RU2172307C2

RU2172307C2 - Method of firing or calcining molded carbon compound and stowing material for use in said method

Info

Publication number: RU2172307C2
Application number: RU96124073A
Authority: RU
Inventors: Линга Хогне; Навестад Солли Лене; Верге-Ольсен Арне
Original assignee: Норск Хюдро А.С.
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-14
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: carbon compound is fired in furnace chamber maintained or surrounded by stowing material which is molded from mixture containing carbon and crushed grog particles. Carbon compound is burned at higher temperature gradient in stowing compounds, thus leading to greater degree of resin combustion and greater degree of energy utilization in degasified components. Besides, stowing material includes carbon-containing component and also crushed grog particles in the form of homogeneous mixture with carbon-containing component. Carbon-containing component includes granules such as granules from mass which comprises dust and binding agent in the form of resin or pitch. EFFECT: more efficient firing of calcination method. 12 cl

Description

Изобретение относится к способу обжига или прокаливания сформованной углеродной массы в печи с круглой камерой и к закладочному материалу для использования в этом способе. The invention relates to a method for calcining or calcining a molded carbon mass in a furnace with a round chamber and to filling material for use in this method.

При обжиге или прокаливании сформованной углеродной массы, такой как аноды для электролиза алюминия, сформованный (зеленый) углерод помещается в камеру печи. При обжиге используется закладочный материал для удержания углеродной массы в камере печи, необходимый для предотвращения искажений формы. Закладочный материал, хроме того, поглощает летучие компоненты, которые выделяются из углерода во время обжига и являются побочным продуктом процесса окисления, происходящего в присутствии воздуха, проникающего диффузным путем, так что на анодах не остается повреждений, вызываемых присутствием воздуха. When firing or calcining the molded carbon mass, such as anodes for aluminum electrolysis, the molded (green) carbon is placed in the furnace chamber. During firing, filling material is used to retain the carbon mass in the furnace chamber, which is necessary to prevent shape distortion. The backfill material also absorbs volatile components that are released from the carbon during firing and are a by-product of the oxidation process that occurs in the presence of air that diffuses through, so that the damage caused by the presence of air does not remain on the anodes.

В настоящее время при прокаливании анодов, используемых при производстве алюминия, в качестве закладочного материала наиболее часто используется кокс или закладочный кокс. Кокс, например, может быть получен как побочный продукт при рафинировании сырой нефти (нефтяной кокс). Currently, when calcining the anodes used in the production of aluminum, coke or filling coke is most often used as filling material. Coke, for example, can be obtained as a by-product in the refining of crude oil (petroleum coke).

В патенте Норвегии N 77619 указывается, что смеси коксового балласта и порошка боксита, графита, антрацита и глинозема могут использоваться в качестве заполняющего порошка при обжиге углеродной массы. Весовые соотношения этих компонентов приводятся в описании этого патента. Norwegian Patent No. 77619 states that mixtures of coke ballast and bauxite powder, graphite, anthracite and alumina can be used as filling powder in carbon firing. Weight ratios of these components are given in the description of this patent.

В патенте DE 2314391 описывается способ обжига углеродной массы, которая покрывается закладочным коксом и в которой закладочный кокс также покрывается слоем огнеупорного материала. Закладочный кокс и огнеупорный материал имеют различные размеры частиц для того, чтобы предотвратить смешивание этих двух материалов. Слой огнеупорного материала предназначен для предохранения от окисления закладочного кокса и может содержать, кроме всего прочего, сферические обожженные частицы шамота. DE 2314391 describes a method for firing a carbon mass that is coated with coke and in which coke is also coated with a layer of refractory material. Bonding coke and refractory material have different particle sizes in order to prevent mixing of the two materials. The layer of refractory material is intended to protect from oxidation of the filling coke and may contain, among other things, spherical burnt chamotte particles.

Недостатком использования кокса в качестве закладочного материала является то, что в верхней части стенок кассеты в печи может легко происходить шлакообразование, в результате того, что во время прокаливания используемый закладочный материал позволяет получить относительно небольшой температурный градиент через соединение закладки и имеет высокое содержание углерода (избыток углерода). Другой недостаток использования кокса в качестве закладочного материала, возможно, смешанного с другими материалами, как указано выше, состоит в том, что он предполагает использование дорогостоящего сырья, которое может использоваться для производства анодов. The disadvantage of using coke as a filling material is that slag formation can easily occur in the upper part of the cassette walls in the furnace, as the calcining material used during calcination allows a relatively small temperature gradient through the filling of the filling and has a high carbon content (excess carbon). Another disadvantage of using coke as a backfill material, possibly mixed with other materials, as indicated above, is that it involves the use of expensive raw materials that can be used to produce anodes.

