NO179510B - Fremgangsmåte for fremstilling av en karbonholdig pasta som er ment for forming - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en karbonholdig pasta basert på minst et karbonholdig aggregat og et forkoksbart organisk bindemiddel. Den angår i det vesentlige å justere temperaturen i pastaen til de spesielle betingelser som involveres ved forming derav så snart den trer ut fra blanderen.

Karbonholdige agglomerater oppnås ved brenning av stykker som er tilformet fra en karbonholdig pasta oppnådd ved blanding av et forkoksbart organisk bindemiddel og et karbonholdig aggregat i form av korn av tilmålte størrelser. Avhengig av den bruk agglomeratene er ment for, arten av bindemiddelet (kulltjære, petroleumtjære, flytende eller fast tjære) og arten av de karbonholdige korn (kullkoks, petro-leumskoks, antrasitt også videre) kan variere vesentlig men i alle tilfelle involvere prosessen en utstrakt blanding mellom bindemiddelet og de karbonholdige korn (den granulometriske fordeling kontrolleres omhyggelig) ved en temperatur slik at bindemiddelet er tilstrekkelig fluid (for eksempel 140-180°C) og i et tidsrom som sikrer en så perfekt impregnering som mulig av bindemiddelet av de karbonholdige korn. Kvaliteten av elektrodene (som spesielt bedømmes ved måling av den geometriske desitet, elektriske resistivitet og motstandsevne mot knusing) efter brenning er nær forbundet med blandeoperasjonens effektivitet.

I moderne fabrikker for fremstilling av karbonholdige pastaer slik tilfeller spesielt er ved fremstilling av anoder for fremstilling av aluminium ved bruk av HALL-HEROULT prosessen for elektrolyse av aluminiumoksyd i smeltet kryolitt, utføres blandingen av bindemiddel og karbonholdige korn i en kontinuerlig blandekjede som omfatter en eller enkelte ganger to blandere i serie og ved temperaturer som reguleres til mellom 140 og 160°C og som mater en formeinnstallasjon ved bruk av vibrokompaktering.

En type blander som i dag er i bruk dannes av et rørformet legeme utstyrt med faste tenner som er skrådd med henblikk på rørets akse, hvori en aksling beveges med en resiprokerende bevegelse synkronisert med en rotasjo.nsbevegelse idet akslingen selv er utstyrt med tenner som samarbeider med de faste tenner for å sikre at den karbonholdige pasta knas eller bearbeides og bringes til strømning langs innretningen. De faste tenner er anordnet langs en skrue-linje og ampi i-tyden for den tilbake- og fremadrettede bevegelse av akslingen justeres til den stigningsvinkel ved hvilken de faste tenner er anordnet. Utløpet fra blanderen eller blanderne omfatter en dyse som er lukket av motoriserte flappventiler hvis åpning og lukking kan reguleres avhengig av terskelverdier med henblikk på den angjeldende energi for å sørge for tilfredsstillende blanding av pasta og for å forhindre "jamming" eller "steiling" av apparaturen, det vil si blokkering av denne under belastning som et resultat av for stor ifylling.

Den type blander er beskrevet spesielt i CH-A-515 061, CH No 606 498 og FR-A-2 038173 i navnet BUSS A.G. En prosess for å regulere blandeenergien derav er beskrevet i EP-A-157 987.

Man kan også nevne en andre type kontinuerlig blander som også hyppig benyttes og som omfatter to parallelle rørere som dreier seg i motsatte retninger og som er anordnet ved siden av hverandre i et hus av egnet form. Hovedakslingen bærer radialskiver som i seg selv er forbundet med blandebjelker. Parallelt med akslingen roterer renseakslingen som bærer en rensende rammestruktur i et forhold med henblikk på hastig-heten som er fra 4 til 6 ganger høyere. En eller flere holdende plater såvel som en eller flere brytende blader som er anordnet på legemet eller på lokket av blanderen, på siden til.den rensende aksling, gjør det mulig å kontrollere strømmen av pasta i apparaturen. En blander av denne typen er beskrevet i FR-A-2039628 tilsvarende US-PS 3687628. Fagmannen på dette området vet av erfaring at i visse situasjoner, for eksempel slike som involverer forming av anodene for HALL-HEROULT-elektrolysetanker, faller de optimale blande- og formingstemperaturer ikke sammen.

For å sørge for god penetrering av tjæren inn i kornene av koks og god homogenitet med henblikk på den karbonholdige pasta, må blandingen gjennomføres ved ca. 160"C mens formingen, for eksempel ved bruk av vibrokompaktering, må gjennomføres ved vesentlig lavere temperatur (110-140°C), da ellers agglomeratene kollapser langt ut over de aksepterte dimensjonstoleranser efter fjerning fra formen og før brenningen. Det er derfor nødvendig at den blandede pasta avkjøles fra et til flere titalls °C før formingen.

