NO321211B1 - Anordning og fremgangsmate for fremstilling av karbonholdig artikkel - Google Patents

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører det område som angår karbonholdige gjenstander og deres fremstilling. I de foretrukne utførelsesformer har oppfinnelsen sammenheng med fremgangsmåter og apparatur for fremstilling av karbon- og grafittelektroder fra karbonholdig, selvbrennende elektrodepasta.

Bakgrunnsteknikk

Selvbrennende elektroder er kjent. En elektrode av denne type fremstilles ved å brenne inn en karbonholdig pasta i sammenheng med drift av en elektrisk lysbueovn, som da mottar den innbrente elektrode. En tidlig slik elektrode er vist i US patentskrift 1.442.031 (Soderberg), som gjelder en beholder som inneholder elektrodepasta og brenner inn denne pasta ved at den varmes opp. Uinnbrent elektrodepasta kan ikke føre en høy elektrisk strøm, men den innbrente pasta er i stand til å føre betraktelig elektrisk strøm og anvendes for tilførsel av store elektriske strøm-styrker som er påkrevet for drift av elektriske lysbueovner. Søkernes tidligere US patent 4.736.813 angir en selvinnbrennende elektrode hvor elektrisk strøm, både for drift av en industriovn og for innbrenning av pastaen, tilføres pastaen gjennom en sentralt anbragt dor. US patentskrift 3.524.004 (Van Nostran et al.) angir også tilfør-sel av elektrisk strøm til midtområdet av elektroden for å brenne inn pastaen og til-føre en del av den strøm som kreves av varmeovnen til den ytre del av elektroden. US patentskrift 4.527.329 (Bruff) viser en prosess for fremstilling av en ovnselektrode på stedet, hvor varme for innbrenning av pasta tilføres uavhengig av strømmen for drift av varmeovnen.

Videre er det kjent å ekskludere en celle-innbrennende elektrode ved påføring av trykk på elektrodepastaen, slik som vist i søkernes tidligere US patent 4.756.004. Skjønt den oppbygning som er vist i dette patent er anvendbar, har den innbrente elektrode en tendens til utilstrekkelig innbrenning på den ene side og for å bli inne-klemt i hylsteret på den annen side.

Fra US 3.254.143 fremgår det en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av karbonholdige gjenstander. Et karbonholdig materiale kan være delvis flytende, dvs. kan være i en plastisk tilstand. Deretter oppvarmes materialet ved hjelp av en induksjonsbakke, brennes og ekstruderes i en ekstruderingsdyse under press.

Fra US 4.756.004 fremgår det en selvinnbrennende elektrode og fremgangsmåte for fremstilling av elektroden. En pasta føres inn i et rør eller en beholder, hvor den brennes under et trykk som kan økes slik at pastaen kontinuerlig presses inn i beholderen etter hvert som den brennes. Ved fremstilling brukes det blant annet midler for kontroll av temperatur til et ubakt materiale og midler for å opprettholde en på forhånd bestemt verdi av forbrenning av en bakt porsjon.

Kjente fremgangsmåter for fremstilling av selvinnbrennende elektroder har ikke vært vellykkede, først og fremst på grunn av de vanskeligheter som skriver seg fra innbyrdes påvirkning mellom innbrenningssonen og de forskjellige deler av inn-brenningsapparaturen. Apparaturen i henhold til Van Nostran anvender for eksempel en skrue for å drive frem den innbrente pasta, men sterk vedhefting mellom skruen og den brente pasta fører etter hvert til at det blir umulig å fortsette fremføringen av elektroden og følgelig til et mislykket resultat. På lignende måte har fremstilling av selv-innbrente elektroder i samsvar med søkernes tidligere patent vist seg å være problematisk på grunn av vedheftingen mellom den innbrente pasta og pastabeholderen.

Sammenfatning av oppfinnelsen

I samsvar med et første aspekt ved oppfinnelsen fremstilles karbonholdige gjenstander ved innbrenning og ekstrudering av "selvinnbrennende" karbonholdig pasta uavhengig av en industriovn. Disse gjenstander er fortrinnsvis elektroder for elektriske lysbueovner, men kan også være elektroder for elektrolytisk raffinering av metaller, slik som aluminium, eller gjenstander for mange forskjellige andre formål. Fremstillingen av karbonholdige gjenstander uavhengig av en ovn har flere fordeler, innbefattet muligheten for å brenne partiklene uten å ta hensyn til umiddelbare drifts-fordringer fra ovnen samt muligheten for å anbringe fremstillingsutstyret i avstand fra ovnen. (Uttrykket "innbrent pasta" menes slik som det anvendes her pasta som har oppnådd i det minste den stivhet som er påkrevet for å opprettholde dens form, men kan eventuelt betraktes som bare delvis innbrent på grunn av flyktige komponenter i en mengdeandel større enn omkring 1% fortsatt er til stede. Uttrykket "ubrent pasta" anvendes for å betegne pasta som ikke er i stand til å opprettholde sin form utenfor pastabeholderen.)

