(12) OPIS PATENTOWY. (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego , PCT/NO98/00100

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (2 1 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego , PCT/NO98/00100 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO98/46954, PCT Gazette nr 42/98 (19) PL (11) (13) B1 (51) IntCl7 F27B 1/21 (54) Elektryczny piec do kalcynacji materiałów węglowych (30)Pierwszeństwo: ,NO, (73) Uprawniony z patentu: ELKEM ASA, Oslo, NO (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/00 (72) Twórcy wynalazku: Johan A Johansen, Kristiansand, NO Arnfinn Vatland, Kristiansand, NO (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/04 (74) Pełnomocnik: Karcz Katarzyna, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (57) 1. Elektryczny piec do kalcynacji materiałów węglowych zawierający zasadniczo pionowe palenisko posiadające elektrodę szczytową, elektrodę dolną, przewody do dostarczania roboczego prądu elektrycznego do elektrod, otwór wlotowy umieszczony na szczycie pieca służący doprowadzaniu materiału węglowego oraz urządzenia w dole pieca służące odprowadzaniu materiału kalcynowanego, znamienny tym, ze centralnie w dole pieca umieszczony jest cylindryczny pierścień (8) posiadający otwarty kraniec górny, oraz posiadający wewnętrzną średnicę, która jest większa od średnicy elektrody dolnej (4), oraz zewnętrzną średnicę która jest mniejsza niż średnica pieca, oraz tym, ze zaopatrzony jest w oddzielne urządzenia odprowadzające (9, 11), przy czym jedno urządzenie odprowadzające (9) połączone jest z przestrzenią między brzegiem pieca a zewnętrzną stroną cylindrycznego pierścienia (8), a drugie urządzenie odprowadzające (11) połączone jest z przestrzenią wewnątrz cylindrycznego pierścienia (8). Fig 1

2 Elektryczny piec do kalcynacji materiałów węglowych Zastrzeżenia patentowe 1. Elektryczny piec do kalcynacji materiałów węglowych zawierający zasadniczo pionowe palenisko posiadające elektrodę szczytową, elektrodę dolną, przewody do dostarczania roboczego prądu elektrycznego do elektrod, otwór wlotowy umieszczony na szczycie pieca służący doprowadzaniu materiału węglowego oraz urządzenia w dole pieca służące odprowadzaniu materiału kalcynowanego, znamienny tym, że centralnie w dole pieca umieszczony jest cylindryczny pierścień (8) posiadający otwarty kraniec górny, oraz posiadający wew nętrzną średnicę, która jest większa od średnicy elektrody dolnej (4), oraz zewnętrzną średnicę która jest mniejsza niż średnica pieca, oraz tym, że zaopatrzony jest w oddzielne urządzenia odprowadzające (9, 11), przy czym jedno urządzenie odprowadzające (9) połączone jest z przestrzenią między brzegiem pieca a zewnętrzną stroną cylindrycznego pierścienia (8), a drugie urządzenie odprowadzające (11) połączone jest z przestrzenią wewnątrz cylindrycznego pierścienia (8). 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że górny kraniec cylindrycznego pierścienia (8) znajduje się na poziomie niższym niż górny kraniec elektrody dolnej (4). 3. