NO164233B - Fremgangsmaate ved grafittisering og ovn for grafittisering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for grafittisering av lange karboninneholdende produkter for å tilveiebringe elektroder, lange staver, rør av sirkulært eller annet tverrsnitt eller enhver annen lang gjenstand fremstilt av grafitt.

Oppfinnelsen angår også en ovn for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Et heller stort antall frem-gangsmåter har blitt foreslått for kontinuerlig grafittisering av karbonholdige materialer i form av hele stykker eller i granulert form. Disse prosessene har ikke generelt gitt tilfredsstillende resultat på grunn av vanskeligheten med å finne ildfaste materialer gjennom hvilke karboninneholdende gjenstander, brakt i nærheten av 3000°C kan bli forflyttet og også på grunn av vanskeligheten påtruffet ved oppvarming av disse gjenstandene til 3000°C.

Tysk patent nr. 2 311 467 beskriver en fremgangsmåte for kontinuerlig grafittisering av sylindriske karboninneholdende gjenstander, som har blitt ført vertikalt gjennom en ovn.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kontinuerlig grafittisering av lange forkoksede karboninneholdende produkter av den art som angitt i innledningen til krav 1 og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten fremgår av kravene 2 til 5. Foreliggende oppfinnelse angår som nevnt ovenfor også en ovn for kontinuerlig grafittisering av den art som angitt i innledningen til krav 6 og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 6. Ytterligere trekk ved ovnen fremgår av de øvrige underkravene.

Ved hjelp av tegningene skal trekk ved kjente prosesser og den prosessen av ovnen som utgjør en del av oppfinnelsen beskrives nærmere, idet: Fig. 1 viser et snitt gjennom en kjent kontinuerlig

grafittiseringsovn med en vertikal akse.

Fig. 2 viser et diagrammessig snitt av en kontinuerlig

grafittiseringsovn ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3 viser et forstørret riss av ovnen på fig. 2, idet

tverrsnittet er tatt langs linjen A-A.

Fig. 4 viser et, forstørret riss av ovnen på fig. 2 med

tverrsnittet langs linjen B-B.

Fig. 5 viser et forstørret riss av ovnen på fig. 2 med

tverrsnittet langs linjen C-C.

Fig. 6 viser matesonen for ovnen på fig. 2 i et forstørret

tverrsnitt langs aksen for passasjen.

Fig. 7 viser et riss av matesonen vist på fig. 6 langs D-D. Fig. 8 viser uttømmingssonen på fig. 2 i et tverrsnitt langs passasjens akse.

Ved fremgangsmåten beskrevet i tysk patent nr. 2 311 467, som vist på fig. 1, blir de! karbonholdige gjenstandene 1 som skal bli grafittisert (ved hvilket tilfelle vist på tegningene er staver av sirkulært tverrsnitt anordnet vertikalt ende mot ende) ført til ovnen 2 gjennom en åpning dannet av et føringsrør 3 og en ringformet grafitthylse 4, som er forbundet med ene polen til en elektrisk strømkilde. Den interne diameteren for hylsen er slik at en stor .radial klaring er etterlatt mellom hylsen og søylen til de karbonholdige gjenstandene. I stedet for å passere direkte mellom hylsen og de karbonholdige produktene føres den elektriske strømmen gjennom kokspartikler 5 som fyller det indre av ovnen 2 og er i kontakt med både den ytre veggen til hylsen 4 og også med en kolonne eller stav 1 med karboninneholdende gjenstander, i en sone som starter under hylsen ved det stedet hvor koksen uthulles på skrå, som etterlater et traktformet gap 6 under hylsen og kommer i kontakt med kolonnen med karboninneholdende gjenstander. Kolonnen blir således progressivt oppvarmet både ved stråling og varmeledning fra kokspartikler brakt til en høy temperatur ved hjelp av elektrisk strøm som går gjennom dem og også ved direkte oppvarming ved hjelp av den elektriske strømmen som flyter gjennom kolonnen under det traktformede mellomrommet 6. Samtidig som kolonnen med karboninneholdende produkter føres inn i ovnen blir det ført med et lag med koksgranulat i nærheten av kolonnen. Koksgranulater blir således kontinuerlig ført inn ved toppen av ovnen ved 8 for å erstatte det som blir trukket ut derfra ved bunnen ved hjelp av hellingen 10 og utløpstrauet 9. Nedstrøms av trauet tilveiebringer kontaktelementer 7 en forbindelse utenfor ovnen mellom kolonnen med karboninneholdende produkter og den andre polen til den elektriske strømkilden.

Elektrisk kontakt mellom den sylindriske lengden med karboninneholdende produkter er tilveiebrakt for hver av dens ender ved hjelp av en grafittisert pasta som hårdner når temperaturen stiger.

En ovn av denne typen har den ulempen at den må ha to produkter som går gjennom den, på den ene siden kolonnen med karboninneholdende produkt og på den andre siden koksgranulater anvendt som et fyllmiddel. Det er nødvendig for koksgranulåtene å gå gjennom ovnen siden, om de ikke gjorde det, ville bli oppvarmet for mye i den øvre sonen av ovnen hvor all den elektriske strømmen stråler ut fra hylsen 4 og passerer gjennom dem i tillegg til at granulatene blir drevet nedover både av deres vekt og av friksjonen langs kolonnen med karboninneholdende produkter. Det er derfor viktig for granulatene som skal bli uttatt ved så regelmessige avstander som mulig fra bunnen av ovnen at de blir holdt ved en ekstremt høy temperatur ved kontakten med elektrodekolonnen på tross av nærheten av vannavkjølte vegger 11 for ovnen 1. Kolonnen med elektroder etterlater ovnen ved en ekstremt høy temperatur siden all elektrisk strøm går gjennom den så langt som til kontaktelementet 7.