Gjenstandene brennes og ekstruderes til stort sett den ønskede form for endelig bruk og blir så, hvis nødvendig, maskinbearbeidet til endelig utforming. De ferdige gjenstander flyttes til det ønskede sted og anvendes på kjent måte. Et innbrennings-anlegg er vanligvis i stand til å fremstille elektroder i en takt som er større enn den som fordres av en enkelt elektrisk lysbueovn, hvilket innebærer at de således fremstilte elektroder kan brukes til å forsyne flere industriovner. Gjenstander som er utført for bruk i andre prosesser, slik som elektroder for elektrolytisk raffinering, fremstilles på lignende måte i samsvar med den anvendelsestakt som er mest økonomisk.

Når en karbonholdig gjenstand er fullstendig innbrent på innbrenningsstedet kan den videre behandles for bruk, for eksempel ved frigjøring av gjenstanden fra ekstruderingsrestene. Hvis gjenstanden ikke er blitt fullstendig innbrent på innbrenningsstedet, kan den brennes ytterligere ved påføring av varme i samsvar med kjente teknikker. Den brente pasta kan for eksempel tilføres elektrisk strøm fra en elektrisk krets som er adskilt fra den som tilfører innbrenningsstrøm, slik at gjenstanden blir videre oppvarmet ved hjetp av motstandsoppvarming (l<2>R-oppvarming). Fortrinnsvis blir imidlertid den brente gjenstand ytterligere oppvarmet induktivt ved at den føres gjennom induksjonsspoler. Andre oppvarmingsinnretninger, stik som en gassvarmer, kan også utnyttes under visse forhold. Når den delvis innbrente gjenstand anvendes som elektrode i en elektrisk lysbueovn, så kan pastaen ytterligere innbrennes ved hjelp av den ovnstrøm som tilføres gjennom elektroden eller ved hjelp av varme fra ovnen.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir innbrent pasta om-formet til grafitt ved oppvarming av pastaen til en høy temperatur (2500°C eller høyere) og bibeholder den på den høye temperatur. Dette utføres fortrinnsvis ved å føre elektroden gjennom en induksjonsspole hvor den oppvarmes induktivt. Pasta som holdes på denne høye temperatur må isoleres for å hindre varmetap. Det isolerende materiale, som fortrinnsvis er sot, pakkes omkring elektroden av et sylinderformet rør som er utført i induksjonsgjennomtrengelige materialer, slik som de som er beskrevet i US patentskrift 4.921.222 (Mott).

Omforming av den innbrente pasta til grafitt utføres fortrinnsvis mens pastaen befinner seg i den beholder hvor den opprinnelige innbrenning er utført, for å unngå nedkjøling og påfølgende gjenoppvarming av gjenstanden. Alternativt kan imidlertid gjenstander omformes til grafitt på et separat sted. Tilleggsvanmen tilføres fortrinnsvis ved hjelp av induksjon, og når omformingen er utført mens pastaen befinner seg i innbrenningsbeholderen, vit induksjonsspolen og isolasjonsstrukturen befinne seg tett inntil beholderen. Hvis omformingen finner sted på et fjerntliggende sted, må spolen og isolasjonsstrukturen kunne motta en enkelt gjenstand eller være tilstrekkelig store til å kunne motta et antall gjenstander samtidig.

Søkerne har oppdaget at en primær årsak til problemer ved ekstrudering av innbrente gjenstander er kraftig vedhefting mellom den brente pasta og den struktur som inneholder ubrent pasta, slik som pastabeholderen og dens sentrale leder eller dor. Denne vedhefting skriver seg fra manglende muligheter for å regulere omfang og beliggenhet av innbrenningssonen i pastaen. Når således en midtelektrode anvendes for å tilføre innbrenningsstrøm, bør denne innbrenningssone anbringes tett inntil spissen av midtelektroden. Bevegelse av innbrenningssonen bort fra elektrode-spissen, mot utgangsenden av pastabeholderen, vil føre til utilstrekkelig innbrenning og følgelig risiko for utbrudd av fersk pasta inn i det rørformede hulrom som dannes i pastaen av elektroden. Hvis innbrenningssonen forflyttes i motsatt retning, nemlig bort fra utgangsenden av pastabeholderen, så vil det innbrente karbon henge seg opp i beholderen og hindre ytterligere ekstrudering. Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe fremgangsmåter og apparater for å regulere innbrenningssonens posisjon, slik at pastaen blir korrekt innbrent, men ikke forstyrrer ekstruderingen av den innbrente pasta.