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że w górnej części pieca umieszczony jest kanał (13) w formie pierścienia do doprowadzania materiału poddawanego kalcynacji, przy czym kanał (13) posiada prześwit, który jest zasadniczo równy odległości pomiędzy wewnętrzną ścianą pieca, a cylindrycznym pierścieniem (8) umieszczonym w dolnej części pieca. * * * Przedmiotem wynalazku jest elektryczny piec do kalcynacji materiałów węglowych. Elektryczna kalcynacja materiałów węglowych takich jak antracyt, koks pakowy, koks metalurgiczny oraz koks naftowy, realizowana jest poprzez wytworzenie przepływu prądu elektrycznego przez złoże zawierające materiały węglowe, które mają zostać poddane kalcynacji. Prąd elektryczny dostarczany jest do pieca do kalcynacji poprzez jedną elektrodę węglową umieszczoną na szczycie pieca i jedną elektrodę węglową umieszczoną na dnie pieca. Piec do kalcynacji ma formę pionowej kolumny na szczycie której wprowadzany jest materiał, który ma zostać poddany kalcynacji. Przepływ materiału przez piec jest sterowany szybkością odprowadzania materiału poddanego kalcynacji w dole pieca. Podczas procesu kalcynacji materiał węglowy jest podgrzewany, przez podgrzanie z materiału węglowego usuwana jest wilgoć. Podczas dalszego podgrzewania z materiału węglowego uwalniane są substancje lotne. W zależności od temperatury końcowej do której materiał węglowy jest podgrzewany, część materiału węglowego zostanie przekształcona w grafit. Temperatura pomiędzy elektrodami w centrum pieca do elektrycznej kalcynacji materiałów węglowych jest bardzo wysoka, powyżej 2500 C podczas gdy temperatura w obszarze na obrzeżach pieca jest zasadniczo niższa, pomiędzy 800, a 1200 C. Z tego też powodu, finalny produkt kalcynacji usuwany w dolnej części pieca, w procesie kalcynacji został poddany nierównomiernej obróbce termicznej. Bardzo duże temperatury w centrum pieca powodują ze składniki popiołotwórcze zawarte w materiałach węglowych są uwalniane i przekazywane promieniowo na zewnątrz, gdzie kondensuje na materiale chłodniejszym lub na wewnętrznej powłoce wyściełającej piec. Aby prowadzić proces kalcynacji w sposób ciągły i stabilny, wewnątrz pieca należy zachować bilans mas. Oznacza to iż składniki popiołotwórcze zawarte w materiałach węglowych wprowadzanych na górze pieca, muszą być odprowadzone wraz z materiałem poddanym kalcynacji odprowadzanym na dole pieca. W konwencjonalnych elektrycznych piecach do kalcynacji odprowadzanie materiału poddanego kalcynacji w dolnej części pieca odbywa się z wykorzystaniem całej powierzchni

3 przekroju pieca, przez co uzyskuje się mieszaninę podgrzanego materiału o temperaturze z przedziału od 800 C do 2500 C. W ten sposób uzyskuje się kalcynowany materiał niejednorodny w odniesieniu do zawartości popiołu, zawartości grafitu jak i przewodności elektrycznej. Elektryczna kalcynacja materiałów węglowych takich jak antracyt i koks naftowy, w którym kalcynowany materiał węglowy posiada jednakową jakość uzależnioną od temperatury kalcynacji. Przedmiotem wynalazku jest elektryczny piec do kalcynacji zawierający palenisko o zasadniczo pionowej konfiguracji, posiadający jedną elektrodę szczytową, elektrodę dolną, przewody służące do dostarczania roboczego prądu elektrycznego do elektrod, otwór wlotowy w części szczytowej pieca, służący do doprowadzania materiału węglowego, oraz urządzenia w dolnej części pieca do odprowadzania materiału kalcynowanego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że centralnie w dolnej części pieca umieszczony jest cylindryczny pierścień posiadający otwarty kraniec górny, którego średnica jest większa niż średnica elektrody dolnej, a zewnętrzna średnica mniejsza niż wewnętrzna średnica pieca, oraz tym, że zaopatrzony jest w oddzielne urządzenia odprowadzające, przy czym jedno urządzenie odprowadzające połączone jest z przestrzenią między brzegiem pieca a zewnętrzną stroną cylindrycznego pierścienia natomiast drugie urządzenie połączone jest z przestrzenią wewnątrz cylindrycznego pierścienia. Korzystnie, górny kraniec