DE3443434A1

DE3443434A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung langgestreckter kohlekoerper

Info

Publication number: DE3443434A1
Application number: DE19843443434
Authority: DE
Inventors: William Victor Helge Vågsbygd Bruff; Leif Olsen
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1985-07-25
Also published as: GB2152916A; BE901187A; FR2556166A1; GB8429647D0; SE8406008L; US4612151A; NO154860C; FI844435A0; IT8423600A1; IT8423600A0; CA1227306A; NL8403391A; CS276710B6; NL186646C; IS2958A7; BR8406072A; PT79461B; DE3443434C2; MX161013A; CH664249A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung langgestreckter Kohlekürper.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von langgestreckten Kohlekörpern. Das Verfahren ist besonders für die Herstellung von Kohleelektroden für elektrothermische Schmelzofen geeignet, kann aber ebenso auch für die Herstellung anderer sich in die Länge erstreckender Kohlegebilde, wie beispielsweise Futterblöcke und Kathodenelemente in Elektrolysezellen für die AIuminiumgewinnungjangewendet werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich im unmittelbaren Zusammenhang mit elektrothermisehen Schmelzofen ausführen in dem Sinne, daß die Elektrode in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf über dem Schmelzofen hergestellt und unmittelbar in ihn hineingelassen wird. Andererseits gestattet es das Verfahren auch, selbständige, vorgebackene Elektroden außerhalb der Schmelzofen herzustellen, um sie erst später in die Elektrodenanordnung der elektrothermisehen Schmelzofen einzubauen.

Die kontinuierliche Herstellung von Kohleelektroden direkt in den Schmelzofen ist aus der norwegischen Patentanmeldung Nr. 793 220 (entsprechend dem Patent Nr. 149 451) bekannt, wonach eine Elektrode dadurch erhalten wird, daß die ungebrannte Elektrodenmasse in einem Gebiet oberhalb der Elektrodenhalter erhitzt wird, die den Arbeitsstrom in die Elektrode leiten. Die plastische Elektrodenmasse wird dabei entweder in einen Stahlmantel ohne nach innen gerichtete Rippen gefüllt, der die Elektrode durch die Backzone abwärts begleitet oder in einen ortsfesten Mantel, aus dem die Elektrode herausläuft. Nach diesem Verfahren gelingt es aber nur sehr schwer, Elektroden mit ausreichend glatter Oberfläche zu erzeugen, da die beim Brennen der Elektrode sich aus der plastischen Elektrodenmasse entwickelnden Gase zwischen Elektrode und Mantel entweichen müssen und dabei zu Aushöhlungen oder Löchern in der Elektrodenoberfläche führen. Überdies bildet sich zwischen Mantel und Elektrodenoberfläche eine Rußschicht, die die Oberflächenqualität der Elektrode weiter verschlechtert. Diese Oberflächenfehler der Elektrode erschweren einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrodenoberfläche und den Kontaktklemmen für die Zufüh-

rung des Arbeitsstromes für die Elektroden, so daß die Gefahr des Stromüberschlags im Lichtbogen zwischen der Elektrode und den Kontaktklemmen besteht, der den letzteren schadet. Ein Auswechseln der Kontaktklemmen aber verursacht lange Ausfallzeiten des Schmelzofens und dadurch bedingte Produktionsverluste.

Schließlich ist der Energieverbrauch für das Verfahren gemäß der norwegischen Patentanmeldung Nr. 793 220 hoch, wobei ungünstigerweise auch der gesamte Energiebedarf für das Betreiben des Brennofens für das Brennen der Elektrode von einer externen Energiequelle aufgebracht werden muß.