FR-PS 2.154.842 tilsvarende US-PS 3.885.983 tilveiebringer et arrangement i serie. Pastaen som trer ut fra den første blander ved en temperatur av 150/170°C faller under tyngde-kraftspåvirkning ned i en vertikal kolonne som åpner seg mot innløpet til den andre blander idet kolonnen er utstyrt med en kontrollert vannsprayanordning som bevirker styrt kjøling av pastaen til ca. 110-115°C.

Mangelen ved denne prosess er at den krever bruk av to blandere og at den andre blander som arbeider på den avkjølte pasta krever et meget høyere energinivå på grunn av den økede viskositet i den karbonholdige pasta når den er avkjølt på denne måte.

Det underliggende konsept ved oppfinnelsen omfatter innføring av en avkjølingsvæske på et hensiktsmessig valgt punkt på blanderen på en slik måte av hoveddelen av blandingen gjennomføres ved den optimale temperatur Th og å avslutte blandingen mens man bevirker avkjøling av pastaen som trer ut av blanderen ved en temperatur Tb som er lavere enn Th og som er lavere enn den optimale temperatur for formingen som følger. For klarhetens skyld i den følgende beskrivelse vil det være hensiktsmessig å "bruke uttrykket oppstrømssone av blanderen (under henvisning til strømningsretningen av pastaen) for å identifisere den del av landeren som er utstyrt med en kontrollert innretning for oppvarming av pastaen til temperaturen Th og å bruke uttrykket nedstrøms-sone for å angi den del av blanderen som er uten oppvarmings-innretning (eller i det minste hvori, hvis det er slike, disse tidligere er satt ut av drift) og der kjølefluidet som vanligvis er vann, innføres.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av en karbonholdig pasta ment for forming ved en temperatur Tb så snart den trer ut fra en rørblander til hvilken minst et karbonholdig aggregat og et forkoksbart organisk bindemiddel kontinuerlig tilføres idet rørblanderen omfatter midler for å føre pastaen fra innløpet mot utløpet og som er assosiert med blandeinnretninger anordnet langs minst en aksling som drives i rotasjon, hvorved blanderen omfatter en oppstrøms sone utstyrt med midler for oppvarming av pastaen til en temperatur Th som er høyere enn Tb og en nedstrømssone for avkjøling av den karbonholdige pasta ned til temperaturen Tb, som åpner seg mot utløpsmunningen for den karbonholdige pasta, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at vann under blandingen injiseres ved hjelp av minst en munning anordnet i nedstrøms-sonen av blanderen, på et punkt som kan lokaliseres mellom inntaket for sonen og en posisjon omtrent halvveis langs dens lengde, i nedstrøms retning, slik at minst halvparten av blandearbeidet er gjennomført ved temperaturen Th, og ved at, efter fordamping av vannet efter kontakt med den karbonholdige pasta, vanndamp kontinuerlig slippes ut fra blanderen ved hjelp av en egnet munning, generelt anordnet ved enden av blanderen nær munningen for utløpet av den karbonholdige pasta.

Fremgangsmåten tilveiebringer som nevnt at vann under blanding, sprøytes inn gjennom minst en munning som befinner seg i nedstrømssonen av blanderen. Ved kontakt med pastaen fordamper vannet og dette slippes så kontinuerlig ut fra blanderen via en egnet åpning. Imidlertid ble det hurtig heller uventet, funnet at innføringen av vann til nedstrøms-sonen av blanderen ga en vesentlig reduksjoru _i energibehovet som var nødvendig for blandingen mens all logikk skulle tilsi at resultatet ville være en økning på grunn av viskositets-økningen i den avkjølte pasta. Korrelativt øker strømnings-hastigheten pr. time fra blanderen i et forhold som kan være opp til 50 io mens kvaliteten av de karbonholdige som frem-stilles fra pastaene som oppnås på denne måte minst er lik den til pastaer som oppnås i en ikke-kjølt blander.

Injeksjonen av vann til blanderen kan gjennomføres på forskjellige måter, enten via minst en munning tilveiebragt i sideveggen av blanderen, eller gjennom hovedakslingen som bærer de bevegelige tenner, i hvilket tilfelle akslingen er hul og er utstyrt med munninger som åpner seg inn i blanderen, eller fortrinnsvis ved hjelp av en av de faste tenner.

Det er mulig å tilveiebringe en eller flere injeksjons-åpninger som eventuelt er utstyrt med dyser som gir en sprayvirkning for vannet. Det skal være klart at det er vesentlig å tilveiebringe en utslippsmunning for vanndampen idet utsiippsmunningen generelt er anordnet ved enden av blanderen nær munningen for utløpet av karbonholdig pasta.

Posisjonen for et punkt gjennom hvilket vann innføres til nedstrømssonen av reaktoren eller det punkt som i denne sone er anordnet lengst oppstrøm hvis arrangementet har flere punkter der vann innføres, må være slik at i det minste halvparten av blandearbeidet er utført ved den "høye" temperatur Th.

Innsprøytning av vann bevirkes til nedstrømssonen på et punkt som kan befinne seg mellom inntaket til denne sone og en posisjon omtrent halvveis langs lengden sett i nedstrøms retning.

