FR2586472A1 - COOKING OVEN FOR ELECTRODES, ESPECIALLY FOR ELECTRIC FUSION OVENS AND ELECTROLYTIC CELLS FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM - Google Patents
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Abstract
A.FOUR DE CUISSON POUR ELECTRODES, NOTAMMENT POUR DES FOURS DE FUSION ELECTRIQUES, ET DES CELLULES ELECTROLYTIQUES DE PRODUCTION D'ALUMINIUM. B.FOUR DE CUISSON 1 CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UNE COQUE D'ACIER EXTERIEURE 5 ET UN REVETEMENT REFRACTAIRE 6 PLACE A L'INTERIEUR DE LA COQUE 5, CE REVETEMENT REFRACTAIRE 6 DEFINISSANT UNE CHAMBRE DE COMBUSTION 7, UNE CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT 16 PLACEE ENTRE LA PARTIE SUPERIEURE 15 DU REVETEMENT REFRACTAIRE 6 ET L'ENVELOPPE 3, DES MOYENS D'ETANCHEITE AUX GAZ 23 PLACES AU-DESSUS DE LA CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT 16, ET UN PASSAGE DE GAZ D'ECHAPPEMENT 11 PLACE AU-DESSOUS DU REVETEMENT REFRACTAIRE 6. C.L'INVENTION CONCERNE UN FOUR DE CUISSON POUR ELECTRODES, NOTAMMENT POUR DES FOURS DE FUSION ELECTRIQUES, ET DES CELLULES ELECTROLYTIQUES DE PRODUCTION D'ALUMINIUM.A. COOKING OVEN FOR ELECTRODES, ESPECIALLY FOR ELECTRIC FUSION OVENS, AND ELECTROLYTIC CELLS FOR ALUMINUM PRODUCTION. B. COOKING OVEN 1 CHARACTERIZED IN THAT IT CONSISTS OF AN EXTERNAL STEEL SHELL 5 AND A REFRACTORY COATING 6 PLACED INSIDE THE SHELL 5, THIS COOLING COATING 6 DEFINING A COMBUSTION CHAMBER 7, A COOLING CHAMBER 16 PLACED BETWEEN THE UPPER PART 15 OF THE REFRACTORY COATING 6 AND THE ENCLOSURE 3, GAS SEALING MEANS 23 PLACES ABOVE THE COOLING CHAMBER 16, AND AN EXHAUST GAS PASSAGE 11 PLACED BELOW THE REFRACTORY COATING 6. C. THE INVENTION RELATES TO A COOKING OVEN FOR ELECTRODES, IN PARTICULAR FOR ELECTRIC FUSION OVENS, AND ELECTROLYTIC CELLS FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM.
Description
"Four de cuisson pour électrodes, notamment pour des"Electrode baking oven, especially for
fours de fusion électriques et des cellules électrolyti- electric melting furnaces and electrolytic cells
ques de production d'aluminium ".aluminum production ".
L'invention concerne une four de cuisson pour la production continue de corps de carbone allongés présentant une section transversale sensiblement The invention relates to a baking oven for the continuous production of elongated carbon bodies having a cross-section substantially
uniforme, comme par exemple des électrodes de carbone des- uniform, for example carbon electrodes des-
tinées à être utilisées dans des fours de fusion électri- designed for use in electric melting furnaces
ques, des blocs de revêtement, des éléments d'anode et de such as cladding blocks, anode elements and
cathode pour cellules électrolytiques de production d'alu- cathode for electrolytic cells for the production of aluminum
minium. Les corps de carbone allongés peuvent présenter n'importe quelle section transversale, comme par exemple minium. The elongated carbon bodies may have any cross section, for example
une section circulaire, rectangulaire ou autre. a circular, rectangular or other section.