Из авторского свидетельства СССР N 1158547 от 30.05.1985 известен способ обжига или прокаливания сформованной углеродной массы в печи с одной или несколькими камерами для размещения углеродной массы, при котором закладочный материал закладывается между углеродной массой и стенками индивидуальных камер, при этом закладочный материал получают смешиванием дробленого шамотного камня с материалом, содержащим углерод, для образования гомогенной смеси. From the USSR author's certificate N 1158547 of 05/30/1985, a method is known for burning or calcining a molded carbon mass in a furnace with one or more chambers for placing a carbon mass, in which the filling material is laid between the carbon mass and the walls of the individual chambers, while the filling material is obtained by mixing crushed fireclay stone with a material containing carbon to form a homogeneous mixture.

Шамот и углеродсодержащий материал могут быть смешаны путем пропускания через измельченный шамот продуктов дистилляции и пиролиза среднетемпературного пека с последующей термообработкой засыпки при 1000^oC или в качестве шамота может быть использован лом шамотного кирпича, имеющегося при капитальных и текущих ремонтах обжиговых печей электродов или металлургических печей, который является вторичным сырьем на огнеупорных заводах или вывозится на свалку.Chamotte and carbon-containing material can be mixed by passing through the crushed chamotte the products of distillation and pyrolysis of medium-temperature pitch followed by heat treatment of backfill at 1000 ^o C or as chamotte can be used chamotte scrap, available during overhaul and current repairs of roasting furnaces of electrodes or metallurgical furnaces, which is secondary raw materials in refractory plants or disposed of in landfills.

Настоящее изобретение относится к способу обжига углеродной массы и к закладочному материалу для использования в этом способе, который, главным образом, основывается на повторном использовании материалов и в котором может быть снижено влияние вышеупомянутых проблем, связанных со шлакообразованием. В соответствии с настоящим изобретением используется закладочный материал с пониженной тепловой проводимостью по сравнению с другими известными закладочными материалами, в результате чего может быть получен более высокий температурный градиент в соединениях закладки и повышена степень сгорания компонентов. Это приводит к лучшей утилизации энергии в дегазифицированных компонентах и пониженному смолообразованию во время обжига. Более того, в составе закладочного материала стало возможным использовать загрязненную углеродную пыль. The present invention relates to a method for burning carbon mass and to a filling material for use in this method, which is mainly based on the reuse of materials and in which the influence of the above-mentioned problems associated with slag formation can be reduced. In accordance with the present invention, a filling material with reduced thermal conductivity is used in comparison with other known filling materials, as a result of which a higher temperature gradient in the joints of the filling can be obtained and the degree of combustion of the components is increased. This leads to better energy recovery in the degassed components and reduced gum formation during firing. Moreover, as part of the filling material, it has become possible to use contaminated carbon dust.

Замененные во время ремонта блоки огнеупорного материала (шамота) печей с круглыми камерами, стенки которых были заменены, создают при обжиге указанной выше углеродной массы проблему отходов. Подобную замену стен обычно требуется производить через интервалы в несколько лет или другие интервалы. Кроме того, в ходе общего технического обслуживания производится текущая замена блоков. Обычно количество заменяемого огнеупорного материала составляет 1-2% от производственного объема печи. Таким образом, заменяется значительное количество блоков. Эти блоки обычно выбрасываются. The blocks of refractory material (chamotte) of the furnaces with round chambers, the walls of which were replaced, replaced during the repair, create a waste problem when firing the above carbon mass. Such wall replacement is usually required at intervals of several years or other intervals. In addition, during the course of general maintenance, ongoing replacement of the units is carried out. Typically, the amount of refractory material to be replaced is 1-2% of the production volume of the furnace. Thus, a significant number of blocks are replaced. These blocks are usually thrown away.

Было доказано, что шамотный камень, размолотый до соответствующего размера частиц, пригоден для использования в качестве компонента в закладочном материале, и этот компонент имеет низкую теплопроводность. Шамотный камень также содержит большое количество кремния, и было доказано, что дробленый шамотный камень, используемый в качестве закладочного материала, имеет хорошие свойства в отношении поглощения загрязнений, присутствующих, например, в пыли, собираемой на торцевых фильтрах. It has been proven that fireclay stone, crushed to the appropriate particle size, is suitable for use as a component in the filling material, and this component has a low thermal conductivity. Fireclay stone also contains a large amount of silicon, and it has been proven that crushed fireclay stone, used as a filling material, has good properties with respect to the absorption of contaminants present, for example, in dust collected on end filters.

Из общего количества продаваемого за год кокса получается приблизительно 5-10% мелкой углеродистой пыли. Большая часть этой пыли в настоящее время не может повторно использоваться. Это связано с тем, что эта пыль с трудом подвергается обработке, и частично из-за того, что примеси, содержащиеся в этой пыли, делают ее непригодной для использования в производстве анодов. В настоящее время эта пыль выбрасывается. В будущем она, вероятно, станет более дорогой, чтобы ее продолжали выбрасывать, и, возможно, законодательство, ограничивающее сбросы отходов, станет более строгим. Поэтому - представляется возможным планировать дальнейший сброс большого количества углеродистой пыли. About 5-10% of fine carbon dust is obtained from the total amount of coke sold per year. Most of this dust is currently not reusable. This is due to the fact that this dust is difficult to process, and partly due to the fact that the impurities contained in this dust make it unsuitable for use in the manufacture of anodes. This dust is currently being emitted. In the future, it is likely to become more expensive to continue to be thrown away, and perhaps legislation restricting waste dumping will become more stringent. Therefore - it seems possible to plan further discharge of a large amount of carbon dust.