Muligheten for å utvikle en grafittiseringsovn har derfor blitt undersøkt spesielt med det for øyet å grafittisere lange på forhånd tillagde karboninneholdende produkter av sirkulært eller annet tverrsnitt, hvor varmeisolasjon blir tilveiebrakt ved hjelp av et fragmentert karboninneholdende materiale som ikke ville bli blandet inn systematisk ved passasje av karboninneholdende produkter gjennom ovnen og som derfor ville bli holdt i en virtuell statisk tilstand inne i ovnen.

Muligheten av å tilveiebringe en elektrisk forbindelse mellom de karboninneholdende produktene som går inn i ovnen og strømkilden har også blitt undersøkt ved å føre strøm direkte gjennom rommet anordnet mellom et ringformet strømtilførselselement forbundet med strømkilden og kolonnen med karboninneholdende : produkter, idet et kontaktmateriale, som i det minste delvis fyller mellomrommet, er anordnet mellom det ringformede elementet og kolonnen med karboninneholdende produkter.*

Undersøkelse har dessuten blitt utført med hensyn til muligheten for gradvis å heve temperaturen til karbonproduktene som danner kolonnen og blir tilført ovnen, og da fra romtemperatur til grafittiseringstemperatur, idet samme produkter undergår progressiv avkjøling etter grafittiseringen før de forlater ovnen.

Den kontinuerlige metoden for grafittisering av lange på forhånd tillagde, karboninneholdende produkter innbefatter ifølge oppfinnelsen forflytting av lange på forhånd tillagde, karboninneholdende produkter av sirkulært eller annet tverrsnitt i en kolonne langs en hovedsakelig horisontal passasjeakse i en ovn hvor fyllmaterialet er fragmentert karboninneholdende materiale som ikke blir forflyttet inne i ovnen, idet kolonnen med produkter blir oppvarmet ved hjelp av Joules effekt. I det minste en elektrisk kontakt blir tilveiebrakt ved innløpet av ovnen mellom kolonnen med produkter og ene polen til en strømkilde, idet den andre polen til strømkilden er brakt i kontakt med kolonnen med produkter nedstrøms av grafittiseringssonen inne i ovnen. For å tilveiebringe god, elektrisk kontakt mellom endene til de lange karboninneholdende produktene som danner kolonnen og for å gi kolonnen en viss stivhet blir hele kolonnen brakt under kompresjonsspenning ved å utøve krefter på dets to ender med trykkinnretninger slik som stempler, idet kreftene er parallelle med passasjeaksen rettet mot hverandre og med en styrke fra tilnærmet 0,1 til 1 MPa.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er fordelaktig for forvarming av produkter før de går inn i ovnens matesone. For dette formål blir en elektrisk strøm ført inn i kolonnen med produkter ved dens oppstrømsende og i umiddelbar nærhet av trykkinnretningen, idet strømstyrken er fra 10 til 50* av den til strømmen- som passerer gjennom kolonnen inne i ovnen. KomplementærfraksJonen av strømmen blir ført inn i kolonnen ytterligere nedstrøms rett inn i ovnens matesone, i en sone hvor kolonnetemperaturen allerede er over omkring 500°C.

I tilfeller hvor en enkelt kilde med forsyningsstrøm blir anvendt er en av dens poler forbundet parallelt med kolonnen med produkter ved dens oppstrømsende og videre nedstrøms i ovnens matesone, mens den andre polen til strømkilden er forbundet med kolonnen inne i ovnen.

Det er likeledes mulig å anvende to uavhengige strømkilder. Den første er en foroppvarmende strømkilde innbefattende første pol forbundet med oppstrømsenden til kolonnen med produkter og en andre pol forbundet med kolonnen av produktene i matesonen til ovnen. Den andre er en grafittiserings-strømkilde, hvis første pol er forbundet, som den andre polen til foroppvarmingsstrømkilden, med kolonnen av produkter i matesonen til ovnen mens den andre polen er forbundet med den samme kolonne i ovnen ved nedstrømsenden av grafittiseringssonen. Vekselstrøm eller likestrøm kan bli anvendt ettersom de er tilgjengelig.

I samsvar med oppfinnelsen er kolonnen med fordel anbrakt i elektrisk kontakt med den andre polen til grafittiserings-strømkilden ved nedstrømsenden av grafittiseringssonen ved hjelp av i det minste en elektrisk forbindende leder som strekker seg inn i ovnen mens dens akse hovedsakelig krysser passasjeaksen til kolonnen med produkter. I det minste ene enden av lederen fjernt fra kolonnen med karbonprodukter er forbundet utenfor ovnen med den andre polen til strømkilden mens en annen ende eller en annen del av en elektriske forbindende leder er i direkte eller indirekte kontakt med kolonnen av karbonprodukter inne i ovnen. Kontakten mellom kolonnen med karbonprodukter som blir forflyttet og den elektrisk forbindende lederen er fortrinnsvis anordnet med et lag av fragmentert karboninneholdende materiale, slik som grafittpartikler som fyller mellomrommet mellom den elektriske lederen, sideveggen til kolonnen med karbonprodukter og delen nærmest den elektrisk forbindende leder. Dette mellomrommet har en bredde på tilnærmet 1 til 10 cm. For å forbedre strømfordelingen er det fordelaktig å anvende to eller flere elektriske forbindelsesledere forbundet parallelt med strømkildens andre pol, fortrinnsvis fordelt rundt passasjeaksen for kolonnen med karbonprodukter. I det minste en elektrisk forbindende leder kan bli anvendt som strekker seg over hele bredden av ovnen. De to endene av lederen er så forbundet med strømkilden mens dens sentrale del er i en direkte eller indirekte kontakt med kolonnen med produkter.