On connait déjà un procédé classique de production de corps de carbone allongés, dans lequel une pâte d'électrode carbonée non cuite comprenant un matériau à base de carbone et un liant carboné, est cuite de façon permanente pour donner un corps de carbone solide, There is already known a conventional method of producing elongate carbon bodies, in which an uncured carbon electrode paste comprising a carbon-based material and a carbon binder, is permanently fired to give a solid carbon body,
en chargeant la pâte d'électrode non cuite dans une enve- by loading the uncooked electrode paste into an enven-
loppe présentant une section transversale correspondant à loppe having a cross-section corresponding to
celle du corps de carbone à produire, et en faisant des- that of the carbon body to be produced, and by making
cendre de façon continue ou sensiblement continue l'enve- ash continuously or substantially continuously the enven-
loppe dans un four de cuisson alimenté en énergie de chauf- lopped in a baking oven fueled with heating energy
fage. Il est également connu d'utiliser une enveloppe per- wise. It is also known to use a permanent envelope
forée permettant aux gaz qui s'échappent de la pâte d'électrode par chauffage, de s'échapper de l'électrode drilled to allow gases escaping from the electrode paste by heating, to escape from the electrode
pour passer dans le four de cuisson o ils sont brûlés. to go into the baking oven where they are burned.
On a constaté que les gaz qui se dégagent pendant le chauffage de la pâte d'électrode et passent dans le four de cuisson par les perforations de l'enveloppe, ont tendance à se condenser dans la partie supérieure du four de cuisson o l'enveloppe d'électrode froide contenant la pâte d'électrode froide pénètre dans le four de cuisson. Ce produit de condensation consistant en un grand nombre d'éléments d'hydrocarbone différents, se trouvant éventuellement brûlés dans la partie supérieure du four de cuisson, et une couche de matériau carbonisé dur se forme lentement pour remplir complètement, au bout d'un certain temps, l'espace annulaire compris entre le It has been found that the gases that escape during the heating of the electrode paste and pass into the cooking oven through the perforations of the envelope, tend to condense in the upper part of the cooking oven where the envelope cold electrode containing the cold electrode paste enters the baking oven. This condensation product consisting of a large number of different hydrocarbon elements, possibly burned in the upper part of the baking oven, and a layer of hard carbonized material is slowly formed to completely fill, after a certain time, the annular space between
four de cuisson et l'enveloppe d'électrode. baking oven and the electrode casing.
I1 en résulte qu'au bout d'un certain nombres de semaines de fonctionnement du four, il n'est plus possible de déplacer l'enveloppe et par conséquent l'électrode, par rapport au four de cuisson. La croissance de cette couche de matériau carbonisé dur dans la partie supérieure du four de cuisson doit donc être surveillée de façon plus ou moins permanente, et au bout d'un certain temps le processus de cuisson doit être stoppé et le four de cuisson doit être démonté pour retirer la couche de matériau carbonisé. Pendant l'extraction de la couche de As a result, after a certain number of weeks of operation of the oven, it is no longer possible to move the envelope and consequently the electrode, relative to the cooking oven. The growth of this layer of hard carbonized material in the upper part of the baking oven must therefore be monitored more or less permanently, and after a certain time the cooking process must be stopped and the baking oven must be disassembled to remove the layer of carbonized material. During the extraction of the
matériau carbonisé, la zone de cuisson du corps de car- carbonized material, the cooking zone of the body of car-
bone est refroidie de sorte qu'une inhomogénéité se pro- bone is cooled so that inhomogeneity occurs
duit dans le corps de carbone allongé. duit into the elongated carbon body.
Si le four de cuisson fonctionne en association directe avec un four de fusion électrique, pour la production d'une électrode de carbone directement utilisée dans le four de fusion, le fonctionnement de ce four de fusion doit être coupé pendant l'extraction de la couche de matériau carbonisé dans le four de cuisson. Il en résulte une perte de production du four de fusion et il existe en outre un très grand risque de rupture de -3 l'électrode lorsque la partie de cette électrode contenant l'inhomogénéité indiquée ci-dessus pénètre dans le four If the baking oven works in direct association with an electric melting furnace, for the production of a carbon electrode directly used in the melting furnace, the operation of this melting furnace must be cut during the extraction of the layer of carbonized material in the baking oven. This results in a loss of production of the melting furnace and there is also a very high risk of rupture of the electrode when the part of this electrode containing the inhomogeneity indicated above enters the furnace.
de fusion.fusion.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en créant un four de cuisson évitant la formation de matériaux carbonisés durs dans la partie The invention aims to overcome these disadvantages by creating a baking oven avoiding the formation of hard carbonized materials in the part
supérieure du four de cuisson.top of the baking oven.