Было бы желательно найти способ преобразования побочного продукта при производстве углерода в сырье. Если бы можно было многократно использовать эту пыль, то в результате можно было бы улучшить экономические показатели производства углерода, а также в лучшей степени использовать ресурсы. В то же время, можно было бы предотвратить значительное отрицательное воздействие на окружающую среду. It would be desirable to find a way to convert the by-product in the production of carbon into raw materials. If it were possible to reuse this dust, then as a result it would be possible to improve the economic indicators of carbon production, as well as to better use the resources. At the same time, a significant negative impact on the environment could be prevented.

Большая часть пыли образуется при крошении стыков во время процесса электролиза. Остатки электродов или стыков содержат загрязнения из электролизной ванны, причем не желательно, чтобы они возвращались, например, в анодную массу в виде пыли. Если стыки используются для производства анодов, они должны быть тщательно очищены перед использованием, то есть та часть стыков, которая содержит загрязнения из ванны, должна быть удалена. Было показано, что если анодная масса во время обжига имеет слишком высокое содержание натрия, этот натрий может диффузировать наружу из анода в процессе обжига и изменять физические свойства огнеупорного камня в стенах кассеты. Более того, качество анодов будет ухудшено, если они будут содержать компоненты электролизной ванны. Most of the dust is formed by crumbling joints during the electrolysis process. The remains of the electrodes or joints contain contaminants from the electrolysis bath, and it is not desirable that they return, for example, to the anode mass in the form of dust. If joints are used to produce anodes, they must be thoroughly cleaned before use, that is, that part of the joints that contains contaminants from the bath must be removed. It was shown that if the anode mass has too high sodium content during firing, this sodium can diffuse outward from the anode during the firing process and change the physical properties of the refractory stone in the walls of the cassette. Moreover, the quality of the anodes will be deteriorated if they contain components of the electrolysis bath.

Если бы пыль можно было преобразовать в другую, пригодную для дальнейшей обработки форму, и при этом загрязняющие вещества можно было бы сделать безвредными, стало бы возможным повторно использовать отходы. Если пыль со связующим веществом подвергнуть спеканию, скорость диффузии натрия значительно уменьшается. Более того, было обнаружено, что если использовать закладочный материал с соответствующим размером частиц, который содержит окись кремния (SiO₂), то загрязнения в углеродной компоненте закладочного материала будут скорее реагировать с окисью кремния в закладочном материале и, в незначительной степени, с огнеупорным камнем печи. Пыль в такой форме значительно меньше повреждает печь и масса, которая подвергается спеканию, может также содержать добавки в виде порошка или пыли, содержащей окись кремния в дополнение к углеводородистой пыли. Добавки помогают связать натрий в спекшихся частицах так, что еще в большей степени будет предотвращаться диффузия наружу натрия, который вызывает повреждение стенок кассеты.If the dust could be converted into another form suitable for further processing, and the pollutants could be made harmless, it would be possible to reuse the waste. If dust with a binder is subjected to sintering, the diffusion rate of sodium is significantly reduced. Moreover, it was found that if you use a cushioning material with an appropriate particle size that contains silicon oxide (SiO ₂ ), then the contaminants in the carbon component of the cushioning material will more likely react with silicon oxide in the cushioning material and, to a small extent, with a refractory stone ovens. Dust in this form damages the furnace significantly less and the sintering mass may also contain additives in the form of powder or dust containing silicon oxide in addition to hydrocarbon dust. Additives help bind sodium in the sintered particles so that sodium diffusion to the outside is even more prevented, which causes damage to the cassette walls.

Газообразные отходы, получающиеся при обжиге анодов на фабрике по производству анодов, содержат пары смол, которые могут собираться в электрофильтре. Смола также представляет собой побочный продукт, который не может непосредственно использоваться в производственном процессе. Как было обнаружено, эта смола представляет собой подходящий связующий компонент для производства гранул на основе углеродистой пыли. The gaseous waste resulting from the burning of the anodes in the anode factory contains pairs of resins that can be collected in an electrostatic precipitator. Resin is also a by-product that cannot be directly used in the manufacturing process. This resin has been found to be a suitable binder for the production of carbon dust granules.

Используя последовательность операций и закладочный материал в соответствии с настоящим изобретением, были выработаны решения, которые сделали возможным использовать отходы, в частности, в промышленности по производству алюминия, которые в настоящее время, в основном, выбрасываются. Using the sequence of operations and the filling material in accordance with the present invention, solutions were developed that made it possible to use the waste, in particular, in the aluminum industry, which is currently mainly discarded.

