NO154860B

NO154860B - Fremgangsmaate for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer.

Info

Publication number: NO154860B
Application number: NO834453A
Authority: NO
Inventors: Leif Olsen; William Victor Helge Bruff
Original assignee: Elkem As
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1986-09-22
Also published as: CS911984A3; IN163502B; FI80559C; YU43587B; IS1276B6; GB2152916A; NZ210102A; US4612151A; IT8423600A0; DE3443434A1; FI844435A0; IS2958A7; FR2556166B1; GB8429647D0; ZA848601B; CA1227306A; YU201184A; CS276710B6; FI844435L; CH664249A5

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer. Fremgangsmåten er særlig egnet for fremstilling av karbonelektroder for bruk i smelteovner, men kan også benyttes til fremstilling av andre langstrakte karbonlegemer som f.eks. tapperenner, foringselementer og bunnelementer i elektrolyseceller for fremstilling av aluminium o.l. Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan benyttes til fremstilling av elektroder i direkte tilknytning til smelteovner slik at elektroden fremstilles direkte over ovnen for så å fortsette i en kontinuerlig prosess ned i ovnen, eller til fremstilling av forbakte elektroder som senere monteres og brukes i smelteovner.

Kontinuerlig fremstilling av elektroder over selve smelteovnen er tidligere kjent fra norsk patent nr. 149451. Ved fremgangsmåten i henhold til norsk patent nr. 149451 fremstilles det en elektrode ved at varme tilføres til rå elektrodemasse i et område over holderen, altså over der hvor strømtilførselen til elektroden finner sted. Elektrodemassen fylles enten i en stålmantel uten ribber

som følger elektroden eller i en permanent mantel som ikke følger elektroden. Det har imidlertid vist seg at fremgangsmåten i henhold til den norske patentsøknad lider av en del feil og mangler. Således er det vanskelig å

oppnå en tilstrekkelig god overflate på den fremstilte elektrode. Ved baking av elektroden dannes det gasser som fører til større eller mindre hulrom mellom elektroden og stålmantelen eller mellom elektroden og den permanente mantel. I tillegg dannes det et sotbelegg mellom mantel og elektrode, noe som ytterligere forverrer overflate-.kvaliteten av det ferdig bakte karbonlegemet. Dette gir overflatedefekter på elektroden som vanskeliggjør en god

kontakt mellom strømbakker og elektrode når elektroden skal

tilføres strøm under bruk i smelteovnen. Det er dermed fare for at det kan oppstå lysbuedannelse mellom elektroden

og strømbakkene. En slik lysbuedannelse er ødeleggende for strømbakkene. Skifting av strømbakker medfører langvarige stanser på smelteovnen med påfølgende produksjonstap.

Videre er energiforbruket ved fremgangsmåten i henhold til norsk patent nr. 149451 høyt. All energi som er nødvendig for baking av elektroden må tilføres utenfra.

Fra norsk patent nr. 45286 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av karbonelektroder hvor elektrodemasse stampes i en form direkte oppå en allerede bakt elektrode.

Massen varmes deretter opp slik at en ny elektrodebit brennes. Deretter stanses varmetilførselen og den bakte elektrode]engden avkjøles. Gassen som dannes ved oppvarmingen av elektrodemassen oppsamles i et rom over toppen av elektroden og føres derfra via kanaler til bakeovnens brennkammer. Denne utførelse vil ikke kunne utføres .i praksis idet bakegassene vil avkjøles og kondensere på veien fra elektroden til brenneovnen. Dermed vil kanalene meget raskt bli tettet av kondensater. I tillegg vil, på grunn av lang transportvei, kun en liten del av bakegassene kuhné unnslippe oppover gjennom toppen, av elektroden. Størstedelen av gassene vil bli inneholdt i elektroden og dermed gi opphav til slike overflatedefekter som er beskrevet' ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte ved fremstilling av langstrakte karbonlegemer med tilnærmet konstant tverrsnitt hvor en mantel ifylt rå elektrodemasse senkes langsomt og kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig gjennom en bakeovn som oppvarmes dels ved ekstern varmetilførsel og dels ved at gasser som dannes ved oppvarming av den rå elektrodemasse ledes til bakeovnens brennkammer for forbrenning sammen med tilført forbrenningsluft, og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det anvendes en perforert mantel hvorved nevnte gasser vil trenge direkte ut i bakeovnens brennkammer, idet den eksterne varmetilførsel til bakeovnen reguleres slik at summen av eksternt tilført energi og energi fra forbrenning av gassen fra elektrodemassen med den tilførte forbrenningsluft, er tilstrekkelig til å holde temperaturen i bakeovnen innen området 700 til 1300°C.

