NO782435L

NO782435L - METHOD AND DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF BURNED CARBON ANODES

Info

Publication number: NO782435L
Application number: NO782435A
Authority: NO
Inventors: Friedel Isenhardt; Ernst Schultze-Rhonhof; Gerhard Schmitz; Rolf Hesse
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz Ag
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1979-01-16
Also published as: FR2397474A1; NL7807596A; GB2020638A; ES471621A1; FR2397474B3; IT1105740B; IT7850254A0; DE2731760A1

Description

Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av brente .. carbonanoder Method and device for the production of burnt .. carbon anodes

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av brente carbonanoder, spesielt for anvendelse for smeltebadelektrolyse ved fremstilling av aluminium, hvor en på forhånd formet, presset, såkalt "grønnanode" utsettes for en varmebe-handling. The invention relates to a method for the production of burnt carbon anodes, especially for use in molten bath electrolysis in the production of aluminium, where a previously shaped, pressed, so-called "green anode" is subjected to a heat treatment.

Oppfinnelsen angår dessuten et apparat for utførelse av The invention also relates to an apparatus for carrying out

fremgangsmåten..the procedure..

Carbonanoder som skal fremstilles ved den foreliggende Carbon anodes to be produced by the present

fremgangsmåte, anvendes fortrinnsvis ved fremstilling av aluminium.■ method, is preferably used in the production of aluminium.■

Ved fremstillingen av aluminium fra aiuminiumoxyd anvendes smeltebadelektrolyse, idet stålkar som er murt med et ildfast In the production of aluminum from aluminum oxide, molten bath electrolysis is used, in that steel vessels that are walled with a refractory

materiale, anvendes som elektrolyseceller. Bunnen av disse kar virker som katode og er foret med carbon. Som anode anvendes likeledes carbon som fortrinnsvis anvendes i form av en på forhånd brent blokk. Efterhvert som elektrolysen finner sted,brenner anoden opp. For utvinning av ett tonn metallisk aluminium er det nødvendig med ca. 0,5 tonn carbonanode. Av denne grunn er vanlig-vis et anlegg for fremstilling av carbonanodene som trenges i store mengder, knyttet til et aluminiumverk, og fremstillingen av carbonanodene utgjør en vesentlig omkostningsfaktor for aluminium- . fremstillingen.. material, used as electrolysis cells. The bottom of these vessels acts as a cathode and is lined with carbon. Carbon is also used as the anode, which is preferably used in the form of a pre-burnt block. As the electrolysis takes place, the anode burns up. For the extraction of one tonne of metallic aluminium, approx. 0.5 ton carbon anode. For this reason, a plant for the production of the carbon anodes, which are needed in large quantities, is usually linked to an aluminum plant, and the production of the carbon anodes constitutes a significant cost factor for aluminium. the production..

Anodene fremstilles fra pétroleumskoks som er et ekstremt The anodes are made from petroleum coke, which is an extreme

a.skefattig produkt innen petrokjemien, og bek anvendes som bindemiddel. For oppnåelse av en mest mulig tett kornpakking, knuses,' a.skeftig product in petrochemicals, and pitch is used as a binder. To achieve the most dense grain packing possible, crushed,'

males og sorteres koksen slik at det fås korrifraksjoner fra støv-formig tii over middels til grov. the coke is ground and sorted so that fractions from dusty to medium to coarse are obtained.

Fra vektandeler av disse komponenter fremstilles en blanding ifølge en programmert oppskrift, og blandingen forvarmes og blandes intimt med et bindemiddel, f.eks. bek, i et blandeapparat. Det anvendes da en temperatur av 130-170°C. From proportions by weight of these components, a mixture is prepared according to a programmed recipe, and the mixture is preheated and mixed intimately with a binder, e.g. pitch, in a mixer. A temperature of 130-170°C is then used.

Denne anodemasse blir derefter formet i en form til en såkalt "grønn" anode, f .eks. på et, ry.stekomprimer.ingsapparat. Derefter blir anoden først avkjølt,, for at den skal få en fasthet som er tilstrekkelig for den videre transport, og til slutt varme-behandles anoden i brennovnsanlegget. This anode mass is then formed in a mold into a so-called "green" anode, e.g. on a vibration compression device. After that, the anode is first cooled, so that it gets a firmness that is sufficient for further transport, and finally the anode is heat-treated in the incinerator plant.

Under brenningsprosessen omvandles det råe formlegeme tii et fast, hårdbrent carbon under opprettholdelse av sin geometriske form. Dette finner sted ved at de enkelte kokspartikler bindes sammen til en fast masse under cracking og forkoksning av bindemidlet. During the firing process, the raw mold body is transformed into a solid, hard-burnt carbon while maintaining its geometric shape. This takes place by the individual coke particles being bound together into a solid mass during cracking and coking of the binder.