Gradvis avkjøling av kolonnen med karbonprodukter er fortrinnsvis bevirket ved anordning av i det minste en forbindelsesvarmeleder inne i ovnen nedstrøms av grafittsonen i fragmentert karbonmateriale. Varmelederen strekker seg inn i ovnen med dens akse hovedsakelig kryssende den til kolonnen med produkter og i det minste ene enden fjerntliggende fra kolonnen med karbonprodukter fortrinnsvis utenfor ovnen og avkjølt av en avkjølingsinnretning, en annen ende eller en annen del av forbindelsesvarmelederen som er direkte eller indirekte i kontakt med kolonnen med karbonprodukter inn i ovnen. Forbindelsesvarmelederen er fortrinnsvis fremstilt av grafitt, i det minste med hensyn til delen anbrakt inne i huset inne i den svært høye temperatur sonen. Det er foretrukket å anordne flere forbindende varmeledere fordelt fortrinnsvis rundt passasjeaksen til kolonnen med produkter, det er også foretrukket å fordele lederne langs passasjeaksen for kolonnen med produktene nedstrøms av grafittiseringssonen i umiddelbar nærhet av enden av ovnen gjennom hvilken kolonnen med produkter er ført ut. Det kan i det minste anvendes en forbindende varmeleder som passerer rett over ovnens bredde. De to endene av lederen er så utenfor ovnen mens sentraldelen er direkte eller indirekte i kontakt med kolonnen av produkter.

I samsvar med oppfinnelsen blir kolonnen med karboninneholdende produkter ført gjennom ved utøvelse av et større trykk på dens oppstrømsende enn dens nedstrømsende og ved justering av trykket for å tilveiebringe regelmessig forskyvning av kolonnen med produkter i en nedstrømsretning mens kolonnen holdes under spenning i løpet av dens forskyvning. Den kan bli forskjøvet ved konstant eller variabel hastighet eller trinnvis.

Ifølge oppfinnelsen blir dessuten forskyvningen avbrudt hver gang kolonnen med produkter har blitt forskjøvet med en lengde lik enhetslengden for et produkt eller et multippel derav. En eller flere grafittiserte produkter blir så uttrukket fra nedstrømsenden til kolonnen og en eller flere karbonprodukter som skal bli grafittisert blir ført inn i posisjonen ved oppstrømsenden. Kolonnen med produkter kan bli satt i bevegelse igjen inne i ovnen ved ønsket forskyv-ningshastighet når kolonnen har blitt satt under trykk igjen.

I samsvar med oppfinnelsen kan posisjonen til produktene som skal bli grafittisert og også uttrekningen av grafittiserte produkter bli bevirket uten avbrudd av fremføringen av kolonnen med produkter og uten økning for å holde kolonnen under kompresjonsspenninger. Et slikt resultat blir tilveiebrakt ved anvendelse av gripe- og strømtilførselsklemmer ved hver ende av kolonnen. Disse muliggjør samvirke med kolonnen i sideretningen i' løpet av oppstrømsanbringelsen av et nytt stykke som skal bli grafittisert eller nedstrøms fjerning av stykker som allerede- er grafittisert. Disse klemmene holder kolonnen i bevegelse' ved ønsket forskyv-ningshastighet.

Oppfinnelsen angår også en kontinuerlig grafittiseringsovn for lange karboninneholdende produkter innbefattende et kammer som er langt i horisontalretning og forsynt ved ene enden med en matesone gjennom hvilken en kolonne med lange karboninneholdende produkter som skal bli grafittisert innføres og forsynt ved den andre enden med en uttømningssone gjennom hvilken kolonnen går ut etter at den er blitt grafittisert. Kammeret inneholder et varmeisolerende materiale som innbefatter et fragmentert karboninneholdende materiale i kontakt med kolonnen med produkter. En elektrisk kontaktinnretning tillater i det minste 50* av strømmen å bli ført inn i kolonnen med produkter for å bli grafittisert. Kontaktinnretningen innbefatter et ringformet element med kolonnen av produkter som skal bli grafittisert passerende derigjennom, idet det ringformede elementet er anordnet i matesonen og forbundet med ene polen til strømkilden. Andre elektriske kontaktinnretninger, som innbefatter i det minste en elektrisk leder anordnet inne i ovnen, tilveiebringer en elektrisk forbindelse mellom kolonnen med grafittiserte produkter og den andre polen til den elektriske strømkilden. Det er foretrukket for i det minste en varmekontaktinnr.et-ning, som innbefatter i det minste en varmeleder anordnet inne i ovnen nedstrøms av den elektriske kontaktinnretningen, å tilveiebringe en varmeforbindelse mellom kolonnen med grafittiserte produkter og et fluidum som er ved en temperatur nær romtemperaturen. Styrken på den elektriske strømmen som går gjennom kolonnen med produkter er justert for å gjøre temperaturen i kolonnen i den varmeste sonen til omkring 2500°C og fortrinnsvis for å nå 3000-+200°C.

En fordelaktig . utførelsesform av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet på en detaljert, men ikke begrensende måte, for å gi en ytterligere forklaring av oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en diagrammessig fremstilling av en ovn 12 av en langstrakt form. I en nedstrømsretning innbefatter den en matesone 13, hvor kolonnen 14 av lange karboninneholdende produkter føres inn og blir oppvarmet på forhånd. Hoveddelen 15 eller ovnslegemet, hvor kolonnen med karbonprodukter 14 blir brakt til temperaturen nødvendig for grafittiseringen og så progressivt avkjølt og til slutt en avkjølingssone 16 ved hvilken kolonnen med produkter, nå i grafittisert tilstand, blir avkjølt ytterligere til ønsket temperatur ved hvilken den kan bekvemt bli utsatt for luft ved 17.

Fra oppstrømssiden utøver en pressinnretning 18 forsynt med stempelet 19 en kraft på kolonnen 14 med produkter i pilens F^ retning ved hjelp av et lagrings- og elektrisk kontaktelement 20 som blir avkjølt ved indre sirkulering av fluidum, slik som vann.

Fra nedstrømssiden av pressinnretningen 21 utøves en tilbakeholdingskraft i retning av pilen Fg på kolonnen med produkter i sonen 17 ved hjelp av dens stempel 22 som virker på opplagringselementet 23. I løpet av driften blir skyv- og tilbakeholdelseskreftene justert slik at kolonnen med produkter blir forskjøvet i en nedstrømsretning, dys. fra høyre til venstre på fig. 2 ved ønsket hastighet, idet den blir holdt i kompresjon med en kraft på tilnærmet 0,1 til 1 MPa. En vekselstrømskilde S, som kan være vekselstrøm eller likestrøm, muliggjør passasjen av elektrisk strøm gjennom kolonnen med produkter som skal bli grafittisert, idet strømstyrken er tilstrekkelig for å bringe karbonproduktene, som danner kolonnen henholdsvis staven, til grafitti-seringstemperaturen inne i ovnen.

