СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК H05B7/09 

Область техники
Изобретение относится к способу непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, более конкретно, углеродных электродов, которые получают в прямой связи с плавильной печью, в которой используют электроды, в котором спекают металлическую оболочку, содержащую неспеченную углеродистую электродную пасту из порошкового углеродного материала и углеродистого связующего вещества с получением монолитного углеродного изделия путем опускания вниз через печь для спекания металлической оболочки, содержащей неспеченную углеродистую электродную пасту.

Предшествующий уровень техники
Из патента Норвегии 154860 известен способ непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, в котором перфорированную металлическую оболочку, содержащую неспеченную углеродистую пасту, состоящую из углеродного материала с твердыми частицами и углеродистого связующего вещества, непрерывно или практически непрерывно пропускают вниз через печь для спекания, которую нагревают до температуры от 500 до 1300^oС. При этой температуре происходит спекание неспеченной углеродистой электродной пасты с образованием монолитного углеродного изделия. По мере опускания оболочки вниз через печь для спекания к верху металлической оболочки приваривают новые секции оболочки и оболочку заполняют дополнительной углеродистой электродной пастой.

Описанный выше способ можно использовать либо для непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, которые после спекания в печи разрезают на соответствующие отрезки, которые могут быть использованы в качестве блоков для футеровки плавильных печей, подовых блоков для катодов в электролизерах для получения алюминия и т.п.; или способ можно использовать для получения непрерывных углеродных электродов в прямой связи с плавильной печью, в которой используют электроды. В последнем упомянутом случае печь для спекания устанавливают выше плавильной печи таким образом, чтобы полученные электроды поступали в плавильную печь, где они расходуются. Полученные длинномерные углеродные изделия могут иметь любое подходящее поперечное сечение. Углеродные электроды, которые получают в прямой связи с плавильными печами, обычно имеют круглое поперечное сечение.

Согласно известному способу новые секции оболочки, как описано выше, приваривают к верхней секции оболочки. Это трудоемкая операция. Кроме того, когда электроды получают в прямой связи с плавильной печью, где электроды расходуются, операцию сварки производят в атмосфере горячего и зачастую загрязненного вредными примесями газа. Для электродов, у которых оболочку удаляют, после того как произошло спекание электродов, сварка секций оболочки друг с другом означает, что для ее удаления она должна быть разрезана горизонтально.

Вязкость электродной пасты при нагревании уменьшается, вследствие чего электродная листа размягчается и при дальнейшем нагреве до температуры от 500 до 1300^oС электродная паста спекается в монолитное углеродное изделие. В процессе нагрева происходит усадка углеродной пасты, и поэтому она занимает меньший объем. По известным способам, когда в них используют секции оболочки, которые соединяют друг с другом сваркой, электродная паста не может в достаточной мере опускаться книзу для компенсации усадки, поскольку электродная паста будет прилипать к внутренней поверхности оболочки. Таким образом, существует возможность, что в спеченном углеродном изделии будут возникать полости, которые повысят вероятность разрушения электродов, когда углеродное изделие будут использовать в качестве электрода. Кроме того, при усадке электродной пасты, которая прилипает к внутренней поверхности оболочки, оболочка может местами деформироваться. Это дополнительно должно повышать вероятность того, что по мере нагревания в печи для спекания оболочка будет растягиваться в осевом направлении, вследствие чего в электродной пасте могут возникнуть растягивающие напряжения.

Из патента Швеции 112236, относящегося к обычным самоспекающимся электродам для сталеплавильных печей, известен способ использования секций оболочки, которую заполняют неспеченной углеродистой электродной пастой. Согласно патенту Швеции каждую секцию оболочки наполняют электродной пастой перед установкой секций на верхней части электродной колонны. Нижняя часть каждой секции оболочки имеет диаметр, несколько меньший, чем у остальной части оболочки. Когда новую секцию оболочки устанавливают на верху электродной колонны, нижнюю часть новой секции вставляют телескопическим образом в секцию оболочки, расположенную ниже новой секции. Для того чтобы присоединить новую секцию оболочки к электродной колонне, область между нижней частью новой секции оболочки и верхней частью электродной колонны нагревают, вследствие чего электродная паста в этой области плавится или размягчается, за счет чего электродная паста в нижней части новой секции оболочки течет вместе с электродной пастой на верхней части электродной колонны. После этого новую секцию оболочки приваривают к нижней оболочке. Спекание электрода происходит в области подачи электроэнергии к электродам таким же образом, как при самоспекании электродов обычного типа.

