NO140006B

NO140006B - PROCEDURES FOR CONTINUOUS GRAPHITING

Info

Publication number: NO140006B
Application number: NO751689A
Authority: NO
Inventors: Siegfried Wilkening
Original assignee: Vaw Ver Aluminium Werke Ag
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1979-03-12
Also published as: IT1032975B; DE2425232A1; BE828302A; NO751689L; NL7505819A; NO140006C; GB1494390A; SE7505845L; FR2272031A1; SE404176B; DE2425232B1; FR2272031B3; ATA233375A

Description

Oppfinnelsens formål er på en kontinuerlig måte The object of the invention is in a continuous manner

å omdanne legemer av hårdbrent kull til grafitt. to convert bodies of hard-burnt coal into graphite.

Grafitteringen består i det vesentlige av en termisk The graphitization essentially consists of a thermal

behandling av hårdbrent kull ved temperaturer rundt 3000°C. treatment of hard-burnt coal at temperatures around 3000°C.

Idag fremstilles grafittprodukter omtrent utelukkende etter den diskontinuerlige Acheson-fremgangsmåte. Den diskontinuerlige chargegrafittering har en rekke ulemper. Today, graphite products are produced almost exclusively according to the discontinuous Acheson method. The discontinuous charge graphitization has a number of disadvantages.

For oppvarmning av grafittovnen kreves den elektriske ytelse periodisk. Den stiger iløpet av et relativt kort tidsrom fra 1 til 3 dager fra null til høye verdier og faller deretter igjen steilt. Dertil kommer at under oppvarmningen endrer spen-ning og strømstyrke seg betraktelig. Dessuten må den elektriske energi tilføres med betraktelige strømstyrker, hvilket betyr høyere investeringsomkostninger. Bare i forholdsvis store gra-fitteringsanlegg med flere grafitteringsenheter lar det elektriske ytelsesbehov seg utjevne tilstrekkelig. For heating the graphite furnace, the electrical output is required periodically. It rises within a relatively short period of time from 1 to 3 days from zero to high values and then falls steeply again. In addition, during heating, voltage and amperage change considerably. In addition, the electrical energy must be supplied with considerable amperage, which means higher investment costs. Only in relatively large graphitizing plants with several graphitizing units can the electrical performance demand be sufficiently balanced.

En ytterligere ulempe er at gassene, som frigjøres A further disadvantage is that the gases, which are released

ved grafitteringsprosessen i ovnens øvre oppvarmningsfase opp-trer kortvarig i store mengder. Derfor kreves stordimensjonerte avsugningsanlegg. Videre har det hittil bare utilfredsstillende lykkes å mekanisere eller å automatisere oppsetning og forbered-ning av grafitteringsovnen, samt dens avbygning og tømming etter grafitteringsprosessen. Det er også vanskelig og omstendelig å tilveiebringe rene og tidsmessige arbeidsplassbetingelser ved grafitteringsovner. during the graphitization process in the furnace's upper heating phase, appears briefly in large quantities. Large-scale extraction systems are therefore required. Furthermore, it has so far only been unsatisfactorily successful in mechanizing or automating the set-up and preparation of the graphitizing furnace, as well as its dismantling and emptying after the graphitizing process. It is also difficult and cumbersome to provide clean and timely workplace conditions at graphitizing furnaces.

Den kontinuerlige grafitteringsfremgangsmåte ifølge oppfinnelsen slik den fremgår av kravene, har ikke disse mangler. Det fremgår dessuten ytterligere fordeler ved fremgangsmåten, The continuous graphitization method according to the invention, as it appears from the claims, does not have these defects. There are also further advantages of the method,

som sees av følgende beskrivelse. as seen from the following description.

