NO135630B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrdrer en fremgangsmåte for brenning eller grafittering av karbonholdige formstykker og angår mer spesielt hvorledes en slik fremgangsmåte for brenning eller grafittering kan gjennomfores med mindre oksydasjonstap for den fyllkoks som anbringes rundt de karbonholdige formstykker i en brenne- eller grafitterings-ovn, og med forbedret arbeids-effektivitet.

Karbonholdige elektroder som f.eks. elektroder av karbon og grafitt og også en rekke forskjellige karbonholdige produkter som anvendes som konstruksjonsmaterialer, som f.eks. karbon-briketter, ildfaste foringer for ovner, porose karbongjenstander og grafitt, etc, er hittil blitt fremstilt ved maling og pulver-isering av karbonholdig råmaterial som f.eks. petroleumskoks, bekkoks, metallurgisk koks, etc. til passende storrelse, det således pulveriserte karbonholdige material knaes med et organisk bindemiddel som f.eks. bek og tjære, den knadde blanding tildannes til de onskede rå karbonholdige formstykker som anbringes i en brenneovn, idet fyllkoks i form av petroleumkoks, metallurgisk koks etc. med utvalgt kornstorrelse på vanlig fra 1-20 mm (i det folgende kalles denne koks for "fyllkoks") fylles opp i rommet som omgir de karbonholdige formstykker i ovnen for å forhindre de karbonholdige formstykker fra deformasjon og oksydasjon under brenneoperasjonen, de karbonholdige formstykker brennes ved varmebehandling til temperaturer i området fra omtrent 700-1400°C og etter fullfort brenneoperasjon fjernes fyllkoksen ved hjelp av sugeinnretninger, og deretter fjernes de brente karbonholdige formstykker fra brenneovnen.

Grafitterte karbonholdige produkter som f.eks. elektroder av kunstgrafitt, grafittplater eller stenger for anvendelse som elektroder ved elektrolyse, ugjennomtrengelige karbonholdige graf i ttg jens tander, sveiseelektroder, ildfaste briketter etc,

er tidligere fremstilt ved å innfore de karbonholdige formstykker i brenneovnen og brenne dem på den ovennevnte måte in situ eller etter delvis forming og fremstilling i en grafitterings-ovn, idet rommet som omgir de brente karbonformstykker fylles opp med petroleumskoks, metallurgisk koks, bekkoks etc med regulert, utvalgt kornstdrrelse på vanlig 0,5-10 mm ( i det folgende vil også disse betegnes med "fyllkoks") som elektrisk motstandselement i det forste varmebehandlingstrinn, karbonformstykkene grafitteres ved elektrisk oppvarming til temperaturer over omtrent 1600°C, særlig fra 1900 til 3300°C, fyllkoksen fjernes etter grafitteringsoperasjonen ved hjelp av en sugeinnretning,

og deretter fjernes de grafitterte karbonformstykker fra gra f i tter ing sovnen.

Ved brenning eller frafittering av karbonholdige formstykker som beskrevet ovenfor, har det for å unngå at fyllkoksen skal oksyderes under brenningen eller grafitteringen vært praksis, at man har dekket oversiden av fyllkoksen som er fylt opp rundt karbonformstykkene med kvartssand, en blanding av koks og kvartssand, ildfaste mursten etc. Når'man imidlertid dekker fyllkoksen med kvartssand er det vanskelig å separere kvartssanden fra fyllkoksen på grunn av den lille- storrelse på kornene av kvartssand, og dette resulterer i delvis blanding av kvartssand i fyllkoksen og gjor det vanskelig å anvende bestanddelene på nytt. Også i tilfellet av tildekking av fyllkoksen med karbon-brikketer, er det som ovenfor angitt nodvendig å fjerne brikettene som er anbragt over fyllkoksen etter at brenningen eller grafitteringen er avsluttet, idet dette foregår manuelt og dette forer til store vanskeligheter for gjennomforbarheten av anbringelsen og uttagningen av brikettene, og varmen fra brikettene vil videre etter brenning eller grafittering forverre arbeidsbetingelsene når man skal fjerne brikettene fra ovnen.