cylindrycznego pierścienia znajduje się poniżej górnego krańca elektrody dolnej. W szczytowej części pieca znajduje się pierścieniowy kanał dostarczający materiał, który ma zostać poddany kalcynacji, którego prześwit jest zasadniczo równy odległości pomiędzy wewnętrzną ścianą pieca, a cylindrycznym pierścieniem umieszczonym w dolnej części pieca. W piecu do kalcynacji według prezentowanego wynalazku, z pieca odprowadzane są dwa strumienie kalcynowanego materiału. Centralny strumień kalcynowanego materiału, który jest odprowadzany w dolnej części cylindrycznego pierścienia, oraz brzegowy strumień kalcynowanego materiału, który jest odprowadzany na obwodzie pomiędzy zew nętrzną krawędzią pieca, a zewnętrzną stroną pierścienia cylindrycznego. Strumień centralny materiału kalcynowanego odprowadzany przez cylindryczny pierścień podczas swojej drogi przez piec został podgrzany do bardzo wysokiej temperatury, przez co zawarte w nim składniki popiołotwórcze zostały uwolnione i odprowadzone do strefy chłodniejszej na obrzeżach pieca. Strumień brzegowy materiału kalcynowanego odprowadzany poprzez cylindryczny pierścień będzie więc bardzo czysty, oraz w zależności od czasu przebywania w piecu cechuje go duży stopień grafityzacji. Materiał kalcynowany odprowadzany przez cylindryczny pierścień jest materiałem wysokiej jakości i może zostać wykorzystany jako materiał nawęglający, materiał służący do produkcji elektrod węglowych, pasty elektrodowej do elektrod samospiekających się, części maszynowych takich jak dodatki grafitowe do olei, smarów i tym podobnych. Strumień brzegowy materiału kalcynowanego odprowadzany na obwodzie pomiędzy brzegiem pieca, a zewnętrzną stroną cylindrycznego pierścienia, podczas przepływu w piecu podgrzany został do zasadniczo niższej temperatury zawierającej się w przedziale od 700 C do 2300 C. Materiał ten cechuje niższy stopień grafityzacji i większa zawartość składników popiołotwórczych, ponieważ składniki te uwolnione z materiału znajdującego się w części centralnej pieca kondensują na obrzeżu pieca. Materiał kalcynowany w strumieniu brzegowym odprowadzany z pieca ma niższą jakość i może zostać wykorzystany jako materiał węglowy w paście elektrodowej do elektrod samospiekających się, elektrodach spiekanych, elektrodach węglowych i tym podobnych. Nieoczekiwanie zauważono iż w piecu do kalcynacji według prezentowanego wynalazku zaobserwowano iż udało się uzyskać ruch tłokowy materiału węglowego zarówno w części centralnej pieca jak i w części brzegowej pieca. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 jest rzutem pionowym pierwszego przykładu wykonania elektrycznego pieca do kalcynacji według prezentowanego wynalazku, oraz fig. 2 jest rzutem pionowym drugiego przykładu wykonania elektrycznego pieca do kalcynacji według prezentowanego wynalazku Na figurze 1 przedstawiono elektryczny piec do kalcynacji zawierający cylindryczną ścianę pieca 1 posiadającą wewnętrzną powłokę żaroodporną 2. Piec jest wyposażony w jedną

4 elektrodę górną 3, oraz jedną elektrodę dolną 4. Piec jest ponadto wyposażony w konwencjonalne przewody (nie przedstawione) służące dostarczaniu roboczego prądu elektrycznego do elektrod 3, 4. W górnej części pieca, umieszczone są dwa kanały 5, 6 dostarczające materiał węglowy do pieca. W górnej części pieca ponadto umieszczony jest kanał 7 odprowadzający gazy. Według pierwszego przykładu wykonania w dolnej części pieca umieszczony jest cylindryczny pierścień 8, którego wewnętrzna średnica jest większa od średnicy elektrody dolnej 4, a