På fig. 1 til 3 er det•som eksempel vist én utførelses-type av den kontinuerlige grafitteringsovn i vesentlig utsnitt. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom ovnen, idet de to ovnsender ikke er gjengitt. Fig. 2 viser et tverrsnitt av ovnen på stedet A-A og fig. 3 viser et utsnitt i oppriss ifølge snitt B-B. In fig. 1 to 3, as an example, one embodiment of the continuous graphitizing furnace is shown in substantial detail. Fig. 1 shows a longitudinal section through the oven, with the two ends of the oven not shown. Fig. 2 shows a cross-section of the furnace at location A-A and fig. 3 shows a section in elevation according to section B-B.

Legemene 3 som i dette eksempel skal grafitteres og består av hårdbrent kull har en sylindrisk form og er for termisk isolasjon innleiret i en kornet fyllmasse 4 av koks. Grafitte-ringsgodset 3 og koksfyllmassen 4 befinner seg i U-formede herdvogner 2, som er koblet tett sammen til en gjennomgående rekke. Herdvognene 2 beveger seg på hjul 9 på en skinnestreng 10 i ret- The bodies 3 which in this example are to be graphitized and consist of hard-burnt coal have a cylindrical shape and are embedded in a granular filler mass 4 of coke for thermal insulation. The graphite ring material 3 and the coke filler mass 4 are located in U-shaped curing wagons 2, which are connected tightly together in a continuous row. The curing wagons 2 move on wheels 9 on a string of rails 10 in ret-

ning av pilen 6. Herdvognens bunn og sidevegger består utvendig av en varmefast stålkonstruksjon og innvendig av en ildfast og varmeisolerende foring. ning of the arrow 6. The bottom and side walls of the curing wagon consist of a heat-resistant steel structure on the outside and a refractory and heat-insulating lining on the inside.

Herdvognene 2 overdekkes av et ildfast lokk 1 som støtter seg på søylene 8. Rommet 11 over fyllmassen 4 opp til lokket 1 er sideveis utad tettet ved de sandfylte renner 12. The furnace wagons 2 are covered by a refractory lid 1 which rests on the columns 8. The space 11 above the filling mass 4 up to the lid 1 is laterally sealed to the outside by the sand-filled channels 12.

Den elektriske strøm for motstandsoppvarmning av grafitterings- The electric current for resistance heating of graphitizing

ovnen tilføres over elektrodene 5 av grafitt. Strømtilførings-elektrodene 5 rager ovenifra gjennom lokket 1 og dykker inn i fyllmassen 4 til like voer sylinderlegemene 3 som skal grafitteres. De horisontale og vertikalt forskyvbare vannavkjølte holdere for elektrodene 5 er anordnet over lokket 1 og ikke vist på fig. 1 og 2. the furnace is supplied via electrodes 5 of graphite. The current supply electrodes 5 project from above through the lid 1 and dip into the filling mass 4 until the cylinder bodies 3 are to be graphitized. The horizontal and vertically displaceable water-cooled holders for the electrodes 5 are arranged above the lid 1 and are not shown in fig. 1 and 2.

Grafitteringsovnen ifølge fig. 1 lar seg inndele i The graphitizing furnace according to fig. 1 can be divided into

fem soner a, b, c, d og e. I sone a foregår det en foroppvarming av herdvogninnholdet ved hjelp av avgassen som avsuges i retning av pilen over gasshetten 13. I sone b og d til- og bortføres den elektriske strøm. I sone c finner grafitteringen sted. Den elektriske strøm strømmer fra sone b til sone d for en stor del gjennom ensjiktslaget iflg. dette eksempel av de sylindriske legemer 3 av hårdbrent kull. Sjiktet av legemene 3 som skal grafitteres har en vesentlig lavere elektrisk motstand i forhold til den omgivende fyllmasse 4 av kokskorning. For på forhånd å konsentrere strømgjennomgangen i laget av legemene 3 som skal grafitteres, utfylles mellomrommene mellom legemene med et godt ledende grafittisk kornmateriale. I sone d og e foreligger de sylindriske legemer 3 i grafittert tilstand. I sone e avkjøles herdvogninnholdet. five zones a, b, c, d and e. In zone a, the curing car contents are pre-heated using the exhaust gas which is extracted in the direction of the arrow above the gas cap 13. In zones b and d, the electric current is supplied and removed. In zone c, the graphitization takes place. The electric current flows from zone b to zone d for a large part through the single layer according to this example of the cylindrical bodies 3 of hard-burnt coal. The layer of the bodies 3 to be graphitized has a substantially lower electrical resistance compared to the surrounding filler mass 4 of coke granules. In order to concentrate the current flow in advance in the layer of the bodies 3 to be graphitized, the spaces between the bodies are filled with a well-conducting graphitic grain material. In zones d and e, the cylindrical bodies 3 are present in a graphitized state. In zone e, the curing car contents are cooled.