Описанный в патенте Швеции 112236 способ соединения секций оболочек, заполненных электродной пастой, не решает, однако, проблем, описанных выше в связи с электродами, получаемыми в соответствии с патентом Норвегии 154860. Таким образом, использование способа соединения секций оболочек по патенту Швеции для способа, описанного в патенте Норвегии 154860, не может решить проблемы усадки электродной пасты в процессе спекания или проблемы, вызываемой растяжением оболочки при ее нагреве в печи для спекания. Кроме того, при использовании способа, описанного в патенте Швеции, все еще остается необходимость горизонтального разрезания оболочки для удаления оболочки ниже печи спекания, поскольку существует предпосылка согласно патенту Швеции, что новые секции оболочки приваривают к оболочке, расположенной ниже новой оболочки.

Краткое описание изобретения
Целью изобретения является создание способа, в котором при использовании способа по патенту Норвегии 154860 отсутствует необходимость приваривать новые секции оболочки к оболочке, расположенной ниже новой секции, и где происходит автоматическая компенсация усадки электродной пасты и растяжения оболочки в процессе спекания.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, в частности углеродных электродов, которые получают в прямой связи с плавильной печью, в которой электроды расходуются, согласно которому металлическую оболочку, содержащую неспеченную углеродистую электродную пасту, состоящую из углеродного материала с твердыми частицами и углеродистого связующего вещества, непрерывно или практически непрерывно пропускают вниз через печь для спекания, которую нагревают до температуры от 500 до 1200^oС, за счет чего неспеченная электродная паста спекается в монолитное углеродное изделие, и в котором оболочку удлиняют путем присоединения новых секций оболочки к верху оболочки, по мере того как оболочку пропускают через печь для спекания, причем нижняя часть каждой секции оболочки имеет наружный диаметр, равный или меньший, чем внутренний диаметр верхней части каждой секции оболочки, причем способ отличается тем, что каждую новую секцию оболочки устанавливают на расположенную ниже секцию оболочки таким образом, чтобы нижняя часть новой секции оболочки располагалась внутри оболочки верхней части секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, длина нижней части каждой секции оболочки имеет такую протяженность, чтобы новая секция оболочки в процессе спекания могла свободно скользить вниз относительно секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, на расстояние, которое, по меньшей мере, компенсирует усадку электродной пасты, находящейся в оболочке, в процессе спекания углеродного изделия в печи для спекания.

В соответствии с предпочтительным вариантом используют секции оболочки, состоящие из верхней цилиндрической части и нижней цилиндрической части, причем наружный диаметр нижней цилиндрической части равен или меньше внутреннего диаметра верхней цилиндрической части.

Предпочтительно, чтобы отношение между длиной верхней части и нижней части секции оболочки составляло от 1:1 до 1000:1, а более предпочтительно от 3:1 до 12:1.

В соответствии с другим вариантом используют секции оболочки, у которых, по меньшей мере, нижняя часть каждой секции оболочки имеет такую коническую форму, чтобы наружный диаметр конической части секции оболочки был меньше, чем диаметр верха оболочки.

Согласно изобретению каждую секцию оболочки, таким образом, не присоединяют жестко к секции оболочки, расположенной ниже, а только свободно размещают на верхней части секции оболочки, расположенной ниже. По мере того как электродная паста в секции, расположенной ниже верхней секции, дает усадку в процессе спекания, верхняя секция оболочки под действием веса свободно скользит вниз, внутрь оболочки секции, расположенной ниже. Таким образом, усадка электродной пасты не вызывает местной деформации оболочки.

В способе согласно изобретению удаление секции оболочки после спекания электрода в печи для спекания существенно упрощается, поскольку разрезать оболочку следует только вертикально.

Согласно другому варианту выполнения изобретения каждую секцию оболочки заполняют неспеченной электродной пастой до такого уровня, чтобы расстояние от уровня электродной пасты до верха каждой секции оболочки было меньше, чем длина нижней части секций оболочки. Секции оболочки можно заполнять неспеченной электродной пастой до или после установки секций. Таким образом, нижняя часть секций оболочки после установки будет опираться на неспеченную электродную пасту в расположенной ниже секции оболочки.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вертикальный разрез по секции оболочки, используемой в способе согласно изобретению;
фиг. 2 - вертикальный разрез по электродной колонне, проходящей через печь для спекания с только что установленной верхней секцией оболочки;
фиг. 3 - вертикальный разрез секции оболочки по второму варианту для использования в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показана секция оболочки 1, состоящая из верхней части 2 и нижней части 3. Нижняя часть 3 секции оболочки имеет несколько меньший диаметр, чем верхняя часть 2 секции оболочки. Наружный диаметр нижней части 3 равен или несколько меньше внутреннего диаметра верхней части 2. Когда устанавливают новую секцию оболочки 1, то секцию оболочки, имеющую форму, как показано на фиг. 1, вставляют телескопически в секцию, расположенную ниже. Секцию оболочки 1 предпочтительно заполняют неспеченной электродной пастой до уровня, показанного на фиг. 1 под ссылочной позицией 4, так чтобы расстояние от уровня 4 до верха 5 секции оболочки было меньше, чем длина нижней части 3 секции оболочки. Как вариант, секцию оболочки заполняют неспеченной электродной пастой до уровня 4 после того, как секцию оболочки поместили в секцию оболочки, расположенной ниже, с образованием телескопического соединения.