L'invention a également pour butThe invention also aims
d'assurer une étanchéité aux gaz efficace entre l'enve- to ensure effective gastightness between the enve-
loppe d'électrode et la partie supérieure du four de cuisson, pour empêcher les fuites de gaz entre le four de electrode pad and the upper part of the baking oven, to prevent gas leakage between the oven of
cuisson et l'environnement.cooking and the environment.
A cet effet, l'invention concerne un four de cuisson pour la production continue de corps de For this purpose, the invention relates to a cooking oven for the continuous production of
carbone allongés présentant une section transversale uni- elongate carbon having a uniform cross-section
forme, ce four étant destiné à se déplacer de façon conti- form, this oven being intended to move continuously
nue ou sensiblement continue par rapport à une enveloppe contenant une pâte d'électrode carbonée non cuite, avec bare or substantially continuous with respect to an envelope containing an uncured carbon electrode paste, with
une vitesse correspondant à une vitesse de cuisson prédé- a speed corresponding to a predetermined cooking speed
terminée du corps de carbone, four de cuisson caractérisé en ce qu'il comprend une coque d'acier extérieure et un revêtement réfractaire placé à l'intérieur de la coque, finished carbon body, baking oven characterized in that it comprises an outer steel shell and a refractory lining placed inside the shell,
ce revêtement réfractaire définissant une chambre de com- this refractory lining defining a chamber of com-
bustion, une chambre de refroidissement placée entre la bustion, a cooling chamber placed between the
partie supérieure du revêtement réfractaire et l'envelop- top of the refractory lining and the envelope
pe, des moyens d'étanchéité aux gaz placés au-dessus de la chambre de refroidissement, et un passage de gaz eg, gas sealing means placed above the cooling chamber, and a gas passage
d'échappement placé au-dessous du revêtement réfractaire. exhaust placed below the refractory lining.
La chambre de refroidissement com-The cooling chamber com-
porte de préférence des passages intérieurs de circula- preferably carries interior passages of circula-
tion d'un agent de refroidissement. Au-dessus de la cham- cooling agent. Above the room
bre de refroidissement est placé un anneau de guidage des- cooling head is placed on a guide ring
tiné à guider le corps de carbone à travers le four de designed to guide the carbon body through the furnace
cuisson, et un joint d'étanchéité aux gaz destiné à empê- cooking, and a gas seal intended to prevent
cher les fuites de gaz hors de la chambre de combustion. expensive gas leaks out of the combustion chamber.
f.f.
- - J1- - J1
e Le Joint d'étanchéité aux gaz consiste de préférence en une garniture flexible montée entre des rebords inférieurs verticaux fixés à une plaque de la partie supérieure de la chambre de refroidissement, et des rebords supérieurs verticaux fixés à une autre plaque, la distance entre les rebords supérieurs et inférieurs, et par conséquent le The gasket preferably consists of a flexible gasket mounted between vertical bottom flanges attached to a plate of the upper part of the cooling chamber, and vertical upper flanges fixed to another plate, the distance between the upper and lower edges, and therefore the
serrage de la garniture contre le corps de carbone, pou- tightening the lining against the carbon body,
vant être réglés au moyen d'un certain nombre de boulons. to be adjusted by means of a number of bolts.
L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe verticale d'un four de cuisson selon l'invention; et - la figure 2 représente une vue The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a vertical section of a baking oven according to the invention; and - Figure 2 shows a view
agrandie d'une partie de la figure 1. enlarged part of Figure 1.
Sur la figure 1 est représenté unIn Figure 1 is shown a
four de cuisson 1 destiné à la production de corps de car- baking oven 1 for the production of car bodies
bone allongés 2. Le four de cuisson est placé autour d'une enveloppe 3 du corps de carbone 2. L'enveloppe 3 présente une section transversale correspondant à celle 2. The baking oven is placed around a shell 3 of the carbon body 2. The shell 3 has a cross section corresponding to that
du corps de carbone.of the carbon body.
