DE3524083A1 - Schmelzbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech als Bindemittel für Kohlenstoffelektroden, in ihrer eigenen flüssigen Phase in einem Schmelzbehälter.

Zur Herstellung von Formkörpern bestimmter Zusammensetzung ist es üblich, vor der Abformung Feststoffe mit einem flüssigen Bindemittel zu mischen. Dabei ist es oft von Vorteil, das Bindemittel dadurch zu verflüssigen, daß es in fester Form kontinuierlich in seine eigene flüssige Phase gegeben wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht eine kontinuierliche Versorgung mit Bindemittel und eine genaue Dosierung.

Ein Beispiel für die geschilderte Verfahrensweise ist die Bereitstellung von flüssigem Pech für die Herstellung von Kohlenstoffelektroden, wie sie in den Elektrolysewannen bei der Aluminiumerzeugung eingesetzt werden. Das feste Pech wird in zerkleinerter Form einem Schmelzbehälter aufgegeben und fällt dort in Körbe. Auf die mit Pechstücken gefüllten Körbe fließt geschmolzenes, heißes Pech und löst die Pechstücke auf. Das flüssige Pech wird in dem Schmelzbehälter gesammelt und durch einen Bodenablaß für die Herstellung der Kohlenstoffelektroden abgezogen. Der größte Teil des flüssigen Pechs aber wird im Kreislauf umgepumpt und außerhalb des Schmelzbehälters in Wärmetauschern aufgeheizt. Die Dosierung des Pechrücklaufs erfolgt über einen Ausgleichsbehälter.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die aufwendige Aufheizung durch separate Wärmetauscher. Außerdem erfordert diese Vorrichtung lange, beheizte und wärmeisolierte Leitungen und aufwendige, beheizte und wärmeisolierte Pumpen sowie einen aufwendigen Regelmechanismus zur Dosierung der im Kreislauf umgepumpten Pechmengen. Weiterhin können Verunreinigungen des Pechs nicht zurückgehalten werden, da sie durch den Bodenablaß zusammen mit dem Pech, dem Bindemittel, abgezogen werden. Des weiteren besteht die Gefahr, daß das zerkleinerte Pech in den Körben sich zwar an seiner Oberfläche auflöst, dann aber zu großen Klumpen zusammenklebt, die sich nur sehr langsam auflösen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech als Bindemittel für Kohlenstoffelektroden, vorzustellen, welche die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Die Vorrichtung soll außerdem keinen aufwendigen Wärmetauscherkreislauf mit separaten Wärmetauschern, keine wärmeisolierten und beheizten Pumpen und keine Ausgleichsbehälter mehr aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Schmelzbehälter ist seine konzentrische Aufteilung in zwei Bereiche. In den inneren Bereich wird der zerkleinerte Stoff, beispielsweise festes Pech, aufgegeben und in der flüssigen Phase des Stoffes aufgeschmolzen, wobei die erforderliche Wärmeenergie direkt mittels der integrierten Heizvorrichtung auf die flüssige Phase übertragen wird. Aufwendige separate Wärmetauscher werden dadurch überflüssig. Im äußeren Bereich ist ebenfalls eine Heizvorrichtung vorgesehen. Mit ihr wird die flüssige Phase, bevor sie als Produkt abgepumpt wird, auf die erforderliche Temperatur gebracht. Dadurch, daß der äußere und der innere Bereich jeweils an ihrem oberen Ende und an ihrem unteren Ende miteinander in Verbindung stehen, kann die flüssige Phase innerhalb des Schmelzbehälters vorteilhaft dieselbe Füllhöhe einnehmen. Die Heizvorrichtungen können deshalb genau konzentrisch im Hinblick auf die zu erwartende Füllhöhe angeordnet sein. Es besteht keine Gefahr, daß ein Teil der Heizvorrichtung durch Mangel an Pech trocken wird und es zu örtlichen Überhitzungen kommt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der äußere Bereich und der innere Bereich an ihrem oberen Ende mindestens durch eine Rohrleitung miteinander verbunden sind, in die eine Pumpe zwischengeschaltet ist. Das Umpumpen der flüssigen Phase kann dadurch auf kürzestem Wege, ohne merkbare Wärmeverluste, erfolgen, ohne daß lange, isolierte Rohrleitungen sowie Ausgleichsbehälter erforderlich sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der äußere Bereich für die flüssige Phase als Produkt einen Ausströmstutzen aufweist, der etwas oberhalb des Ausströmstutzens der Rohrleitung liegt, die den äußeren Bereich mit dem inneren Bereich verbindet. Vorteilhaft fließt dadurch das Pech oberhalb des Sedimentationsteils für die Verunreinigungen ab. Außerdem kann nur so viel Pech entnommen werden, wie nachgefüllt wird. Bei Störungen in der Pechzufuhr kann der Aufschmelzbehälter nicht leerlaufen und es steht immer genügend heißes Pech bereit, um das feste Pech aufzuschmelzen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Schmelzbehälter unterhalb der konzentrisch angeordneten Bereiche mit den Heizvorrichtungen einen Sedimentationsteil auf, der mit einem Ablaßstutzen versehen ist. Der Sedimentatonsteil dient zum Absetzen von Verunreinigungen des Pechs, die bei dem sonst üblichen Bodenablaß mit dem Pech gemeinsam abgepumpt wurden. Das Pech aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist deshalb frei von Verunreinigungen.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verfahrbarkeit des Schmelzbehälters, da der Schmelzbehälter mit Stützen auf einem fahrbaren Untergestell steht. Bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten kann der Schmelzbehälter nach Lösen der Anschlußflansche leicht von seinem Platz entfernt und eventuell durch einen Ersatzbehälter ersetzt werden. Der Schmelzbehälter kann somit gewartet werden, ohne daß die Beschickungsvorrichtung für das Pech abgebaut werden muß. Der rohrförmige Körper zur Trennung der Bereiche sowie die Heizeinrichtungen können nach Abnahme des Deckels leicht mit einer Hebevorrichtung nach oben herausgezogen werden.