På oppstrømssiden har forsøk vist at for å forbinde kolonnen med karbonprodukter med den elektriske strømkilden ved to punkter blir en del 1^ av strømmen I, generelt bestående av fra 10 til 50* av I, ført inn ved toppen av kolonnen med karbonprodukter ved hjelp av lagringselementet 20 som er forbundet med ene polen til den elektriske strømkilden ved hjelp av lederen 24. Den komplementære delen lg blir innført som vist på fig. 2, ved nivået til matesonen 13 for ovnen gjennom lederen 25, som er montert parallelt med 24. Kolonnen med karbonprodukter ble forbundet med den andre polen til strømkilden S via den elektriske kontaktinnretningen 26 og lederen 27.

Stedet for den elektriske kontaktinnretningen 26 i hoveddelen av ovnen 15 definerer på oppstrømssiden lengden av grafittiseringssonen G, ved hvilken kolonnen med karbonprodukter er brakt til ønsket temperatur for å bli omdannet til grafitt. Nedstrøms av den elektriske kontaktinnretningen 26 strekker seg en avkjølingssone R over hele lengden til ovnens hoveddel. Ved sonen R faller temperaturen til kolonnen med grafittiserte karbonprodukter vel under grafittiseringstempe-raturområdet.

For å begrense varmetapet fra kolonnen med karbonprodukter i løpet av dens passasje gjennom, ovnslegemet blir et fragmentert karboninneholdende materiale i granulatform eller pulverform anvendt som en varmeisolator. Dette materialet opptar i det minste alt rommet som direkte omgir kolonnen med elektroder og kommer helt i kontakt med kolonnen. I disse delene til ovnslegemet som er ved lavere temperatur og spesielt de hvor temperaturen ikke er mye over 2000°C kan. et ildfast materiale basert på metalloksyder i form av ildfaste stener eller betong bli anvendt i stedet for karbonbaserte granulater.

Ved sonen G (fig. 3) kan et granulatkarbonmateriale eller et svart karbonpulver bli anvendt med fordel som varmeisolator 30 i umiddelbar nærhet av kolonnen med karboninneholdende produkter. Disse to materialene kan også bli anvendt ved vekslende lag. Erfaring har vist at under normale drifts-betingelser bevirker passasjen av kolonnen med karbonprodukter gjennom ovnens indre ikke at fragmenterte karbonmateri-aler blir drevet mot utløpssonen til ovnen.

For å muliggjøre avkjøling av kolonnen med karbonprodukter i sonen R er det foretrukket at det for det varmeisolerende materialet anvendes et fragmentert karbonmateriale 48 (dvs. et finfordelt karbonmateriale), (se fig. 5) med større varmeledning enn den anvendt ved sonen G. Kokspartikler eller grafittpartikler eller en blanding av disse partiklene kan f.eks. anvendes. For å unngå for lang sone R, kan varmetapene ved den sonen bli øket ved å anbringe i det minste en varmeleder i det fragmenterte karbonmaterialet, idet varmelederen innbefatter en eller flere lange staver av relativt langt tverrsnitt fremstilt av et materiale som er en god varmeleder og anordnet i en retning som fortrinnsvis krysser aksen til kolonnen med elektroder. Disse stavene er anordnet med i det minste en av dens ender i nærheten av ovnens ytre vegg slik at de lett kan bli avkjølt ved hjelp av egnede innretninger. Den andre enden av stavene eller en løpende del derav er i den umiddelbare nærheten av kolonnen med produkter. Grafittstaver av tilstrekkelig stort tverrsnitt er fortrinnsvis anvendt for å danne varmeledere. Enden 28 av en slik varmeleder kan bli sett på fig. 2. Antallet og tverrsnittet av varmeledere er bestemt for således å gi den ønskede avkjølingshastigheten for kolonnen med grafittiserte produkter, som tar med i beregningen dens tverrsnitt og passasjehastighet og som tar i beregningen lengden av sonen R. Jo større tverrsnittet for kolonnen med grafittiserte produkter, jo lavere må dens avkjølingshastighet være. Fig. 3, 4 og 5 viser den indre strukturen av ovnslegemet i nærmere detalj og tverrsnittet i en stor målestokk tatt i planene A-A, B-B og C-C. Fig. 3 viser et tverrsnitt i stor målestokk tatt langs A-A på fig. 2 og viser den indre ovnsstrukturen ved dens standard (løpende) del av grafittiseringssonen G. Kolonnen med produkter som blir grafittisert 29 er helt omgitt av et fragmentert karbonmateriale 30 av dårlig varmeledning med en partikkelstørrelse i størrelsesorden av 0,2 til 10 mm. Dette granulerte materialet er i seg selv anbrakt inne i en foring av ildfaste Stener 31 omgitt av en metallsjiktkappe 32. I noen soner kan det være nyttig å avkjøle metallsjiktet på kjent måte for å unngå lokal overoppvarming som kan bevirke deformasjon. Ved toppen 33 er det fragmenterte karbonmaterialet i kontakt med omgivende luft. Fig. 4 viser et tverrsnitt i større målestokk langs B-B på fig. 2 ved rette vinkler med elektriske kontaktinnretninger 26. Den elektriske kontaktinnretningen innbefatter som vist to grafittstaver 34-35 av f.eks. av sirkulært snitt anordnet på tvers av aksen til kolonnen med grafittiserte karbonprodukter 29. En av hver av grafittstengene er i umiddelbar nærhet av kolonnen med produkter, idet et gap 36-37 på et par centimeter er fortrinnsvis anordnet for å unngå enhver risiko for sammenstøting. Den andre enden av stengene er utenfor ovnen og blir grepet av et elektrisk kontaktelement 38-39, som blir avkjølt av fluidumsirkulasjon på en måte som er kjent og som ikke vil bli beskrevet. De to elektriske kontaktelementene er forbundet med hjelp av elektriske ledere 27 med den andre polen til strømkilden S (fig. 2).