Une pâte d'électrode carbonée non cuite 4 consistant en un matériau à base de carbone et un liant carboné, est chargée dans l'enveloppe 3. En chauffant la pâte d'électrode 4 dans le four de cuisson 1, on fait cuire cette pâte d'électrode pour former un An uncured carbonaceous electrode paste 4 consisting of a carbon-based material and a carbon binder is loaded into the casing 3. By heating the electrode paste 4 in the baking oven 1, the dough is baked. electrode to form a
corps de carbone solide 2. L'enveloppe 3 est de préféren- solid carbon body 2. The envelope 3 is preferably
ce perforée (non représentée) pour permettre aux gaz qui se dégagent pendant le chauffage de la pâte d'électrode, de s'échapper par les perforations pour passer dans le this perforated (not shown) to allow the gases that are released during the heating of the electrode paste, to escape through the perforations to pass into the
four de cuisson.baking oven.
Le four de cuisson 1 comprend uneThe baking oven 1 comprises a
coque extérieure 5 et un revêtement refractaire 6 définis- outer shell 5 and a refractory coating 6 defined
sant une chambre de combustion 7. La chambre de combustion 7 est chauffée à la température de cuisson nécessaire par au moins un brûleur 8 de combustible solide, liquide ou gazeux. Le brGleur ou les brûleurs 8 sont de préférence disposés tangentiellement par rapport à la chambre de The combustion chamber 7 is heated to the required firing temperature by at least one burner 8 of solid, liquid or gaseous fuel. The burner or the burners 8 are preferably arranged tangentially with respect to the chamber of
combustible 7. Le brûleur 8 comporte des tuyaux d'alimen- 7. The burner 8 has fuel hoses
tation 9 et 10 de combustible et d'air de combustion. Au- 9 and 10 of fuel and combustion air. Au-
dessous du revêtement refractaire 6 se trouve un passage below the refractory lining 6 is a passage
11 destiné aux gaz d'échappement du four de cuisson 1. 11 for the exhaust of the cooking oven 1.
Les gaz d'échappement sont aspirés hors du passage 11 par un tuyau de gaz d'échappement 12. Dans ce tuyau de gaz d'échappement 12 est montée une soupape 13 de régulation The exhaust gas is sucked out of the passage 11 by an exhaust pipe 12. In this exhaust pipe 12 is mounted a control valve 13
du volume des gaz d'échappement sortant du four de cuisson. the volume of exhaust gas leaving the baking oven.
Le passage 11 comporte une ouverture centrale de diamètre légèrement supérieur à celui du corps de carbone cuit 2. Entre le passage 11 et l'enveloppe 3 The passage 11 has a central opening of diameter slightly greater than that of the cooked carbon body 2. Between the passage 11 and the envelope 3
du corps de carbone 2 se trouve donc une fente 14. Lors- of the carbon body 2 is therefore a slot 14. When
que le four de cuisson 1 est en fonctionnement, l'air ambiant est aspiré par la fente 14 et forme donc un joint d'étanchéité empêchant les gaz de la chambre de combustion that the baking oven 1 is in operation, the ambient air is sucked by the slot 14 and thus forms a seal preventing the gases of the combustion chamber
8 de s'échapper par la fente 14.8 to escape through the slot 14.
Dans la partie supérieure 15 du revêtement réfractaire 6 du four de cuisson 1, se trouve une ouverture destinée à recevoir l'enveloppe 3. Cette ouverture présente une section transversale un peu plus In the upper part 15 of the refractory lining 6 of the baking oven 1, there is an opening intended to receive the envelope 3. This opening has a cross section a little more
grande que celle de l'enveloppe 3. Dans la fente annu- than that of the envelope 3. In the annular slot
laire comprise entre la partie supérieure 15 du revête- between the upper part 15 of the coating
ment réfractaire 6 et l'enveloppe 3, est placée une cham- refractory 6 and the envelope 3, is placed one chamber
bre de refroidissement 16 destinée à la circulation d'un agent de refroidissement. La chambre de refroidissement 16 comporte un tuyau d'alimentation 17 et un tuyau de retour 18 de l'agent de refroidissement constitué de préférence par de l'eau. La chambre de refroidissement 16 peut être divisée en plusieurs sections, chacune de ces sections pouvant être munies de parois intérieures cooling member 16 for circulating a coolant. The cooling chamber 16 includes a feed pipe 17 and a return pipe 18 of the coolant preferably consisting of water. The cooling chamber 16 can be divided into several sections, each of these sections being able to be provided with interior walls
(non représentées) pour assurer une circulation convena- (not shown) to ensure proper circulation
ble de l'agent de refroidissement a travers la chambre ble of coolant through the chamber
de refroidissement 16.Cooling 16.