Dahingegen vermeidet die vorliegende Erfindung derartige Nachteile bei der kontinuierlichen Herstellung von sich in die Länge erstreckender Kohlekörper. Gemäß der Erfindung werden Kohlekörper von im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt dadurch hergestellt, daß zwar in bekannter Weise ein mit der zu brennenden Elektrodenmasse gefüllter Mantel langsam und kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich durch einen Brennofen mit äußerer Energieversorgung geführt wird, daß nunmehr aber einerseits der Mantel perforiert ist, so daß beim Brennen der plastischen Elektrodenmasse sich entwickelnde Gase durch diese Perforationen des Mantels in den Brennofen entweichen können, und daß andererseits die aus der Elektrodenmasse entwichenen Gase in dem Brennofen verbrannt werden, wozu dem Ofen in ausreichender Menge Luft zugeführt wird. Mittels der äußeren Energiequelle des Brennofens braucht dann nur noch dessen Temperatur auf 700 bis 1300⁰C, vorzugsweise auf 900 bis 1100⁰C, eingeregelt zu werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung und aus den Ansprüchen.

Für die nachstehende Beschreibung wird auf die Figur Bezug genommen, die im Prinzip eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung langgestreckter Kohlekörper aus ungebrannter Elektrodenmasse vorstellt, nämlich einen schematisch dargestellten Brennofen 4 mit (nicht dargestellter) äußerer Energieversorgung, beispielsweise mittels einer elektrischen Widerstandsheizung, einer Induktionsheizung, eines Gas- oder Ölbrenners usw..

Ein Elektrodenmantel 2, dessen innerer Durchmesser dem äußeren Durchmesser der herzustellenden Elektrode gleich ist, wird oberhalb des Brenn-

ofens 4 mit ungebranntem Elektrodenmaterial 3 befüllt, das im Ofen 4 zur Elektrode 1 gebrannt wird. Mit dem Bezugszeichen 3a wird der übergang zwischen dem ungebrannten und dem gebrannten Material angedeutet. Der Kohlekörper 1 und der Mantel 2 können wegen eines Spielraums 5, 6 am Einlaß und Auslaß des Brennofens frei durch diesen geführt werden.

Die Gase, die durch die Perforation des Mantels 2 nach außen gedrungen sind, werden in der Kammer 8, einem zwischen dem Mantel 2 und der Innenwand des Ofens 4 ausgebildeten Raum, verbrannt. Die benötigte Frischluft wird durch die Zuleitung 7 herangeführt, die Verbrennungsgase werden über einen Schlitz 10 durch die Ableitung 9 abgeführt.

Zur Umwandlung des ungebrannten Elektrodenmaterials 3 in den hartgebrannten Kohlekörper 1 wird die Temperatur in dem Ofen 4 zwischen 700 und 1300⁰C gehalten. Sobald das rohe Elektrodenmaterial 3 gebrannt ist, wird der dieses enthaltende Mantel 2 kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich durch den Brennofen 4 abgesenkt, wobei es von Zeit zu Zeit erforderlich ist, neue Schüsse an dem zu Ende gehenden Mantel 2 oben anzuschweißen, in den nun weiteres ungebranntes Elektrodenmaterial 3 eingefüllt werden kann.

Beim Brennen des Elektrodenmaterials innerhalb des Brennofens 4 entwickeln sich verbrennbare Gase, deren Bildungsrate, sofern die Absenkungsgeschwindigkeit des gefüllten Mantels 2 durch den Brennofen 4 konstant oder im wesentlichen konstant ist, gleichfalls konstant oder im wesentlichen konstant sein wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt ein durchlochter Mantel 2 zum Einsatz. Das Gas, welches sich beim Erhitzen der Elektrodenmasse entwickelt, tritt durch die Durchlässe in dem Mantel 2 in den Brennofen 4 hinaus aus, und zwar mit im wesentlichen derselben Rate, wie es sich aus dem Elektrodenmaterial entwickelt. Dabei wird auch ein Einschluß von Gas zwischen dem Mantel 2 und dem Kohlekörper 1 verhindert, mit dem Ergebnis einer sehr glatten, sauberen Oberfläche des Kohlekörpers, da Gastaschen und Rußschichten an seiner Oberfläche so vermieden werden. Wie eingangs erwähnt, ist eine diesermaßen gut glatte Oberfläche aber dann besonders wichtig, wenn der Kohlekörper als Elektrode in einem elektro-