I tilfellet av anvendelse av kvartssand vil denne danne en

skorpe ved brenningen eller grafitteringen på grunn av den dårlige ildfasthet, og når man anvender ildfaste mursten vil disse ikke i tilstekkelig grad tilpasse seg deformasjonen av fyllkoksen som bevirkes av utvidelsen eller minskingen av volumet av karbonformstykkene under brenningen eller grafitteringen. Det dannes folgelig i slike tilfeller hulrom mellom oversiden av laget av fyllkoks og de ildfaste Stener eller skorpen av kvartssand ved heving eller senking av overflaten av fyllkoksen og således vil fyllkoksen lett komme i kontakt med oksyderende gasser som resultater i en okning i oksydasjonen av fyllkoksen.

Oppfinnerne har undersokt de forhold som kan muliggjdre en fremgangsmåte for brenning eller grafittering av karbonholdige formstykker hvor oksydasjonen av fyllkoksen effektivt kan for-hindres og det oppnås en sterk forbredring av arbeidseffektiviteten for brenningen eller grafitteringen. Den foreliggende fremgangsmåte er et resultat av disse undersokelser- og kan avhjelpe de ovennevnte vanskeligheter og mangler ved den tidligere kjente teknikk.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer således en fremgangsmåte for brenning eller grafittering av karbonholdige formstykker som er dekket med fyllkoks, ved forhoyet temperatur, og hvor det på overflaten av laget av fyllkoks legges et lag av ildfast material, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at kornstorrelsene av det ildfaste material er storre enn kornstorrelsen for fyllkoksen, men mindre enn 50 mm, idet det kornformede material er bestandig overfor temperaturen under brenningen eller grafitteringen.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i det folgende beskrives mer detaljert.

Det kornformde ildfaste material som anvendes for å dekke oversiden av laget av fyllkoks som dekker de karbonholdige formstykker har partikkelstorrelser storre enn partikkelstorrelsen for fyllkoksen, men mindre erin 50 mm og foretrukket er kornstorrelsen 5 til 30 mm. Hvisj kornstorrelsen for det ildfaste material er mindre enn eller den samme som for fyllkoksen vil separeringen av det ildfaste material fra fyllkoksen bli vanskelig. På den annen side, hvis kornstorrelsen for det ildfaste material er over 50 mm vil det ildfaste material som anbringes over laget av fyllkoks ikke i tilfredsstillende grad tilpasse seg hevingen eller senkingen av oversiden av laget av fyllkoks som bevirkes ved utvidelsen eller nedsettelsen av volumet av karbon-formstykkené under brenningen eller grafitteringen, og dette forer til at det dannes hulrom mellom oversiden av laget av fyllkoks og;det kornformede ildfaste material, og dette oker oksydasjonen. av fyllkoksen og gjor det vanskelig å gjennomfore lonnsom fjernelse av det ildfaste material ved bortsuging.

Der er ingen spesielle begrensninger for de former som det ildfaste material som anvendes for dekking av fyllkoksen og det kornformede ildfaste material kan anvendes i, for eks. i form av kuler eller granuler, pellets,i tabletter, biter, etc, idet hver skal ha storrelse storre enn fpr fyllkoksen, men mindre enn 50 mm. Foretrukket storrelse er fra 5 til 30 mm, men av det ildfaste material i form av kuler eller granuler er særlig onskelig.

De ildfaste materialer som anvendes for brenningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse har ildfasthet hoyere enn 900°C, foretrukket hoyere enn 1000°C, dvs. at hvilke som helst ildfaste materialer som er bestandige ved temperaturen for brenningen kan anvendes. Der er heller ingen spesielle begrensninger for den type ildfast material som anvendes, men foretrukket anvendes vanlig aluminiumoksyd, leire, kvarts, magnesiumoksyd, zirkoniumoksyd og zirkon og spesielt foretrekkes sintrede aluminiumoksydkuler med hoy kvalitet, sintrede chamotte-kuler og sintrede zirkoniumoksydkuler.