Ved oppvarmingen til over mykningspunktet. for bindemidlet mister det grønne formlegeme forbigående sin fasthet. Det må der-for holdes under et porøst, ildfast materiale under brenningsprosessen. De gasser og damper som dannes på grunn av pyrolysen av bindemiddelbeket og som utgjør ca. 5-10 vekt% av anodelegemet, unnviker gjennom støtteanordningens porer og ut i ovnsatmosfæren såfremt de ikke crackes under dannelse av koks. For å kunne gjennomføre denne avgassingsprosess uten at dette går ut over anodens kvalitet, helt opp tii det øvre område for brenningstemperaturen som ligger ved høyst ca. 1300°C, oppvarmes anoden fortrinnsvis innen det nedre .temperaturområde og opp til ca. 500°C ytterst langsomt og forsiktig med en temperaturøkning av. bare 0,5-4°C/h. When heated to above the softening point. because of the binder, the green mold temporarily loses its firmness. It must therefore be kept under a porous, refractory material during the firing process. The gases and vapors that are formed due to the pyrolysis of the binder pitch and which make up approx. 5-10% by weight of the anode body escapes through the support device's pores and into the furnace atmosphere, provided they are not cracked during the formation of coke. In order to be able to carry out this degassing process without affecting the quality of the anode, right up to the upper range for the burning temperature, which is at most approx. 1300°C, the anode is preferably heated within the lower temperature range and up to approx. 500°C extremely slowly and carefully with a temperature increase of only 0.5-4°C/h.

En brenningssyklus med oppvarming, holding av brenningstemperaturen og avkjøling varer for de vanlige kjente metoder i ca. 21 dager. På grunn av dette er kapital- og driftsomkostningene for den diskontinuerlig gjennomførte brenningsprosess meget høye. Som ovner anvendes som -oftest flammeoppvarmede såkalte ringkammer-ovner. A firing cycle with heating, maintaining the firing temperature and cooling lasts for the usual known methods for approx. 21 days. Because of this, the capital and operating costs for the intermittent burning process are very high. Ovens are used - most often flame-heated so-called ring chamber ovens.

Det er dessuten kjent å. spenne carbonlegemer inn mellom elektroder og å oppvarme disse ved direkte strømgjennomgang og motstandsoppvarming f.eks. til grafittdanneisestemperatur (2600°C). Denne metode er basert på en oppfinnelse av Acheson og som i lang tid har vært den vanlige metode ved fremstilling av deler av carborundum og eiektrografitt. En overføring av -denne fremgangsmåte til fremstilling av store anodeformstykker,.som f.eks. for smeltebadelektrolyse av aluminium med enhetsvekter på opp til 3 tonn og som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse,er imidlertid hittil ikke blitt gjennomført. It is also known to clamp carbon bodies between electrodes and to heat these by direct current flow and resistance heating, e.g. to graphite formation temperature (2600°C). This method is based on an invention by Acheson and which for a long time has been the usual method for the production of carborundum and electrographite parts. A transfer of this method to the production of large anode mold pieces, such as e.g. for molten bath electrolysis of aluminum with unit weights of up to 3 tonnes and which is the basis of the present invention, has however not yet been carried out.

På den annen side rapporterer Popoff et al i CvetnyeOn the other hand, Popoff et al report in Cvetnye

Metally 46 (1973), s. 28-31, Dokumentation No. 669.713.1, en ny fremgangsmåte for samtidig pressing og brenning av anoder for smeltebadeiektrolyse for fremstilling av aluminium. Denne nye fremgangsmåte består i det vesentlige i at pressgodset brennes under et trykk-av ca. 300 kg/cm 2 i en matrise ved hjelp av elektrisk motstandsoppvarming... Brenningstiden utgjør ca. 60-70 minutter, og temperaturgradienten er ca. 14-16°C-pr. minutt. Metally 46 (1973), pp. 28-31, Documentation No. 669,713.1, a new method for simultaneous pressing and firing of anodes for melt bath electrolysis for the production of aluminium. This new method essentially consists in burning the pressed material under a pressure of approx. 300 kg/cm 2 in a matrix using electric resistance heating... The burning time is approx. 60-70 minutes, and the temperature gradient is approx. 14-16°C per minute.

Det nås en sluttemperatur på 1000°C. Selv om anodene fremstiltA final temperature of 1000°C is reached. Although the anodes manufactured

ved brenningsprosessen under høyt trykk har optimale kvalitets-verdier ifølge den nevnte publikasjon, er det likevel en alvorlig ulempe at denne fremgangsmåte krever en ekstremt stor apparatur-innsats for dannelse og opprettholdelse av et pressetrykk av ca. 300 kg/cm 2i løpet aV en tid av minst.1 time pr. anode. in the burning process under high pressure has optimal quality values according to the aforementioned publication, it is nevertheless a serious disadvantage that this method requires an extremely large equipment effort to create and maintain a press pressure of approx. 300 kg/cm 2 during a time of at least 1 hour per anode.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat som'er frie for de ovennevnte ulemper og. The invention aims to provide a method and an apparatus which are free from the above-mentioned disadvantages and.

som kan gi spesielt en betydelig forkortelse av brenningssyklusen og derved en betydelig forbedring av økonomien under erholdelse av en optimal anodekvalitet. which can provide in particular a significant shortening of the burning cycle and thereby a significant improvement of the economy while obtaining an optimal anode quality.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ,ved at brenningssyklusen gjennomføres med de følgende faser: According to the invention, this task is solved by carrying out the burning cycle with the following phases:

a) 1. fasea) 1st phase

Oppvarming ved hjelp av elektrisk motstandsoppvarming innenHeating using electrical resistance heating within

et temperaturgradientintervall mellom 2,5°C/min og 10°C/min, fortrinnsvis 3,5°C/min - 8°C/min. a temperature gradient interval between 2.5°C/min and 10°C/min, preferably 3.5°C/min - 8°C/min.

b) 2. fase b) 2nd phase

,Opprettholdelse av brenningstemperaturen i en tid av 30-300 ,Maintenance of the burning temperature for a time of 30-300

minutter, fortrinnsvis 60-120 minutter.-.minutes, preferably 60-120 minutes.-.

c) 3. fasec) 3rd phase

Avkjøling av den ferdigbrente anode.Cooling of the finished anode.

