Un método para obtener un artículo carbonoso que comprende:

Proporcionar un recipiente (24),

Suministrar pasta carbonosa a dicho recipiente,

Calentar dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta carbonosa, y

Extrudir la pasta cocida de dicho recipiente (24) para formar dicho artículo carbonoso (28), caracterizado por las etapas de determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida en dicha zona de cocción midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de dicha pasta cocida, y

Mantener dicha adhesión ajustando un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios

Método y aparato de obtención de artículos carbonosos.

Campo técnico

Esta invención se refiere a la técnica de artículos carbonosos y su fabricación. En las formas de realización preferentes, la invención se refiere a métodos y aparatos para la fabricación de electrodos de carbón y grafito a partir de una pasta carbonosa para electrodos de autococción.

Estado de la técnica

Los electrodos de autococción son conocidos. Este tipo de electrodo se obtiene cociendo una pasta carbonosa conjuntamente con la operación de un horno de arco eléctrico, que recibe el electrodo cocido. Se muestra un primer electrodo de este tipo en la patente US 1.442.031 (Soderberg), que incluye un recipiente para contener la pasta para electrodos y cuece la pasta calentando la misma. Una pasta para electrodos no cocida no puede llevar una gran corriente eléctrica, pero la pasta cocida es capaz de llevar una corriente eléctrica considerable y se utiliza para suministrar las grandes cantidades de corriente eléctrica requeridas para operar los hornos de arco eléctrico. La anterior patente US 4.736.813 del solicitante muestra un electrodo de autococción en el que la corriente eléctrica, tanto para operar un horno como para cocer la pasta, se suministra a la pasta a través de un mandril situado en el centro. La patente US 3.524.004 (Van Nostran et al.) también muestra el suministro de una corriente eléctrica al centro del electrodo para cocer la pasta y el suministro de una parte de la corriente requerida por el horno al exterior del electrodo. La patente US 4.527.329 (Bruff) muestra un proceso para la fabricación de un electrodo de horno in situ en el que se suministra calor para cocer la pasta independientemente de la corriente para operar el horno.

Además, es conocida la extrusión de un electrodo de autococción mediante la aplicación de presión a la pasta para electrodos, como se muestra en la anterior patente US 4.756.004 del solicitante. Mientras que la estructura mostrada en esta patente es útil, el electrodo cocido es susceptible de cocerse inadecuadamente por un lado y de quedarse atascado en la funda por el otro.

Métodos conocidos de obtención de electrodos de autococción no han tenido éxito, principalmente debido a las dificultades que surgen de la interacción entre la zona de cocción y las diversas partes del aparato de cocción. El aparato de Van Nostran, por ejemplo, utiliza un tornillo para avanzar la pasta cocida, pero una fuerte adherencia entre el tornillo y la pasta cocida resulta finalmente en una incapacidad de continuar avanzando el electrodo y el posterior fallo. Igualmente, la producción de electrodos de autococción de acuerdo con patentes anteriores del solicitante ha resultado problemática debido a la adhesión entre la pasta cocida y el recipiente para la pasta, como el electro de autococción con avance por presión de la patente US 4.756.004.

Es conocido a partir de la patente US-A3 254 143 un método de moldeado de cuerpos carbonizados mediante el cual un cuerpo de ese tipo puede formarse continuamente con una forma en sección transversal y una longitud deseados. Sin embargo este método no muestra ninguna determinación ni mantenimiento de la ubicación de la zona de cocción.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, los artículos carbonosos se obtienen cociendo y extrudiendo una pasta carbonosa de "autococción" independientemente de un horno. Estos artículos son preferentemente electrodos para hornos de arco eléctrico pero pueden ser electrodos para el refinamiento electrolítico de metales, como el aluminio, o artículos para una diversidad de otros fines. La obtención de artículos carbonosos independientemente de un horno tiene varias ventajas incluyendo la capacidad de cocer los artículos independientemente de los requerimientos de operación inmediatos del horno y la capacidad de ubicar la instalación de producción lejos del horno. (La expresión "pasta cocida" se utiliza en la presente memoria para referirse a una pasta que ha alcanzado por lo menos la rigidez requerida para mantener su forma, pero que puede considerarse únicamente parcialmente cocida porque quedan componentes volátiles en una cantidad superior a aproximadamente el uno por ciento. La expresión "pasta no cocida" se utiliza para referirse a pasta que no es capaz de mantener su forma fuera del recipiente de la pasta).

