NO168619B - Fremgangsmaate og anordning for kontinuerlig fremstilling av karbonlegemer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer med et ensartet tverrsnitt i lengderetningen, så som for eksempel karbonelektroder for bruk i elektriske smelteovner, foringsblokker og katode-

og anodeelementer for aluminiumelektrolyseceller og karbonblokkene kan fremstilles med et hvilket som helst tverrsnitt, f.eks. sirkulært, rektangulært, kvadratisk, e.l.

Fra norsk patent nr. 149451 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av kontinuerlige karbonelektroder hvor rå karbonholdig masse bestående av karbon og karbonholdig bindemiddel kontinuerlig bakes til et fast karbonlegeme ved at den rå karbonholdige masse fylles i en mantel med et tverrsnitt som tilsvarer tverrsnittet av det karbonlegeme som skal fremstilles og at mantelen med den karbonholdige massen kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig senkes gjennom en bakeovn anordnet rundt elektrodemantelen og hvor det via bakeovnen tilføres tilstrekkelig varmeenergi for baking av den karbonholdige masse. Etter hvert som mantelen senkes ned gjennom bakeovnen skjøtes det på nye mantelseksjoner på toppen og rå karbonholdig masse etterfylles fra toppen.

Ifølge norsk patent nr. 149451 er det angitt at en hvilken som helst energikilde kan anvendes

for baking eksempelvis elektrisk oppvarming, induksjonsoppvarming, flammeopphetning eller varmeutveksling. Ifølge det norske patent tilføres varmen for bakingen over et separat ringformet legeme anordnet rundt elektrodemantelen. For det tilfelle at elektrisk oppvarming skal anvendes er det imidlertid ikke angitt noe om hvordan dette skal gjøres.

Fra norsk patent nr. 154860 og 157078 som utgjør en videreutvikling av norsk patent nr. 149451, er det kjent å benytte gass som middel for oppvarming og baking av den karbonholdige massen. Bruk av gass for oppvarming og baking av den karbonholdige masse fører til en del problemer så som stort plassbehov for bakeovnen og nødvendigheten av utstyr for å sikre en fullstendig oppsamling av den forholdsvis store avgassmengden.

Bruk av gass som oppvarmingskilde fører også til en begrensning i diameteren av de karbonlegemene som kan fremstilles idet oppvarmingen er avhengig av varmeledning fra periferien og innover mot sentrum av karbonlegemet. Dette begrenser bakehastigheten og fører også til tendens til sprekkdannelse i senter av karbonlegemer med stor diameter.

Ved den foreliggende oppfinnelse er man nå kommet fram til en fremgangsmåte og en anordning for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer hvor de ovennevnte ulemper ved den kjente teknikk unngås og hvor det er mulig å fremstille karbonlegemer med en diameter av 2 meter eller mer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer med konstant eller tilnærmet konstant tverrsnitt hvor en mantel ifylt rå masse bestående av karbon og et karbonholdig bindemiddel kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig beveges i aksial retning ved hjelp av en slippe- og holdeinnretning samtidig som den karbonholdige masse kontinuerlig bakes ril et fast karbonlegeme ved oppvarming ved hjelp av elektrisk strøm, hvoretter mantelen fjernes fra det faste karbonlegemet og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at oppvarmingen og bakingen utføres ved hjelp av likestrøm hvor likestrømskildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen via et flertall radielt utfra mantelen ragende ribber av et strømledende materiale og hvor likestrømskildens andre pol er koblet til den ferdig bakte del av karbonlegemet.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten anvendes det en mantel med indre radielle, ribber for å sikre en god overføring av elektrisk strøm fra mantelens ytre ribber til den rå karbonmasse. De indre ribbenes radielle utstrekning er mellom 1 og 10 cm, fortrinnsvis mellom 2 og 6 cm. Hensikten med de indre ribber er å sikre en god elektrisk kontakt mellom den ubakte karbonmassen og mantelen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten anvendes det en perforert mantel og de gasser som oppstår ved bakingen av karbonlegemet forbrennes med tilført luft i området for strømtilførselen. Dette gir et ekstra varmetilskudd til bakingen av den karbonholdige masse og fører til en hurtigere dannelse av et skall av bakt masse. Dette skallet av bakt masse har en god elektrisk ledeevne og fører til en bedre fordeling av den tilførte likestrøm.