Anoder fremstilt ved den foreliggende fremgangsmåte får efter en brenningstid på 10% og derunder de samme fysikalske kjennetegn som de hårdbrente carbonformstykker som brennes i en ringkammerovn i løpet av 21 dager. Det har ifølge oppfinnelsen overraskende vist seg at brenningsprosessen er fullstendig av- sluttet efter ca. 5-7 timer, og en fortsettelse av brenningsprosessen utover denne tid gir ingen nevneverdig forandring av de oppnådde fysikalske verdier. After a firing time of 10% or less, anodes produced by the present method have the same physical characteristics as the hard-fired carbon mold pieces that are fired in a ring chamber furnace during 21 days. According to the invention, it has surprisingly turned out that the burning process is completely finished after approx. 5-7 hours, and a continuation of the burning process beyond this time produces no significant change in the physical values obtained.

Det tillatelige porevolum for carbonanoden er f.eks. efter en brenningstid på 5-7 timer 15-28% og ligger innenfor de tillatelige grenser. Likeledes nås de nødvendige fasthetsverdier av 250-350 kg/cm 2i løpet av brenningstiden på ca. 5 -. 7 timer The permissible pore volume for the carbon anode is e.g. after a burning time of 5-7 hours 15-28% and is within the permissible limits. Likewise, the required firmness values of 250-350 kg/cm 2 are reached during the firing time of approx. 5 -. 7 hours

uten at en fortsatt brenning eller opprettholdelse av brenningstemperaturen tyder på en tilbøyelighet til at en'ytterligere forbedring av fasthetsverdiene vil kunne oppnås. without continued firing or maintaining the firing temperature indicating a tendency for a further improvement of the firmness values to be achieved.

Ved ytterligere undersøkelser ifølge.oppfinnelsen viste det seg dessuten overraskende at den'forholdsvis korte brenningstid på 5 - 7 timer ikke<v>hadde noen negativ innvirkning på den ferdige anodes spesifikke elektriske motstand. In further investigations according to the invention, it also surprisingly turned out that the relatively short burning time of 5 - 7 hours had no negative effect on the specific electrical resistance of the finished anode.

Ved den foreliggende fremgangsmåte -er det gunstig å Inn-stille temperaturgradienten i avhengighet av hvor høy oppvarmingstemperaturen er. In the present method, it is advantageous to set the temperature gradient depending on how high the heating temperature is.

Det er da en fordel at oppvarmingsfasen innen det nedre temperaturområde utføres m ed en lavere temperaturgradient enn innen det øvre temperaturområde. Ved en slik skånsom ovnsbehandling under den termiske brenningsprosess påvirkes spesielt den pro-sentuelle andel av det tillatelige porevolum gunstig. It is then an advantage that the heating phase within the lower temperature range is carried out with a lower temperature gradient than within the upper temperature range. With such a gentle oven treatment during the thermal firing process, the percentage of the permissible pore volume is especially favorably affected.

Det er da fordelaktig at oppvarmingsfasen utføres opp til et temperaturområde av tilnærmet 300-500°G med en gradient mellom ca. 2,5°C/min og ca. 4°C/min og over tilnærmet 50 0°C med en gradient mellom ca. 4°C/min og ca. 10°C/min. It is then advantageous that the heating phase is carried out up to a temperature range of approximately 300-500°G with a gradient between approx. 2.5°C/min and approx. 4°C/min and above approximately 50 0°C with a gradient between approx. 4°C/min and approx. 10°C/min.

At oppvarmingshastigheten ifølge oppfinnelsen innstilles varierbart i overensstemmelse med hvor høy oppvarmingstemperaturen er, er basert på den overraskende oppdagelse at efter en skånsom,. dvs. forholdsvis.langsom, oppvarming innen det nedre temperaturområde, hvorved hoveddelen av de dannede damper og' gasser åpenbart delvis crackes, forkokses eller drives ut av massen, innvirker en påfølgende forholdsvis hurtig og kontinuerlig økning, av oppvarm-ningshastigheten ikke på noen måte uheldig på den ferdige anodes kvalitet. That the heating speed according to the invention is set variably in accordance with how high the heating temperature is, is based on the surprising discovery that after a gentle, i.e. relatively slow heating within the lower temperature range, whereby the main part of the formed vapors and gases are obviously partially cracked, coked or driven out of the mass, a subsequent relatively rapid and continuous increase in the heating rate is not in any way unfavorable on the quality of the finished anode.