For fordeling av strøminngangen i sjiktet av legemet For the distribution of the current input in the layer of the body

3 av hårdbrent kull er i sone b og likeledes d hver gang anordnet tre elektroder etter hverandre. Ved den oppdelte i dette eksempel tretrinns strømtilførsel i sone b oppnås en ikke for brå opp-varming av legemene 3 som skal grafitteres. Antallet av de i serier koblede strømtilføringselektroder i sonene b og d retter seg etter ovnsstørrelse og godset som skal grafitteres. Videre kan strømtilførselselektrodene også anordnes flerefags ved siden av hverandre. I foreliggende eksempel er det, slik det fremgår av fig. 2 hver gang innstallert to strømtilførselselektroder ved siden av hverandre. 3 of hard-burnt coal is in zone b and likewise d each time three electrodes are arranged one after the other. With the divided in this example three-stage power supply in zone b, a not too sudden heating of the bodies 3 to be graphitized is achieved. The number of series-connected current supply electrodes in zones b and d depends on the size of the furnace and the material to be graphitized. Furthermore, the current supply electrodes can also be arranged in several sections next to each other. In the present example, as can be seen from fig. 2 each time installed two current supply electrodes next to each other.

Et spesielt problem ved grafitteringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i å la elektrodene 5 gli gjennom koksfyllmassen 4 uten at stuvetrykket foran de inndyppende elektroder blir for stor. Denne oppgave løses ved at på de ikke viste elektrodeholdere er det anordnet vibratorer som bevirker at elektrodene 5 settes i fortrinnsvis horisontale svingninger. Fyli-masse-kornene, hvorav inndypningsendene av elektrodene 5 umiddel-bart er omgitt, energiseres ved vibrasjonene til skjelvebevegelse og pakningen blir løs. Følgen av denne forholdsregel er at elektrodene 5 lar seg bevege uten merkbar motstand resp. stuve-trykk gjennom koksfyllmassen 4. Skulle det i grafitteringssonen c danne seg skorper eller sammenballing av fyllmasse, gjennom-trenges disse av de vibrerende elektroder uten sterke bøyepåkjen-ninger. Vibrasjonen sørger også for at korningen av fyllmassen igjen strømmer godt sammen bak elektroden. A particular problem with the graphitizing method according to the invention consists in allowing the electrodes 5 to slide through the coke filling mass 4 without the stowage pressure in front of the dipping electrodes becoming too great. This task is solved by vibrators being arranged on the electrode holders, not shown, which cause the electrodes 5 to be set in preferably horizontal oscillations. The phyllo mass grains, of which the indentation ends of the electrodes 5 are immediately surrounded, are energized by the vibrations into shaking motion and the packing becomes loose. The consequence of this precaution is that the electrodes 5 can be moved without noticeable resistance or stowage pressure through the coke filling mass 4. Should crusts or clumping of the filling mass form in the graphitizing zone c, these are penetrated by the vibrating electrodes without strong bending stresses. The vibration also ensures that the grain of the filling mass again flows well together behind the electrode.

I en videre utførelsesform av oppfinnelsen er det mulig i herdvognene 2 ikke bare å innleire ett, men også flere lag av legemer av hårdbrent kull som skal grafitteres. In a further embodiment of the invention, it is possible in the furnace carriages 2 not only to embed one, but also several layers of bodies of hard-burnt coal to be graphitized.