I samsvar med en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen blir forandringer av innbrenningssonens beliggenhet i lengderetningen detektert ved å måle forand-ringen i den kraft som er påkrevet for ekstrudere gjenstanden. En økning av den kraft som er påkrevet for å ekstrudere en gjenstand angir at innbrenningssonen er voks-ende eller beveger seg bort fra utgangsenden av pastabeholderen. Omvendt angir en reduksjon av den påkrevde ekstrudeirngskraft at innbrenningssonen er krymp-ende eller beveger seg mot enden av pastabeholderen. Forandringer i den påkrevde ekstruderingskraft detekteres i den foretrukne utførelsesform ved å avføle en reduksjon i ektruderingen, eller en "glidnings"-grad når ékstruderingskraften holdes uforandret. Hvis innbrenningsenergien også er stabil, vil en avtagende glidningsgrad føre til en for høy innbrenningstakt da den påkrevde innbrenningsenergi er en funksjon av glidningsgraden. Denne ubalanse kan korrigeres ved å senke innbrenningstakten eller ved å øke glidningsgraden, eller begge disse. I den foretrukkede utførelsesform blir forutbestemt innbrenningstakt og glidningsgrad fastlagt fra begynnelsen av, og små korreksjoner utføres under innbrenningen ved å regulere ékstruderingskraften til å justere glidningsgraden, samtidig som innbrenningsenergien holdes uforandret.

Forandringer i den kraft som kreves for å ekstrudere den innbrente pasta kan måles ved hjelp av forskjellige teknikker. I den foretrukne utførelsesform holdes en belastningscelle mot den innbrente gjenstand ved hjelp av et bevegelig bæreele- ment, som fortrinnsvis er en stang eller aksel for en hydraulisk sylinder, en kule-skruemekanisme eller annen innretning som er utstyrt med et element i stand til pro-grammert bevegelse. I den foretrukne utførelsesform bringes akselen i inngrep med den ekstruderte gjenstand og belastningscellen holdes mellom disse to. Belastningscellen kan imidlertid også anbringes på andre steder, slik som på gjenstandens omkrets, i det tilfelle akselen befinner seg i inngrep med denne. Akselen drives til å beveges med den forventede glidetakt, og en økning i den kraft som detekteres av belastningscellen angir da at den innbrente gjenstand beveges mot akselen raskere enn akselen trekkes tilbake. Dette angir i sin tur av vedheftingskreftene har avtatt og at innbrenningssonen krymper. Minskning av den kraft som påvises av belastningscellen angir det motsatte. I den utførelse hvor gjenstanden ekstruderes ved påføring av trykk på pastaen, er det anordnet en reguleringstest for å justere det pastatrykk som påføres av pastapumpen inntil ekstruderingstakten atter er i samsvar med akselens fremføringshastighet. Hvis gjenstanden ekstruderes ved hjelp av en annen teknikk, slik som den skrue som er vist i patentet til Van Nostran, blir ekstruderings-mekanismen, for eksempel den motor som driver skruen, regulert.

Hvis små forandringer i pastatrykket ikke gjenoppretter den ønskede posisjon av innbrenningssonen, så kan akselens hastighet, den tilførte innbrenningsenergi, ekstruderingskreftene, eller alle disse justeres.

Glidetakten kan naturligvis måles på andre måter, slik som optisk, elektrisk eller mekanisk.

I henhold til enda et annet aspekt ved oppfinnelsen utøver den bevegelige aksel en vesentlig kraft på gjenstanden i en retning motsatt ekstruderingen. Ekstruderingskreftene må således overvinne summen av adhesjonskreftene og den motrettede kraft. Fordelen ved et slikt opplegg hvor ekstruderingen forårsakes av pastatrykket, er at trykket kan være høyere enn det som kreves for å overvinne vedheftingskreftene i en grad som avhenger av størrelsen av den motrettede kraft. Innbrenning av pastaen under kontinuerlig påført høyere trykk er blitt funnet å frembringe en gjenstand som er overlegen de som tidligere er fremstilt. Fortrinnsvis er trykket i pastaen minst omkring 95 kp/cm<2>. Den resulterende karbongjenstand vil da være mer sammenpresset, sterkere og ha lavere motstand, på grunn av at pastaen er blitt sammentrykket av de høye trykk, og gassene er innesperret i gjenstandens porer under høyt trykk.

