CH664249A5 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von laenglichen kohlenstoffkoerpern. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von länglichen Kohlenstoffkörpern. Das Verfahren ist speziell geeignet für die Herstellung von Kohlenstoffelektroden, welche bei elektrothermischen Schmelzöfen Verwendung finden; es kann jedoch auch zur Produktion von anderen länglichen Kohlenstoffkörpern, wie z.B. Verkleidungsblöcke und Kathodenelemente von elektrolytischen Zellen bei der Aluminiumproduktion verwendet werden. Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung kann in dem Sinn in direkter Verbindung mit elektrothermischen Schmelzöfen verwendet werden, dass Elektroden oberhalb des Ofens produziert und dann durch einen kontinuierlichen Prozess nach unten in den Ofen geführt werden. Auf der anderen Seite können separate Stücke von vorgebackenen Elektroden ausserhalb des Ofens produziert und später an den Elektrodensäulen in elektrothermischen Schmelzöfen angebracht werden.
Kontinuierliche Produktion von Kohlenstoffelektroden, welche direkt in den Schmelzofen geführt werden, wird bereits durch das norwegische Patent Nr. 149 451 offenbart. Entsprechend diesem Patent wird eine Elektrode dadurch produziert, dass Wärmeenergie in einem Bereich oberhalb des Elektrodenhalters, bei welchem elektrischer Strom zur Elektrode zugeführt wird, nichtgebackener Elektrodenmasse zugeführt wird. Die Elektrodenmasse wird entweder in eine Stahlhülle eingefüllt, welche keine inneren Rippen aufweist, und der Elektrode durch die heisse verfestigende Zone nach unten folgt oder in ein permanentes Gehäuse eingebracht, durch welches die Elektrode hindurchgleitet. Dieses im norwegischen Patent Nr. 149 451 offenbarte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. So ist es sehr schwierig, eine Elektrode mit genügend glatter Oberfläche zu produzieren. Wird die Elektrode heissverfestigt, treten aus der Elektrodenmasse Gase aus; es resultieren grössere oder kleinere Höhlungen der Löcherausquellungen zwischen der Oberfläche der Elektrode und dem Gehäuse. Zusätzlich wird zwischen dem Gehäuse und der Elektrodenoberfläche eine Schicht aus Russ oder Schlacke abgelagert, welche weiter die Qualität der Elektrodenoberfläche beeinträchtigt. Durch diese Mängel an der Oberfläche der Elektrode wird es schwierig, einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktklemmen und der Oberfläche der Elektrode zu erreichen, wenn elektrischer Strom bei Verwendung der Elektrode in einem Schmelzofen auf letztere übertragen werden soll. Es besteht das Risiko, dass zwischen der Elektrodenoberfläche und den Kontaktklemmen Lichtbogen entstehen. Solche Lichtbogen sind für die Kontaktklemmen schädlich. Ein Wechsel von Kontaktklemmen bedingt eine lange Stillstandzeit für den Ofen und damit einen Produktionsverlust.
Weiter ist der Energieverbrauch bei dem im norwegischen Patent Nr. 149 451 offenbarten Verfahren hoch. Die gesamte Energie, welche zum Heissverfestigen der Elektrode notwendig ist, muss dem Heissverfestigungsofen von einer externen Quelle zugeführt werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, mit welchem längliche Kohlenstoffkörper kontinuierlich produziert werden können und die Nachteile der oben beschriebenen, bekannten Methode überwunden werden.
Entsprechend offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Produktion von länglichen Kohlenstoffkörpern mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt, bei welchem ein Gehäuse, gefüllt mit nicht heissverfestigter Kohlenstoffelektrodenmasse, langsam und kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich durch einen Heissverfestigungsofen nach unten abgesenkt wird; der Heissverfestigungsofen besitzt eine externe Energiequelle, das Gehäuse ist perforiert, um Gasen, welche während dem Aufheizen der Elektrodenmasse aus letzterer austreten, zu erlauben, durch die Perforationen im Gehäuse auszufliessen und in den Heissverfestigungsofen zu gelangen. Dem Heissverfestigungsofen wird Luft in genügendem Mass zugeführt, um die aus der Elektrodenmasse kommenden Gase zu verbrennen. Die Energiezufuhr von der externen Energiequelle zum Heissverfestigungsofen wird derart reguliert, dass im Ofen eine Temperatur zwischen 700-1300°C, vorzugsweise 900-1000°C aufrechterhalten werden kann. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen hervor.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 1 noch etwas näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Heissverfestigungsofen 4, welchem mit Hilfe von elektrischer Widerstandsheizung, Induktionsheizung, Gasbrennern oder Ölbrennern usw. externe Energie zugeführt werden kann.