Ved én rekke undersøkelser og sammenligningsforsøk ble dessuten den ikke forutsebare.oppdagelse gjort at de metoder som anvendes for avkjølingen, f.eks. til og med ved anvendelse av b.råkjøiing, f.eks. ved besprøytning av den varme elektrode med en vanntåke, ikke på noen måte hadde noen negativ innvirkning på den ferdige elektrodes kvalitet. In a series of investigations and comparison trials, the unexpected discovery was also made that the methods used for cooling, e.g. even when using b.rawjøiing, e.g. by spraying the hot electrode with a water mist, did not in any way adversely affect the quality of the finished electrode.

Det er dessuten fordelaktig at den fase hvor brenningstemperaturen opprettholdes, glidende går over i avkjøiings-fasen, dvs.-med en gradvis avtagende'.temperatur. It is also advantageous that the phase in which the firing temperature is maintained smoothly transitions into the cooling phase, i.e. with a gradually decreasing temperature.

En gunstig utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte er å forsterke den påfølgende avkjølingsfase med et gass-f ormig varmeoverføringsmiddel. A favorable embodiment of the present method is to enhance the subsequent cooling phase with a gaseous heat transfer agent.

Det kan da være fordelaktig å benytte den ytterligere forholdsregel å intensivere avkjølingen ved å sprøyte en kjøle-'væske inn i varmeoverføringsmediumet, f.eks. i form av en vanntåke. It may then be advantageous to use the additional precaution of intensifying the cooling by injecting a cooling liquid into the heat transfer medium, e.g. in the form of a water mist.

Det fås en optimal rasjonalisering ved forkortning av av-kjølingsf asen ved- at intensiteten for avkjølingen reguleres varierbart som funksjon av den oppnådde temperatur. Det er da fordelaktig å øke avkjølingens intensitet med synkende temperatur for anoden. Optimum rationalization is obtained by shortening the cooling phase by varying the intensity of the cooling as a function of the temperature achieved. It is then advantageous to increase the cooling intensity with decreasing temperature for the anode.

For. dette formål kan den i og for seg kjente forholdsregel benyttes at kjølemidlets følbare varme anvendes, for forvarming av ubrente anoder. For. for this purpose, the per se known precaution can be used that the sensible heat of the coolant is used for preheating unburnt anodes.

Det fås en ytterligere økonomisk besparelse ved den foreliggende fremgangsmåte dersom flere brennsteder er seriekoblet til en strømkilde, idet oppvarmingsfasen og temperaturholdefasen i det minste delvis overlapper hverandre i en sekvens av taktperioder, ved at det neste brenningssted ved begynnelsen av opp-varmingsf asen er koblet til et brenningssted under temperatur-holdef asen . A further economic saving is obtained with the present method if several combustion sites are connected in series to a power source, as the heating phase and the temperature holding phase at least partially overlap each other in a sequence of clock periods, in that the next combustion site at the beginning of the heating phase is connected to a burning point during the temperature holding phase.

Med denne seriekobling fås på grunn av en tidsmessig over-lapping av taktperiodene en forbedring av belastningen a<y>en strømkilde og derved en ytterligere forbedring av prosessens økonomi uten at skadelige strømtopper opptrer. With this series connection, due to a temporal overlapping of the cycle periods, an improvement in the load a<y>a power source is obtained and thereby a further improvement in the economy of the process without harmful current peaks occurring.

Et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter det trekk at et større antall brennings steder er tilknyttet til en stasjon for forming og pressing av ubrente anoder. An apparatus for carrying out the method according to the invention comprises the feature that a larger number of firing locations are connected to a station for forming and pressing unfired anodes.

Den hittil vanlige kjente og tilsvarende sammenkobling av formningsstasjon og brenningsstasjon til en enhet gir nemlig et meget urasjonelt apparat fordi produksjonskapasiteten for en maskinteknisk omfattende stasjon for forming og pressing av de ubrente anoder er langt større enn produksjonskapasiteten for- The previously known and corresponding connection of forming station and burning station into one unit results in a very irrational device because the production capacity for a mechanically comprehensive station for forming and pressing the unburned anodes is far greater than the production capacity for

et brenningssted.a burning place.

Det er for apparatet ifølge oppfinnelsen fordelaktig at minst to brenningssteder er tilknyttet en strømkilde. It is advantageous for the device according to the invention that at least two burning points are connected to a power source.

Derved fås en vesentlig mer rasjonell belastning av hver strømkilde sammenlignet med et apparat hvor de enkelte brenningssteder er forsynt med hver sin transformator. Thereby, a substantially more rational load is obtained from each power source compared to an appliance where the individual combustion sites are each provided with a separate transformer.

En gunstig utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er særpreget ved at brenningsstedene er anordnet på en transportinnretning, fortrinnsvis på et transportbånd, hvorved strømover-føringen fra strømkilden tii brenningsstedene•skjer via med-løpende strømoverføringsorganer, fortrinnsvis såkalte slepekabelanordninger. A favorable embodiment of the apparatus according to the invention is characterized by the fact that the burning sites are arranged on a transport device, preferably on a conveyor belt, whereby the power transfer from the power source to the burning sites takes place via accompanying current transmission means, preferably so-called towing cable devices.