For å forenkle strømmen av elektrisk strøm mellom kolonnen med grafIttiserte karbonprodukter 29 og grafittstengene 34-35 er et lag av fragmentert karbonmateriale av høy konduktivitet 40, som består av grafittpartikler, fortrinnsvis anordnet i gapet 36-37 og det omgivende mellomrommet. Dette laget er fortrinnsvis omgitt av et fragmentert karbonmateriale 41 av lavere konduktivitet, slik som granulert koks for å redusere varmetapet.

Som en innretning for ytterligere forbedring av kvaliteten på elektrisk kontakt mellom kolonnen med grafittiserte karbonprodukter og de tverrgående grafittstengene kan direkte kontakt bli tilveiebrakt mellom den bevegelige kolonnen og stengene. Kolonnen med grafittiserte karbonprodukter kan f.eks. gli over en eller flere kontaktstenger anordnet under kolonnen og eventuelt inneholde utsparinger i en bueformet anordning, på hvilken kolonnen er anbrakt. Alternativt kan en kontaktstang bli anvendt som strekker seg rett over bredden av ovnen og med kolonnen av grafittiserte karbonprodukter i glidende kontakt på dens senter.

Fig. 5 viser et tverrsnitt i større målestokk langs C-C på fig. 2 ved rette vinkler med forbindelsesvarmelederen 28. Varmelederen innbefatter to grafittstenger 42-43 av f.eks. sirkulært tverrsnitt anordnet på tvers av kolonnen med grafittiserte karbonprodukter 29. Hver av grafittstengene har en sone (en ende av stangen i tilfelle som vist på figuren) som er i umiddelbar nærhet av kolonnen med produkter 29, idet et gap på et par centimeter 44-45 er fortrinnsvis anordnet for å unngå enhver fare for sammenstøt. Den andre enden av stengene er utenfor ovnen og blir avkjølt av et varmekontaktelement 46-47 forsynt med en innretning for avkjøling av fluidumssirkulasjon (ikke vist). Kolonnen med produkter 29 og grafittstenger er omgitt av et fragmentert karbonmateriale 48, slik som granulert koksmateriale eller ethvert annet fragmentert karboninneholdende materiale. Det er mulig, dersom det er funnet å være nyttig, å forbedre varmekontakten mellom kolonnen med produkter og grafittstengene ved å anordne et fragmentert karboninneholdende materiale av høy varmekonduktivitet, slik som granulert materiale basert på grafitt, i gapet 44-45 og omgivende mellomrom. Varmekontakt mellom kolonnen med grafittinneholdende produkter 29 og grafittstengene kan dessuten bli ytterligere forbedret ved å tilveiebringe en glidende kontakt lik den som vil være anordnet ved nivået til de elektriske kontaktstengene.

For å akselerere fallet i temperaturen i sonen R er det ofte fordelaktig å anordne flere forbindelsesvarmeledere langs passasjeaksen til kolonnen med produkter ved intervaller som er bestemt for således å gi den ønskede kurven for fallet i temperatur for grafittinneholdende produkter under hen-syntagen av deres passasjehastighet og deres tverrsnitt. I tilfellet hvor f.eks. en kolonne med produkter har en diameter på tilnærmet 500-+50 mm blir de forskjellige parametrene justert for å gi en avkjølingshastighet på tilnærmet 4 til 10°C pr. minutt. I tilfelle av en kolonne med produkter med en diameter på tilnærmet 600-+50 mm er det foretrukket å redusere den maksimale avkjølingshastigheten for således å ikke overskride 7°C pr. minutt. Spesielle forholdsregler må bli tatt i mate- og uttømningssonen til ovnen, først for således å forhindre luft fra å gå inn i ovnslegemet og for det andre å forhindre overflateoksydasjon av kolonnen med karbonprodukter. Tilfredsstillende elektrisk kontakt med en pol til strømkilden må dessuten .bli tilveiebrakt for matesonen til kolonnen med karbonprodukter og innblanding av fragmentert karbonmateriale ut fra ovnslegemet må bli forhindret i uttømningssonen.

Fig. 6 viser et aksialsnitt i større målestokk gjennom matesonen 13 til ovnen 12 på fig. 2. Kolonnen med karboninneholdende produkter 14 er vist passerende gjennom det indre av den rørformede matesonen 13 i retning av pilen. Veggen som omgir kolonnen med produkter har et ringformet grafIttelement 49 og to ringformede elementer fremstilt av et isolerende ildfast materiale 50 og 51. En indre omhylling fremstilt av sjiktstål 52 blir avkjølt av et fluidumsirkula-sjonssystem (ikke vist). Den ytre omhyllingen er forbundet med metallveggen 53 til ovnslegemet av en isolerende tetning (ikke vist). En metallkrave 54 griper den ytre omhyllingen 52 i sonen hvor selve omhyllingen er i kontakt med grafittelementet ved dets oppstrømsdel 55. Kraven er forbundet ved hjelp av lederen 25 med en av polene til strømkilden S (se fig. 2). Overføring av elektrisk strøm mellom grafittelementet 49 og kolonnen med karboninneholdende produkter 14 er sørget for ved hjelp av et fragmentert karboninneholdende materiale 56, som fyller gapet mellom kolonnen med karboninneholdende produkter 14 og nedstrømsdelen 57 til, grafittelementet 49. Det fragmenterte karboninneholdende materialet kan være partikler av koks, grafitt eller andre karboninneholdende materialer. Det ble innført ved oppstrømsenden til matesonen gjennom trakten 58.