De ildfaste materialer; som anvendes ved grafitteringen i henhold til den foreliggende oppfinnelse skal ha ildfasthet hoyere enn 1600°C, foretrukket hoyere enn 1800°C, og dvs. at hvilke som helst ildfaste materialer som er bestandige ved temperaturen for overflaten av fyllkoksen som dekker de karbonholdige formstykker ved grafitteringen kan anvendes uten begrensning med hensyn til typen. Vanlig foretrekkes dog sintret aluminiumoksyd av hoy kvalitet, sintret silisiumkarbid, sintret zirkoniumoksyd, sintret zirkon.,etc, særlig foretrekkes kuler av aluminiumoksyd med hoy kvalitet, kuler av silisiumkarbid og zirkoniumoksyd.

Der er heller ingen spesielle begrensninger med hensyn til trykkfastheten for det ildfaste material som anvendes og dette vil si at trykkfastheten for materialene må være slik at det ikke skjer noen sammenfalling av de ildfaste materialer når disse fjernes ved avsuging, men vanlig har de ildfaste materialer som anvendes trykkfastheter hoyere enn 100 kg/cm 2 og særlig anvendes materialer med trykkfasthet hoyere enn 500 kg/cm 2.

Ved utovelsen av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anbringes de ildfaste materialer som beskrevet ovenfor på oversiden av laget av fyllkoks, vanlig i mer enn to lag, foretrukket i tre til ti lag.

Ved brenningen av de rå karbonholdige formstykker anvendes vanlig fyllkoks med kornstorrelse mindre enn 20 mm og fyllkoksen kan passende velges i samsvar med de størrelser, typer, etc. av de karbonholdige formstykker som skal brennes.

Som brenneovn kan det anvendes en ovn av digeltypen, en ovn av kassetypen, eller en ovn av ringtypen, en tunnelovn, etc. idet det som varmekilde anvendes et flytende brennstoff som f.eks. tung fyringsolje, tjæreolje, etc. eller et fast brennstoff som f.eks. kull, eller et gassformet brennstoff som f.eks. kullgass, koksgass, naturgass, flytende petroleumgass, petroleumgass, etc.

Brenningen gjennomfdres vanlig ved temperaturer på fra 700 til 1400°C.

Etter brenningen fjernes fyllkoksen og det ildfaste material på vanlig måte fra ovnen ved avsuging og deretter skilles fyllkoksen fra det ildfaste material ved hjelp av en passende sikt.

Som grafitteringsovn kan det anvendes en såkalt "Acheson"-,

en forbedret "Acheson"-ovn, eller en "Criptol"-ovn.

Ved grafittering av de karbonholdige formstykker legges fyllkoksen vanlig på bunnen av grafitteringsovnen og de karbonholdige formstykker som skal grafitteres anbringes på den fyllkoks som er lagt på bunnen, og deretter anbringes fyllkoks i rommet mellom ovnsveggene og de karbonholdige i formstykker og også i rommene mellom formstykkene så vel som over disse. Ved grafitteringen anvendes vanlig fyllkoks med kornstorrelse mindre enn 10 mm,

men kornstorrelsen kan passende;velges i samsvar med de storrelser og typer av karbonholdige formstykker som skal grafitteres.

i

Deretter dekkes oversiden av laget av fyllkoks med det ildfaste material med kornstorrelse storre enn kornstorrelsen for fyllkoksen, men mindre en 50 mm.

Grafitteringsovnen fylt på denne måte oppvarmes til temperaturer hoyere enn 1600°C, foretrukket til temperaturer på fra 1900 til 3300°C ved elektrisk oppvarmingjfor å gi karbon-formstykkene en onsket grafitteringsgrad.

Etter grafitteringen fjernes fyllkoksen og det ildfaste material fra grafitteringsovnen ved bortsuging, ved hjelp av mekaniske innretninger, eller manuelt og deretter separeres fyllkoksen fra det ildfaste material ved hjelpi av en passende sikt. Den isolerte fyllkoks og det ildfaste material kan anvendes på nytt.