Ifølge en annen gunstig utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er brenningsstedene stasjonært anordnet mellom tilnærmet parallelt løpende transportinnretninger for tilførsel og fjernelse av anodene. According to another advantageous embodiment of the apparatus according to the invention, the burning sites are stationary arranged between approximately parallel running transport devices for supplying and removing the anodes.

Det kan endelig benyttes den forholdsregel at brenningsstedene er anordnet på et dreiebord i form aven karusell. Finally, the precaution that the burning sites are arranged on a turntable in the form of a carousel can be used.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvorav The invention will be described in more detail with reference to the drawings, of which

Fig.. 1 viser en.kurve over innvirkningen av oppvarmings-og holdetiden på'en anodes romvekt, Fig. 2 viser en kurve over innvirkningen av oppvarmings-og holdetiden på en anodes porevolum, Fig. 3 viser en kurve over forandringen av trykkfasthet med oppvarmings- og holdetiden, Fig. 4 viser en kurve over innvirkningen avpppvarmings- og holdetiden på carbonanodenes reaktivitet, Fig. 5 viser et mikrofotografi av et slip av ét ubrent ut- Fig. 1 shows a curve of the influence of the heating and holding time on the bulk density of an anode, Fig. 2 shows a curve of the influence of the heating and holding time on the pore volume of an anode, Fig. 3 shows a curve of the change in compressive strength with the heating and holding time, Fig. 4 shows a curve of the influence of the heating and holding time on the reactivity of the carbon anodes, Fig. 5 shows a photomicrograph of a slip of one unburnt

gangsmateriale for en carbonanode med en forstørrelse på 70 X,material for a carbon anode with a magnification of 70 X,

Fig. 6 viser et mikrofotografi for et slip av brent carbonanode med en forstørrelse på 200 X, Fig. 7 viser apparatet med brenningssteder anordnet på en transportinnretning, Fig. 8 viser brenningssteder anordnet mellom tilnærmet parallelt løpende transportinnretninger, Fig. 6 shows a photomicrograph of a slip of burned carbon anode with a magnification of 200 X, Fig. 7 shows the apparatus with burning points arranged on a transport device, Fig. 8 shows burning points arranged between approximately parallel running transport devices,

Fig. 9 viser brenningssteder anordnet på et dreiebordFig. 9 shows burning locations arranged on a turntable

i form av en karusell,in the form of a carousel,

Fig. 10 viser skjematisk et sideriss av apparatet ifølgeFig. 10 schematically shows a side view of the apparatus according to

i in

Fig. 7, ogFig. 7, and

Fig. 11 viser det samme apparat som på Fig. 10 sett oven-Fig. 11 shows the same device as in Fig. 10 seen from above

fra .from .

Av kurven på Fig. 1 fremgår økningen av en anodes romvektThe curve in Fig. 1 shows the increase in the bulk density of an anode

i løpet av den termiske prosess som følge av krymping av det.during the thermal process as a result of shrinkage of it.

brente legeme. Verdiene nærmer seg i overensstemmelse med en eksponensial funksjon asymptotisk tii en øvré grense ved en oppvarmings- og holdetid av ca. 7-8 timer. burnt body. The values approach in accordance with an exponential function asymptotically to an upper limit at a heating and holding time of approx. 7-8 hours.

Kurven på Fig. 2 viser avhengigheten for anodelegemets porøsitet åv oppvarmings- og holdetiden. Det fås et tilnærmet lineært forløp hvor den nedre grenseverdi av ca. 25. volum% nås efter en oppvarmings- og holdetid på ca. 8 timer. En forlengelse av den termiske prosess gir ikke lenger noen volumforandring. The curve in Fig. 2 shows the dependence of the porosity of the anode body on the heating and holding time. An approximately linear course is obtained where the lower limit value of approx. 25% by volume is reached after a heating and holding time of approx. 8 hours. An extension of the thermal process no longer results in any change in volume.

På Fig..3 er vist en kurve over avhengigheten for anodelegemets trykkfasthet av oppvarmings- og holdetiden. Kurven forløper tilnærmet lineært og nærmer- seg asymptotisk en grenseverdi av ca. 350 kg/cm 2 efter en tid av ca. 8 timer. Fig. 3 shows a curve of the dependence of the anode body's compressive strength on the heating and holding time. The curve runs approximately linearly and asymptotically approaches a limit value of approx. 350 kg/cm 2 after a time of approx. 8 hours.

På Fig. 4 er vist en kurve over avhengigheten for anodelegemets reaktivitet av oppvarmings- og holdetiden. For å Fig. 4 shows a curve of the dependence of the anode body's reactivity on the heating and holding time. In order to

unngå høye avbrannstap skal denne reaktivitet være mest mulig lav.' Den når grenseverdien efter en brenningstid på ca. 8 timer. avoid high losses on ignition, this reactivity must be as low as possible.' It reaches the limit value after a burning time of approx. 8 hours.

På Fig. 5 er vist et mikrofotografi av et slip av detFig. 5 shows a photomicrograph of a slip of it

ubrente utgangsmateriale med en forstørrelse på 70 X.unburnt starting material with a magnification of 70 X.