Den kontinuerlige forskyvningen av kolonnen med elektroder har en tendens til å bevirke at karboninneholdende materialer blir ført sammen mot hoveddelen av ovnen. Slik innblanding blir imidlertid hindret ved pakking av fragmentert karboninneholdende materiale 30 som fyller hoveddelen. For å unngå enhver mulig fastkiling kan materialet strømme ut langsomt gjennom passasjen 59, som fortrinnsvis er anordnet i bunnen av veggen til matesonen 13 og anordnet ved nedstrømsenden til den sonen, idet åpningen kommuniserer med en mottagerbeholder 60 som er vist på fig. 6 og 7.

Fig. 7 viser et tverrsnitt langs D-D på fig. 6, som viser strømningspassasjen 59 og fordelingen av fragmentert karboninneholdende materiale 56 i det ringformede mellomrommet som omgir kolonnen med produkter 14. På grunn av tilstedeværelsen av dette materialet er den elektriske forbindelsen mellom grafittelementet i dets nedstrømsdel 57 og kolonnen med produkter anordnet rett rundt periferien av kolonnen.

Den spesielle anordningen av grafittelementer 49, som har strømmen Ig strømmende gjennom den unngår avkjølingen av kortikalsonen for kolonnen med produkter, som har blitt oppvarmet på forhånd av strømmen 1^ før den går inn i matesonen til ovnen (se fig. 2) avkjølt av fluidumssirkula-sjonen.

For å unngå direkte kontakt er en ringformet pakning 51 fremstilt av et isolerende, ildfast materiale anordnet mellom oppstrømsdelen 55 til grafittelementet som er i kontakt med den kalde, ytre veggen 52 og kolonnen med produkter 14. Dessuten er grafittelementet langt nok for at den nedstrøms-liggende delen 57 (som tilveiebringer elektrisk kontakt med kolonnen av produkter via det fragmenterte karboninnholdende materialet) når en høy temperatur relativt i forhold til metallomhyllingen 52 i løpet av normal drift på grunn av pakningen av isolerende ildfast materiale 50 som adskiller den derfra. Denne anordningen muliggjør at nedstrømsdelen 57 av grafittelementet når en temperatur på tilnærmet 500 til 1000°C i løpet av normal drift som således fremmer en Jevn stigning i temperaturen til kolonnen med produkter.

Mange utførelsesformer av elementet som tilveiebringer elektriske forbindelser med kolonnen av produkter kan bli utført og som gir resultater ekvivalente med den beskrevne. Generelt sagt ville en struktur bli valgt ved hvilken delen av strømforsyningselementet som er i kontakt med kolonnen av produkter enten direkte eller indirekte via et lag med kontaktmateriale på et par centimeters tykkelse blir brakt til en temperatur fra tilnærmet 500 til 1000°C. I tilfellet beskrevet på fig. 6 og 7 er overflaten til grafittelementet i en elektrisk kontakt med kolonnen av produkter via et lag fragmentert karbon tilnærmet 10 til 30 mm tykt.

Fig. 8 viser et aksialt snitt i større målestokk gjennom uttømningssonen 16 til ovnen 12.

Kolonnen med grafittiserte produkter 17 som går ut av ovnens hoveddel passerer som vist gjennom et rørformet kammer som innbefatter en ytre metallomhylling i to deler 61 og 62, som blir avkjølt slik som ovenfor beskrevet ved hjelp av et fluidum, slik som vann. Innenfor omhyllingen vender en ringformet vegg 63, fortrinnsvis av grafitt, mot kolonnen med grafittiserte produkter 17.

For å Ikke avkjøle kolonnen for hurtig når den går ut av ovnens hoveddel er grafittveggens oppstrømsdel 64 adskilt fra omhyllingen 61 ved hjelp av en pakning av et ikke-karboninneholdende ildfast materiale 65. I nedstrømsdelen er grafittveggen 63 i direkte kontakt med den avkjølte omhyllingen 62 for således å tillate at kolonnen med grafittiserte produkter blir avkjølt tilstrekkelig før den går ut. For å forhindre at luft går inn 1 ovnens hoveddel og for også å forhindre oksydasjon av kolonnens produkter som går ut fra den fyller et lag med fragmentert karboninneholdende materiale 66 ringrommet mellom kolonnen med produkter og grafittveggen. Materialet blir innført gjennom trakten 67, som kommuniserer med ringrommet ved oppstrømsenden av utløpssonen 16 gjennom en åpning 68 som strekker seg gjennom veggene 64 og 65. Materialet blir ført langsomt sammen med forskyvningen av kolonnen av produkter og ved nedstrømsenden til det rørformede kammeret strømmer den bort gjennom en tut 69 inn i en mottagerbeholder 70. Egnede resirkulasjonsinnret-ninger kan ta opp det granulerte materialet på beholderen og returnere det til trakten 67. Innføringen av fragmentert karboninneholdende materiale i umiddelbar nærhet av ned-strømsenden til ovnens hoveddel har spesielt den fordel at det forhindrer enhver mulig innblanding av fragmentert karbonmateriale 48, inneholdt i ovnens hoveddel., med utsiden. Det fragmenterte karbonmateriale som passerer gjennom uttømningssonen kan bestå av koksgranulater, graflttgranula-ter eller andre stabile karboninneholdende materialer. Også i denne sonen blir avkjølingshastigheten til kolonnen med grafittiserte produkter justert til samme hastigheter som i sonen R. I tilfeller av en kolonnediameter på tilnærmet 500-+50 mm vil således avkjølingshastigheten ikke overskride tilnærmet 10°C pr. minutt opptil 400°C.

Forsøk har vist at, på grunn av materialspenningen utøvd på kolonnen med karboninneholdende produkter som beveger seg, forblir kolonnen innrettet med stykkene av karbonproduktet i en kontinuerlig rekke. Ved regelmessige intervaller blir det siste stykket ved kolonnen med produkter, som er i grafittisert tilstand, trukket ut fra nedstrømssiden. Et nytt stykke med karbonprodukter som skal bli grafittisert blir likeledes innført ved toppen av kolonnen. Karbonproduktene som skal bli grafittisert er fortrinnsvis en blanding av karbon-partikler, slik som petroleumskoks eller andre karbonholdige materialer, med et egnet bindemiddel, slik som hydro-karbonblanding og/eller et syntetisk harpiks og/eller andre bindemiddel. Etter formingen har produktet blitt lagret på forhånd ved en temperatur på tilnærmet 600 til 1200°C. Den granulære arten av varmeisolasjonen anvendt ved ovnen tillater imidlertid en større mengde med flyktige sammen-setninger å bli frigjort uten utsettelse av driften. Karbonprodukter som fremdeles inneholder en viss prosent med flyktig materiale kan derfor bli behandlet i ovnen uten noen ulempe.