Настоящее изобретение, таким образом, относится к способу и закладочному материалу для использования при обжиге углеродной массы, который в основном основывается на повторном использовании материалов. The present invention, therefore, relates to a method and filling material for use in firing a carbon mass, which is mainly based on the reuse of materials.

Настоящее изобретение заключается в том, что в способе обжига или прокаливания сформованной углеродной массы в печи с одной или несколькими камерами для размещения углеродной массы закладочный материал закладывается между углеродной массой и стенками индивидуальных камер, при этом закладочный материал получают смешиванием дробленого шамотного камня с материалом, содержащим углерод, для образования гомогенной смеси. Согласно изобретению смесь содержит 15-99,9% по весу материала, содержащего углерод, в виде частиц и/или пыли, полученных из отходов производства алюминия, и дробленый шамотный камень в виде частиц с размером, способствующим хорошей поддержке углеродной массы во время обжига, т.е. с размером от 6 до 25 мм, а в качестве печи для прокаливания используют печь с круговой камерой. The present invention lies in the fact that in the method of roasting or calcining the molded carbon mass in an oven with one or more chambers for placing the carbon mass, the filling material is laid between the carbon mass and the walls of the individual chambers, while the filling material is obtained by mixing crushed fireclay stone with a material containing carbon to form a homogeneous mixture. According to the invention, the mixture contains 15-99.9% by weight of a material containing carbon in the form of particles and / or dust obtained from aluminum production waste, and crushed fireclay in the form of particles with a size that contributes to good support of the carbon mass during firing, those. with a size of 6 to 25 mm, and a circular chamber furnace is used as the calcination furnace.

Смесь, имеющая приблизительно 85% по весу частиц, содержащих дробленый шамотный камень, и приблизительно 15% по весу материала, содержащего углерод, закладывается в камеры. A mixture having approximately 85% by weight of particles containing crushed fireclay stone and approximately 15% by weight of carbon-containing material is placed in the chambers.

Материал, содержащий углерод, может формоваться смешиванием углеродной пыли со связующим веществом и гранулированием этой смеси. A carbon-containing material can be formed by mixing carbon dust with a binder and granulating the mixture.

Материал, содержащий углерод, может формоваться из остатков материала, содержащего углерод, полученного из отходов при производстве алюминия, перемалывается в пыль, смешивается со связующим веществом и гранулируется для формирования гранул. Остаточный материал, содержащий углерод, может содержать загрязнения в виде натрия и, возможно, фтора. The carbon-containing material can be formed from the residues of the carbon-containing material obtained from waste from aluminum production, milled into dust, mixed with a binder and granulated to form granules. Residual material containing carbon may contain impurities in the form of sodium and possibly fluorine.

Настоящее изобретение заключается также в том, что закладочный материал для использования при обжиге или прокаливании сформованной углеродной массы в печи с одной или несколькими камерами для размещения углеродной массы содержит смесь материала, полученного смешиванием дробленого шамотного камня с материалом, содержащим углерод, для образования гомогенной смеси. Согласно изобретению смесь содержит 15-99,9% по весу материала, содержащего углерод, в виде частиц и/или пыли, полученных из отходов производства алюминия, и дробленый шамотный камень в виде частиц с размером, способствующим хорошей поддержке углеродной массы во время обжига, т.е. с размером от 6 до 25 мм, а в качестве печи для прокаливания используют печь с круговой камерой. The present invention also consists in the fact that the filling material for use in burning or calcining the molded carbon mass in an oven with one or more chambers for placing the carbon mass contains a mixture of material obtained by mixing crushed fireclay stone with a material containing carbon to form a homogeneous mixture. According to the invention, the mixture contains 15-99.9% by weight of a material containing carbon in the form of particles and / or dust obtained from aluminum production waste, and crushed fireclay in the form of particles with a size that contributes to good support of the carbon mass during firing, those. with a size of 6 to 25 mm, and a circular chamber furnace is used as the calcination furnace.

Смесь может содержать приблизительно 85% по весу частиц, содержащих дробленый шамотный камень, и приблизительно 15% по весу материала, содержащего углерод. The mixture may contain approximately 85% by weight of particles containing crushed fireclay stone, and approximately 15% by weight of material containing carbon.

Материал, содержащий углерод, может содержать гранулы массы, содержащей углеродную пыль, смешанную со связующим веществом. The carbon-containing material may contain granules of a mass containing carbon dust mixed with a binder.

Углеродная пыль может представлять собой остатки материала, содержащего углерод, полученного из отходов при электролизном производстве алюминия. Carbon dust may be residues of carbon-containing material obtained from waste from the electrolysis of aluminum.

Остаточный материал, содержащий углерод, может быть загрязнен натрием и, возможно, фтором. Residual material containing carbon may be contaminated with sodium and possibly fluorine.

