 전극의 연속적인 생산 방법으로서, 미립자의 고체 탄소 재료 및 탄소질의 바인더로 구성된 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 금속 케이싱이 500 내지 1200℃ 사이의 온도로 가열되는 베이킹로를 통해 연속적으로 또는 거의 연속적으로 하강되어, 베이킹되지 않은 탄소 페이스트가 고체 탄소체로 베이킹되며, 케이싱이 베이킹로를 통과하여 하강될 때 케이싱의 상단에 새로운 케이싱 섹션을 연결함으로써 케이싱이 연장되며, 각각의 케이싱 섹션의 하부는 각각의 케이싱의 섹션의 상부의 내경과 동일하거나 작은 외경을 가지는 방법에 있어서, 새로운 케이싱 섹션의 하부가 새로운 케이싱 섹션 아래에 위치하는 케이싱 섹션의 상부에서 상기 케이싱의 내부에 위치하도록 각각의 새로운 케이싱 섹션이 아래에 위치하는 케이싱 섹션 상에 장착되며, 각각의 케이싱 섹션의 하부의 길이는, 베이킹 중에 새로운 케이싱 섹션이 아래에 위치하는 케이싱 섹션에 대해 하방으로 자유롭게 일정 거리만큼 미끄러질 수 있는 길이이며, 상기 거리는 상기 베이킹로 내에서 탄소체의 베이킹 중에 케이싱 내에 포함된 전극 페이스트의 수축을 보상하는 거리인 것을 특징으로하는 방법에 관한 것이다.

바람직한 실시예에 의하면 상부 원통부와 하부 원통부로 구성된 케이싱 섹션이 사용되어지며 여기에서 하부 원통부의 외경은 상부 원통부의 내경과 동일하거나 작아야 한다.

케이싱의 상부와 하부의 길이간의 비율은 1:1 내지 1000:1이고, 보다 상세하게는 3:1 내지 12:1의 비율을 가지는 것이 바람직하다.

또 다른 실시예에 의하면 적어도 각각의 케이싱 섹션의 하부는 케이싱 섹션의 원뿔형 부분의 외경이 케이싱의 상단 직경보다 적은 원뿔형을 가져야 한다.

본 발명의 방법에 의해 케이싱의 각각 섹션은 아래에 위치한 케이싱 섹션에 단단하게 부착되지 않고, 아래에 위치한 케이싱 섹션의 상단 위에 느슨하게 위치한다. 베이킹되는 동안 전극 페이스트가 상단 섹션 아래의 섹션 내에서 수축하는 경우, 케이싱의 상단 섹션의 하중은 아래에 위치하는 케이싱 섹션의 케이싱 내부로 케이싱 섹션이 자유롭게 미끄러지는 것을 야기시킨다. 따라서 전극 페이스트의 수축은 케이싱의 국부적인 변형을 야기하지 않는다.

본 발명의 방법에 의해, 베이킹로 내에서 전극이 베이킹된 후 케이싱의 섹션의 제거는 실질적으로 단지 케이싱를 수직하게 절단하면 될 정도로 단순화된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 각각의 케이싱 섹션은 전극 페이스트의 높이로부터 케이싱의 각각 섹션의 상단까지의 거리가 케이싱 섹션의 하부의 길이보다 작도록하는 높이까지 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 채워져 있다. 케이싱의 섹션은 섹션이 장착되기 전 혹은 장착 후에 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 채워져 있다. 상기 방법에서 케이싱 섹션의 하부는 장착시 아래에 위치한 케이싱 섹션 내의 베이킹되지 않은 전극 페이스트에 놓여지게 될 것이다.

도 1은 상부(2) 및 하부(3)로 구성된 케이싱 섹션(1)을 도시하고 있다. 케이싱 섹션의 하부(3)는 케이싱 섹션의 상부(2)보다 약간 작은 직경을 가지고 있다. 하부(3)의 외경은 상부(2)의 내경과 동일하거나 약간 작다. 새로운 케이싱 섹션이 장착되는 경우, 도 1에 도시한 바와 같은 형상을 가지는 새로운 케이싱 섹션은 아래에 위치한 케이싱 섹션 내로 삽입식으로(telescopically) 장착된다. 바람직하게는 케이싱 섹션(1)은 도 1에서 도면 번호 4로 지시된 높이까지 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 충전되며, 이러한 높이(4)로부터 케이싱 섹션의 상단(5)까지의 거리는 케이싱 섹션의 하부(3)의 길이 보다 작다. 대안적으로, 케이싱 섹션은 아래에 위치한 케이싱 섹션에 대해 삽입식으로 장착된 후 높이(4)까지 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 채워진다.