To anvendelseseksempler som følger viser nøyaktige betingel-ser under hvilke elektroder av karbonprodukter kan bli stabilisert ved hjelp av ovnen ifølge oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

En sats med karboninneholdende produkter preparert ved ekstrusjon blir behandlet, som innbefatter en blanding av 75 vekt-* med petroleumkoks og 25* med kullbek i form av sylindriske stenger som etter tillagningen ved 800°C har en diameter på 529 mm og en enhetslengde på 2150 mm. I denne tilstanden har stengene en resistivitet på 6000 mikro-ohm cm. Stengene danner en kolonne med produkter som blir ført gjennom en ovn i samsvar med oppfinnelsen som vist på fig. 2 til 8. Ved nivået for kontaktene mellom endene til hver stang blir et tynt lag av karbonfllt eller komprimert, ekspandert grafitt brakt i mellom for å forbedre den elektriske kontakten og absorbere overflateujevnheter. Kolonnen med karbonprodukter innbefatter totalt 11 stenger eller stykker. Trykket utøvd av pressinnretningen på kolonnen med produkter når den passerer gjennom er justert til å gi en kompresjonsspenning på tilnærmet 0,6 til 1 MPa. Passasjehastigheten er tilnærmet 1,5 m/h. Styrken på strømmen som passerer gjennom kontakten 20 er tilnærmet 10.000 til 15.000 A, mens styrken på strømmen som passerer gjennom kolonnen i grafittiseringssonen G er tilnærmet 40.000 A. Spenningen ved terminalene til vekselstrømskilden er tilnærmet 100 V.

Ved matesonen 13 er den indre diameteren til grafittkontaktelementet ved dens nedstrømsdel 57 tilnærmet 580 mm. Lengden på graf ittiserlngssonen G er tilnærmet 6 m, og det tar således tilnærmet 4 timer for passasje derigjennom. Av-kjølingssonen har en lengde på tilnærmet 4 m og uttømnings-sonen 16 en lengde på tilnærmet 6,5 m. Tatt med i beregningen lengden for matesonen 13, som er tilnærmet 1,5 m, vil tiden det tar karbonproduktene, som utgjør kolonnen, å passere gjennom ovnen være tilnærmet 12 timer, men da uten stopp-tidene, som er nødvendige for å tømme ut grafittiserte stykker fra nedstrømsenden og anbringelse av stykkene som skal bli grafittisert ved oppstrømsenden. Tiden det tar å frembringe et grafittisert stykke på 2,150 m lengde er tilnærmet 1,5 time tatt med i betraktningen stoppingen for å veksle elektroder. Dette korresponderer med omkring 500 kg med grafittiserte produkter pr. time. Energiforbruket er i størrelsesorden av 3,5 kWh/kg.

De fysiske egenskapene for produkter som således grafittisert har blitt sammenlignet med de til et identisk sats som også har blitt grafittisert ved oppvarming ved hjelp av Joule-effekt i en enkel linjestatisk ovn ved hjelp av konvensjonelle industriprosesser (Heroult-prosessen) beskrevet i f.eks. US-patent nr. 1029121. Resultatene er som følgende:

EKSEMPEL 2

Ovnen er av samme type som den beskrevet med henvisning til fig. 2 til 8, men har hovedsakelig en annen størrelse for å grafittisere elektroder med 630 mm i diameter og en lengde på 2430 mm. Den Indre diameteren til nedstrømsdelen 57 for grafittkontaktelementet i matesonen 16 er brakt til 680 mm. Lengden på matesonen, grafittiseringssonen G, avkjølings-sonen R og uttømningssonen er den samme som ved eksempel 1. Trykket utøvd på den seg bevegende kolonnen av pressinnret-ningene 18 og 24 blir justert for å gi en aksial spenning på tilnærmet 0,6 til 1 MPa. Strømstyrken som går gjennom kolonnen med produkter i grafittiseringssonen er 55.000 A og spenningen ved terminalen for vekselstrømskilden er tilnærmet 80 V. Strømstyrken innført ved toppen av kolonnen via kontakten 20 tilnærmet 13.000 til 17.000 A, idet komplimentet til 55.000 blir innført ved nivået til kontakten 25. Hastigheten ved hvilken kolonnen passerer derigjennom er 1,0 m/t. En grafittisert elektrode blir således utledet fra ovnen ved tilnærmet 2,5 timer, tatt med i beregningen stopptiden nødvendig for å fjerne grafittiserte stykker og anbringe et nytt stykke i posisjonen. Timeproduksjons-hastigheten for ovnen er således omkring 400 kg/t. De fysikalske egenskapene ved produktene grafittisert på denne måten er de som i tilfelle for eksempelet 1.