Масса также может содержать порошок или пыль, содержащие дробленый шамотный камень. The mass may also contain powder or dust containing crushed fireclay stone.

Настоящее изобретение, которое будет более подробно описано ниже с использованием примеров, включающих применение частиц, содержащих окись кремния, смешанных с материалом, содержащим углерод, для формирования тщательно распределенной гомогенной смеси, используемой как закладочный материал в процессе обжига или прокаливания сформованной углеродной массы. The present invention, which will be described in more detail below using examples involving the use of particles containing silicon oxide, mixed with a material containing carbon, to form a carefully distributed homogeneous mixture used as filling material in the process of calcining or calcining the molded carbon mass.

Материал, который используется в соответствии с настоящим изобретением, содержащий окись кремния, перемалывается до заданного размера частиц и смешивается с помощью смесителя с закладочным материалом, содержащим углерод. Поскольку теплопроводность закладочного материала, в соответствии с настоящим изобретением, более низкая чем, например, у нефтяного кокса, обжиг углеродной массы будет происходить при большем температурном градиенте в местах соединения закладки, чем ранее, что приведет к большей степени сгорания смол. Увеличивая степень сгорания паров смол в печи, количество смолы, выбрасываемой в очиститель, будет ниже. The material that is used in accordance with the present invention, containing silicon oxide, is ground to a predetermined particle size and mixed by means of a mixer with a filling material containing carbon. Since the thermal conductivity of the filling material in accordance with the present invention is lower than, for example, for petroleum coke, carbon firing will occur at a higher temperature gradient at the joints of the filling than before, which will lead to a greater degree of combustion of the resins. By increasing the degree of combustion of tar vapors in the furnace, the amount of tar discharged into the cleaner will be lower.

Материал, содержащий углерод, который используется в соответствии с настоящим изобретением, может также содержать материал, содержащий углерод, который находился в контакте с электролизной ванной, такой как остатки анода (стыки), и который, следовательно, содержит компоненты электролизной ванны, такие как натрий (Na) и фтор (F). Обычно стараются избегать попадания в печь вышеупомянутых загрязнений, которые являются компонентами электролизной ванны, так как они входят в контакт с огнеупорными материалами в анодной печи и вызывают эффект их коррозии, что приводит к сокращению срока службы печи. Однако присутствие материала, содержащего окись кремния в виде мелких частиц, например измельченного использованного шамотного камня, работает как "нейтрализующий материал" так, что эффект коррозии огнеупорного материала, вызываемый Na и F в анодной печи существенно снижается. The carbon-containing material used in accordance with the present invention may also contain carbon-containing material that has been in contact with the electrolysis bath, such as anode residues (joints), and which therefore contains electrolysis bath components, such as sodium (Na) and fluorine (F). Usually, they try to avoid getting into the furnace the above-mentioned contaminants, which are components of the electrolysis bath, since they come into contact with refractory materials in the anode furnace and cause the effect of their corrosion, which reduces the life of the furnace. However, the presence of a material containing silica in the form of small particles, for example, crushed used fireclay stone, works as a “neutralizing material” so that the corrosion effect of the refractory material caused by Na and F in the anode furnace is significantly reduced.

Материал, содержащий окись кремния в форме измельченного шамота, формирует часть закладочного материала в виде равномерно распределенной компоненты и, в то же время, имеет фрактурированные поверхности, которые более реактивны к диффузии, чем поверхность огнеупорного камня печи. Это приводят к тому, что Na и F из углеродной компоненты закладочного материала и из стыков, добавление к анодам, будут реагировать и связываться с закладочным материалом шамота, а не выходить наружу на стенки кассеты печи. Соотношение между шамотным камнем и материалом, содержащим углерод, можно регулировать в зависимости от потребности в "нейтрализующем материале" и требований повторного использования углеродистой пыли. Таким образом, процентное содержание углерода может составлять 15-99,9% смеси. A material containing silicon oxide in the form of crushed fireclay forms part of the filling material in the form of a uniformly distributed component and, at the same time, has fractured surfaces that are more reactive to diffusion than the surface of the furnace refractory stone. This leads to the fact that Na and F from the carbon component of the filling material and from the joints, adding to the anodes, will react and bind with the filling material of chamotte, and not go out onto the walls of the furnace cassette. The ratio between fireclay stone and carbon-containing material can be adjusted depending on the need for a “neutralizing material” and the requirements for reuse of carbon dust. Thus, the percentage of carbon may be 15-99.9% of the mixture.

Химические реакции между компонентами в шамоте и компонентами электролизной ванны более подробно будут поясняться ниже при описании закладочного материала. Chemical reactions between the components in chamotte and the components of the electrolysis bath will be explained in more detail below in the description of the filling material.