Fagmannen vil bestemme den optimale posisjon for dette punkt og også vannstrømingshastigheten avhengig „ av differansen mellom Th og Th og den type blander som benyttes idet man holder for øyet at det av praktiske grunner er foretrukket ikke å tilveiebringe injeksjonen av vann i oppstrømssonen av reaktoren omfattende midlene for oppvarming av den karbonholdige pasta.

Når blanderen har et antall vanninjeksjonspunkter gjelder denne bemerkning det punkt som befinner seg lengst oppstrøms.

Mengden vann som injiseres kan teoretisk beregnes fra strøm-ningshastigheten pr. time for pastaen, A t mellom den høye temperatur Th og den lave temperatur Tb, den spesifikke varme for den karbonholdige pasta, temperaturen i det inn-sprøytede vann samt fordampingsvarmen.

I praksis er det funnet at den optimale vannstrømningshastig-het ligger mellom 1 og 10 liter vann/tonn karbonholdig pasta for en A t i størrelsesordenen 10 til 60°C.

Oppfinnelsen ble gjennomført ved bruk av en BUSS-blander med en nominell strømningshastighet på 18 tonn/h karbonholdig pasta omfattende 86 % karbonholdig aggregat og 14 % kulltjære.

Blandingstemperaturen Th som generelt var mellom 120 og 180°C ble regulert til 160°C og vannstrømningshastigheten ble-regulert på en slik måte at man oppnådde en pastautslipps-temperatur Tb lik 144 ± 2°C og tilsvarte 18 l/h vann, det vil si 1 l/tonn/h.

Innsprøyting av vann ble gjennomført gjennom en av de faste tenner som var anordnet i det vesentlige i midten av blande-sonen.

I løpet av serien prøver ble vannstrømningshastigheten variert mellom 20 og 150 l/h (derfor IB tonn pasta). Temperaturen Tb varierte fra 140 ± 2°C til 110 ± 2°C, noe som er den vanlige temperatur for gjennomføring av vibrokompaktering av den karbonholdige pasta.

Det ble funnet at:

1. Den midlere energi som ble matet til fra blandermotoren (som ble matet med likestrøm) kunne reduseres fra 150 til 80 kW for samme pastastrømningshastighet på grunn av

vanninj eks j onen;

2. Med opprettholdt midlere energinivå og med samme kon-figurasjon med henblikk på blanderen (hastighet, ventil-posisjon) ble pastastrømningshastigheten øket under

prøveperioden fra 12 til 18 tonn pr. time; og

3. Kvalitetsprøver utført på de fremstilte anoder (tilsyne-latende spesifikk gravitet, elektrisk konduktivitet, motstandsevne mot oppsprekking på grunn av termisk sjokk) ga praktisk talt identiske resultater med eller uten injeksjon av vann.

Prøvene under virkelige bruksbetingelser i elektrolysetanker bekreftet disse resultater.

Ved siden av en vesentlig inntjening med henblikk på mengden energi som forbrukes i blandetrinnet og eller med henblikk på strømningshastigheten for blanderen, gjør foreliggende oppfinnelse det mulig å redusere nivået av kapitalinvesteringer som er nødvendige for å fremstille karbonholdig pasta da det kun er nødvendig å ha en enkelt blander for å fremstille perfekt blandet pasta ved optimal temperatur for formings-trinnet, for eksempel ved bruk av vibro-kompaktering.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en karbonholdig pasta ment for forming ved en temperatur Tb så snart den_trer ut fra en rørblander til hvilken minst et karbonholdig aggregat og et forkoksbart organisk bindemiddel kontinuerlig tilføres idet rørblanderen omfatter midler for å føre pastaen fra innløpet mot utløpet og som er assosiert med blandeinnretninger anordnet langs minst en aksling som drives i rotasjon, hvorved blanderen omfatter en oppstrøms sone utstyrt med midler for oppvarming av pastaen til en temperatur Th som er høyere enn Tb og en nedstrømssone for avkjøling av den karbonholdige pasta ned til temperaturen Tb, som åpner seg mot utløpsmunningen for den karbonholdige pasta,karakterisert vedat vann under blandingen injiseres ved hjelp av minst en munning anordnet i nedstrømssonen av blanderen, på et punkt som kan lokaliseres mellom inntaket for sonen og en posisjon omtrent halvveis langs dens lengde, i nedstrøms retning, slik at minst halvparten av blandearbeidet er gjennomført ved temperaturen Th, og ved at, efter fordamping av vannet efter kontakt med den karbonholdige pasta, vanndamp kontinuerlig slippes ut fra blanderen ved hjelp av en egnet munning, generelt anordnet ved enden av blanderen nær munningen for utløpet av den karbonholdige pasta.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at temperaturen Tb ligger mellom 110 og 140°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at temperaturen Th ligger mellom 120 og 180°C.

4 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat strømningshastigheten for vann som sprøytes inn i blanderen er mellom 1 og 10 liter pr. tonn karbonholdig pasta pr. time.