Svært mange forskjellige utførelsesformer av prosessen i samsvar med oppfinnelsen kan være mulig. Den anvendte ovnen kan i seg selv ha svært mange modifikasjoner uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme. Betingelsene under hvilken strømmen blir tilført kan spesielt bil tilpasset produktenes egenskaper. Betingelsene under hvilken kolonnen med produkter blir ført inn til ovnen og ført ut derfra kan likeledes bli tilpasset form og størrelse på disse produktene. Det er nærmere bestemt mulig å grafittisere ikke bare massive stenger, men også hule stenger, slik som rør av forskjellige tverrsnitt. Ingen av disse modifikasjonene eller tilpasnin-gene går utenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig grafittisering av lange forkoksede, karboninneholdende produkter, hvor en stav av karboninneholdende produkter bringes til å bevege seg inne i en ovn som har en foring av finfordelt karbonholdig materiale (30, 40, 41, 48), som fyller det indre av ovnen, idet staven (14-17, 29) med karboninneholdende produkter oppvarmes ved hjelp av Joule-effekt til en temperatur på minst 2500°C, karakterisert ved at staven med karboninneholdende produkter (14-17, 29) er anordnet horisontalt eller nesten horisontalt og at det finfordelte karbonholdige materialet (30, 40, 41, 48) er i kontakt med staven av karbonholdige produkter (14-17, 29), men følger Ikke stavens bevegelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at staven av karboninneholdende produkter utsettes for en kompresjonsspenning på tilnærmet 0,1 til 1 MPa langs bevegelsesaksen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den elektriske forbindelsen mellom staven av produkter og i det minste en strømkilde ved oppstrømssiden fordeles mellom i det minste to punkter, idet en del av 10 til 50* av graf ittiserlngsstrømmens styrke innføres ved toppen av staven (20-24) og komplementærdelen ytterligere nedstrøms (13-25).

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at etter tilveiebringel-sen av en temperatur på minst 2500°C avkjøles staven til en temperatur på 400°C eller lavere ved en gjennomsnittshas-tighet ikke overskridende 10°C/min. i tilfelle av en stav med en diameter tilnærmet 500-+50 mm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at i tilfelle av en stav med diameter tilnærmet 600-+50 mm overskrider avkjølingshastigheten ikke 7°C/min.

6. Ovn for kontinuerlig grafittisering av lange karboninneholdende produkter, innbefattende et langt kammer som danner ovnslegemet (12) og som har en matesone (13) for produkter som skal bli grafittisert ved en ende og en uttømningssone (16) i den andre enden, idet det varmeisolerende materialet i ovnen består av et finfordelt karbonholdig materiale (30), karakterisert ved at nevnte soner er anordnet langs en hovedsakelig horisontal akse langs hvilken staven (14-17) av produkter som skal bli grafittisert beveges, idet produktene oppvarmes ved Joule-effekten, og at det finfordelte karboninneholdende materiale (30) er i kontakt med staven (14-17) av produkter, men følger ikke stavens bevegelse.

7. Ovn Ifølge krav 6, karakterisert ved at den er forsynt med hydrauliske sylindere (18-21) eller med enhver annen innretning, som gjør det mulig å bevege staven med ønsket passasjehastighet mens det utøves en kompresjonsspenning på den.

8. Ovn ifølge krav 6 eller- 7, karakterisert ved at kontaktene mellom stykkene med karboninneholdende produkter, som danner staven, er forbedret ved hjelp av et kontaktmateriale, slik som et tynt lag med karbonfilt eller komprimert, ekspandert grafitt.

9. Ovn ifølge et hvilket som helst av de foregående krav 6-8, karakterisert ved at elektrisk kontakt mellom staven av karboninneholdende produkter og en strøm-kildepol er anordnet i matesonen til ovnen ved hjelp av en lang grafltthylse (49) som omgir staven, idet hylsens oppstrømsendesone (55) er forbundet med strømkilden og termisk og elektrisk isolert fra staven av produkter, mens nedstrømsenden (57) etablerer kontakt med staven av karboninneholdende produkter.

10. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 9, karakterisert ved at en andre elektrisk kontakt forbundet med samme pol til strømkilden som den lange grafitthylsen blir tilveiebrakt ved hjelp av en kontaktdel (20) anbrakt ved oppsstrømsenden til staven av karboninneholdende produkter.

11. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 10, karakterisert ved at inne i ovnen ved grafittiseringssonens ende er i det minste en lang grafittdel (34-35) anordnet på tvers som muliggjør en elektrisk forbindelse mellom staven av karboninneholdende produkter (29) og den andre polen til strømkilden (27).

12. Ovn ifølge krav 11, karakterisert ved at i det minste en lang grafittdel (34-35) har i det minste en ende (38-39) forbundet utenfor ovnen med strømkilden og en del anordnet inne i ovnen i den umiddelbare nærhet av staven av produkter (29), som er i elektrisk kontakt dermed enten direkte eller via granulater av finfordelt karbon, slik som granulære grafittmaterialer (40).

13. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 12, karakterisert ved at nedstrøms av grafittiseringssonen er i det minste en forbindelsesvarmeleder (42-43) anordnet i det finfordelte, karboninneholdende materialet (48) slik at dens akse er hovedsakelig på tvers av passasjeaksen, idet i det minste en av dens ender fjernt fra staven av karboninneholdende produkter blir avkjølt av en avkjøl-ingsinnretning (46-47), og idet en del av forbindelses- . varmelederen anordnet Inne i ovnen er i umiddelbar nærhet av staven av karboninneholdende produkter (29).

14 . Ovn ifølge krav 13, karakterisert ved at varmelederen(e) (42-43) er fremstilt av grafitt.

15. Ovn ifølge krav 13, karakterisert ved at flere varmeledere er anordnet langs passasjeaksen mellom grafittiseringssonen og nedstrømsenden til ovnen.

16. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 12, karakterisert ved at staven av produkter (14) i matesonen (13) er omgitt av et lag med finfordelt, karboninneholdende materiale (56).

17. Ovn ifølge krav 16, karakterisert ved at den omfatter en innretning (58) for å innføre et finfordelt, karboninneholdende materiale (56) ved oppstrømsenden av matesonen (13), og en innretning (59) for å avgi materialet (56) ved nedstrømsenden av matesonen (13).

18. Ovn ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 17, karakterisert ved at staven av produkter (17) 1 uttømningssonen (16) er omgitt av et lag av finfordelt, karboninneholdende materiale (66).

19. Ovn ifølge krav 18,karakterisert ved at den har en innretning (67) for å innføre finfordelt, karboninneholdende materiale (66) ved oppstrømsenden av uttømnings-sonen (16), og en innretning (69) for å avgi materialet (66) ved nedstrømsenden av uttømningssonen (16).