średnica zewnętrzna jest mniejsza niż wewnętrzna średnica pieca służącego do kalcynacji. Pierścień 8 posiada otwarty kraniec górny i jest umieszczony centralnie wokół elektrody dolnej 4. Górny kraniec pierścienia 8 może wystawać do poziomu znajdującego się powyżej górnego krańca elektrody dolnej 4, ale korzystnie górny kraniec pierścienia 8 znajduje się poniżej górnego krańca elektrody dolnej 4. Na dnie 10 pieca do kalcynacji umieszczone są pierwsze urządzenia odprowadzające 9 służące do ciągłego lub zasadniczo ciągłego odprowadzania strumienia brzegowego materiału kalcynowanego z obszaru pomiędzy zewnętrzną stroną pierścienia 8, a wewnętrzną stroną pieca do kalcynacji. Pierwsze urządzenia odprowadzające 9 są korzystnie konwencjonalną zgarniarką obrotową, która obraca się w płaszczyźnie poziomej na dnie 10 pieca do kalcynacji. Drugie urządzenia odprowadzające 11 są umieszczone na dnie 12 pieca do kalcynacji, pomiędzy elektrodą dolną 4, a pierścieniem 8, służą one do odprowadzania centralnego strumienia materiału kalcynowanego znajdującego się w przestrzeni pomiędzy elektrodą dolną 4, a pierścieniem 8. Odprowadzony strumień brzegowy i odprowadzony strumień centralny są składowane niezależnie. Podczas pracy pieca do kalcynacji kanały dostarczające 5, 6 są utrzymywane w stanie wypełnienia materiałem przeznaczonym do kalcynacji, podczas gdy przepływ materiału przez piec jest regulowany przy pomocy urządzeń odprowadzających 9 i 11. Prędkość odprowadzania przez urządzenia odprowadzające 9 i 11 jest regulowana w taki sposób iż utrzymywany jest skierowany pionowo zasadniczo tłokowy ruch materiału węglowego poprzez piec. Nieoczekiwanie odkryto iż przy zastosowaniu sposobu i pieca do kalcynacji według prezentowanego wynalazku zasadniczo nie zachodzi proces mieszania się pomiędzy materiałem poddawanym procesowi kalcynacji w niskiej temperaturze na obrzeżu pieca i materiałem poddawanym procesowi kalcynacji w wysokiej temperaturze w części centralnej pieca. Materiał kalcynowany, który został odprowadzony przez urządzenia odprowadzające 11, będzie cechował się wysoką jakością wynikającą z niewielkiej zawartości popiołu, wysoką przewodnością elektryczną, oraz wysokim stopniem grafityzacji. Przez wykorzystanie pierścienia 8 o średnicy mniejszej niż pierścień pokazany na fig. 1, uzyskuje się mniejszy strumień centralny materiału kalcynowanego, ale o znacznie lepszej jakości. Przez wykorzystanie pierścienia 8 o większej średnicy niż ta pokazana na fig. 1 uzyskuje się większy strumień centralny, ale do pewnego stopnia, materiału gorszej jakości. Piec do kalcynacji według prezentowanego wynalazku jest więc bardzo elastyczny pozwalając uzyskać centralny strumień materiału o określonej jakości. Na figurze 2 przedstawiono drugi przykład wykonania pieca do kalcynacji. Piec do kalcynacji przedstawiony na fig. 2 różni się od pieca do kalcynacji przedstawionego na fig. 1 tym, że poza kanałami doprowadzającymi 5 i 6 wyposażony jest także w dodatkowy kanał dostarczający 13 w formie pierścienia, służący dostarczaniu materiału węglowego na obrzeżu pieca. Podczas pracy pieca przedstawionego na fig. 2 materiał węglowy nie poddany kalcynacji dostarczany jest poprzez kanały 5, 6 podczas gdy mieszanka materiału węglowego nie poddanego kalcynacji i ponownie wprowadzanego materiału kalcynowanego pochodzącego ze strumienia brzegowego i odprowadzona przez urządzenia odprowadzające 9, wprowadzana jest poprzez kanał 13, co oznaczone jest numerem 14.

5 Fig

6 F ig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.