La chambre de refroidissement 16 est placée de façon que son extrémité inférieure se situe sensiblement au même niveau que l'extrémité inférieure de la partie supérieure 15 du revêtement réfractaire 6, comme indiqué sur la figure 1. La chambre de refroidisse- ment 16 monte vers le haut Jusqu'à un niveau se situant au moins au-dessus de l'extrémité supérieure de la partie The cooling chamber 16 is placed so that its lower end is at substantially the same level as the lower end of the upper portion of the refractory lining 6, as shown in FIG. 1. The cooling chamber 16 rises towards the lower end of the upper portion 15 of the refractory lining 6 as shown in FIG. up to a level at least above the top end of the game
supérieure 15 du revêtement réfractaire 6. upper part of the refractory lining 6.
La chambre de refroidissement 16 est fixée à la coque extérieure 5 par une plaque annulaire 20 The cooling chamber 16 is fixed to the outer shell 5 by an annular plate 20
fixée à cette coque 5 par des boulons 21. attached to this shell 5 by bolts 21.
Si le four de cuisson 1 est utilisé pour cuire une électrode de carbone en association directe avec un four de fusion électrique, un isolant électrique 25 est de préférence inséré entre la coque 5 du four de If the baking oven 1 is used to bake a carbon electrode in direct association with an electric melting furnace, an electrical insulator 25 is preferably inserted between the hull 5 of the baking oven.
cuisson 1 et la plaque annulaire 20. baking 1 and the annular plate 20.
Au-dessus de la chambre de refroidis- Above the cooling chamber
sement 16 est fixé un anneau de guidage 22 constitué par 16 is attached a guide ring 22 consisting of
une tige d'acier ou autre. Le but de cet anneau de gui- a steel rod or other. The purpose of this ring of
dage 22 est de guider l'enveloppe par rapport au four de cuisson. Dans la zone située au-dessus de l'anneau de guidage 22 sont placés des moyens d'étanchéité de gaz 23 destinés à empêcher les fuites de gaz entre l'enveloppe 22 is to guide the envelope relative to the baking oven. In the area above the guide ring 22 are placed gas sealing means 23 for preventing leakage of gas between the casing
3 et le four de cuisson 1.3 and the baking oven 1.
Les moyens d'étanchéité de gaz 23 The gas sealing means 23
sont représentés à plus grande échelle sur la figure 2. are shown on a larger scale in Figure 2.
Ces moyens d'étanchéité de gaz 23 comprennent une plaque These gas sealing means 23 comprise a plate
annulaire inférieure 24 fixée à la chambre de refroidisse- lower ring 24 attached to the cooling chamber
ment 16. A la plaque 24 sont fixés deux rebords annulai- 16. The plate 24 shall be secured with two annular flanges
res 26 et 27 pouvant se déplacer verticalement. Entre les rebords 26 et 27 est montée une garniture flexible 26 and 27 can move vertically. Between the edges 26 and 27 is mounted a flexible gasket
28 réalisée dans un matériau à point de fusion élevé. 28 made of a high melting point material.
L'extrémité supérieure de la garniture 28 est placée entre des rebords annulaires verticaux 29 et 30 reliés à The upper end of the liner 28 is placed between vertical annular flanges 29 and 30 connected to
une seconde plaque annulaire 31. La seconde plaque annu- a second annular plate 31. The second annular plate
laire 31 est fixée au rebord 26 par un certain nombre de boulons filetés 32 munis de poignées 33. En réglant la distance entre la première plaque 24 et la seconde plaque 31, par manoeuvre des poignées 33, on peut serrer ou desserrer la garniture flexible 28. Cette garniture 28 peut se régler localement autour de la circonférence de The plate 31 is fixed to the flange 26 by a number of threaded bolts 32 provided with handles 33. By adjusting the distance between the first plate 24 and the second plate 31, by operating the handles 33, the flexible lining 28 can be tightened or loosened. This lining 28 can be adjusted locally around the circumference of
l'enveloppe 3 par manoeuvre des poignées 33. the envelope 3 by maneuvering the handles 33.