thermischen Schmelzofen verwendet werden soll, damit Lichtbogenüberschläge zwischen der Elektrode und ihren Kontaktklemmen unterbleiben und die Kontakte nicht beschädigt und ausgewechselt werden müssen.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die aus der Elektrodenmasse in den Brennofen entweichenden Gase dazu benutzt, wenigstens einen Teil der für die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur benötigten Hitzeenergie zu erzeugen, indem dieses Gas verbrannt wird. Dazu wird die für eine vollständige Verbrennung benötigte Frischluft dem Brennofen von außen zugeführt. Die von äußeren Energiequellen dem Brennofen zuzuführenden Energiemengen liegen dabei erheblich unter denjenigen, wie sie nach den konventionellen Verfahren von außen zugeführt werden müssen. Falls die Brenngeschwindigkeit hoch genug liegt, ist es nach dem Verfahren gemäß der Erfindung sogar möglich, den gesamten benötigten Energiebedarf aus der Verbrennung der beim Brennen des Elektrodenmaterials entweichenden Gase zu decken.

Der Perforationsgrad des Mantels 2 liegt vorzugsweise unter 25 %, insbesondere zwischen 0,1 und 5 %, wobei unter dem Perforrationsgrad das spezifische Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der Durchlässe zur Mantelfläche zu verstehen ist.

Zur Vermeidung einer Punktoxydation des Kohlekörpers innerhalb des Brennofens und eines zu hohen Verlustes an ungebranntem Elektrodenmaterial, weisen die einzelnen Durchlässe oder Löcher in der Mantelwand vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 und 10 mm auf. Insbesondere ist ein Durchmesser von 2 und 4 mm bevorzugt. Die Querschnittsform der Durchlässe kann beliebig sein, beispielsweise kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder anders.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Löcher in dem Mantel zunächst von einem Material bedeckt, welches dann bei einer Temperatur zwischen 250 und 900⁰C wegschmilzt oder wegbrennt. Der Verschluß kann dadurch bewerkstelligt werden, daß entweder jedes Loch einzeln verschlossen wird oder daß der Mantel innenseits, z.B. mit einer dünnen Folie, durchgehend ausgekleidet ist. Andererseits kann auch so vorgegangen werden, daß der Mantel zunächst keine durchgehenden Löcher erhält, sondern

nur MaterialVerdünnungen oder Vertiefungen des Mantels, die durch Pressen, Schleifen, Bohren usw. erzeugt werden können, und zwar bis zu einer Materialstärke, daß die verbleibende Wandstärke beim Brennen dann zusammenbricht. Die Löcher werden sich also erst dann öffnen, wenn der Mantel in den Brennofen eingefahren ist. Auf diese Weise kann jeglicher Verlust an ungebranntem Elektrodenmaterial oder an Binder vermieden werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Gase, die sich beim Brennen schon in der Nähe des Eingangs des Brennofens entwickeln, zunächst nach unten gezwungen werden, ehe sie durch die erst hier geöffneten Löcher frei werden, was zu einer Güteverbesserung der Kohlekörper führt. Es werden nämlich die Gase, die sich zunächst entwickeln, bei den hohen Temperaturen gecrackt, wobei Kohlenstoff frei wird; dieser füllt die Poren in dem Kohlekörper und bewirkt damit eine Steigerung dessen Dichte und Festigkeit.