Равномерно распределенный в закладочном материале компонент, содержащий окись кремния, сделал, таким образом, возможным использовать загрязненные углеродные материалы при обжиге сформованной углеродной массы. В этой связи следует отметить, что лучше всего, если материал, содержащий углерод, будет в гранулированной форме в виде гранул с размером 5-8 мм, который может быть сформован из массы, состоящая из углеродистой пыли или углеродистых частиц, смешанных с подходящим связующим веществом
Приведенные ниже примеры иллюстрируют процесс с последовательностью операций в соответствии с настоящим изобретением. Шамотный камень раздрабливается до размеров частиц 6 - 25 мм и смешивается с гранулами материала, содержащего углерод, который состоит из гранул диаметром 5 - 8 мм и длиной 5 - 15 мм так, чтобы шамот составлял 85% веса смеси, а гранулы - оставшиеся 15%. Эти гранулы могут производиться из массы отходов, содержащих углерод, которые образуются при производстве алюминия. Следует понимать, что другие продукты, содержащие углерод, такие, как закладочный кокс (5 - 12 мм), также можно использовать в этой смеси. Пример производства гранул приведен в описании варианта выполнения изобретения.The component containing silicon oxide evenly distributed in the backfill material has thus made it possible to use contaminated carbon materials in the firing of the molded carbon mass. In this regard, it should be noted that it is best if the material containing carbon is in granular form in the form of granules with a size of 5-8 mm, which can be molded from a mass consisting of carbon dust or carbon particles mixed with a suitable binder
The following examples illustrate the process with the sequence of operations in accordance with the present invention. Fireclay is crushed to particle sizes of 6 - 25 mm and mixed with granules of a carbon-containing material, which consists of granules with a diameter of 5 - 8 mm and a length of 5 - 15 mm so that chamotte makes up 85% of the weight of the mixture, and the granules - the remaining 15% . These granules can be produced from a mass of carbon-containing wastes that are produced during aluminum production. It should be understood that other products containing carbon, such as backfill coke (5-12 mm), can also be used in this mixture. An example of the production of granules is given in the description of an embodiment of the invention.

Если в качестве материала, содержащего углерод, используются гранулы в зеленом состоянии, эти гранулы будут прокаливаться во время обжига анода. Когда обжиг анодов будет закончен, соответствующее количество зеленых гранул, например количество, потребленное во время обжига, помещается на верх камеры. Затем закладочный материал откачивается из печи и собирается в контейнере. Зеленые гранулы будут, таким образом, подмешиваться и обжигаться в следующем цикле. If pellets in the green state are used as the carbon-containing material, these pellets will be calcined during anode firing. When the firing of the anodes is completed, an appropriate amount of green granules, for example the amount consumed during firing, is placed on top of the chamber. Then the filling material is pumped out of the furnace and collected in a container. The green granules will thus be blended and fired in the next cycle.

Ниже будет описан предпочтительный вариант выполнения закладочного материала. A preferred embodiment of the filling material will be described below.

Шамотный камень, раздробленный до размеров частиц 6 - 25 мм, смешивается с гранулированным материалом, содержащим углерод так, что шамот составляет 85% веса смеси и гранулы - остающиеся 15%. Эти гранулы могут быть изготовлены полностью или частично из гранул, которые производятся из массы отходов, содержащих углерод, получаемых при производстве алюминия. Эта масса также содержит связующее вещество и, возможно, порошок или пыль материала, содержащего окись кремния. Этот порошок или пыль может состоять из раздробленного грунтового шамотного камня. Последний целесообразно добавлять, если в масле содержатся отходы, содержащие углерод, такие как пыль, собираемая на торцевых фильтрах. Грануляция может происходить известным способом, пропуская эту массу через пресс для производства гранул с размером 5 - 8 мм. В качестве связующего вещества можно использовать органическое связующее вещество на основе углеродсодержащих связующих, таких как вар (нефтяной вар или вар из угольной смолы) и смолу, собранную, например, во время обжига анодов. Более того, для улучшения свойств прессования массы можно добавлять некоторые масла (использованное масло или дизельное масло), если она содержит порошок или пыль шамота. Chamotte stone, crushed to a particle size of 6 - 25 mm, is mixed with granular material containing carbon so that chamotte makes up 85% of the weight of the mixture and granules - the remaining 15%. These granules can be made in whole or in part from granules that are produced from a mass of waste containing carbon obtained from aluminum production. This mass also contains a binder and possibly a powder or dust of a material containing silicon oxide. This powder or dust may consist of crushed ground fireclay stone. It is advisable to add the latter if the oil contains wastes containing carbon, such as dust collected on end filters. Granulation can occur in a known manner, passing this mass through a press for the production of granules with a size of 5 - 8 mm. As the binder, an organic binder based on carbon-containing binders, such as var (petroleum var or coal tar var) and resin collected, for example, during anode roasting, can be used. Moreover, some oils (used oil or diesel oil) may be added to improve the compaction properties of the pulp if it contains powder or chamotte dust.

