Brevet FR2556166A1 — publié le 19850607

PROCEDE DE FABRICATION CONTINIUE DE CORPS ALLONGES EN CARBONE L'invention concerne un procédé de fabri- cation continue de corps allongés en carbone. Ce procédé est particulièrement utile pour la fabrication d'élec- trodes en carbone destinées à des fours de fusion électrothermiques, mais peut également être utilisé pour la fabrication d'autres corps allongés en carbone, tels que, par exemple, des blocs de revêtement et des éléments de cathode servant dans des cellules électro- lytiques de production d'aluminium. Le procédé selon l'invention peut être utilisé en association directe avec les fours de fusion électrothermiiques en ce sens que les électrodes peuvent être fabriquées au-dessus du four et descendre ensuite dans le four suivant un processus continu. D'autre part, des pièces séparées d'électrodes précuites peuvent être fabriquées à l'extérieur des fours, puis montées ensuite sur les colonnes d'électrodes de fours de fusion électrothermiques. La fabrication continue d'électrodes en carbone directement dans le four est déjà décrite dans le demande de Brevet Norvégienne N 793 220 (constituant maintenant. le Brevet N 149 451). Selon la Demande de Brevet Norvégienne N 793 220, il est Z2556166 produit une électrode en appliquant de l'énergie thermique à une pàte d'électrode non cuite placée dans une zone située au-dessus du porteélectrode, o le courant de fonctionnement électrique est amené à l'électrode. La pàte d'électrode est chargée, soit dans un boitier d'acier ne comportant pas de nervures intérieures et accompagnant l'électrode dans son mou- vement de descente à travers la zone de cuisson, soit dans un boitier fixe à l'intérieur duquel glisse l'électrode. Le procédé selon la Demande de Brevet Norvégienne N 793 220 présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Il est, en effet, très difficile de produire une électrode présentant une surface suffisamment lisse. Pendant la cuisson de l'électrode, des gaz s'échappent de la pâte d'électrode et ces gaz ont pour résultat de former des cavités ou des trous plus ou moins gros entre la surface de l'électrode et le boitier. De plus, une couche de suie se dépose entre le boitier et la surface de l'électrode, cette couche de suie détériorant encore la qualité de surface de l'électrode. Ces défauts de surface de l'électrode rendent difficile l'obtention d'un bon contact élec- trique entre les colliers de contact et la surface de l'électrode pour amener le courant électrique de fonc- tionnement à l'électrode utilisée dans le four de fu- sion. Il existe un risque d'amorçage d'un arc électri- que entre la surface de l'élec-rode et les colliers de contact. Cet arc peut alors détériorer les colliers de contact et le remplacement de ceuxci fait perdre beaucoup de temps d'utilisation du four ce qui nuit au rendement de production. Enfin, l'énergie qui est consommée pour la mise en oeuvre du procédé selon la Demande de Brevet 2556 1 66 Norvégienne N 793 220 est élevée. L'énergie totale nécessaire pour la cuisson de l'électrode doit'dtre fournie au four de cuisson par une source extérieure. L'invention a pour but de créer un procédé de fabrication continue de corps allongés en carbone permettant de pallier les inconvénients du procédé selon l'art antérieur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication continue de corps allongés en carbone présentant une section sensiblement constante, dans lequel on fait descendre lentement, de façon continue ou sensiblement continue, un boitier rempli d'un pâte d'électrode à base de carbone et d'un élé- ment de liaison non cuits, dans un four de cuisson comportant une alimentation d'énergie extérieure, procédé caractérisé en ce qu'il est utilisé un boitier perforé permettant aux gaz qui se dégagent pendant que la pâte d'électrode est chauffée, de passer à travers les perforations du boitier pour pénétrer dans le four de cuisson, cu ce que de l'air est amené au four de cuisson en quantité nécessaire pour permettre la combustion des gaz se dégageant de la pâte d'élec- trode et passant dans le four de cuisson, et en ce que la source extérieure alimentant le four de cuisson en énergie, est réglée de façon que la quantité totale d'énergie fournie de l'extérieur et d'énergie produite pour la combustion des gaz de cuisson, soit suffisantes pour maintenir dans le four de cuisson une température comprise entre 7000 et 1 300O C. O30 De préférence, la température du four de cuisson est maintenue entre 9000 et 11000 C. L'invention sera décrite en