Kombinasjonen av energi fra forbrenning av de flyktige bestanddelene i karbonmassen inne i en forvarmingssone og tilskudd av energi ved hjelp av elektrisk likestrøm, resulterer i en optimal bakesoneform og bakesonebeliggenhet samt en høy bakehastighet i tillegg til at man reduserer tendenser til sprekkdannelser i det ferdig bakte karbonlegemet.

Foreliggende oppfinnelse vedrører videre en anordning ved kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer med konstant eller tilnærmet konstant tverrsnitt hvor ubakt karbonholdig masse inneholdt i en mantel kontinuerlig bakes til et fast karbonholdig legeme ved hjelp av tilført elektrisk energi, og omfattende en holde- og slippeinnretning for tilnærmet kontinuerlig nedad bevegelse av mantelen, hvilken anordning er kjennetegnet ved at den omfatter en likestrømskilde hvor likestrømskildens første pol ved hjelp av strømtilførselsanordninger er glidbart tilkoblet et flertall radielt utfra mantelen ragende ribber av et strømledende materiale og hvor likestrømskildens andre pol er tilkoblet den ferdig bakte ende av karbonlegemet, og at holde- og slippeinnretningen er tilknyttet mantelens ytre radielle ribber ovenfor strømtilførselsanordningene.

Bruk av likestrøm som oppvarmingskilde for baking av karbonmassen fører til en effektiv baking idet strømmen vil fordele seg over hele karbonmassens tverrsnitt og føre til en jevn oppvarming og baking av karbonmassen. Dette fører til at det ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er mulig å fremstille kontinuerlig bakte karbonlegemer med en meget stor diameter. Således kan det fremstilles karbonlegemer med en diameter av opptil 2 meter eller mer.

Ved fremgangsmåten og anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås en bakeprosess hvor man kan fremstille et karbonlegeme med optimal kvalitet kombinert med maksimal produktivitet. Produktiviteten er avhengig av stor bakehastighet som igjen er avhengig av den tid som brukes for å fjerne de gasser som oppstår ved bakeprosessen fra karbonmassen som benyttes for karbonlegemet. Ved foreliggende oppfinnelse oppnås en bakeprosess med mulighet til å fjerne disse gasser fra det ytre skikt av karbonlegemet i første fase. Deretter tilføres strømvarme i tillegg til termisk varme lenger innover i karbonlegemet for effektiv fjerning av volatiler gjennom bakt masse.

Ved å bruke strømtilførselsanordninger med lang vertikal utstrekning slik at man åpner et stort areal av mantelen som former karbonlegemet, vil man ved forbrenning av bakegassene kontinuerlig bidra til å smelte karbonmasse samt bake et skall av bakt karbon før karbonlegemet tilføres strømvarme.

En del av den varme avgassen fra forbrenning av volatiler kan fordelaktig tilføres ovenfra og innenfor karbonlegemets mantel for å øke nedsmeltingshastigheten av karbonmassen.

Kombinert med varme tilført ovenfra og innenfor karbonlegemets mantel for forvarming/nedsmelting av karbonmasse samt perifer baking av karbonlegemet med forbrenning av bakegasser, vil den tilførte strømvarme fra likestrømskilden medføre en meget effektiv og hurtig baking spesielt pga. den effektive energiinntrenging i karbonlegemet, som man får ved bruk av likestrøm. Ved bruk av riktig type og riktig mengde energi på riktig sted, vil bakesonens beliggenhet og bakesonens form påvirkes slik at man får den bakesonen som erfaringsmessig vil gi et karbonlegeme med maksimal styrke og minimum sprekkdannelse kombinert med maksimal bakehastigheL

Den glidbare tilkoblingen av likestrømskildens første pol kan fortrinnsvis foretas ved hjelp av strømtilførselsanordninger som er beskrevet i norsk patent nr. 147168. I dette patentet er det beskrevet tilførselsanordninger for elektrisk strøm til Søderbergelektroder bestående av kontaktorganer som omfatter to separate, langstrakte kontaktlegemer som ligger an mot hver sin side av ytre vertikale mantelribber og som er innbyrdes forbundet ved hjelp av et organ som tilfører en innstillbar klemkraft vinkelrett på ribben.