Условия прессования также зависят от содержания связующего вещества, но важно то, чтобы количество связующего вещества не было бы слишком большим, в противном случае гранулы могут слипаться вместе во время обжига и, таким образом, их будет трудно извлекать из печи после процесса обжига. Добавление масла приводит к эффекту смазки во время прессования так, что пресс может работать с массами, которые имеют более низкое содержание связующего вещества. Это масло испаряется на ранней стадии обжига гранул, а остающееся количество вара или смолы будет слишком низким для слипания. The pressing conditions also depend on the content of the binder, but it is important that the amount of the binder is not too large, otherwise the granules can stick together during firing and thus it will be difficult to remove them from the furnace after the firing process. The addition of oil leads to a lubricating effect during pressing so that the press can work with masses that have a lower binder content. This oil evaporates in the early stages of pellet firing, and the remaining amount of var or resin will be too low to stick together.

Обычные величины содержания отдельных компонентов в массе могут составлять: пылеобразный углерод 70 - 74% по весу, порошок или пыль шамота 3 - 15% по весу, связующее вещество 15 - 18% по весу и масло 0 - 6% по весу. The usual values of the content of individual components in the mass can be: dusty carbon 70 - 74% by weight, powder or chamotte dust 3 - 15% by weight, a binder 15 - 18% by weight and oil 0 - 6% by weight.

Если используемый материал, содержащий углерод, содержит загрязняющие вещества типа натрия (Na) и (F), которые, например, присутствуют в порошке, собираемом на торцевых фильтрах, наличие частиц шамота в закладочном материале приведет к тому, что Na и F станут безвредными. Более того, добавленный к массе процент шамота в форме порошка или пыли будет дополнительно способствовать тому, что загрязняющие вещества станут безвредными. Окись кремния в шамоте связывает катализирующие загрязняющие вещества в пыли, собираемой на торцевых фильтрах так, что Na и F будут реагировать с ней и связываться с шамотом в гранулах в закладочном материале, вместо того, чтобы выходить наружу из стенки кассеты в печи. Добавка шамота действует как "нейтрализующий материал" для катализируемых загрязняющих веществ. Проведенные испытания показали, что реакционная способность гранул по отношению к CO₂ и воздуху существенно снижается при добавлении пылеобразного шамота. Низкая реакционная способность желательна для достижения меньшего расхода закладочного материала и, таким образом, для достижения меньших потерь по объему, что является важным для удержания углеродной массы во время обжига.If the carbon-containing material used contains contaminants such as sodium (Na) and (F), which, for example, are present in the powder collected on the end filters, the presence of chamotte particles in the backfill material will cause Na and F to become harmless. Moreover, the percentage of chamotte added to the mass in the form of powder or dust will further contribute to the fact that pollutants become harmless. Silicon oxide in chamotte binds catalytic contaminants in the dust collected on the end filters so that Na and F will react with it and bind with chamotte in the granules in the filling material, instead of going out of the cassette wall in the furnace. Chamotte additive acts as a “neutralizing material” for catalyzed contaminants. The tests showed that the reactivity of the granules with respect to CO ₂ and air is significantly reduced when dusty chamotte is added. A low reactivity is desirable in order to achieve lower consumption of backfill material and thus to achieve lower volume losses, which is important for retaining the carbon mass during firing.

Из катализируемых загрязняющих веществ, содержащихся в пыли, собираемой на торцевых фильтрах, которые наиболее вероятно могут воздействовать на реакционную способность закладочного материала, наиболее важным является Na, поскольку он присутствует в наибольшем количестве. Of the catalyzed contaminants contained in the dust collected on the end filters, which are most likely to affect the reactivity of the backfill material, Na is the most important, since it is present in the greatest amount.

Предполагается, что окись кремния замедляет катализирующие способности натрия, формируя тяжелые ингибирующие комплексы. It is assumed that silicon oxide slows the catalytic abilities of sodium, forming heavy inhibitory complexes.

Из стандартных таблиц (здесь использовались таблицы JANAF) было определено, что при описываемых температурах возникают следующие химические равновесия:
SiO₂ (s) + Na₂O (s) = Na₂SiO₃ (s)
2SiO (s) + Na₂O (s) = Na₂Si₂O₅ (s)
2SiO₂ (s) + Na (s) + 1/2O (g) = Na₂SiO₃ (s)
2SiO₂ (s) + 2Na (s) + 1/2O₂ (g) = Na₂Si₂O₅ (s)
В общем случае, можно сказать, что предполагается формирование силикатов натрия. При использовании шамота в качестве материала, содержащего окись кремния, становится также возможным предположить формирование силикатов типа Na-Al, поскольку шамот также содержит Al₂O₃. Все эти реакции имеют общую черту, состоящую в том, что высокореактивный натрий теряет свои катализирующие способности, поскольку он становится "слишком тяжелым" (становится составной частью комплексов).From standard tables (JANAF tables were used here), it was determined that at the described temperatures the following chemical equilibria arise:
SiO ₂ (s) + Na ₂ O (s) = Na ₂ SiO ₃ (s)
2SiO (s) + Na ₂ O (s) = Na ₂ Si ₂ O ₅ (s)
2SiO ₂ (s) + Na (s) + 1 / 2O (g) = Na ₂ SiO ₃ (s)
2SiO ₂ (s) + 2Na (s) + 1 / 2O ₂ (g) = Na ₂ Si ₂ O ₅ (s)
In the general case, we can say that the formation of sodium silicates is assumed. When using fireclay as a material containing silicon oxide, it also becomes possible to suggest the formation of Na-Al silicates, since fireclay also contains Al ₂ O ₃ . All these reactions have the common feature that highly reactive sodium loses its catalytic abilities, as it becomes "too heavy" (becomes an integral part of the complexes).