Nichtverfestigte Elektrodenmasse wird in einem Bereich oberhalb des Heissverfestigungsofens 4 in ein Elektrodengehäu-
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se 2 gegeben, letzteres weist einen inneren Querschnitt auf, welcher dem äusseren Querschnitt des zu produzierenden länglichen Kohlenstoffkörpers 1 entspricht. Mit 3a ist der Übergang zwischen nichtverfestigter Elektrodenmasse und dem verfestigten Elektrodenkörper bezeichnet. Der Elektrodenkörper 1 sowie das Gehäuse 2 können frei durch den Ofen 4 bewegt werden, da sowohl am oberen Ende wie auch am unteren Ende des Heissverfestigungsofens genügend Spiel vorgesehen ist. Diese Spiel aufweisenden Stellen sind mit den Überweisungszeichen 5 und 6 bezeichnet. Bei 7 wird Verbrennungsluft zugeführt; die Verbrennung der Gase, welche aus den Perforationen im Gehäuse austreten, findet in der Kammer 8 statt, welche durch das Elektrodengehäuse 2 und den Heissverfestigungsofen 4 begrenzt ist. Die Rauchgase werden aus der Kammer 8 via Durchgang 10 und Rauchgasauslasskanal 9 abgesaugt. Im Heissverfestigungsofen 4 wird die unverfestigte Elektrodenmasse zu einem harten Kohlenstoffkörper verbacken; die Temperatur wird zwischen 700-1300°C gehalten. Beim Heissverfestigen der Rohelektroden-masse wird das diese Masse enthaltende Gehäuse durch den Heissverfestigungsofen kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich abgesenkt. Beim Absenken durch den Heissverfestigungsofen des Gehäuses werden neue Abschnitte des Gehäuses an dessen oberem Abschnitt angeschweisst und danach in diese neuen Gehäuseabschnitte nichtverfestigte Elektrodenmasse eingebracht.
Beim Aufheizen der Elektrodenmasse im Innern des Heissverfestigungsofens entwickeln sich in der Elektrodenmasse verbrennbare Gase. Wird das Gehäuse nach unten durch den Heissverfestigungsofen mit im wesentlichen konstanter Rate abgesenkt, so wird die Entwicklung der Gase ebenfalls im wesentlichen konstant sein.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein perforiertes Gehäuse verwendet. Die sich beim Heizen der Elektrodenmasse entwickelnden Gase fliessen dann durch die im Gehäuse vorgesehenen Perforationen hindurch in den Heissverfestigungsofen mit im wesentlichen der Entstehungsrate entsprechender Menge. Damit wird verhindert, dass sich Gas zwischen dem Gehäuse und dem heissverfestigten Kohlenstoffkörper ansammeln kann. Damit resultiert eine sehr glatte, saubere Oberfläche des verfestigten Kohlenstoffkörpers, da Gastaschen und Russ bzw. Schlackenschichten auf der Oberfläche des Kohlenstoffkörpers vermieden werden. Wird der Kohlenstoffkörper als Elektrode in einem elektrothermischen Schmelzofen verwendet, ist es essentiell,
dass die Oberfläche des Elektrodenkörpers sehr glatt ist. Eine unebene Oberfläche führt zu schlechtem elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und den Kontaktklemmen; damit besteht ein gewisses Risiko von Lichtbogenbildung. Lichtbogenbildung, wie oben erwähnt, schadet den Kontaktklemmen.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die in den Heissverfestigungsofen fliessenden Gase dazu verwendet, mindestens einen Teil derjenigen Energie, welche zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Heissverfestigungsofen notwendig ist, zu liefern, damit das Temperaturniveau auf gewünschtem Niveau gehalten werden kann. Verbrennungsluft wird in solch einer Menge dem Heissverfestigungsofen zugeführt, dass eine vollständige Verbrennung der Verfestigungsgase stattfindet. Die Energie-
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menge, welche dem Heissverfestigungsofen aus einer externen Quelle zugeführt werden muss, wird dadurch im Vergleich zu den bekannten Verfahren wesentlich verringert. Wenn die Verfestigungsgeschwindigkeit hoch genug ist, ist es sogar möglich, die gesamte notwendige Energie zur Verfestigung des Kohlen-stoffkörpers durch Verbrennen der Verfestigungsgase aufzubringen.
Vorzugsweise wird ein Gehäuse verwendet, welches einen Grad von Perforation von weniger als 25% aufweist. Ein Grad von Perforation zwischen 0,1 bis 5% ist speziell bevorzugt. Mit Grad von Perforation wird hier die gesamte Fläche der im Gehäuse existierenden Löcher in % von der totalen Oberfläche des Gehäuses verstanden.