도 2는 전기 저항 가열, 유도 가열, 가스 버너, 오일 버너 등과 같은 적당한 가열 수단에 의해 가열되는 베이킹로(6)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시된 형상을 가지는 삽입식으로 배열된 다수의 케이싱 섹션(1)으로 구성되고, 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 전극 케이싱은 연속적으로 혹은 거의 연속적으로 베이킹로(6)를 통과하여 하강한다. 베이킹되지 않은 전극 페이스트는 500 내지 1300℃ 사이 온도의 베이킹로 내에서 고체 탄소체로 베이킹된다.

베이킹되지 않은 전극 페이스트와 베이킹된 탄소체간의 경계는 도 2에서 도면번호 7로 도시되어 있다.

새로운 케이싱 섹션이 장착되는 경우, 새로운 케이싱 섹션은 케이싱의 하부(3)가 아래에 위치한 케이싱 섹션의 내부에 삽입되도록 설치된다. 따라서, 새로운 케이싱 섹션의 하연부(lower edge)는 아래에 위치한 케이싱 섹션 내의 전극 페이스트 상에 놓여진다. 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 다수의 케이싱 섹션이 베이킹로(6)를 통과하여 하강함에 따라서, 전극 페이스트는 가열되고 연해지기 시작하며, 베이킹 중에 전극 페이스트는 수축한다. 베이킹로(6)의 위쪽에 위치한 전극 페이스트로 채워진 다수의 케이싱 섹션의 하중으로 인해, 베이킹로(6) 내부의 연해진 전극 페이스트는 상호 가압되며, 케이싱 섹션은 아래에 위치한 케이싱 섹션에 대하여 하향으로 미끄러질 것이다. 두개의 케이싱 섹션간의 연결부가 베이킹로(6) 내부로 들어가면, 이들 케이싱 섹션간의 삽입식 연결은 밀봉될 것이다.

본 발명에 의하면, 다수의 케이싱 섹션은 용접 혹은 다른 종류의 견고한 연결 수단에 의하여 상호 결합되지 않으면서도, 아래에 위치한 케이싱의 전극 페이스트 상에 자유롭게 놓여진다.

전극 페이스트로 채워진 각각의 케이싱 섹션은 아래에 위치한 케이싱 섹션의 전극 페이스트 상에 놓여지므로, 베이킹되지 않은 페이스트는 항상 가압상태에 있게되어 페이스트가 연해질 때 임의의 공동(cavity)은 전극 페이스트로 채워지며, 다수의 케이싱 섹션이 상호간에 자유롭게 상대적으로 이동함에 따라서 전극 페이스트의 체적 감소는 자동적으로 보상된다. 또한, 열에 의해 야기되는 케이싱의 신장이 삽입식 연결에 의해 보상되므로 다른 케이싱 섹션에는 전달되지 않는다. 이에 따라서, 케이싱 섹션의 신장은 위쪽 또는 아래쪽의 다른 케이싱 섹션에 대하여 어떠한 힘도 전달하지 않을 것이다.

케이싱 섹션을 장착하기 전에 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 케이싱 섹션에 충전하는 것이 가능하므로, 베이킹로 내에서 베이킹 중에 전극 페이스트 내에서 발생하는 가스는 전극 기둥의 상단을 통과하여 방출될 수 없고, 전극 기둥의 상단은 항상 차가운 전극 페이스트를 포함할 것이다.

본 발명의 방법이 케이싱 섹션의 하부가 케이싱의 상단 보다 작은 직경을 가지는 실시예에 관하여 기술되었지만, 케이싱 섹션의 상단을 아래로 향하도록 장착하는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 이 경우에 케이싱 섹션간의 삽입식 연결이 이루어지고, 이때 가장 큰 직경을 가지는 케이싱 섹션의 부분이 아래의 케이싱의 바깥쪽으로 위치하게 장착된다.

도 3은 본 발명의 방법이 사용된 케이싱 섹션의 또 다른 실시예에 관하여 도시하고 있다. 도 1과 상응하는 부분은 도 3에서 동일한 도면번호를 가진다. 도 3에서 도시된 케이싱 섹션은 상부 원통부(2) 및 하부 원추형의 부분(8)을 가지고 있으며, 하부 원추형 부분(8)의 외경은 상부 원통형 부분(2)의 내경보다 작다. 새로운 케이싱 섹션이 장착되는 경우에, 케이싱 섹션은 원추형 하부(8)가 아래의 케이싱 섹션에 삽입되도록 위치된다.