Råmaterialet består av lysegrå tii middels grå petroleums-koks, mens derimot bindemidlet mellom de enkelte kokspartikier, The raw material consists of light gray to medium gray petroleum coke, while, on the other hand, the binder between the individual coke particles,

og likeledes selve porene, er sorte. • and likewise the pores themselves are black. •

Et slip av den ferdigbrente anodemasse er vist på Fig. 6 med en forstørrelse på 200 X. Det fremgår som en tydelig forandring i forhold til anodemassen i rå tilstand at det for den brente anodemasse forekommer slørformig bøyede grafittlameller (lyse-mørkegrå) som er typiske for den lamellære oppbygning av retortegrafitt. De er et tegn på det optimale sluttresultat ved den termiske prosess og gir en sikker prøvemetode for å bedømme "ferdig"-tilstanden. A cut of the finished burnt anode mass is shown in Fig. 6 with a magnification of 200 X. It appears as a clear change in relation to the raw anode mass that the burnt anode mass has veil-like bent graphite lamellae (light-dark grey) which are typical for the lamellar structure of retorte graphite. They are an indication of the optimal end result of the thermal process and provide a safe test method to judge the "finished" state.

På Fig. 7 er rent skjematisk vist oppbygningen av et apparat-for forming og brenning av carbonanoder. Formstasjonen er betegnet med 1, og til denne er tilknyttet en rekke brenningssteder 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 osv. På transportbåndet 9 er rå form-stykker 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,- 17. plassert for brenning i brenningsformer. Slepekabelanordninger er betegnet med 18, 18' og har sammen med transportbåndet 9 medvandrende kontakter 19, 19' med samme hastighet. Fig. 7 shows purely schematically the structure of an apparatus for forming and burning carbon anodes. The mold station is denoted by 1, and to this is connected a number of firing stations 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, etc. On the conveyor belt 9 are raw mold pieces 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ,- 17. placed for burning in burning forms. Towing cable devices are denoted by 18, 18' and have, together with the conveyor belt 9, moving contacts 19, 19' at the same speed.

Brenningsstedene 2-3 beveges under brenningssyklusen av - 7-8 timer kontinuerlig eller trinnvis fremad på transportinnretningen 9. The burning sites 2-3 are moved during the burning cycle of - 7-8 hours continuously or stepwise forward on the transport device 9.

En annen utførelsesform av det foreliggende apparat er vist på Fig. 8. Tii stasjonen 1 for forming av råanoder er en første transportinnretning 20 tilknyttet. Parallelt med .denne er en annen transportinnretning 4' for vekktransportering av de ferdigbrente anoder anordnet. Mellom disse befinner seg fast anordnede ' brenningssteder 21, 22, 23. Dersom apparatet skal fulimekaniseres, kan overføringsbartene 24, 25, 26 likeledes være utstyrt med transportinnretninger av en hvilken som helst egnet utførelses-f orm. Another embodiment of the present apparatus is shown in Fig. 8. A first transport device 20 is connected to the station 1 for forming raw anodes. Parallel to this, another transport device 4' for transporting away the finished burnt anodes is arranged. Between these are permanently arranged burning places 21, 22, 23. If the apparatus is to be fully mechanized, the transfer bars 24, 25, 26 can likewise be equipped with transport devices of any suitable design.

De stasjonært anordnede brenningssteder 21, 22, 23 er forsynt med de skjematisk antydede kontakter 27, 27'. The stationary burning places 21, 22, 23 are provided with the schematically indicated contacts 27, 27'.

På Fig. 9 er et dreiebord 28 med en rekke brenningsstederIn Fig. 9 is a rotary table 28 with a number of firing points

29 tilknyttet, tii formningsstasjonen 1 for råanodene.29 connected, tii the forming station 1 for the raw anodes.

På Fig. 10 er i forstørret målestokk og i form av et sideriss vist prinsipielt den samme anordning som,på Fig. 7. Til den skjematisk antydede formningsstasjon 1 er transportinnretningen 9' tilknyttet som i det viste eksempel er utformet som en rulle-bane. På denne beveger de ildfaste former seg 30, 31, 32, som inneholder råanodene 30'. 31"..32. ved hieln av en ikke nærmere vist fr.emsky.vningsinnretning. I de ildfaste former 30, 31, 32 befinner seg kanaler 34 som gjør det mulig for de ved brenningsprosessen unnvikende gasser og damper' å komme ut av formen.. På Fig. 10 shows on an enlarged scale and in the form of a side view basically the same device as in Fig. 7. To the schematically indicated forming station 1 is connected the transport device 9' which in the example shown is designed as a runway. The refractory forms 30, 31, 32, which contain the raw anodes 30', move on this. 31"..32. at the end of a heating device not shown in detail. In the refractory molds 30, 31, 32 there are channels 34 which make it possible for the gases and vapors escaping during the burning process to escape from the mold .. On

Fig. 11 er den samme anordning vist sett'ovenfra. Fig. 11 is the same device shown from above.