На фиг. 2 схематично показана печь 6 для спекания, которая может нагреваться посредством подходящих нагревательных средств, таких как средства нагрева электросопротивлением, индукционного нагрева, газовыми горелками, горелками, работающими на нефтепродуктах и т.п. Электродную оболочку, состоящую из нескольких телескопически расположенных секций оболочки 1, имеющих форму, как показано на фиг. 1, и которые содержат электродную пасту, непрерывно или практически непрерывно пропускают вниз через печь 6 для спекания. В этой печи неспеченная электродная паста спекается в монолитное углеродное изделие при поддержании в печи для спекания температуры от 500 до 1300^oС.

Граница между неспеченной электродной пастой и спеченным углеродным изделием показана под номером 7 на фиг. 2.

Когда устанавливают новую секцию оболочки, то нижнюю часть 3 новой секции помещают внутрь оболочки, расположенной ниже. Таким образом, нижняя кромка новой секции оболочки будет опираться на электродную пасту в секции оболочки, расположенной ниже. По мере того как секции оболочек, содержащих неспеченную электродную пасту, проходят вниз через печь для спекания электродная паста нагревается и начинает размягчаться, и в процессе спекания электродная паста будет давать усадку. Под действием веса наполненных электродной пастой секций оболочки, расположенных выше печи для спекания, размягченная электродная паста внутри печи будет спрессовываться, и секция оболочка будет скользить вниз относительно оболочки, расположенной ниже. Когда две соединенные вместе секции оболочки поступают в печь для спекания, должно происходить уплотнение телескопического соединения между секциями оболочки.

По способу согласно изобретению секции оболочки не соединяют друг с другом сваркой или посредством любого другого типа жестких соединений, а свободно опирают на электродную пасту в секции оболочки, расположенной ниже.

Поскольку отдельные секции оболочки, наполненные электродной пастой, опираются на электродную пасту в секции оболочки, расположенной ниже, неспеченная электродная паста будет всегда находиться под давлением, за счет чего каждую полость будет заполнять электродная паста при ее размягчении, и уменьшение объема электродной пасты будет автоматически компенсироваться, по мере того как секции оболочки свободно перемещаются друг относительно друга. Кроме того, удлинение оболочки вследствие нагревания не будет передаваться другой секции оболочки, поскольку удлинение компенсируется телескопическим соединением. Таким образом, удлинение секции оболочки не будет передавать никаких нагрузок на секции оболочки, расположенные выше или ниже конкретной секции оболочки.

Поскольку секции оболочки можно наполнять неспеченной электродной пастой перед установкой секций оболочки, то газы, которые выделяются в электродной пасте в процессе спекания в печи для спекания, не могут выходить через верх электродной колонны, поскольку на верху электродной колонны всегда будет находиться холодная электродная паста.

Несмотря на то что описание способа согласно изобретению относится к варианту, в котором нижняя часть секции оболочки имеет диаметр меньшего размера, чем у верха оболочки, к сфере притязаний изобретения относится возможность устанавливать секции оболочки верхней частью вниз. В этом случае между секциями оболочки телескопическое соединение будет находиться там, где часть секции оболочки, имеющей диаметр большего размера, устанавливают таким образом, чтобы диаметр большего размера размещался снаружи оболочки, расположенной ниже.

На фиг. 3 показан другой вариант секции оболочки, которую можно использовать в соответствии со способом согласно изобретению. Части на фиг. 3, которые соответствуют частям на фиг. 1, имеют идентичные номера ссылочных позиций. Секция оболочки, показанная на фиг. 3, имеет верхнюю цилиндрическую часть 2 и нижнюю коническую часть 8, причем наружный диаметр нижней конической части 8 является меньшим, чем внутренний диаметр верхней цилиндрической части 2. Когда устанавливают новую секцию оболочки, то ее размещают таким образом, чтобы нижняя коническая часть 8 была вставлена в секцию оболочки, расположенной ниже.

Оболочка, используемая согласно изобретению, может быть перфорированной, для того чтобы обеспечить выход газов, выделяющихся в процессе спекания в печь для спекания.