Søkerne har funnet at karbonpasta haren tendens til å brennes ujevnt i peri-feriretningen og dette kompliserer da ekstruderingsprosessen og resultatet blir da et mindreverdig produkt. Ujevn innbrenning finner sted under motstandsoppvarming på grunn av at pastaens motstand avtar etter hvert som pastaen innbrennes. I den utførelsesform hvor innbrenningsstrømmen flyter mellom en midtelektrode, eller en dor, og en omkretselektrode, så vil de deler av pastaen som innledningsvis fører høyere strøm av en eller annen grunn bli innbrent raskere, hvilket fører til lavere motstand i disse strømbaner stik at de vil trekke enda mer strøm. Den pasta som ligger i disse baner vil derfor først og fremst bli hindret, og de øvrige deler av pastaen vil bli ufullstendig innbrent. Denne asymmetri korrigeres i den foretrukne utførelses-form ved å opprette flere innbyrdes adskilte, periferiske elektroder samt en reguler-ingskrets for å justere de strømmer som flyter fra midtelektroden til hver av de forskjellige omkretselektroder. Størrelsen av den strøm som flyter i de enkelte baner kan fastlegges på en hvilken som helst av flere måter, slik som ved å måle pasta-temperaturen inntil hver av elektrodene, og relativ høy temperatur angir da rask innbrenning. I tillegg er selve midtelektroden også fortrinnsvis oppdelt i segmenter, for eksempel fire segmenter, for å oppnå mer presis regulering av strømmen og nedsette den tid som kreves for å forandre innbrenningsmønsteret. I denne utfør-elsesform justerer reguleringskretsen den strøm som flyter mellom segmentene av den sentrale elektrode og de enkelte elektroder på omkretsen av innbrenningssonen for derved å styre nøyaktig den periferiske lokalisering av innbrenningssonen.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et vertikalt tverrsnitt gjennom en tidligere kjent selvinnbrennende elektrode. Fig. 2 er et sideriss av et apparat for fremstilling av en elektrode i samsvar med oppfinnelsen ved å bruke elektriske motstandsmidler for ytterligere oppvarming av det delvis innbrente elektrodeparti, og viser også bruk av den således fremstilte elektrode sammen med en varmeovn. Fig. 3 er et sideriss av et apparat av samme art som det som er vist i fig. 3, og hvor en hydraulisk sylinder understøtter elektroden og en belastningscelle frembringer data som angir innbrenningssonens plassering. Fig. 4 viser sett fra siden en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor den delvis innbrente elektrode varmes opp ytterligere ved induksjon. Fig. 5 viser sett fra siden en utførelsesform av oppfinnelsen hvor elektrodepastaen omformes til grafitt ved induksjonsoppvarming.

Fig. 6 viser et tverrsnitt tatt langs linjen 6-6 i fig. 5.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 1 viser et parti av en tidligere kjent selvinnbrennende elektrode, slik som angitt i US patenskrift 4.756.004. En trykkbeholder som er vist som en tank 2 er for-synt med et selvinnbrennende pasta 4 gjennom et innløp angitt som et tilførselsrør 6. Dette tilførselsrør og trykktanken oppvarmes på en hvilken som helst kjent måte, slik som angitt på tegningene i form av et damprør 8, for å opprettholde pastaens temperatur slik at den kan strømme gjennom røret og inn i tanken. Elektrisk strøm tilføres pastaen i tanken gjennom en leder 10, som er forbundet med en effekt-samleskinne 12 over en sylinderformet samleleder 14. Denne sylinderformede samleleder er vannkjøit og omfatter en ytre foring 16 for å danne en vannkappe 18. Strøm flyter fra lederen 10 gjennom pastaen for å danne en innbrenningssone 19, og den nedre ende av beholderen danner da et utløp hvorigjennom et innbrent parti 20 av elektroden kan føres ut av tanken. Den nedre ende av tanken omfatter et støtte-bånd 22, som kan være utformet og en hvilken som helst av flere kjente måter. Støttebåndet 22 understøtter en del av elektrodevekten og er innstillbar for å gjøre det mulig for elektroden å fremføres i ønsket takt i samsvar med elektrodevekten og den kraft som er påført den trykksatte pasta. Fig. 2 viser en utførelsesform i henhold til oppfinnelsen for fremstilling av en elektrode for bruk i en elektrisk lysbueovn. En trykksatt innbakningstank 24 av lignende art som vist i fig. 1 understøttes på oversiden av en metallurgisk elektrisk lysbueovn 26 på en slik måte at en ekstrudert elektrode 40 brettes inn i ovnen for tilførsel av elektrisk strøm for å danne lysbuen under drift av ovnen. Pastaen tilføres trykktanken gjennom innløpet 6 ved hjelp av en pumpe 7, og pastaens trykk ekstru-derer da innbrent pasta 28 gjennom det utløp som dannes av tankens ende. Pastaen oppvarmes ved ledning av strøm gjennom hvert ledende segement 11 av den sentralt plasserte dor-elektrode 10 samt hver enkelt av de periferisk plasserte elektroder 30. Den innbrenningsstrøm som flyter gjennom pastaen gjennom doren 10 og elektrodene 30 reguleres av regulatoren 32. Elektroden 40 er understøttet på en hvilken som helst kjent måte, og denne utførelsesform viser bruk av glidesko 34 for å under-støtte elektroden. Disse glidesko tjener samme hovedformål som bærebåndet 22 i fig. 1, og omfatter et stillestående sett av sko samt et bevegelig sett slik det vil være kjent innenfor fagområdet. De bevegelige sko forskyves sammen med elektroden etter hvert som den glir ut, og de faste sko understøtter elektroden mens de bevegelige sko settes tilbake i stilling.