I det viste eksempel ifølge fig. 1-3 er herdvognene 2 avskjermet oppad ved hjelp av ett på søylen 8 avstøttet ildfast lokk 1. I dekket av forvarmingssonen a er det innbygget gass-avsugning 13. Fra forvarmesiden hindres sterkt en lufttilgang ved hjelp av planavstrykere, som er fastgjort til lokket 1 og lig-ger på fyllmassen 4. In the example shown according to fig. 1-3, the furnace carriages 2 are shielded upwards by means of a refractory lid 1 supported on the column 8. In the cover of the preheating zone a, there is a built-in gas extraction 13. From the preheating side, an access of air is strongly prevented by means of plane wipers, which are attached to the lid 1 and lies on the filling mass 4.

Det har vist seg hensiktsmessig at dekket 1 ikke strekker seg over den samlede avkjølingssone e. Herdvognenés av-kjøling kan i siste udekkede del av sone e påskyndes ved påblås-ning med luft eller besprøytning med vann. It has proven appropriate that the cover 1 does not extend over the overall cooling zone e. The cooling of the curing vehicle can be accelerated in the last uncovered part of zone e by blowing it with air or spraying it with water.

Slik forsøket har vist kan det under tiden sees helt bort fra et ildfast dekke på herdvognene 2 når det er tilstede et tilstrekkelig tykt sjikt av koksfyllmasse 4 for varmeisole-ring over legemene 3 som skal grafitteres. Koksfyllmassen 4 As the experiment has shown, a refractory cover on the furnace carriages 2 can for the time being be completely disregarded when there is a sufficiently thick layer of coke filler 4 for thermal insulation over the bodies 3 to be graphitized. The coke filling mass 4

blir ikke glødende på overflaten. I stedet for lokket 1 anordnes i dette tilfelle over sonene b, c og d bare en innretning til frasuging av grafitteringsgasser. does not become glowing on the surface. In this case, instead of the lid 1, only a device for extracting graphitizing gases is arranged above the zones b, c and d.

Strømtilføringselektrodene 5 kan på grunn av sterk egenoppvarming inntil glødetemperaturer over avsnittet mellom den avkjølte elektrodeholder og koksfyllmassens overflate undergå en luftavbrann. For å unngå en oksydasjon av grafittelektrodene 5 i dette avsnitt omgis elektroden med en hylse av varmebestandig stål. Beskyttelseshylsen av stål er oventil forbundet med den vannavkjølte elektrodeholder og dypper et stykke ned i kokskorn-laget. Over elektrodeholderen energiseres beskyttelseshylsen likeledes som grafittelektroden 5 til vibrasjon. The current supply electrodes 5 can, due to strong self-heating up to annealing temperatures over the section between the cooled electrode holder and the surface of the coke filling mass, undergo an air burn. To avoid oxidation of the graphite electrodes 5 in this section, the electrode is surrounded by a sleeve of heat-resistant steel. The steel protective sleeve is connected at the top to the water-cooled electrode holder and dips a little into the coke grain layer. Above the electrode holder, the protective sleeve is energized in the same way as the graphite electrode 5 to vibrate.

Den ifølge oppfinnelsen kontinuerlige grafitteringsfremgangsmåte er meget godt egnet til å frembringe et rent del-grafittert koksmateriale, hvis dette anvendes som fyllmasse i herdvognene. Et foretrukket innleirings- og isolasjonsmateriale er kalsinert antrazit, som sammenlignet med andre kokstyper som på den ene side som kornpakning har en relativt høyt elektrisk motstand og på den annen side lett dårligere lar seg grafittere. Foruten antrazit kan det likeledes anvendes andre rene koksmate-rialer som petrolkoks, bekkoks eller grubekoks. De angitte eksemp-ler skal ikke utelukke at også andre isolasjonsmasser som inne-holder silisiumkarbid eller sand-koks-blandinger kan finne an-vendelse. The continuous graphitization method according to the invention is very well suited to produce a pure partially graphitized coke material, if this is used as filler in the curing wagons. A preferred embedding and insulation material is calcined anthracite, which compared to other types of coke, which on the one hand as grain packing has a relatively high electrical resistance and on the other hand is slightly less suitable for graphitization. Besides anthracite, other pure coke materials such as petroleum coke, stream coke or pit coke can also be used. The given examples should not rule out that other insulating compounds containing silicon carbide or sand-coke mixtures may also find use.