Поскольку секции оболочки в соответствии со способом настоящего изобретения не соединяют жестко одну с другой посредством сварки и т.п., то ее легко удалять после того, как произошло спекание электрода. Ее всего лишь необходимо разрезать вертикально.

Способ согласно изобретению обеспечивает существенное упрощение работы, необходимой для установки новых секций оболочки при одновременном существенном улучшении для персонала окружающей среды. Кроме того, достигается улучшение качества полученных углеродных изделий, поскольку эффективно устраняется возможность образования полостей в спеченных углеродных изделиях.

Изобретение относится к способу непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, а именно углеродных электродов. Способ непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, согласно которому металлическую оболочку, содержащую неспеченную углеродистую электродную пасту, состоящую из углеродного материала с твердыми частицами и углеродистого связующего вещества, непрерывно или практически непрерывно пропускают вниз через печь для спекания, которую нагревают до температуры от 500 до 1200^oС, за счет чего неспеченная электродная паста спекается в монолитное углеродное изделие, причем оболочку удлиняют посредством присоединения новых секций оболочки к верху оболочки, по мере того как оболочку пропускают через печь для спекания, при этом нижняя часть каждой секции оболочки имеет наружный диаметр, равный или меньший, чем внутренний диаметр верхней части каждой секции оболочки. Каждую новую секцию оболочки устанавливают на расположенную ниже секцию оболочки таким образом, чтобы нижняя часть новой секции оболочки располагалась внутри оболочки верхней части секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, и где длина нижней части каждой секции оболочки имеет такую протяженность, чтобы новая секция оболочки в процессе спекания могла свободно скользить вниз относительно секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, на расстояние, которое по меньшей мере компенсирует усадку электродной пасты, находящейся в оболочке, в процессе спекания углеродного изделия в печи для спекания. Технический результат: существенное упрощение изготовления и улучшение качества углеродных изделий. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ непрерывного получения длинномерных углеродных изделий, в частности углеродных электродов, которые получают в прямой связи с плавильной печью, в которой расходуются эти электроды, в котором металлическую оболочку, содержащую неспеченную углеродистую электродную пасту, состоящую из углеродного материала с твердыми частицами и углеродистого связующего вещества, непрерывно или практически непрерывно пропускают вниз через печь для спекания, которую нагревают до температуры от 500 до 1200^oС, за счет чего неспеченная электродная паста спекается в монолитное углеродное изделие, оболочку удлиняют посредством присоединения новых секций оболочки к верху оболочки, по мере того как оболочку пропускают через печь для спекания, у которых нижняя часть каждой секции оболочки имеет наружный диаметр, равный или меньший, чем внутренний диаметр верхней части каждой секции оболочки, отличающийся тем, что каждую новую секцию оболочки устанавливают на расположенную ниже секцию оболочки таким образом, чтобы нижняя часть новой секции оболочки располагалась внутри оболочки верхней части секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, причем длина нижней части каждой секции оболочки имеет такую протяженность, чтобы новая секция оболочки в процессе спекания могла свободно скользить вниз относительно секции оболочки, расположенной ниже новой секции оболочки, на расстояние, которое по меньшей мере компенсирует усадку электродной пасты, находящейся в оболочке, в процессе спекания углеродного изделия в печи для спекания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждую секцию оболочки перед установкой заполняют неспеченной электродной пастой до такого уровня, чтобы расстояние от уровня электродной пасты до верха каждой секции оболочки было меньше, чем длина нижней части секции оболочки, тем самым нижняя часть секций оболочки при установке будет опираться на неспеченную электродную пасту в секции оболочки, расположенной ниже. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждую секцию оболочки после установки заполняют неспеченной электродной пастой до такого уровня, чтобы расстояние от уровня электродной пасты до верха каждой секции оболочки было меньше, чем длина нижней части секций оболочки, тем самым нижняя часть секций оболочки при установке будет опираться на неспеченную электродную пасту в секции оболочки, расположенной ниже. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют секции оболочки, состоящие из верхней цилиндрической части и нижней цилиндрической части, в которых наружный диаметр нижней цилиндрической части равен или меньше внутреннего диаметра верхней цилиндрической части. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют секции оболочки, у которых по меньшей мере нижняя часть каждой секции оболочки имеет такую коническую форму, чтобы наружный диаметр конической части секции оболочки был меньше, чем диаметр верха оболочки. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение между длиной верхней части и нижней части секции оболочки составляет от 1: 1 до 1000: 1. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отношение между длиной верхней части и нижней части секции оболочки составляет от 3: 1 до 12: 1.