Um Oxidation des Kohlenstoffkörpers innerhalb des Heissverfestigungsofens und das Entstehen einer zu grossen Leckmenge von Elektrodenmasse zu verhindern, besitzen die einzelnen Perforationen oder Löcher im Gehäuse vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 und 10 mm. Ein Durchmesser zwischen 2 und 4 mm wird speziell bevorzugt. Die Löcher im Gehäuse können beliebige geometrische Form aufweisen, z.B. können sie kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder ähnlich ausgebildet sein.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Löcher im Gehäuse von Anfang an durch ein zwischen 250-900°C schmelzendes oder wegbrennendes Material bedeckt. Dies kann dadurch geschehen, dass entweder jedes einzelne Loch verschlossen wird oder ein Material, wie z.B. eine dünne Folie, auf dem Innern des Gehäuses aufgebracht wird. Weiter ist es möglich, Ausnehmungen derart in dem Gehäuse anzubringen, dass das verbleibende Material auf dem Grund der Ausnehmungen nicht dick genug ist, um der Hitze im Heissverfestigungsofen zu widerstehen. Die Löcher werden sich also erst dann öffnen, wenn sie im Heissverfestigungsofen angelangt sind. Damit wird ein Verlust von nichtverfestigter Elektrodenmasse oder Elektrodenbindemittel verhindert. Weiter werden die Verfestigungsgase, welche nahe beim oberen Abschnitt des Verbrennungsofens entstehen, vor dem Ausfliessen durch die im Gehäuse vorgesehenen Öffnungen nach unten gedrückt. Dies verbessert die Qualität des Kohlenstoffkörpers, dessen Dichte und Druckfestigkeit werden nämlich höher, da die entstehenden Gase bei der hohen Temperatur gekräckt werden und damit Kohlenstoff entsteht, welcher Poren im Kohlenstoffkörper verstopft.
Der entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellte Kohlenstoffkörper kann direkt in elektrothermischen Schmelzöfen verwendet werden, welche direkt unterhalb dem Heissverfestigungsofen angeordnet sind; der längliche Körper kann jedoch auch in geeignete Abschnitte zur Produktion von weiteren Typen von länglichen Kohlenstoffkörpern zerschnitten werden. Wird der längliche Kohlenstoffkörper als Elektrode für einen unterhalb des Heissverfestigungsofens sich befindenden Ofen verwendet, kann das Gehäuse unterhalb des Heissverfestigungsofens, nachdem der Kohlenstoffkörper vollständig verfestigt ist, entfernt werden. Der Kohlenstoffkörper, hergestellt nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, kann als kontinuierliche Elektrode in Öfen zum Schmelzen von Metallen oder Legierungen verwendet werden, bei welchen das Gehäusematerial, z.B. Stahl, das Endprodukt verunreinigen würde.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von länglichen Kohlenstoffkörpern mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt, bei welchem ein mit nicht verfestigter Elektrodenmasse und einem Bindemittel gefülltes Gehäuse langsam und kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich durch einen Heissverfestigungsofen mit externer Energiezufuhr abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein perforiertes Gehäuse verwendet wird, durch welches beim Aufheizen der Elektrodenmasse entstehende Gase durch die Perforationen in den Heissverfestigungsofen ausfliessen können, dass dem Heissverfestigungsofen in genügender Menge Luft zugeführt wird, um diese aus der Elektrodenmasse in ihn ausfliessenden Gase zu verbrennen, dass die Energiezufuhr zum Heissverfestigungsofen derart gesteuert wird, dass die totale Menge von extern zugeführter Energie und Energie, gewonnen durch die Verbrennung der aus der Elektrodenmasse ausfliessenden Gase genügt, um im Heissverfestigungsofen eine Temperatur zwischen 700°C und 1300°C aufrecht zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Heissverfestigungsofen zwischen 900°C und 1100°C gehalten wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Perforationsgrad von weniger als 25% aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Perforationsgrad zwischen 0,1% und 5% aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Löcher oder Perforationen im Gehäuse einen Durchmesser zwischen 1,5 mm und 10 mm aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Perforationen im Gehäuse einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 4 mm aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher oder Perforationen im Gehäuse von Anfang an durch ein Material bedeckt sind, welches bei einer Temperatur zwischen 250°C und 900°C schmilzt oder wegbrennt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen im Gehäuse sich nicht durch das ganze Gehäuse hindurch erstrecken und dass die verbleibende Schicht von Gehäusematerial nach Aussetzen an die im Heissverfestigungsofen bestehende Temperatur schmilzt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse unterhalb des Heissverfestigungsofens von dem heissverfestigten länglichen Kohlenstoffkörper entfernt wird.
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