Glideskoene og bærebåndet kan reguleres på en slik måte at den vertikale bevegelse av elektroden kan overvåkes av instrumenter som er montert på disse elementer. Grepet av båndet 22 og bevegelsestakten for glideskoene 34 vil således bestemme den vertikale bevegelse av den innbrente elektrode. Som det vil bli nær-mere beskrevet nedenfor, omfatter oppfinnelsen en nøyaktig måling av elektrodens vertikale bevegelse samt tilbakekobling til trykkpumpen 7 for å regulere beliggenheten av innbrenningssonen. Videre omfatter oppfinnelsen utøvelse av en betraktelig kraft som motsetter seg ekstruderingen av elektroden, for derved å tillate bruk av større trykk under innbrenningen, og båndet 22 eller glideskoene kan reguleres til å utøve denne kraft.

Den elektriske hovedeffekt for drift av ovnen frembringes av effektforskyvningen 36, som for eksempel avgir 10 megawatt elektrisk effekt gjennom kontakter 38 for ledning gjennom innbrent pasta 40 og inn i ovnen. Det vil forstås at på grunn av at den elektriske krets har en regulator 32 adskilt fra den elektriske krets som omfatter effektforskyvningen 36, kan de to kretssystemer drives separat for å frembringe den ønskede innbrenningsgrad i den øvre del av elektroden samt den nød-vendige strøm for drift av ovnen.

Elektroden i fig. 2 innbrennes ved hjelp av den strøm som tilføres fra regulatoren 32. Hvis innbrenningen ikke er fullstendig, slik at for mange flyktige komponenter er igjen, vil varme fra ovnen 26 eller strøm som tilføres fra hovedeffektforskyv-ningen 36 sørge for videre innbrenning.

Innbrenningen er ofte ujevn langs elektrodens omkrets. Denne asymmetri angir at de enkelte innbrenningssoner som tilsvarer de respektive elektroder 30 ikke befinner seg i samme avstand fra enden av trykktanken 2.1 den utførelsesform som er vist, omfatter regulatoren en separat regulatorenhet for hver av de åtte elektroder 30, som er jevnt fordelt langs omkretsen av elektrodepartiet 28. De enkelte regulator-enheter, for eksempel halmar-regulatorer, styrer strømmens flyt gjennom hver av de enkelte elektroder. I tillegg til å regulere den totale strømmengde som passerer gjennom elektrodepastaen, sørger således regulatoren 32 videre for at innbrennings-strømmen er jevnt fordelt gjennom pastaen ved å justere den strøm som flyter til hver av de enkelte elektroder for derved å unngå ujevn innbrenning av elektroden. I den foretrukne utførelsesform av regulatoren oppnås dette ved å la et termoelement inngå som en del av elektroden 30 for å overvåke innbrenningselektrodens temperatur på hver av de enkelte elektroder 30. Regulatoren justerer så den strøm som flyter gjennom vedkommende elektrode for å bringe innbrenningen til å bli jevn gjennom hele elektroden.

Hvis det for eksempel er ønskelig å frembringe innbrenningsvarme generert ved minst 2400 amperes som strømmer gjennom innbrenningssonen, kan en regulator som er i stand til å regulere strømmer i området 0 til 1000 amperes anvendes for hver av elektrodene 30. Dette innebærer at de ønskede 2400 amperes kan til-føres i form av 800 amperes fra så få som tre av elektrodene. Hvis således innbrenningen i en del av pastaen ligger etter den som foreligger i resten av pastaen, kan regulatoren redusere den strøm som flyter i visse valgte elektroder 30 og dirigere innbrenningsstrøm til de øvrige elektroder for å frembringe ujevnet innbrenning.

I den utførelsesform hvor midtelektroden omfatter flere segmenter i innbyrdes avstand rundt midtelektrodens omkrets, så vil den regulator som er anordnet for å dirigere den strøm som er beregnet på å flyte til elektroder 30 som befinner seg på den ene side av innbrenningssonen, gjennom segmenter 11 som også befinner seg på samme side av innbrenningssonen. Dette arrangement hindrer dannelse av strømbaner som har sin opprinnelse i midtelektroden på den ene side av innbrenningssonen og derpå vender om strømlinjen for å flyte i en elektrode 30 på motsatt side av innbrenningssonen. Ved at strømmen tvinges til å flyte til de utvalgte elektroder 30 ved hjelp av denne geometri fører til raskere reaksjoner på forandringer i den strøm som flyter.

Fig. 3 viser en utførelsesform hvor gjenstanden i form av en sylinderformet elektrode ikke tilføres en varmeovn direkte. Elektroden kan imidlertid brukes i en elektrisk lysbueovn som ikke er fysisk tilsluttet innbrenningsstedet. Elektroden kan for eksempel fremstilles som beskrevet nedenfor, samt viderebehandles kjemisk eller fysisk slik som ved maskinbearbeiding og/eller kombinasjon med andre elektroder, og derpå transporteres til industriovnen for bruk som en elektrode sammen med kjent utstyr. Gjenstander av andre former og for annet bruk kan også ekstruderes ved hjelp av samme teknikk.