Som tidligere nevnt kan de ildfaste materialer som dekker fyllkoksen i tilfredsstillende gradi tilpasse seg hevingen eller senkingen av overflaten av laget av fyllkoks som bevirkes ved utvidelsen eller nedsettelsen av volumet av de karbonholdige formstykker og oksydasjonen av fyllkoksen kan således sterkt reduseres med den samme hdyde eller tykkelse av dekkskiktet av fyllkoks i sammenligning med det tilfelle hvor man anvender vanlig kvartssand eller ildfaste Stener som ikke tilpasser seg hevingen eller senkingen av laget av fyllkoks. I tilfellet av kvartssand for dekking av fyllkoksen som hittil anvendt, vil kvartssanden ved hevingen blande seg inn i fyllkoksen og nedsette mengden av effektiv fyllkoks, mens ved utovelse av den foreliggende oppfinnelse vil slikt tap av fyllkoks av denne grunn ikke fore-komme. Når man anvender vanlige ildfaste sten eller kvartssand må videre de ildfaste Stener eller skorpen av kvartssand fjernes fra ovnen på manuell måte for fyllkoksen fjernes etter brenningen, oller grafitteringen av de karbonholdige formstykker, mens det ved fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse vil være mulig samtidig å fjerne de ildfaste materialer og fyllkoksen ved hjelp av en sugeinnretning for å skille disse bestanddeler fra hverandre og kapasiteten av anlegget blir således ganske stor.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan videre de ildfaste materialer og fyllkoksen fjernes automatisk ved anvendelse av en sugeinnretning, hvilket forbedrer effektiviteten i stor grad. Når man anvendte koks for å dekke den nevnte fyllkoks må

dekklaget av koks bli særlig tykt og dimensjonene av de karbonholdige formstykker som kan brennes eller grafitteres i en bestemt ovn blir således mindre, mens det ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor hoyden av dekklaget ikke blir så stor, vil være mulig å brenne eller grafittere storre karbonholdige formstykker i den samme ovn.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gir således vesentlige industrielle fordeler.

De folgende eksempler skal illustrere fremgangsmåten i henhold

til oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1 (Brenning_av_rå karbonholdige formstykkeO.

Prefabrikerte rå karbonholdige elektroder ble fylt inn i en petroleums-gassfyrt ovn under bruk av petroleums-gass som varmekilde (ovnen hadde fire kammere, hvert med en bredde på 550 mm, lengde 1150 mm og hoyde 3000 mm og de fire kammere ble kalt A, B, C og D fra hoyre side av ovnen) og deretter ble fyllkoks

med partikkelstorrelse 3 til 15 mm anbragt i rommene rundt de rå karbonholdige elektroder som skulle brennes. På overflaten av laget av fyllkoks i kammeret A ble det lagt tre lag med omtrent 60 mm tykkelse av aluminiumoksydkuler med en diameter på 19 mm, idet aluminiumoksydkulene inneholdt 90 vektprosent Al2°3

og 10 vektprosent SiO„ og hadde en varmebestandigjet på 1900 C og en trykkfasthet på 1500 kg/cm 2.

På overflaten av laget av fyllkoks i kammeret B ble det lagt

seks lag på omtrent 1100 mm tykkelse av de samme aluminiumoksydkuler som ble lagt inn i kammeret A.

For sammenligning ble det på overflaten av fyllkoksen i kammeret

C med full tykkelse på 65 mm lagt ildfaste chamotte-briketter med en varmebestandighet på 1750°C og dimensjonene 215 x 105 x 65 mm.

På den annen side ble det ikkei lagt noe dekklag på overflaten av laget av fyllkoks i kammeret D'.

Under de ovennevnte betingelser ble de rå karbonholdige elektroder brent i 10 timer ved en brennetemperatur på omtrent 1300°C. Oksydasjonstapet for fyllkoksen i hvert kammer er vist i tabell 1.

Det fremgår klart av tabell 1 at ved anvendelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen (nr. 1 og 2) var oksydasjonstapet for fyllkoksen markert mindre enn når man anvendte vanlig teknologi

(nr. 3 og nr. 4)

EKSEMPEL 2 (Brenning av_rå karbonholdige_f orms tykker^

Ubrente karbonholdige gjenstander ble anbragt i en liten elektrisk ovn under anvendelse av elektrisitet som varmekilde, idet ovnen hadde fem kammere, hvert med bredde 500 mm, lengde 500 mm og hdyde 700 mm, idet de fem kammere ble betegnet A, B, C, D og E og deretter ble fyllkoks med storrelse 1-5 mm anbragt rundt

de ubrente gjenstander.