détail en se référant à la figure unique jointe représentant le principe d'un appareil pour la fabrication continue de blocs allongIs en carbone à partir d'une pate d'électrode non cuite, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. - La figure représente schématiquement un four de cuisson 4 auquel l'énergie extérieure peut être apportée par une résistance électrique de chauf- fage ou encore par un dispositif de chauffagc à induc- tion, par des brAleurs à gaz, des brûleurs & mazout ou autres. Dans un boitier d'électrode 2 de même section intérieure que la section extérieure du corps allongé en carbone 1 à fabriquer, de la pate d'électrode non cuite est amenée dans une zone située au-dessus du four de cuisson 4. La référence 3a désigne la limite entre la pâte d'électrode non cuite et le corps en carbone cuit. Ce corps en carbone 1 et le boitier 2 peuvent se déplacer librement dans le four 4, car un espace libre est prévu à la fois dans le haut et dans le bas du four de cuisson. Cet espace libre de jeu est repéré par les références 5 et 6. L'air de combustion est amené en 7 et la combustion des gaz sortant par les perforations du boitier, se fait dans la chambre 8 limitée par le boitier d'élec- trode 2 et le four de cuisson 4. Les gaz de combustion sont aspirés de la chambre 8 par une fente 10 et un passage de sortie de gaz 9. La pâte d'électrode non cuite est cuite dans le four de cuisson 4 pour donner un corps en carbone dur, la température du four étant maintenue entre 700 et 1 300 C. Pendant la cuisson de la pate d'électrode servant de matière première, le boitier contenant cette pate d'électrode descend de façon continue, ou pratique- ment continue, dans le four de cuisson. Au fur et à mesure que le boitier descend dans le four de cuisson, de nouvelles sections de boitier sont soudées dans le haut du boitier, et de la pate d'électrode non cuite 5 6 1 6 6 vient remplir les nouvelles sections de boitier. Pendant le chauffage de la pàte d'électrode à l'intérieur du four de cuisson, des gaz combustibles se dégagent de la pAte d'électrode. Lorsque le boitier descend à vitesse sensiblement constante dans le four de cuisson, le dégagement des gaz se fait éga- lement à un rythme sensiblement constant. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, il est utilisé un boitier perforé. Les gaz qui se dégagent pendant le chauffage de la pAte d'électrode s'échappent ainsi par les perforations du boitier pour passer dans le four de cuisson sensi- blement au même rythme que le rythme de dégagement des gaz. Il est ainsi évité de piéger du gaz entre le boitier et le corps en carbone cuir. Cela permet d'obtenir une surface très lisse et très propre du corps en carbone cuit, en évitant la formation de poches de gaz et le dép8t de couches de carbone sur la surface du corps en carbone. Si le corps en carbone doit être utilisé pour former une électrode de four de fusion électrothermique, il est essentiel que la surface de cette électrode soit très lisse. Une surface irrégulière conduirait, en effet, à un mauvais contact électrique entre l'électrode et les colliers de contact, ce qui pourrait présenter un certain risque d'amorçage d'arcs, ces arcs étant très nuisibles aux colliers de contact, comme déjà indiqué ci-dessus. Selon une autre forme préférée de réa- lisation de l'invention, les gaz qui passent dans le four de cuisson sont utilisés pour produire une partie au moins de l'énergie nécessaire pour maintenir au niveau voulu la température du four de cuisson. L'air de combustion est amené au four de cuisson en quantité suffisante pour obtenir une combustion complète des gaz de cuisson. La quantité d'énergie qui doit tre apportée au four de cuisson par une source d'alimenta- tion extérieure est ainsi beaucoup plus réduite que dans le cas des procédés selon l'art antérieur. Si la vitesse de cuisson est suffisamment élevée, il est même pos- sible que la combustion des gaz de cuisson fournisse toute l'énergie nécessaire à la cuisson du corps en carbone. On utilise, de préférence, un boitier présentant un pourcentage de perforations inférieur à 25%. Un pourcentage de perforations compris entre 0O,1 et 5% est particulièrement préférable. On entend par pourcentage de perforations le rapport entre la surface totale des perforations du boitier et la surface totale de ce boitier. Pour empêcher l'oxydation par points du corps en carbone à l'intérieur du four de cuisson, et pour éviter de trop grandes pertes de pàte d'électrode, les perforations ou trous individuels du boitier présentent, de