Som nevnt ovenfor kan størrelsen av den kraft som skriver seg fra vedhefting mellom innbrent pasta og sidene av beholderen, og som også omfatter friksjons- kraften, en god indikator på innbrenningssonens beliggenhet i lengderetningen. Vedheftningskraften på en elektrode med diameter på 40 cm fastlagt til å ligge mellom 1,5 og 3,4 kp/cm<2>med kontaktområde mellom elektrodens innbrenningssone og hylsteret. Dette gir en motstand mot bevegelse på 9500 til 37000 kp for elektroden.

Den foretrukne teknikk, som er vist i fig. 3, for å regulere innbrenningssonens posisjon er å detektere meget små forandringer i glidningsgraden og justere trykket på pastaen for å frembringe den ønskede glidningsgrad. Det kan således bestemmes at for en gitt innbrenningseffekt kan det forventes en glidningsgrad på 18 cm per time. Pastatrykket innstilles så for å oppnå den nominelle glidningsgrad. Den faktiske glidningsgrad måles ved å anbringe en belastningscelle mellom bunnen av den ekstruderte gjenstand og en aksel som ligger an mot belastningscellen og forskyves i den forventede grad. I den utførelsesform som er vist i fig. 3, blir den innbrente gjenstand 40, som på tegningene er angitt i form av en elektrode, understøttet på en aksel 46 for en hydraulisk sylinder 48. Denne hydrauliske sylinder styres til bevegelse i samsvar med den forventede glidningsgrad, for eksempel ved hjelp av en solenoid-aktivert ventil. Den kraft som påtrykkes akselen av gjenstanden detekteres av belastningscellen 50. Hvis en økende kraft påvises av belastningscellen etter hvert som den beveges bort fra hylsteret 24 med den forventede glidningsgrad, innebærer dette at glidningsgraden er større enn forventet, hvilket innebærer at innbrenningssonen krymper og frembringer mindre vedheftningskrefter. En avtagende kraft angir det motsatte. Belastningscellen kan anbringes på andre steder og kan utgjøres av andre typer utstyr, avhengig av arten av inngrep mellom akselen og den innbrente gjenstand. I den utførelsesform som er vist i fig. 2, hvor glidesko anvendes for å understøtte elektroden, kan trykkbelastningscellen 50 erstattes av en strekkbelast-ningscelle. Den hydraulisk sylinder kan likevel utgjøres av en kuleskrue, tannstang og tannhjul, eller en lignende mekanisme som er i stand til å frembringe en motstandskraft med regulert bevegelsestakt.

I den foretrukne utførelsesform frembringer den hydrauliske sylinder 48 en

betraktelig kraft som motsetter seg fremføring av elektroden samtidig som den likevel tillater at elektroden føres frem i en forutbestemt takt. Den motstandskraft som frembringes av den hydrauliske sylinder kan være 3200 kp og virkningsgraden kan være 18 cm per time. Hvis motstandskraften på en elektrode med diameter 40 cm er 3200 kp, så må trykket på den ubakede pasta være 3200/250 = 12,75 kp/cm2 for å overvinne denne motstandskraft. Trykket i pastaen må da være 50 til 160 kp/cm<2>for å

overvinne den ovenfor angitte vedheftningskraft pluss 3200 kp motstandskraft i tillegg. Dette økede trykk frembringer en gjenstand som er funnet å ha overlegne fysiske og elektriske egenskaper, slik som omtalt ovenfor.

Forandringer i vedheftningskraften mellom hylsteret og den innbrente pasta blir meget raskt detektert i den utførelsesform som er vist i fig. 3, da belastningscellen er uelastisk. Belastningscellens bevegelse i retning bort fra gjenstanden av-føles da nesten øyeblikkelig, og reguleringsutstyret 51 vil da øke det trykk som på-føres pastaen inntil den forutbestemte kraft er oppnådd, hvilket angir at den ønskede ekstrudeirngstakt atter er blitt oppnådd. Hvis vedhetningskraften avtar, så vil den ekstruderte gjenstand trykke hardere mot belastningscellen, hvilket vil bli avfølt av denne, og regulatoren 51 vil da redusere trykket på pastaen.

Det som er angitt ovenfor beskriver en situasjon hvor forandringer i innbrenningssonens beliggenhet er små og kan korrigeres ved hjelp av relativt små forandringer av pastatrykket. Den situasjonen opptrer når innbrenningsgraden og ekstruderingstakten hovedsakelig er i overensstemmelse med hverandre. Hvis disse derimot ikke er i innbyrdes samsvar, må enten ekstruderingstakten eller innbrenningsgraden justeres. Innbrenningsgraden forandres ved å forandre den energi som tilføres innbrenningssonen og avhenger av den oppvarmingsmetode som anvendes. Hvis opp-varmingsmetoden er motstandsoppvarming (l<2>R), så vil strømmen gjennom pastaen bli redusert. Hvis fremgangsmåten er induksjonsoppvarming, så vil strømmen i induk-sjonsspolene bli nedsatt.