Slippe- og holdeanordningen som anvendes ved den foreliggende oppfinnelse utgjøres av den type som er beskrevet i norsk patent nr. 149485. Denne slippe- og holdeinnretning består av et flertall gripeorganer som er innrettet til å klemme om de vertikale ytre mantelribber og hvor hvert gripeorgan er utstyrt med en anordning for midlertidig oppheving av gripeorganets klemkraft om ribbene.

Tilkoblingen av likestrømskildens andre pol til det bakte karbonlegemet kan utføres på flere forskjellige måter. Ifølge en utførelsesform tilkobles likestrømskildens andre pol til det bakte karbonlegemet ved hjelp av rundt karbonlegemets omkrets anbragte kontaktelementer som presses til elektrisk kontakttrykk mot overflaten av karbonlegemet ved hjelp av en konvensjonell trykkring, hvilke kontaktelementer er opphengt i bygningskonstruksjonen. Ved denne utførelsesform må mantelen fjernes fra det bakte karbonlegemet over kontaktelementene. Ved nedoverbevegelse av det bakte karbonlegemet etter hvert som bakingen skrider fram, vil det bakte karbonlegemet bli presset gjennom kontaktelementene. Passende lengder av det bakte karbonlegemet blir så kuttet av under kontaktelementene.

Ifølge en andre utførelsesform tilkobles likestrømskildens andre pol til det bakte karbonlegemet ved hjelp av kontaktstenger som innføres i bunnen av det bakte karbonlegemet.

Ifølge en tredje utførelsesform tilkobles likestrømskildens andre pol ved hjelp av et kontaktorgan innført i et gjennomgående hulrom i senter av det bakte karbonlegemet. Det gjennomgående hulrom i det bakte karbonlegemet kan frembringes på i og for seg kjent måte f.eks. ved å anbringe sylindriske trestenger i sentrum av den ubrente karbonmasse. Under brenningen av karbonmassen vil trestengene også forbrenne og etterlate et gjennomgående hulrom i karbonlegemet.

Ifølge en fjerde utførelselsform tilkobles likestrømskildens andre pol til det bakte I karbonlegemet ved hjelp av en utvendig fastlåst kontaktanordning som følger karbonlegemet nedover ettersom det bakes. Etter at et ønsket lengde karbonlegeme er ferdig bakt og et tilsvarende stykke mantel er fjernet, blir kontaktanordningen flyttet til en øvre stilling og det ferdig bakte karbonlegemet blir skåret av.

) En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse vil i det etterfølgende bli beskrevet under henvisning til tegningene hvor,

Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom bakeanordningen og det bakte karbonlegemet,

Figur 2 viser en andre utførelsesform for tilkobling av likestrømskildens andre pol,

Figur 3 viser en tredje utførelsesform for tilkobling av likestrømskildens andre pol, og hvor

Figur 4 viser en fjerde utførelsesform for tilkobling av likestrømskildens andre pol.

)

På figur 1 er det vist en mantel 1 med et tverrsnitt tilsvarende til det ytre tverrsnitt av det karbonlegeme 2 som ønskes fremstilt. I toppen av mantelen 1 holdes det ubrent karbonmasse 3 bestående av et partikkelformig karbonholdig materiale og et karbonholdig

bindemiddel. Mantelen 1 er utstyrt med et flertall vertikale ribber 4 som rager radielt utfra mantelen samt vertikale innvendige ribber 5. Etterhvert som brenningen finner sted etterfylles det rå karbonholdig masse i mantelen 1.

Mantelen 1 er opphengt ved hjelp av i og for seg kjente holde- og slippeanordninger 6 av

samme type som er beskrevet i norsk patent nr. 149485 for bruk ved fremstilling av ) Søderbergelektroder. Denne holde- og slippeinnretning 6 omfatter et flertall gripeorganer 7

som klemmer om de ytre radielle ribber 4 ved hjelp av en innstillbar og opphevbar kraft. Holde- og slippeanordningen 6 omfatter videre en hydraulisk sylinder 8 for hvert gripeorgan 7 for vertikal bevegelse av gripeorganene 7.

Sy Undrene 8 er opplagret i bygningskonstruksjonen 9. Ved hjelp av holde- og slippeinnretningen 6 kan mantelen beveges nedover i vertikal retning i små trinn og med en forutbestemt hastighet.