préférence, un diamètre compris entre 0,5 et 10 mm. Un diamètre compris entre 2 et 4 mm est particulièrement préférable. Les trous du boitier peuvent présenter n'importe quelle forme géométrique et peuvent par exemple être ronds, carrés, rectangulaires ou autres. Selon une forme de réalisation de l'in- vention, les trous du boitier sont initialement recou- verts d'un matériau fondant ou brulant à une tempé- rature comprise entre 250 et 900 C. Cela peut être réalisé soit en fermant chaque trou individuel, soit en utilisant un matériau tel que, par exemple, une feuille mince placée à l'intérieur du boitier. Il est également possible d'emboutir, de repousser ou de percer des cavités dans le boitier, le matériau restant au fond de ces cavités n'étant plus assez épais pour résister a la chaleur du four de cuisson. Les trous s'ouvrent - alors pour la première fois au moment de la pénétration dans le four de cuisson. On évite ainsi toute fuite de pâte d'électrode non cuite ou de produit de liaison. De plus, les gaz de cuisson qui sedégagent au voisinage du sommet du four de cuisson, sont poussés vers le bas avant de pouvoir sortir par les ouvertures du boitier. Cela améliore la qualité du corps en carbone en augmentant la densité et la solidité de celui-ci, du fait que les gaz dégagés sont dissociés à haute température et donnent du carbone qui remplit tous les pores du corps en carbone. Le corps en carbone produit selon l'invention peut être utilisé directement dans un four de fusion électrothermique placé au-dessous du four de cuisson, ou ce corps allongé peut 8tre découpé en lon- gueurs convenables pour former d'autres types de pièces de carbone allongées. Si le corps allongé en carbone est utilisé pour former une électrode utilisée dans un four placé au-dessous du four de cuisson, le boitier au-dessuus du four de cuisson peut.être retiré, là o le corps en carbone est complètement cuit. Par suite, le corps en carbone fabriqué selon l'inven- tion peut être utilise en electrode continue dans des fours de fusion de métaux ou d'alliages dans lesquels le matériau du boitier, en acier par exemple, risquerait de contaminer le produit. -- REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication continue de corps allongés en carbone, présentant une section sen- siblement constante, dans lequel on fait descendre lentement, de façon continue ou sensiblement continue, un boitier rempli d'une pàte d'électrode à base de carbone et d'un élémnent de liaison non cuits, dans un four de cuisson comportant une alimentation d'énergie extérieure, procédé caractérisé en ce qu'il est utilisé un boitier perforé permettant aux ga z qui se dégagent pendant que la pàte d'électrode est chauffée, de passer à travers les perforations du boitier pour pénétrer dans le four de cuisson, en ce que de l'air est amené au four de cuisson en quantité nécessaire pour permettre la combustion des gaz se dégageant de la pàte d'électrode et passant dans le four de cuisson, et en ce que la source extérieure alimenant le four de cuisson en énergie, est réglée de façon que la quantité totale d'énergie fournie de l'extérieur et d'énergie produite par la combustion des gaz de cuisson, soit suffisantes pour maintenir dans le four de cuisson une température comprise entre 700 et I 300 C. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du four de cuisson est maintenue entre 900 et 1100 C. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la propor- tion de perforations du-boitier est inférieure à 25%. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que la proportion de perforations du boîtier est comprise entre 0,1 et 5%. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les trous ou perforations individuels du boitier ont des diamètres compris entre 1,5 et 10 mm. 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les trous ou perforations individuels du boitier ont des diamètres compris entre 2,0 et 4 mm. 7- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous ou perforations du boitier sont initialement recouverts par un matériau fondant ou brûlant à une température comprise entre 250 et 9000C. 8- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations du boitier ne traversent pas complètement celui-ci, et en ce que la couche restante de matériau du boitier fond lorsqu'elle est exposée à la température régnant dans le four de cuisson. 9- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boitier est retiré du corps allongé en carbone cuit, dans la partie située au-des- sous du four de cuisson.