본 발명에서 사용되는 케이싱은 베이킹되는 동안 발생하는 가스를 베이킹로 내부로 유동시키도록 천공될 수 있다.

본 발명의 방법에 의한 케이싱 섹션은 용접 혹은 이와 유사한 것에 의해 강하게 서로 결합되지 않으므로, 전극이 베이킹된 후 케이싱을 제거하는 것이 용이하다. 그리고 단지 수직하게 케이싱를 절단하는 것만이 필요하다.

본 발명에 의한 방법은 작업자에 대한 환경을 충분히 개선시킴과 동시에 새로운 케이싱 섹션의 장착에 대해 필요한 작업을 충분히 단순화시킨다. 또한 베이킹된 탄소체 내의 캐비티 생성 가능성을 효과적으로 제거함으로서 생산된 탄소체의 품질을 개선시킨다.

Claims (7)

1. 기다란 탄소체, 특히 다수의 전극이 소모되는 용광로에 직접 접속하여 생산되는 다수의 탄소 전극의 연속적인 생산 방법으로서, 미립자의 고체 탄소 재료 및 탄소질의 바인더로 구성된 탄소질의 베이킹되지 않은 전극 페이스트를 포함하는 금속 케이싱이 500 내지 1200℃ 사이의 온도로 가열되는 베이킹로를 통해 연속적으로 또는 거의 연속적으로 하강되어, 상기 베이킹되지 않은 탄소 페이스트가 고체 탄소체로 베이킹되며, 상기 케이싱이 상기 베이킹로를 통과하여 하강될 때 상기 케이싱의 상단에 새로운 케이싱 섹션을 연결함으로써 상기 케이싱이 연장되며, 각각의 상기 케이싱 섹션의 하부는 각각의 상기 케이싱 상부의 내경과 동일하거나 작은 외경을 가지는 방법에 있어서,

   상기 새로운 케이싱 섹션의 하부가 상기 새로운 케이싱 섹션 아래에 위치하는 케이싱 섹션의 상부에서 상기 케이싱의 내부에 위치하도록 각각의 상기 새로운 케이싱 섹션이 상기 아래에 위치하는 케이싱 섹션 상에 장착되며, 각각의 상기 케이싱 섹션의 하부의 길이는, 베이킹 중에 상기 새로운 케이싱 섹션이 상기 아래에 위치하는 상기 케이싱 섹션에 대해 하방으로 자유롭게 일정 거리만큼 미끄러질 수 있는 길이이며, 상기 길이는 상기 베이킹로 내에서 상기 탄소체의 베이킹 중에 상기 케이싱 내에 포함된 상기 전극 페이스트의 수축을 보상하는 길이인 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 각각의 케이싱 섹션이 장착되기 전에 상기 전극 페이스트의 높이로부터 각각의 상기 케이싱 섹션의 상단까지의 거리가 상기 케이싱 섹션의 하부의 길이 보다 작은 높이까지 상기 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 각각의 상기 케이싱 섹션이 채워져 있어서, 상기 케이싱 섹션의 장착시에는 상기 케이싱 섹션의 하부가 상기 아래에 위치한 케이싱 섹션 내에서 상기 베이킹되지 않은 전극 페이스트 상에 놓여지게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 각각의 케이싱 섹션이 장착된 후에 상기 전극 페이스트의 높이로부터 각각의 상기 케이싱 섹션의 상단까지의 거리가 상기 케이싱 섹션의 하부의 길이 보다 작은 높이까지 상기 베이킹되지 않은 전극 페이스트로 각각의 상기 케이싱 섹션이 채워져 있어서, 상기 케이싱 섹션의 장착시에는 상기 케이싱 섹션의 하부가 상기 아래에 위치한 케이싱 섹션 내에서 상기 베이킹되지 않은 전극 페이스트 상에 놓여지게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상부 원통부 및 하부 원통부로 구성된 케이싱 섹션이 사용되며, 상기 하부 원통부의 외경이 상기 상부 원통부의 내경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 케이싱 섹션의 하부가 원추 형상을 가지며, 상기 케이싱 섹션의 원추형 부분의 외경은 상기 케이싱의 상단의 직경 보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱 섹션의 상부 및 하부의 길이간의 비율이 1:1 내지 1000:1인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 케이싱 섹션의 상부 및 하부의 길이간의 비율이 3:1 내지 12:1인 것을 특징으로 하는 방법.