Anhand eines Ausführungsbeipiels wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Schmelzbehälter mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert.

Der Schmelzbehälter 1 besteht aus einem zylindrischen Teil 2, der durch einen rohrförmigen Körper 3 in zwei voneinander getrennte, konzentrisch angeordnete Bereiche, einem äußeren Bereich 4, zwischen dem zylindrischen Teil 2 des Schmelzbehälters und dem rohrförmigen Körper 3 sowie einem inneren Bereich 5, innerhalb des rohrförmigen Körpers 3, aufgeteilt wird.

Entlang der inneren Wandung des rohrförmigen Körpers 3 ist eine Heizvorrichtung 6 vorgesehen, die den inneren Bereich 5 im Schmelzbehälter 1 beheizt. Die Heizvorrichtung 6 für den inneren Bereich 5 ist eine Rohrschlange, durch die aufgeheiztes Wärmeträgeröl zirkuliert. Der äußere Bereich 4 wird ebenfalls durch eine Heizvorrichtung 7, aus einer Rohrschlange bestehend, beheizt. Die Heizvorrichtung 6 für den inneren Bereich 5 und die Heizvorrichtung 7 für den äußeren Bereich 4 sind hintereinandergeschaltet. Das Wärmeträgeröl durchströmt zunächst die Heizvorrichtung 6 des inneren Bereichs 5 von oben nach unten und tritt dann am unteren Ende des zylindrischen Teils 2 in die Heizvorrichtung 7 des äußeren Bereichs 4 und durchströmt ihn von unten nach oben. Zur besonders guten Ausnutzung des Wärmeinhalts des Wärmeträgeröls weist die Rohrschlange der Heizvorrichtung 7 des äußeren Bereichs 4 eine größere Anzahl von Windungen auf, als die Heizvorrichtung 6 im inneren Bereich 5. Die Rohrschlange der Heizvorrichtung 7 im äußeren Bereich 4 kann sich auch in mehrere, parallel liegende kleinere Rohre aufspalten. Aufgeheizt wird das Wärmeträgeröl in bekannter Weise in einem außerhalb des Schmelzbehälters liegenden Wärmetauscher, der hier nicht dargestellt und näher erläutert ist. Denkbar ist beispielsweise auch eine Beheizung der beiden Bereiche mit Heißdampf oder mittels elektrischer Widerstandsbeheizung.

Der rohrförmige Körper 3 trennt den zylindrischen Teil 2 des Schmelzbehälters 1 nicht vollständig in den äußeren Bereich 4 und den inneren Bereich 5. Beide Bereiche sind an ihrem unteren Ende über den Sedimentationsteil 8 miteinander verbunden. Der Sedimentationsteil 8 ist kegelförmig und schließt den zylindrischen Teil 2 nach unten ab. Im Sedimentationsteil sammeln sich die Verunreinigungen 9 des Pechs als Bodensatz, der durch den Ablaßstutzen 10 bei Bedarf abgelassen werden kann.

Der Schmelzbehälter 1 wird oben durch einen Deckel 11 abgeschlossen, der an Streben 12 den rohrförmigen Körper 3 trägt und in seiner Mitte die Aufgabe 13 für das feste Pech, das in Pfeilrichtung aufgegeben wird. Das Pech fällt durch einen zylindrisch-konischen Teil der Aufgabe in das flüssige Pech 14, wo es aufschmilzt.

Das flüssige Pech wird ständig umgewälzt, damit ein optimales Aufschmelzen des aufgegebenen Pechs erreicht wird und eine stets gleichbleibende Temperatur des Pechs gewährleistet ist, das für die Produktion der Kohlenstoffelektroden benötigt wird.