Ved den kontinuerlige grafitteringsovn ifølge fig. 1-3, må de avlessede herdvogner føres tomme tilbake til opplast-ningsstasjonen. Tilbakelkjølingslinjen kan benyttes til forbe-redning og opplastning av herdvognene. For små grafitteringskapa-siteter og småformede grafittprodukter kan en ringformet grafitteringsovn med trekkene ifølge oppfinnelse by på fordeler. Ved ringformede grafitteringsovner kan det sees bort fra oppdeling av de enkelte herdvogner. Denne ovnsvariant består prinsippielt av en U-formet ring som dreier seg og som beveger seg under et fast stående elektrodepar. In the case of the continuous graphitizing furnace according to fig. 1-3, the unloaded curing wagons must be returned empty to the loading station. The recooling line can be used for preparation and loading of the hardening wagons. For small graphite ring capacities and small-shaped graphite products, an annular graphite ring furnace with the features according to the invention can offer advantages. In the case of ring-shaped graphite ring furnaces, the division of the individual curing wagons can be disregarded. This oven variant basically consists of a U-shaped ring that rotates and moves under a fixed pair of electrodes.

Til grafitteringen kan det såvel anvendes veksel- som også likestrøm. Mens Acheson-grafitteringsovnen med hensyn til sitt ydelsesopptak praktisk talt bare lar seg regulere fra det elektriske anlegg muliggjør den ifølge oppfinnelsen kontinuerlige grafitteringsovn i tillegg mekaniske styringsmuligheter. På den ene side lar avstanden av elektrodeparene mot hverandre seg endre da det er anordnet forskyvbare elektrodeopphengninger såvel som forrykkbare lokkgjennomføringer. Ved forstilling av elektrodeav-standen kan den elektriske motstand varieres i betraktelig omfang. På den annen side kan innen snevre grenser ved heving og senking av elektrodene varmefrembringeIsen påvirkes i strømtilførsels-sonene. En ytterligere disponerbar variasjonsmulighet er herd-vognenes kjørehastighet. Both alternating and direct current can be used for the graphite ring. While the Acheson graphitizing furnace with regard to its output can practically only be regulated from the electrical system, the continuous graphitizing furnace according to the invention also enables mechanical control options. On the one hand, the distance between the electrode pairs can be changed as displaceable electrode suspensions as well as displaceable cover grommets are arranged. By adjusting the electrode distance, the electrical resistance can be varied to a considerable extent. On the other hand, within narrow limits, by raising and lowering the electrodes, heat production can be affected in the current supply zones. A further available possibility of variation is the herd wagons' driving speed.

Claims

1. Process for graphitizing shaped bodies consisting of hard-burnt coal which is stored on kiln wagons and embedded in the grain, heat-insulating carbonaceous packing material, by means of resistance heating which takes place over power supply electrodes of graphite, characterized in that above the kiln wagons which move continuously forward are placed stationary vibrating electrodes arranged in pairs and at a distance from each other, which are immersed in the packaging material.

2. Method according to claim 1, characterized in that the current supply electrodes of graphite are preferably set in horizontal oscillations when vibrating.

3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the graphite electrodes present in pairs for supplying and removing the current in each part of the pair are arranged both next to each other and also after each other.

4. Method according to claims 1-3, characterized in that the current supply electrodes above the filling mass up to the electrode holders are protected against air oxidation by means of a heat-resistant steel sleeve.