Ytterligere trekk ved fremgangsmåten fremgår av kravene.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse skal nå nærmere beskrives under henvisning til figur 1 som viser en prinsippskisse for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer fra rå elektrodemasse.

På figur 1 er det skjematisk vist en bakeovn 4 som kan tilføres varme ved elektrisk motstandsoppvarming, induksjonsoppvarming, gassbrennere, oljebrennere e.l.

I en elektrodemantel 2 som har samme indre tverrsnitt som det ytre tverrsnitt av karbonlegemet 1 som ønskes frem-stilt, fylles rå elektrodemasse 3 i et område over bakeovnen 4. 3a antyder skillet mellom rå, flytende masse og fast masse. Karbonlegemet med mantelen 2 kan bevege seg fritt gjennom ovnen idet det er fri klaring både oppe og nede (5 og 6). Forbrenningsluft tilføres ved 7 og forbrenningen av de gasser som slipper ut gjennom hullene i mantelen under oppvarmingen forbrennes i rommet 8 som begrenses av elektrodemantelen 2 og bakeovnen 4. Forbrenningsgassene føres bort ved 9, gjennom spalten 10. I bakeovnen 4 bakes den rå elektrodemasse til et ferdig bakt karbonlegeme idet det opprettholdes en temperatur i bakeovnen mellom 700 og 1300°C. Etter hvert som den rå elektrodemasse bakes, senkes mantelen med elektrodemasse nedover gjennom bakeovnen, enten kontinuerlig eller diskontinuerlig i små trinn. Etter hvert som karbonlegemet senkes ned gjennom bakeovnen, forlenges mantelen oventil ved påsveising av nye mantelseksjoner, og rå elektrodemasse etterfylles.

Når elektrodemassen varmes opp i bakeovnen, dannes det brennbare gasser fra bindemiddelet i elektrodemassen. Ved tilnærmet kontinuerlig senkning er gassproduksjonen jevn.

Ifølge et vesentlig trekk ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, anvendes det en perforert mantel. Dermed oppnås at gassene som dannes ved oppvarmingen av den rå elektrodemasse trenger gjennom perforeringene i mantelen og ut i bakeovnen etter hvert som de dannes. Dermed hindres det at gass fra elektrodemassen blir innestengt mellom karbonlegemet og mantelen. Det oppnås derved en meget jevn overflate på det ferdig bakte karbonlegemet. Gasslommer og sotbelegg som kan føre til grove defekter i det bakte karbonlegemets overflate unngås. Hvis karbonlegemet skal brukes som elektrode i en elektrisk smelteovn, er det helt nødvendig at overflaten er meget jevn, idet en ujevn elektrodeoverflate vil føre til dårlig kontakt mellom elektroden og strømbakkene med påfølgende fare for lysbuedannelse. Slik lysbuedannelse er, som nevnt tidligere, ødeleggende for strømbakkene.

Ifølge et annet vesentlig trekk ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, benyttes de brennbare gasser som trenger ut i bakeovnen til å frembringe i det minste en del av den energi som er nødvendig for å opprettholde temperaturen i bakeovnen. For å forbrenne bakegassene tilføres bakeovnen forbrenningsluft i en mengde som er tilstrekkelig til å forbrenne bakegassene. Den energi som det er nødvendig å tilføre bakeovnen eksternt vil dermed være langt mindre enn det som er nødvendig i henhold til den kjente teknikk. Ved tilstrekkelig høy bakehastighet kan endog all nødvendig energi fra bakingen frembringes gjennom forbrenning av bakegassene fra elektrodemassen.