På overflaten av laget av fyll-koks i kammer A ble det lagt to lag på omtrent 13 mm tykkelse av mullit-kuler med diameter 6,4 mm, idet mullit-kulene inneholdt 31,8 vektprosent °^ 68,2 vektprosent SiO~, med en varmebestandighet på 1000 C og med en trykkhastighet på 1000 kg/cm 2.

På overflaten av laget av fyllkoks i kammer B ble det lagt tre lag på omtrent 20 mm tykkelse av de samme mullit-kuler som ble lagt inn i kammer A.

På overflaten av fyllkoksen i kammer C ble det videre lagt seks lag med 40 mm tykkelse av de samme mullit-kuler som ble lagt inn i kammer A. For sammenligning ble det på overflaten av fyllkoksen i kammer C lagt en tykkelse på 20 mm elvesand med partikkelstorrelser 0,2-2 mm.

Endelig ble det på overflaten av fyllkoksen i kammeret E som kontrolleksempel ikke lagt noe ekstra lag.

Under de ovennevnte betingelser ble de karbonholdige gjenstander anbragt i hvert kammer brent i 5 timer ved en brennetemperatur på omtrent 1050°C. Oksydasjonstapet for fyllkoksen i hvert kammer etter brenningen er vist tabell 2.

Fra de resultater som er vist i tabell 2 fremgår det at oksydasjonstapet ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen (nr. 1, 2 og 3) var mye mindre enn ved den konvensjonelle prosess.

Dertil kommer at ved bruk av elvesand (nr. 4) dannet sanden en hard skorpe og det ble dannet hulrom mellom oversiden av fyllkoksen og skorpen av elvesand.

EKSEMPEL 3 (grafittering aiv karbonholdige formstykker).

Brente karbongjenstander for fremstilling av elektroder, av kunstgrafitt ble anbragt i én grafitteringsovn av typen med direkte motstand under anvendelse av elektrisitet som varmekilde, idet ovnen hadde to kammere hvert med bredde 2100 mm, lengde 1300 mm og hoyde 2200 mm, ogi de to kammere ble betegnet A og B

fra hoyre side av ovnen og deretter ble fyllkoks med partikkelstorrelse 0,83-4,7 mm anbragt i ovnen.

På overflaten av laget av fyllkoks i kammer A ble det i tre lag

på omtrent 60 mm tykkelse anbragt aluminiumoksydkuler med en diameter på 19 mm, idet kulene inneholdt 99 vektprosent A^O^

og en vektprosent SiO_, hadde en varmebestandighet på. 2000°C og en trykkfasthet på o 1200 kg/cm 2.

i

For sammenligning ble det på overflaten av laget av fyllkoks

i kammeret B lagt.en tykkelse på omtrent 100 mm av en blanding av koks med partikkelstorrelse 1,7-4,7 mm og kvartssand med partikkelstorrelse 0,2-2 mm med et koks/silisiumoksyd-sand-blandingsforhold på 70/30.

Under de ovennevnte betingelser ble den elektriske ovn oppvarmet

i omtrent 50 timer ved tilforsel av elektrisitet, hvorved temperaturen i midten av ovnen nådde omtrent 3000°C. Deretter ble tilforselen av elektrisitet avbrutt og ovnen ble avkjolt. Etter 7 dogn ble de grafitterte gjenstander fjernet fra kamrene. Oksydasjonstapet for fyllkoksen i hvert kammer er vist i tabell 3.

Det fremgår klart av resultatene i tabell 3 at oksydasjonstapet for fyllkoksen ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen (nr. 1) var mye mindre enn ved den konvensjonelle prosess (nr. 2).

I tillegg dannet kvartssanden ved den konvensjonelle prosess

en fast skorpe og det ble derved dannet hulrom mellom overflaten av laget av fyllkoks og skorpen av kvartssand.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for brenning eller grafittering av karbonholdige formstykker som er dekket med fyllkoks, ved forhoyét temperatur, og hvor det på overflaten av laget av fyllkoks legges et lag av ildfast material, karakterisert ved at kornstorrelsene av det ildfaste material er storre enn kornstorrelsen for fyllkoksen, men mindre enn 50 mm, idet det kornformede material er bestandig overfor temperaturen under brenningen eller grafitteringen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ildfaste material anvendes med kornstorrelser på fra 5 til 30 mm.