Eine Rohrleitung 15 verbindet den äußeren Bereich 4 mit dem inneren Bereich 5. In die Rohrleitung 15 ist ein geschlossener Behälter 16 zwischengeschaltet. Aus diesem Behälter 16 fördert eine Tauchpumpe 17 das flüssige Pech 14 in die Aufgabe 13, wo die Rohrleitung 15 tangential in den zylindrischen Teil einmündet. Dadurch bildet sich vorteilhaft eine turbulente Wirbelströmung des einströmenden heißen Pechs, in die das feste Pech stückig hineinfällt. Die Stücke werden sofort vollständig von einer Schicht flüssigen Pechs umgeben. Die Tauchpumpe 17 erfordert keine Wärmedämmung oder sonstige Kapselung, da nur der Förderteil in das flüssige Pech taucht. Aus diesem Grund werden auch Servicearbeiten wesentlich erleichtert. Denkbar ist auch eine vollständige Integration der Tauchpumpe in den Schmelzbehälter 1, und zwar im äußeren Bereich 4 zwischen der Wandung des zylindrischen Teils 2 und dem rohrförmigen Körper 3.

Der Ausströmstutzen 18 zum Abpumpen des flüssigen Pechs 14 durch die Rohrleitung 15 liegt am oberen Ende des äußeren Bereichs 4. Das ist etwa im letzten Viertel des zylindrischen Teils 2.

Der Ausströmstutzen 19 für das flüssige Pech 14 als Produkt für die Herstellung der Kohlenstoffelektroden liegt geringfügig oberhalb des Ausströmstutzens 18 für das Umpumpen des Pechs. Die Lage des Stutzens verhindert das Leerlaufen des Schmelzbehälters, wenn keine Zufuhr von festem Pech erfolgt. Dadurch steht ständig flüssiges Pech zum Aufschmelzen des aufgegebenen Pechs zur Verfügung. Der Abzug von flüssigem Pech entspricht stets der Aufgabe von festem Pech pro Zeiteinheit.

Gegen Wärmeverluste ist der Schmelzbehälter 1 vollständig mit einer Isolierung 20 umgeben. Ebenso sind der Behälter 16 und die außen liegenden Teile der Rohrleitung 15 mit der Isolierung 20 umgeben.

Zur Verhinderung von Anbackungen sind der Sedimentationsteil 8 und der Behälter 16 jeweils mit einer außen auf der Wandung liegenden Heizvorricntung 21 bzw. 22 ausgestattet. Im vorliegenden Fall sind es Rohrschlangen, die an das Wärmetauschersystem angeschlossen sind, das auch die Heizvorrichtungen 6 und 7 versorgt. Denkbar wäre auch eine elektrische Beheizung.

Der Schmelzbehälter ruht mit Stützen 23 auf einem fahrbaren Untergestell 24. Für Servicearbeiten und zum Herausnehmen der Heizvorrichtungen kann der Schmelzbehälter von seinem Platz verschoben werden, ohne daß die Aufgabevorrichtung für das feste Pech abgebaut werden muß.

Der Schmelzbehälter könnte auch, in Abänderung des erfinderischen Gedankens, statt zweier konzentrisch angeordneter Bereiche 4 und 5 zwei durch eine Wandung getrennte, aber in ihrem unteren Ende miteinander verbundene, hintereinanderliegende Bereiche aufweisen. Das flüssige Pech würde hier von einem Behälterteil in den anderen umgepumpt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech als Bindemittel für Kohlenstoffelektroden, in ihrer eigenen flüssigen Phase in einem Schmelzbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) in vertikaler Richtung eine längliche Form aufweist und durch einen rohrförmigen Körper (3) in zwei voneinander getrennte, konzentrisch angeordnete Bereiche (4, 5) aufgeteilt wird, welche an ihrem oberen Ende und an ihrem unteren Ende jeweils miteinander in Verbindung stehen und wobei der äußere Bereich (4) und der innere Bereich (5) jeweils mit einer Heizvorrichtung (6, 7) ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (4) und der innere Bereich (5) an ihrem oberen Ende mindestens durch eine Rohrleitung (15) miteinander verbunden sind, in die eine Pumpe (17) zwischengeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (4) für die flüssige Phase (14) als Produkt einen Ausströmstutzen (19) aufweist, der etwas oberhalb des Ausströmstutzens (18) der Rohrleitung (15) liegt, die den äußeren Bereich (4) mit dem inneren Bereich (5) verbindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) unterhalb der konzentrisch angeordneten Bereiche (4, 5) mit den Heizvorrichtungen (6, 7) einen Sedimentationsteil (8) aufweist, der mit einem Ablaßstutzen (10) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) mit Stützen (23) auf einem fahrbaren Untergestell (24) steht.