Der gemäß dem Verfahren der Erfindung erzeugte Kohlekörper läßt sich unmittelbar in einem elektrothermischen Schmelzofen unterhalb des Brennofens verwenden; er kann aber auch zwecks Herstellung kleinerer Stücke abgelängt werden. Bei Verwendung als Elektrode in einem Schmelzofen unterhalb des Brennofens läßt sich nach dem Brennen der Elektrode der Mantel entfernen, bevor die Elektrode in den Schmelzofen einfährt, so daß auf diese Weise kontinuierlich erzeugte Kohleelektroden für den direkten Einsatz in Schmelzofen erzeugt werden können, ohne daß das Mantelmaterial, z.B. Stahl, die Metall- oder Legierungsschmelze verunreinigt.

Claims

FEHNSPBECHER: (0611) 555061 TELEGPtAMME: LOMOSAPATENT LANDESZENTPIALBANK 50007149 POSTSCHECK-KONTO FFM. 1667-6 Elkem a/s, Middelthuns gate 27, N Oslo 3 Patentansprüche

1) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung langgestreckter Kohlekörper gleichförmigen Querschnitts, bei dem ein mit ungebranntem kohlenstoffhaltigem Elektrodenmaterial und Binder gefüllter Mantel langsam und kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich durch einen mit äußerer Energie versorgbaren Brennofen bewegt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die beim Brennen des Elektrodenmaterials (3) sich entwickelnden Gase aus dem Mantel (2) durch Wanddurchlässe ausgelassen werden, daß die ausgelassenen Gase innerhalb des Brennofens (4) für dessen Heizung verbrannt werden, und daß die zwischen 700 und 1300⁰C liegende gewünschte Ofentemperatur benötigtenfalls durch äußere Energiezufuhr aufrechterhalten wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ofentemperatur zwischen 900 und 1100⁰C.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchlässe des Mantels (2) erst innerhalb des Brennofens frei werden oder sich ausbilden.

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigte Wanddurchlässe des Mantels (2) zufolge des Wegschmelzens oder Wegbrennens einer an die Innenwand des Mantels (2) angelegten Folie freigegeben werden.

5) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigte

Wanddurchlässe des Mantels (2) zufolge des Wegschmelzens oder Wegbrennens einer Füllung eines jeden Durchlasses freigegeben werden.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wanddurchlässe abdichtende oder verschließende Material bei einer Temperatur zwischen 250 und 900⁰C schmilzt oder wegbrennt.

7) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wanddurchlässe dadurch bilden, daß definierte Wandverdünnungen des Mantels (2) in der Hitze des Ofens (4) zerstört werden.

8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Entfernung des Mantels (2) von dem Kohlekörper (1) während dessen kontinuierlichen Weitererzeugung.

9) Mit äußerer Energie versorgbarer Brennofen zur kontinuierlichen Herstellung langgestreckter Kohlekörper durch Brennen eines kohlenstoffhaltigen Elektrodenmaterials in einem Mantel gleichförmigen Querschnitts, insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von der inneren Wand des Ofens (4) und dem Mantel (2) eine Kammer (8) zur Verbrennung von Gasen ausgebildet und begrenzt ist, die eine Zuleitung (7) für die Verbrennungsluft und eine Ableitung (9) für die Verbrennungsgase, die die Verbrennungskammer (8) über einen Schlitz (10) verlassen, aufweist.

10) Mantel gleichförmigen Querschnitts zur Aufnahme von ungebranntem kohlenstoffhaltigem Eletrodenmaterial zur kontinuierlichen Herstellung langgestreckter Kohlekörper durch Brennen in einem Brennofen, insbesondere unter Anwendung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 8 und insbesondere in einem Brennofen nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Mantels (2) Durchlässe aufweist oder sich solche in der Hitze des Brennofens (4) ausbilden können.

11) Mantel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er an definierten Stellen in der Hitze des Brennofens (4) zerstörbare definierte Wandverdünnungen aufweist.

12) Mantel nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Perforationsgrad von weniger als 25 %.

13) Mantel nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Perforationsgrad zwischen 0,1 und 5 %.

14) Mantel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch einen Durchlaßquerschnitt zwischen 1,5 und 10 mm.

15) Mantel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Durchlaßquerschnitt zwischen 2 und 4 mm.