Det anvendes fortrinnsvis en mantel med en perforeringsgrad mindre enn 25 %. En perforeringsgrad innen området 0,1 - 5'% er særlig foretrukket. Med perforeringsgrad forstås det samlede hullareal uttrykt som prosent av totalarealet av mantelen.

For å forhindre punktoksydasjon av karbonlegemet i bakeovnen og for mye utrenning av elektrodemasse, anvendes det fortrinnsvis en mantel hvor de enkelte hull i mantelen har et tverrsnitt mellom 0,5 og 10 mm. Tverrmål mellom 2

og 4 mm er spesielt foretrukket. Hullene kan være av en

hvilken som helst geometrisk form, f.eks. sirkulære, kvadratiske, rektangulære e.l.

Det er videre foretrukket at hullene i mantelen tettes med et materiale som smelter eller brenner opp ved en temperatur mellom 250 og 900°C. Dette kan enten gjøres ved direkte tetting av hvert enkelt hull eller ved at mantelen på innsiden eller utsiden forsynes med et materialbelegg som tetter hullene i mantelen. Det er også mulig å presse, dore eller bore "ikke gjennomgående" hull slik at den materialfilmen som blir igjen i hullet ikke er tilstrekkelig tykk til å motstå varmen i bakeovnen. Hullene i mantelen vil da først åpne seg inne i bakeovnen. Dermed vil ethvert søl av rå elektrodemasse eller binde-middel hindres. Videre vil de første gassene som dannes bli presset nedover før de slipper ut gjennom mantelen. Dette er gunstig for elektrodekvaliteten idet elektrodens tetthet og styrke økes som følge av at gassene crackes ved de forekommende høye temperaturer og danner karbon som fyller porene i gassene.

Karbonlegemet kan enten benyttes direkte i en underliggende elektrotermisk smelteovn, eller det kan kuttes opp i passende lengder for fremstilling av andre langstrakte karbonprodukter. For det tilfelle at karbonlegemet benyttes direkte i en underliggende elektrotermisk smelteovn, kan mantelen fjernes etter hvert som det ferdigbakte karbonlegemet kommer ut av bakeovnen. Dermed kan karbonlegemet som fremstilles ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes som kontinuerlig elektrode ved fremstilling av metaller hvor mantel-materialet f.eks. stål, er forurensende.

Claims

1. Fremgangsmåte ved kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer (1) med tilnærmet konstant tverrsnitt hvor en mantel (2) ifylt rå elektrodemasse (3) senkes langsomt og kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig ned gjennom en bakeovn (4) som oppvarmes dels ved ekstern varmetilforsel og dels ved at gasser som dannes ved oppvarming av den rå elektrodemasse ledes til bakeovnens brennkammer (8) for forbrenning sammen med tilført forbrennings luft, karakterisert ved at det anvendes en perforert mantel.hvorved nevnte gasser vil trenge direkte ut i bakeovnens brennkammer (8), idet den eksterne varmetilførsel til bakeovnen reguleres slik at summen av eksternt tilført energi og energi fra forbrenning av gassen fra elektrodemassen med den tilførte forbrenningsluft, er tilstrekkelig til å holde temperaturen i bakeovnen innen området 700 til 1300°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i bakeovnen holdes på 900 - 1100°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en mantel med en perforeringsgrad på mindre enn 25 %.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det anvendes en mantel med en perforeringsgrad mellom 0,1 og 5 %.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det anvendes en mantel hvor de enkelte hull i perforeringen har et tverrsnitt innen området 1,5 - 10 mm.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det.anvendes en mantel hvor de enkelte hull i perforeringene har et tverrsnitt innen området 2,0 - 4,0 mm.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at hullene i mantelen tettes med et materiale som smelter eller brenner opp ved en temperatur mellom 250 og 900°C.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at hullene ikke gjøres gjennomgående, idet man lar et materiallag bli igjen som er så tynt at det smelter under varme-påvirkningen i bakeovnen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at mantelen fjernes fra det ferdig bakte karbonlegemet etter at dette har passert gjennom bakeovnen.