Fra en likestrømskilde 10 er en første pol 11 ført til et flertall strømtilførselsanordninger 12. Strømtilførselsanordningene 12 er av kjent type og er beskrevet i norsk patent nr. 147168 og hver av strømtilførselsanordningene 12 omfatter to langstrakte kontaktlegemer som Ugger an mot hver side av en ytre ribbe 4 og er forbundet ved hjelp av organer som utøver en innstiUbar klemkraft vinkelrett på ribben 4. Klemkraften på kontaktlegemene innstilles slik at det oppnås en god elektrisk kontakt samtidig som mantelen 1 ved hjelp av holde- og slippeorganene 6 kan presses ned gjennom strømtilførselsanordningene 12. For å holde strømtilførselsanordningene 12 i ro i forhold til mantelen er disse via stag 13 festet til bygningskonstruksjonen 9.

Ved hjelp av den beskrevne strømtilførselsanordning 12 vil likestrømmen tilføres den karbonholdige masse over en forholdsvis stor vertikal strekning. Antallet strømtilførsels-anordninger 12 er lik antallet ytre ribber 4.

Likestrømskildens 10 andre pol 14 er ført til kontaktelementer 15 som er anordnet rundt det ferdig bakte karbonlegemet 2. Kontaktelementene 15 er av konvensjonell type og er festet til bygningskonstruksjonen 16. Mantelen 1 fjernes fra det ferdig bakte karbonlegemet 2 i meUomrommet meUom stxømtilførselselsanordningene 12 og bygningskonstruksjonen 16.

Når en passende lengde av ferdig bakt karbonlegeme 2 har passert kontaktelementene 15, kuttes denne lengden av. På denne måte produseres det karbonholdige legemet i ønskede lengder.

For å samle opp gasser som oppstår ved baking av den karbonholdige masse og som unnslipper fra karbonlegemet 2 er det anordnet en gassoppsamlingsklokke 17 utstyrt med en avsugningsanordning 18. Gassoppsamlingsklokken 17 er åpen i sin nedre ende og luften som suges inn her vil forbrenne avgassen fra karbonlegemet og gi et ekstra varmetilskudd til bakeprosessen .

Figur 2 viser en andre utføreselsform for tilkobUng av likestrøm kildens andre pol 14.

I utførselsformen vist på figur 2 er det i bunnen av det bakte karbonlegemet innført kontaktstenger 20 til hvilke likestrømskildens 10 andre pol 14 er tilkoblet ved hjelp av et koblingsstykke 21. Når det bakte karbonlegemet forskyves nedover i vertikal retning vil koblingsstykket 21 følge med kontaktstengene 20. For å hindre glidning av det bakte karbonlegemet festes kontaktstengene 21 til en klemanordning 22. Klemanordningen 22 er igjen opplagret på hydrauliske sylindre 23 og 24 opplagret i bygningskonstruksjonen. Slaglengden av sylindrene 23, 24 tilpasses den ønskede lengde av karbonlegemet slik at når sylindrene 23 og 24 er i sin nedre stilling kuttes karbonlegemet under strømtilførselsanordningen 12 som antydet ved 25. Kontaktstengene 20 fjernes deretter fra det avkuttede karbonlegemet og innføres i bunnen av den nedre del av det ovenforliggende bakte karbonlegemet hvoretter hele karbonlegemet igjen kan senkes. 1 utførselsformen vist på figur 3 fremstilles det karbonholdige legemet med en sentral sylindrisk gjennomgående åpning 30 ved hjelp av f.eks. trestenger innført i den ubrente karbonholdige masse. Likestrømskildens 10 andre pol 14 tilkobles i dette tilfellet til det bakte karbonlegemet ved hjelp av et kontaktorgan 31 som innføres i hulrommet 30 i karbonlegemet 2 fra undersiden. Kontaktorganet 31 består fortrinnsvis av metalliske kontaktstykker 32, 33 som ved hjelp av en oppblåsbar belg 34 trykkes mot sideveggene i hulrommet 30. Den oppblåsbare belg 34 er via et rør 35 tilknyttet en kilde for et trykkmedium så som en trykkluftkilde. Når en ønsket lengde av bakt karbonlegeme er bakt stanses strømtilførselen og karbonlegemet kuttes, hvoretter kontaktorganet 31 innføres i hulrommet 30 i det overforliggende bakte karbonlegemet.

Ved utførelseseksemplene ifølge figur 2 og 3 kan mantelen fjernes fra det bakte karbonlegemet etter at karbonlegemet er kuttet i ønskede lengder.