I den utførelsesform som er angitt i fig. 3, blir innbrenningsgraden og glidetakten variert trinnvis, mens trykket på pastaen varieres kontinuerlig. Det er imidlertid også mulig å variere glidningen og innbrenningstakten kontinuerlig.

Det som er angitt ovenfor kan sammenfattes på følgende måte:

Fig. 4 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor induksjonsoppvarming anvendes for å brenne inn pastaen i beholderen samt for ytterligere brenn-ing av den ekstruderte gjenstand. Trykk-innbrenningsutstyret 24 omfatter en beholder av den art som er vist i fig. 1 og som er i stand til å motstå trykk samt videre er fremstilt i induksjonsgjennomtrengbare materialer. Et foretrukket slikt materiale er det induksjonsgjennomsiktige sammensatte materiale som er omtalt i US 4.921.222. En første induksjonsspole 41 som fører strøm tilført fra kilden 39 er anbragt rundt bunnen av beholderen nær utløpsenden for å varme opp pastaen induktivt ved dannelse av en innbrenningssone. Den innbrente gjenstand ekstruderes ved trykk på pastaen slik som beskrevet ovenfor.

En andre induksjonsspole 42 og som fører strøm fra kilden 43 er anbragt inntil den ekstruderte gjenstand etter at den har kommet ut fra trykk-innbrenningsutstyret for videre å brenne inn gjenstandene. Induktive oppvarming som vist i denne figur kan anvendes i sammenheng med en ovn, av lignende art som den som er vist i fig. 2, eller uavhengig av en ovn, slik som vist i fig. 3. Videre blir innbrenningssonens beliggenhet regulert på den måte som er omtalt ovenfor under henvisning til fig. 3, nemlig ved å regulere glidetakten ved en forut bestemt strøm gjennom spolene 41.

Induktivt oppvarming av elektroden er spesielt hensiktsmessig når den innbrente karbonpasta skal omformes til grafitt, hvilket krever at gjenstanden må opp-hetes tit en temperatur over 2500°C for en forut bestemt tidsperiode. Denne høye temperatur krever en energikilde av vesentlig omfang samt høytemperaturisolasjon for å redusere varmeavgangen fra den hete elektrode. Fig. 5 og 6 viser en foretrukket utførelsesform for fremstilling av en grafitt-gjenstand.

I samsvar med den utførelsesform som er vist i fig. 5 og 6, blir elektroden fra utstyret 4 ekstrudert direkte inn i et anlegg for induktiv oppvarming og som omfatter en isolerende rørformet struktur 52 samt en induksjonsspole 42. Varmekilden for innbrenningen er i denne utførelsesform vist å være resistiv, men den kan også være induktiv slik som i fig. 4, utgjøres av en gassflamme eller være utført på annen måte. Den sekundære oppvarming er fortrinnsvis induktiv, men også annen oppvarming kan anvendes. Når induktiv oppvarming benyttes, er den rørformede struktur utført i materialer som er gjennomsiktige for de frekvenser som benyttes av tnduksjons-spolen, slik at den største delen av den energi som produseres av spolen overføres til elektroden for å heve denne til den ønskede temperatur. I en foretrukket utfør-elsesform er den rørformede struktur 52 fremstilt i et sammensatt materiale som hovedsakelig omfatter kontinuerlige glassfibre og uorganisk sement som danner en matrise for fibrene slik som beskrevet i US patent 4.921.222 (Mott). Lengden av den rørformede struktur er slik at gjennomgangstiden for elektroden gjennom strukturen er minst lik den tid som kreves for å oppnå den ønskede temperatur som for å omforme den innbrente elektrodepasta til grafitt. En sylinderformet grafittartikkel for anvendelse som elektrode eller for andre formål kommer ut av den ende av den rørformede struktur som ligger motsatt hylsteret 24.

Fig. 6 viser et tverrsnitt som er tatt langs linjen 6-6 i fig. 5 og viser plasse-ringen av isolasjon 54, slik som sot, mellom utsiden av den innbrente elektrode og innsiden av den rørformede struktur. Denne sot oppretter termisk isolasjon for høy-temperaturelektroden og nedbrytes ikke ved høye temperaturer. Dette sot tilbake-holdes i den rørformede struktur ved hjelp av en tetning som er anbragt ved den ende av strukturen som ligger lengst bort fra hylsteret 24.