En cours de fonctionnement, le four- During operation, the oven
de cuisson 1 est entralné de façon continue ou sensible- 1 is entralné continuously or sensitively-
ment continue par rapport à l'enveloppe 3, à une vitesse correspondant à la vitesse de cuisson préréglée du corps de carbone 2. Lorsque l'enveloppe 3 contenant la pâte d'électrode non cuite 4 pénètre dans le four de cuisson 1, la pâte d'électrode est chauffée pour devenir d'abord liquide, puis pour être ensuite cuite de manière à former Continuously with respect to the casing 3, at a rate corresponding to the preset cooking rate of the carbon body 2. When the casing 3 containing the uncooked electrode paste 4 enters the baking oven 1, the dough electrode is heated to become liquid at first, then to be cooked to form
un corps de carbone solide.a solid carbon body.
Pendant la cuisson, des gaz carbonés se dégagent dans la pâte d'électrode. Ces gaz passent During cooking, carbonaceous gases are evolved in the electrode paste. These gases pass
dans le four de cuisson 1 par les perforations de l'enve- in the baking oven 1 by the perforations of the enve-
loppe 3. non représentées, et la majeure partie de ces 3. Not represented, and most of these
gaz sont immédiatement brûlés parl'air de combustion ali- The gases are immediately burned by the combustion air
mentant le four de cuisson.the cooking oven.
Une partie des gaz se condense cepen- Some of the gases condense, however,
dant sur la zone de refroidissement 19 de la partie ver- in the cooling zone 19 of the ver-
ticale inférieure de la chambre de refroidissement 16, là o la température est maintenue au-dessous de 400 C par l'agent de refroidissement circulant dans la chambre de refroidissement. Lorsque la température à l'intérieur de la chambre de cuisson se trouve dans l'intervalle compris lower temperature of the cooling chamber 16, where the temperature is maintained below 400 C by the coolant circulating in the cooling chamber. When the temperature inside the cooking chamber is within the range
entre 700 et 1300 C, la partie des gaz qui vient en con- between 700 and 1300 C, the part of the gases that comes into con-
tact avec la zone de refroidissement 19 se condense. La température dans la zone de la chambre de refroidissement 16 est cependant trop faible pour que les gaz condensés soient brûlés. Ces gaz condensés descendent donc dans la tact with the cooling zone 19 condenses. The temperature in the zone of the cooling chamber 16 is however too low for the condensed gases to be burned. These condensed gases thus descend into the
chambre de combustion ou ils sont immédiatement brûlés. combustion chamber or they are immediately burned.
La chambre de refroidissement permet en outre de s'assurer que les gaz situés dans l'espace annulaire-compris entre The cooling chamber furthermore makes it possible to ensure that the gases situated in the annular space-included between
l'enveloppe 3 et la chambre de refroidissement, sont main- envelope 3 and the cooling chamber, are now
tenus à une temperature plus basse. La garniture 28 se trouve donc protégée contre l'exposition aux températures kept at a lower temperature. The lining 28 is therefore protected against exposure to temperatures
élevées, ce qui permet d'augmenter la durée de cette gar- which makes it possible to increase the duration of this
niture 28.niture 28.
L'invention permet ainsi d'obtenir un four de cuisson pouvant fonctionner pendant de très The invention thus makes it possible to obtain a cooking oven that can function for a very long period of time.
longues campagnes de travail sans rencontrer de difficul- long working campaigns without encountering difficulties
tés de fonctionnement dues à des formations de couches de matériau carbonisé. On obtient en outre une très bonne étanchéité au gaz entre le corps de carbone et le four de cuisson, ce qui réduit au minimum les risques de fuites de gaz dangereux du four de cuisson vers l'environnement extérieur. operating units due to carbonized material layer formations. In addition, a very good gas seal is obtained between the carbon body and the cooking oven, which minimizes the risk of dangerous gas leakage from the cooking oven to the outside environment.
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