I utførelsesformen vist på figur 4 er en kontaktanordning 40 festet utvendig til det bakte karbonlegemet 2 og tilkoblet likestrømskildens 10 andre pol 14. Kontaktanordningen 40 følger karbonlegemet 2 nedover ettersom det bakes. Kontaktanordningen 40 holdes ved hjelp av heiseanordninger 41,42 som også vil hindre ukontrollert glidning av karbonlegemet 2. Når karbonlegemet 2 er i en nedre stilling blir mantelen 1 kuttet av og fjernet. Kontaktanordningen 40 heises deretter opp i øvre stilling og karbonlegemet 2 kuttes og fjernes.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer med konstant eller tilnærmet konstant tverrsnitt hvor en mantel ifylt rå masse bestående av karbon og et karbonholdig bindemiddel kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig beveges i aksial retning ved hjelp av en slippe- og holdeinnretning, samtidig som den karbonholdige masse kontinuerlig bakes til et fast karbonlegeme ved oppvarming ved hjelp av elektrisk strøm, hvoretter mantelen fjernes fra det faste karbonlegemet, karakterisert ved at oppvarmingen og bakingen utføres ved hjelp av likestrøm hvor likestrømskildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen via et flertall radielt utfra mantelen ragende ribber av et strømledende materiale og hvor likestrømskildens andre pol er koblet til den ferdig bakte del av karbonlegemet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det anvendes en perforert mantel og at de gasser som oppstår ved bakingen av karbonlegemet forbrennes i området for strømtilførselen hvorved et ytre skall av karbonlegemet bakes før den sentrale del av karbonlegemet bakes med likestrøm

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en mantel med indre radielle ribber med en radiell utstrekning mindre enn 10 cm.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at en del av avgassen som oppstår ved bakingen av karbonlegemet tilføres ovenfra og innenfor karbonlegemets mantel for å forvarme den ubakte karbonmasse.

5. Anordning ved kontinuerlig fremstilling av langstrakte karbonlegemer (2) med konstant eller tilnærmet konstant tverrsnitt hvor ubakt karbonholdig masse (3) inneholdt i en mantel (1) kontinuerlig bakes til et fast karbonholdig legeme (2) ved hjelp av tilført elektrisk energi, og omfattende en holde- og slippeinnretning (6) for tilnærmet kontinuerlig aksial: bevegelse av mantelen (1), karakterisert ved at anordningen omfatter en likestrømskilde (10) hvor likestrømskildens (10) første pol (11) ved hjelp av strømtilførselsanordninger (12) er glidbart tilkoblet et flertall radielt utfra mantelen ragende ribber (4) av et strømledende materiale og hvor likestrømskildens (10) andre pol (14) er tilkoblet den ferdig bakte ende av karbonlegemet (2) og at holde- og slippeinnretningen (6) er tilknyttet mantelens (1) ytre, radielle ribber (4) ovenfor strømtilførselsanordningene (12).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at anordningen omfatter en gassoppsamlingsklokke (17) med tilførselsanordninger for forbrenningsluft i klokkens (17) nedre del og en gassavsugningsanordning (18) i klokkens (17) øvre del.

7. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at mantelen (1) er utstyrt med indre radielle, ribber (5) med en radiell utstrekning mindre enn 10 cm for å sikre en god overføring av elektrisk strøm fra mantelens (1) ytre ribber (4) til den rå karbonmasse (3).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den radielle utstrekning av de indre ribber (5) er mellom 1 og 10 cm, fortrinnsvis mellom 2 og 6 cm.

9. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at likestrømskildens (10) andre pol (14) er tilkoblet til det bakte karbonlegemet (2) ved hjelp av et flertall kontaktelementer (15) anordnet rundt omkretsen av det ferdig bakte karbonlegemet (2).

10. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at likestrømskildens (10) andre pol (14) er tilkoblet det bakte karbonlegemet (2) via kontaktstenger (20) innført i bunnen av det bakte karbonlegemet (2).

11. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at likestrømskildens (10) andre pol (14) er tilkoblet til det bakte karbonlegemet (2) ved hjelp av et kontaktorgan (31) som er innført i et gjennomgående sentralt hull (30) i det bakte karbonlegemet (2).

12. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at likestrømkildens (10) andre pol (14) er tilkoblet til karbonlegemet (2) ved hjelp av et kontaktorgan (40) festet til heiseanordninger (41, 42).