Фтор не катализирует горение с участием воздуха углеродных материалов, как это делает Na, но при его диффузии в огнеупорный материал известно, что образуются огнеупорные компоненты с низкой температурой плавления (шлаки). Частицы шамота в закладочном материале будут способны функционировать как нейтрализующие материал для фтора, предохраняя, таким образом, стенки кассеты. Fluorine does not catalyze combustion of carbon materials with air, as Na does, but when it diffuses into the refractory material, it is known that refractory components with a low melting point (slags) are formed. Chamotte particles in the filling material will be able to function as neutralizing material for fluorine, thus protecting the walls of the cartridge.

Закладочный материал, в соответствии с настоящим изобретением, делает возможным для материалов, содержащих углерод, таких как углеродная пыль, пыль, собираемая на торцевых фильтрах, и т.д., которая представляет собой побочные продукты при производстве алюминия, использовать их в настоящее время как компоненты закладочного материала при обжиге углеродной массы без риска быстрого повреждения камней кассеты в печи. Частицы шамота, которые смешиваются с гранулами, дополнительно способствуют тому, что закладочный материал будет иметь хорошие механические свойства при поддержке углеродной массы во время обжига и в то же время будет иметь более высокий температурный градиент на закладочных стыках, который достигается в результате применения закладочного материала, имеющего более низкую теплопроводность. The backfill material in accordance with the present invention makes it possible for materials containing carbon, such as carbon dust, dust collected on end filters, etc., which are by-products in the production of aluminum, to use them now as components of the filling material during firing of the carbon mass without the risk of rapid damage to the stones of the cartridge in the furnace. Chamotte particles that are mixed with granules further contribute to the fact that the filling material will have good mechanical properties while supporting the carbon mass during firing and at the same time will have a higher temperature gradient at the filling joints, which is achieved as a result of using the filling material, having lower thermal conductivity.

Claims

1. The method of roasting or calcining the molded carbon mass in a furnace with one or more chambers for placing carbon mass, in which the filling material is laid between the carbon mass and the walls of the individual chambers, while the filling material is obtained by mixing crushed fireclay stone with a material containing carbon, the formation of a homogeneous mixture, characterized in that the mixture contains 15 to 99.9% by weight of a material containing carbon in the form of particles and / or dust obtained from aluminum waste, and crushed fireclay stone in the form of particles with a size that contributes to good support of the carbon mass during firing, i.e. with a size of 6 - 25 mm, and a circular chamber furnace is used as the calcination furnace.

2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture having approximately 85% by weight of particles containing crushed fireclay stone, and approximately 15% by weight of material containing carbon, is laid in the chamber.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the material containing carbon is formed by mixing carbon dust with a binder and granulating this mixture.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the carbon-containing material is formed from the residues of the carbon-containing material obtained from waste in the production of aluminum, ground into dust, mixed with a binder and granulated to form granules.

5. The method according to claim 4, characterized in that the residual material containing carbon contains impurities in the form of sodium and possibly fluorine.

6. The laying material for use in the calcination or calcination of the molded carbon mass in an oven with one or more chambers for placing carbon mass, containing a mixture of material obtained by mixing crushed fireclay stone with a material containing carbon to form a homogeneous mixture, characterized in that the mixture contains 15 - 99.9% by weight of a material containing carbon in the form of particles and / or dust obtained from aluminum production waste, and crushed fireclay stone in the form of particles with a size that contributes to good support of the carbon mass during roasting time, i.e. with a size of 6 - 25 mm, and a circular chamber furnace is used as the calcination furnace.

7. The filling material according to claim 6, characterized in that the mixture contains approximately 85% by weight of particles containing crushed fireclay stone, and approximately 15% by weight of material containing carbon.

8. The filling material according to claim 6 or 7, characterized in that the carbon-containing material contains granules of a mass containing carbon dust mixed with a binder.

9. The backfill material according to claim 8, characterized in that the carbon dust is the remains of a material containing carbon obtained from waste in the electrolysis of aluminum.

10. The backfill material according to claim 9, characterized in that the residual material containing carbon is contaminated with sodium and possibly fluorine.

11. The filling material according to any one of paragraphs.8 to 10, characterized in that the mass also contains powder or dust containing crushed fireclay stone.