Kabelslepeledning.ene 18, 18' står via kontaktplatene 19, 19' i forbindelse med de'ildfaste former 30, 31, 32 som befinner seg på rullebanen 9<1>og som drives fremad i samme retning som pilen 33 ved hjelp av en ikke vist fremskyvningsinnretning. The cable tow wires 18, 18' are connected via the contact plates 19, 19' to the refractory forms 30, 31, 32 which are located on the runway 9<1> and which are driven forward in the same direction as the arrow 33 by means of a propulsion device shown.

EksempelExample

En carbonanode med dimensjonene 500 x 500 x 800 mm fremstilles. For denne anvendes som utgangsmateriale kalsinert petrolumskoks med en kornstørrelse av 0-3 mm. Petroleumskoksen har-følgende kornstørrelsesfordeling: 0 - 0,2 mm =28,51 A carbon anode with the dimensions 500 x 500 x 800 mm is produced. For this, calcined petroleum coke with a grain size of 0-3 mm is used as starting material. The petroleum coke has the following grain size distribution: 0 - 0.2 mm = 28.51

0, 2 - 1, 0. mm = 54 , 3% 0, 2 - 1, 0. mm = 54 , 3%

1,.0 - 3,0 mm = 17, 2% 1.0 - 3.0 mm = 17.2%

Koksen som tas fra lagringssiloen, blandes ved en temperatur a-v ca. 150°C med ca. 16,5% stenkulltjærebek som bindemiddel. Blandingen fortettes på en rystemaskin i ca. 200 sekunder i stål-form med påsatt dekkvekt.ved en frekvens av 25 Hz og en amplityde av ca. 8 mm og blir derved formet. The coke taken from the storage silo is mixed at a temperature of approx. 150°C with approx. 16.5% coal tar pitch as binder. The mixture is thickened on a shaking machine for approx. 200 seconds in steel form with an attached tire weight. at a frequency of 25 Hz and an amplitude of approx. 8 mm and is thereby shaped.

Derefter avkjøles den således fremstilte råanode og over-føres derefter til brenningsstasjonen. Der omhylles råanoden med en delbar brenningsform som består av en stålkappe foret med ildfaste keramikkplater. Brenningsformen er åpen oppad og får efter innsettingen av råanoden et stållokk som likeledes er ildfast forer og som hviler på brenningsformen på grunn av sin egen vekt og som er forsynt med boringer for at de dannede forkoksnings-kasser. skal kunne unnvike. På siden av toppoverflåtene på The raw anode produced in this way is then cooled and then transferred to the burning station. There, the raw anode is enveloped with a divisible firing mold consisting of a steel jacket lined with refractory ceramic plates. The firing mold is open at the top and, after the raw anode is inserted, gets a steel lid which is also a refractory lining and which rests on the firing mold due to its own weight and which is provided with bores to form coking boxes. must be able to dodge. On the side of the top surfaces on

500 x 500 mm for råanoden er strømtilførselsplater anordnet og presses mot råanoden ved hjelp av en fjærforspenning med et trykk av ca. 0,5 kg/cm 2. Disse strømtilførselsplater består på siden vendt mot anodene av grafitt og på siden vendt mot strømtil-førselen av kobber. Kobberplaten er via en fleksibel st.r.øm-leder koblet til strømkilden. Dessuten avkjøles kobberplaten stadig med et kjølemiddel, fortrinnsvis termalol j e. -. 500 x 500 mm for the raw anode, current supply plates are arranged and pressed against the raw anode by means of a spring bias with a pressure of approx. 0.5 kg/cm 2. These current supply plates consist of graphite on the side facing the anodes and copper on the side facing the current supply. The copper plate is connected to the power source via a flexible s.r.øm conductor. In addition, the copper plate is constantly cooled with a coolant, preferably thermal oil.

En vekselspenning påføres på de to strømtilførsler med en spenning som under brenningsprosessen avtar fra ca. 65 V til ca. 10 V. Ved begynnelsen av prosessen er strømstyrken ca. 400 A, • og under brenningen stiger den til ca. 4500 A. An alternating voltage is applied to the two power supplies with a voltage which during the burning process decreases from approx. 65 V to approx. 10 V. At the beginning of the process, the amperage is approx. 400 A, • and during burning it rises to approx. 4500 A.

Derved oppvarmes carbonanoden som virker som elektrisk motstand, til 1000°C i løpet av ca. 10 minutter. Oppvarmingshastigheten utgj.ør innen temperaturområdet 350-1100°C ca. 5°C/min. Ved begynnelsen av oppvarmingen utgjør oppvarmingshastigheten ca.. 3°C/min, og fra ca. 350°C økes den stadig opp til ca. 8°C/min.. inntil brenningstemperaturen er blitt nådd (ca. 1100°C). Thereby, the carbon anode, which acts as an electrical resistance, is heated to 1000°C during approx. 10 minutes. The heating rate is within the temperature range 350-1100°C approx. 5°C/min. At the start of heating, the heating rate is approx. 3°C/min, and from approx. 350°C, it is constantly increased up to approx. 8°C/min.. until the firing temperature has been reached (approx. 1100°C).