Los artículos son cocidos y extrudidos en básicamente la forma deseada para su uso final y a continuación mecanizados, si resulta necesario, a la forma final. Los artículos acabados son movidos a la ubicación deseada y utilizados de la manera conocida. Una instalación de cocción por lo general es capaz de producir electrodos a una velocidad superior a la requerida por hornos de un único arco eléctrico, lo que significa que los electrodos así obtenidos pueden utilizarse para alimentar una pluralidad de hornos. Igualmente, los artículos diseñados para su uso en otros procesos, como los "electrodos para el refinamiento electrolítico" se obtienen en proporción a la velocidad de uso que resulte más económica.

Cuando un artículo carbonoso está plenamente cocido en la estación de cocción puede procesarse adicionalmente para su uso, por ejemplo, desligando el artículo del resto de la extrusión. Si el artículo no ha sido completamente cocido en la estación de cocción, puede cocerse adicionalmente mediante la aplicación de calor mediante técnicas conocidas. Por ejemplo, a la pasta cocida se le puede suministrar corriente eléctrica mediante un circuito eléctrico separado del que suministra la corriente de cocción, mediante la cual se calienta adicionalmente el artículo mediante calentamiento por resistencia (calentamiento por I²R). Preferentemente, sin embargo, el artículo cocido se calienta adicionalmente inductivamente haciendo pasar al mismo a través de unas bobinas de inducción. Otros dispositivos de calentamiento, como un calentador de gas, también pueden ser útiles en algunas circunstancias. Cuando el artículo parcialmente cocido se utiliza como un electrodo en un horno de arco eléctrico, la pasta puede cocerse adicionalmente mediante la corriente del horno suministrada a través del electrodo o por calor producido en el horno.

De acuerdo con otra forma de realización de la invención, la pasta cocida se convierte a grafito calentando la pasta a una temperatura elevada (2500ºC o más) y manteniendo la misma a la temperatura elevada. Esto se lleva a cabo, preferentemente, haciendo pasar el electrodo a través de una bobina de inducción en la que se caliente inductivamente. La pasta mantenida a esta elevada temperatura debe aislarse para evitar la pérdida de calor. El material aislante, que preferentemente es negro de carbón, es soportado alrededor del electrodo mediante un tubo cilíndrico hecho de materiales inductivamente transparentes, como los descritos en la patente US 4.921.222 (Mott).

La conversión de la pasta cocida a grafito preferentemente se realiza conforme la pasta sale del recipiente en el que se realiza la cocción inicial para evitar el enfriamiento y el consiguiente recalentamiento del artículo. De manera alternativa, sin embargo, los artículos pueden convertirse a grafito en una ubicación separada. El calor adicional se proporciona preferentemente por inducción, y cuando la conversión se realiza conforme la pasta sale del recipiente de cocción, la bobina de inducción y la estructura aislante son contiguas al recipiente. Si la conversión se realiza en una ubicación remota, la bobina y la estructura aislante pueden recibir un único artículo o ser lo suficientemente grandes para recibir una serie de artículos simultáneamente.

El solicitante ha descubierto que una causa principal de problemas en la extrusión de artículos cocidos es la excesiva adhesión entre la pasta cocida y la estructura que contiene la pasta no cocida, como el recipiente de la pasta y el conductor central, o mandril. Esta adhesión resulta de la incapacidad de controlar las dimensiones o la ubicación de la zona de cocción en la pasta. De esta manera, cuando se emplea un electrodo central para proporcionar la corriente de cocción, la zona de cocción debería ubicarse cerca de la punta del electrodo central. Alejar la zona de cocción de la punta del electrodo, hacia el extremo de salida del recipiente de la pasta, resulta en una cocción insuficiente y el consiguiente riesgo de salida de la pasta verde hacia la cavidad tubular formada en la pasta por el electrodo. Si la zona de cocción se mueve en la dirección opuesta, alejándose del extremo de salida del recipiente de la...

1. Un método para obtener un artículo carbonoso que comprende:

Proporcionar un recipiente (24),

Suministrar pasta carbonosa a dicho recipiente,

Calentar dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta carbonosa, y

Extrudir la pasta cocida de dicho recipiente (24) para formar dicho artículo carbonoso (28), caracterizado por las etapas de determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida en dicha zona de cocción midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de dicha pasta cocida, y

Mantener dicha adhesión ajustando un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios.