Claims (23)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en karbonholdig gjenstand (40) omfattende følgende trinn: frembringelse av en beholder (2), tilførsel av karbonholdig pasta (28) til nevnte beholder (2), oppvarming av nevnte pasta (28) slik at det dannes en innbrenningssone (19) i pastaen, ekstrudering av den innbrente pasta (28) fra nevnte beholder (2) for å danne den karbonholdige gjenstanden,karakterisert vedat den videre omfatter: styring av beliggenheten av nevnte innbrenningssone (19) ved måling av vedheft av den innbrente pasta (28) til beholderen (2), og justering av en innbrenningsparameter på bakgrunn av målingen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte opprettholdelsestrinn omfatter et trinn som går ut på å forandre nevnte oppvarming.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte opprettholdelsestrinn omfatter et trinn som går ut på å forandre nevnte ekstrudering.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte beliggenhet er et periferisk sted.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert vedat nevnte bestemmelsestrinn omfatter trinn som går ut på å måle temperaturen i nevnte innbrenningssone (19) ved et flertall periferiske steder i innbrenningssonen (19), samt forandring av nevnte oppvarming på nevnte flertall periferiske steder i samsvar med nevnte måletrinn.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat nevnte trinn med å måle vedheft omfatter et trinn med å påføre trykk på nevnte pasta (28) og måle ekstruderingsraten for nevnte innbrente pasta (28), og nevnte trinn med å justere en innbrenningsparameter omfatter forandring av det trykk som påføres pastaen i samsvar med forandringer i ekstruderingstakten.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat trinnet med å justere en innbrenningsparameter omfatter et trinn med forandring av innbrenningsgraden.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter et prosesstrinn som går ut på å overføre nevnte innbrente pasta (28) til en elektrisk lysbueovn (26), og tilførsel av elektrisk strøm til nevnte innbrente pasta (28) for drift av nevnte ovn (26).

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat den videre omfatter et trinn som går ut på kontinuerlig påføring av trykk på nevnte karbonholdige pasta (28).

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat oppvarmingstrinnet omfatter induksjonsoppvarming

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat oppvarmingstrinnet omfatter resistivitetsoppvarming.

12. Anordning for fremstilling av en karbonholdig gjenstand (40), omfattende: en beholder (2) med et innløp og et utløp, uinnbrent karbonholdig pasta (28) i nevnte beholder (2), midler for oppvarming av nevnte karbonholdige pasta (28) slik at det dannes en innbrenningssone (19) i denne pasta (28), midler for å ekstrudere innbrent pasta (40) fra nevnte beholder (2),karakterisert vedat den videre omfatter midler for styring av innbrenningssonens (19) plassering ved måling av vedheft av den innbrente pasta tii beholderen (2), og justering av en innbrenningsparameter på bakgrunn av målingen.

13. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte oppvarmingsmidler omfatter en elektrode (40) som befinner seg inne i nevnte uinnbrente karbonholdige pasta (28) og en elektrisk strømforbindetse tii nevnte elektrode (40).

14. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte oppvarmingsmiddel omfatter en induksjonsspole (41,42).

15. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte midler for opprettholdelse av innbrenningssonens (19) beliggenhet omfatter et flertall elektroder (30) anbrakt med mellomrom langs omkretsen rundt en ytre del av nevnte innbrenningssone (19) samt en elektrisk strømregulator koblet til hver av nevnte elektroder (30).

16. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert vedat nevnte midler for å opprettholde beliggenheten av nevnte innbrenningssone (19) omfatteren sentral elektrode (40) med flere ledende segmenter (11), idet nevnte elektriske strømregulator er koblet til nevnte segmenter (11).

17. Anordning som angitt i krav 16, karakterisert vedat utstyr for å måle den kraft som er påkrevet for å ekstrudere nevnte innbrente pasta (28) omfatter en aksel (46) som utøver en kraft på nevnte innbrente pasta (28) for å motvirke ekstrudering samt en belastningscelle mellom nevnte innbrente pasta (28) og nevnte aksel (46).

18. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte midler for opprettholdelse omfatter utstyr for å styre ekstruderingsgraden for nevnte ekstrudering.

19. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte midler for opprettholdelse omfatter utstyr for å regulere nevnte oppvarmingsmidler.

20. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat nevnte ekstruderingsmidler omfatter utstyr for å tilføre nevnte uinnbrente pasta (28) under trykk.

21. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter en induksjonsspole (41,42) som omgir innbrent pasta (40) som kommer ut fra nevnte utløp, samt en kilde for induk-sjonsstrøm og som er forbundet med nevnte spole (41, 42), idet nevnte induksjons-strøm er tilstrekkelig for å varme opp nevnte innbrente pasta (28) til en temperatur på minst 2500°C og holde nevnte innbrente pasta (28) på denne temperatur tilstrekkelig lenge til å omforme den innbrente pasta (28) til grafitt.

22. Anordning som angitt i krav 21, karakterisert vedat den videre omfatter et induksjonsgjennomtrengelig hylster (24) og varmeisolasjon mellom nevnte induksjonsspole (41,42) og nevnte innbrente pasta (28) som kommer ut fra nevnte utløp.

23. Anordning som angitt i krav 22, karakterisert vedat nevnte induksjonsgjennomtrengelige hylster (24) er sammensatt av hovedsakelig kontinuerlige, induksjonsgjennomsiktige glassfiber og en uorganisk sement.