Efter at temperaturen av 1100°C er blitt nådd, holdes denne . temperatur konstant i ca. 60 minutter. Derefter kobles spenningen ut. Den delbare brenningsform omfattende strømtilførselsplatene fjernes derefter fra det ferdigbrente carbonformstykke, og dette avkjøles derefter i ca. 4-5. timer, idet avkjølingsprosessen intensiveres.ved påblåsing av kjøleiuft. "Ved 150°C bråkjøles den ferdigbrente anode med en vanndusj til den tillatelige temperatur av ca. 50-60°C for den videre bearbeidelse. After the temperature of 1100°C has been reached, this is maintained. temperature constant for approx. 60 minutes. The voltage is then switched off. The split firing mold comprising the power supply plates is then removed from the pre-fired carbon mold piece and this is then cooled for approx. 4-5. hours, as the cooling process is intensified by blowing in cooling air. "At 150°C, the pre-fired anode is quenched with a water shower to the permissible temperature of approx. 50-60°C for further processing.

Resultatene av brenningsprosessen er gjengitt i den nedenstående tabell: The results of the burning process are reproduced in the table below:

I det nedenstående diagram, er en typisk pppvarmingskurve vist. Ifølge denne utgjør den samlede syklus for varmebehandlings-prosessen ca. 8,5 timer. Tids-/temperaturdiagram for et typisk forløp av anodebrennings-prosessen.. In the diagram below, a typical ppp heating curve is shown. According to this, the overall cycle for the heat treatment process amounts to approx. 8.5 hours. Time/temperature diagram for a typical course of the anode burning process..

Oppvarmingen finner sted. innen temperaturgradientinter-vailet mellom 3 og 8°C/min. inntil punktet A ved 1100°G. Fra A tii B opprettholdes temperaturen med et ganske lite fall i The warm-up takes place. within the temperature gradient interval between 3 and 8°C/min. until point A at 1100°G. From A to B, the temperature is maintained with a fairly small drop in

denne (ca. 50°C) i ca. 70 minutter. Temperaturen synker da på grunn av utkobling av strømmen og den begynnende avkjøl-ings-prosess til punktet C i løpet av ca. 4 timer. I punktet C er en temperatur av ca. 150°C nådd. Derefter avkjøles anoden til ca. 70°C ved dusj irg med vann.. this (approx. 50°C) for approx. 70 minutes. The temperature then drops due to switching off the current and the beginning cooling process to point C during approx. 4 hours. At point C, a temperature of approx. 150°C reached. The anode is then cooled to approx. 70°C when showering with water..

Claims

1. Procedure for the production of burnt carbon anodes, especially for use in the production of aluminum - by molten bath electrolysis, where mold-heated/pressed raw materials are subjected to a burning process, characterized by the burning process being carried out in the following steps: a. 1st stage = heating by means of electrical resistance heating within a temperature gradient interval of 2.5-10, preferably 3.5-8, °C/min. , b. 2nd step = maintaining the firing temperature for 30-300, preferably 60-120, min., and c. 3rd step = cooling of the finished burnt anode.

2. Method according to claim 1, characterized in that the temperature gradient is variably regulated in accordance with how high the heating temperature is.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating step within the lower temperature range is carried out with a lower temperature gradient than within the upper temperature range.

4. Method according to claims 1-3, characterized in that the heating step is carried out up to a temperature range of 300-500°C with a temperature gradient of 2.5-4°C/min. and above a temperature of approx. 500°C with a temperature gradient of 4-10°C/min. ■

5. Method according to claims 1-4, characterized in that the step in which the burning temperature is maintained smoothly transitions into, i.e. with gradually decreasing temperature, the cooling step.

6. Method according to claims 1-5, characterized in that a gaseous heat transfer agent is used for the cooling.

7. Method according to claim 6, characterized in that a cooling liquid is injected, e.g. in the form of a water mist, in the heat transfer medium.

8. Method according to claim 6 or 7, character characterized by the cooling intensity being variably regulated in accordance with the temperature reached.

9. Method according to claims 6-8, characterized in that the cooling intensifies with decreasing temperature for the anode.

10. Method according to claims 6-9, characterized in that the sensible heat of the heat transfer agent is used for preheating raw anodes.

11. Method according to claims 1-10, characterized in that. several successive combustion sites are connected to a power source, the heating stage and the stage in which the temperature is maintained, at least partially overlapping each other in a sequence of clock periods and in that. the next combustion site at the beginning of the heating stage is connected to a combustion site during the stage in which the temperature is maintained.

12. Apparatus for carrying out the method according to claims 1-11, characterized in that a number of burning points (2-8) are connected to a station (i) for forming and pressing raw anodes.

13. Apparatus according to claim 10, characterized in that at least two burning points (2,3,4,5,6 etc.) are connected to a power source (18,18').

14. Apparatus according to claims 12-13, characterized in that it comprises an arrangement of the burning sites (2-8) on a transport device (9), preferably on a conveyor belt, the current transition from the power source to the burning sites taking place via accompanying current transfer means (18, 18'), preferably via a so-called towing cable device.

15. Method according to claims 12-13, characterized in that it comprises a stationary arrangement of the burning sites (21, 22, 23). between approximately parallel running transport devices (20,20') for supplying and transporting away the anodes.

16. Apparatus according to claims 12-13, characterized in that the burning points (29) are arranged on a turntable (28) in the form of a carousel.