2. Un método según la reivindicación 1 en el que dicho parámetro de cocción es la energía de cocción de entrada y dicha etapa de mantenimiento comprende una etapa de alteración del calor para ajustar la energía de cocción de entrada.

3. Un método según la reivindicación 2 en el que dicho parámetro de cocción comprende dicha velocidad de extrusión y dicha etapa de mantenimiento comprende una etapa de alteración de dicha extrusión.

4. Un método según la reivindicación 1 en el que dicha etapa de determinación comprende adicionalmente las etapas de medición de la temperatura de dicha zona de cocción en una pluralidad de ubicaciones periféricas de dicha zona de cocción, dicho parámetro de cocción es calentamiento, y dicha etapa de mantenimiento comprende adicionalmente alterar dicho calentamiento en dicha pluralidad de ubicaciones periféricas en respuesta a dicha etapa de medición.

5. Un método según la reivindicación 1 en el que dicha etapa de determinación comprende adicionalmente la etapa de determinar la magnitud de una fuerza que surge de dicha adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida aplicando presión a dicha pasta, dicho parámetro de cocción es dicha presión, y dicha etapa de mantenimiento comprende cambiar la presión aplicada a la pasta en respuesta a los cambios en dicha velocidad de extrusión.

6. Un método según la reivindicación 1, en el que dicho parámetro de cocción es la velocidad de cocción y dicha etapa de mantenimiento comprende la etapa de alteración de la velocidad de cocción.

7. Un método según la reivindicación 1 que comprende adicionalmente la etapa de proporcionar dicha pasta cocida a un horno de arco eléctrico y suministrar corriente eléctrica a dicha pasta cocida para operar dicho horno.

8. Un método según la reivindicación 1 que comprende adicionalmente la etapa de aplicar continuamente presión a dicha pasta carbonosa.

9. Un método según la reivindicación 1 en el que dicha etapa de calentamiento comprende un calentamiento resistivo de dicha pasta cocida extrudida desde dicha salida.

10. Un método según la reivindicación 1 en el que dicha etapa de calentamiento comprende calentar por inducción dicha pasta cocida extrudida desde dicha salida.

11. Un aparato para obtener un artículo carbonoso que comprende:

Un recipiente (24) que cuenta con una entrada y una salida, y que está configurado para recibir una pasta carbonosa no cocida,

Medios para calentar (8) dicha pasta carbonosa para formar una zona de cocción (19) en dicha pasta, medios para extrudir la pasta cocida de dicho recipiente para formar dicho artículo carbonoso (28),

caracterizado por unos medios para determinar cambios en la adhesión entre dicho recipiente y dicha pasta cocida y mantener dicha adhesión midiendo los cambios en la velocidad de extrusión de la pasta cocida y mediante unos medios (22, 32, 50) para ajustar un parámetro de cocción para equilibrar dichos cambios.

12. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de calentamiento comprenden un electrodo (10) situado para estar dentro de dicha pasta carbonosa no cocida y un circuito eléctrico conectado a dicho electrodo.

13. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de calentamiento comprenden una bobina de inducción (41).

14. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden una pluralidad de electrodos (30) especiados periféricamente alrededor de una parte exterior de dicha zona de cocción y un controlador de corriente eléctrica (32) conectado a cada uno de dichos electrodos (30).

15. Aparato según la reivindicación 14 en el que dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden un electrodo central (40) que cuenta con una pluralidad de segmentos de conducción (11), y dicho controlador de corriente eléctrica (32) está conectado a dichos segmentos (11).

16. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de medición de dicha velocidad de extrusión comprenden un eje (46) que aplica una fuerza a dicha pasta cocida que resiste la extrusión y una célula de carga (50) entre dicha pasta cocida y dicho eje.

17. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden unos medios (51) para controlar dicha velocidad de extrusión.

18. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de mantenimiento de dicha adhesión comprenden unos medios (42) para controlar dichos medios de calentamiento.

19. Aparato según la reivindicación 11 en el que dichos medios de extrusión comprenden unos medios (48) para suministrar dicha pasta no cocida bajo presión.