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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stücken aus pechhaltiger Koksmasse
Aus pechhaltigem Koks bestehende kontinuierliche, selbstbackende Elektroden sind allgemein bekannt und werden für verschiedene Zwecke, vor allem in der Elektrochemie und Elektrometallurgie, verwendet.
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werden. Diese Elektroden sind in einem metallenen Mantel eingefasst, in welchem sie nach Massgabe ihres Abbrandes hinunterrutschen und unter der Wirkung der durch den Stromdurchgang entwickelten Wärme oder der Ofenwärme verkoken oder sogar graphitisieren. Sie müssen daher kontinuierlich oder periodisch auf ihrer oberen Oberfläche mit frischer, "grüner" Elektrodenmasse beschickt werden, die meistens aus pulverisiertem Koks und einem Bindemittel, z. B. Pech, besteht.
Diese Elektrodenmasse kann z. B. in warmem, teigigem Zustand auf die Anodenoberfläche gegossen werden. Es ist aber auch möglich, nach bekannten Verfahren Briketts oder Klumpen in einer Presse herzustellen, die auf die Anodenoberfläche geschüttet und verteilt werden. Für Elektroden grösseren Querschnitts lassen sich aus der Masse auch grössere, z. B. mehr als 100 kg schwere Blöcke, herstellen, die mit Hilfe von besonderen Werkzeugen auf die Anodenoberfläche aufgestapelt werden.
Die Beschickung der Anode mit warmer, teigiger, pechhaltiger Koksmasse weist den Nachteil auf, dass sie zwischen ihrer Herstellung und ihrer Verwendung warmgehalten werden und somit praktisch sofort nach Herstellung zur Verwendung gelangen muss. Es ist daher in der Praxis nicht möglich, nach diesem Verfahren eine Reserve an warmer, pechhaltiger Koksmasse zu halten, z. B. für den Fall, dass viele Elektroden gleichzeitig beschickt werden müssen. Die Produktion der Koksmasse zeigt einen regelmässigen Verlauf, dagegen kann der Bedarf nach solcher Masse stossartig sein.
Demgegenüber hat die Verwendung von kalter, pechhaltiger Koksmasse in kleineren Stücken, wie Klumpen oder Briketts, oder in grösseren Blöcken, den Vorteil, dass man davon eine Reserve auf Lager halten kann, was erlaubt, nötigenfalls dem schwankenden Bedarf an Koksmasse gerecht zu werden. Die Verwendung von festen Koksmassestücken weist jedoch den Nachteil auf, dass für die Herstellung der Klumpen, Briketts oder grossen Blöcke grosse, kostspielige und einem starken Verschleiss ausgesetzte Maschinen, z. B. Pressen, notwendig sind, für deren Bedienung oder Überwachung auch besondere Arbeitskräfte erforderlich sind.
Die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Stücken aus pechhaltiger Koksmasse, die insbesondere als Beschickung von kontinuierlichen selbstbackenden Elektroden, vor allem von den kontinuierlichen selbstbackenden Anoden von Aluminiumelektrolyse- öfen, geeignet sind. Eine solche Koksmasse besteht im allgemeinen aus Pechkoks, Steinkohlenreinstkoks und Petrolkoks einzeln oder zu mehreren mit einem Zusatz an Pech als Bindemittel.
Erfindungsgemäss wird die nach ihrer Zubereitung in der Wärme noch warme, teigige, pechhaltige Koksmasse in einen geheizten, gelochten, korbförmigen Behälter gegossen und die aus den Löchern dieses Behälters austretenden Stränge aus pechhaltiger Koksmasse unter der Wirkung ihres eigenen Gewichtes
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; dieseGrösse der Austrittslöcher des korbförmigen Behälters so auf die Fliessbarkeit der pechhaltigen Koksmasse abgestimmt wird, dass sich die einzelnen Stücke nach einer im wesentlichen senkrecht zur Strangachse liegenden Ebene von den Strängen trennen und auf ihrer ganzen Länge praktisch denselben Querschnitt aufweisen, so dass sie im abgekühlten Zustand rollfähig sind und eine gute gegenseitige Beweglichkeit besitzen.
Das Abkühlen der Stücke unterhalb des korbförmigen Behälters kann durch Besprühen mit Wasser erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung dadurch, dass die Koksstücke in einen unterhalb des Korbes vorhandenen, mit Wasser gefüllten Trog fallen.
Damit das Zerteilen der pechhaltigen Koksmasse bei einer möglichst konstanten Temperatur erfolgt, wird sie zweckmässigerweise unmittelbar nach Verlassen der Vorrichtung, in welcher sie hergestellt wird, z. B. des kontinuierlichen Kneters (Ko-Kneter), in den gelochten Behälter gegossen. Je nach Beschaffenheit der teigigen, warmen, pechhaltigen Koksmasse kann es vorteilhaft sein, den Behälter einer Vibration
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auszusetzen, damit die Koksmasse besser durchfliesst und der Behälter nicht verstopft wird. Die Vibration kann auch das Abtrennen der Stücke von den Strängen günstig beeinflussen.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die Stücke aus Söderbergmasse durch die Einwirkung des
Wassers nicht völlig abzukühlen, sondern sie in noch mittelwarmem Zustand, z. B. 50-150 C, aus dem
Wasser wegzuführen, damit sie noch durch ihre eigene Wärme trocknen können, wobei die Verdampfung des Wassers noch eine gewisse Kühlwirkung auf die Stücke ausübt. Es zeigte sich, dass beim Einlaufen- lassen ins Wasser die Stücke sich mit einer Pechhaut überziehen, wodurch das Eindringen von Wasser in die Stücke verhindert wird. Diese Erscheinung ist auch wertvoll für die Lagerung der Stücke aus pech- haltiger Koksmasse im Freien, da diese nicht mehr, z. B. wie zusammengepresste Briketts od. dgl. oder auch wie Koks, mit Regenwasser durchtränkt werden.
Aus diesem Grunde sind auch die nach dem erfindung- gemässen Verfahren gewonnenen Stücke aus pechhaltiger Koksmasse frostsicher.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus einem korbförmigen Behälter, bei dem mindestens der Boden heizbar und mit Austrittslöchern versehen ist, und aus einem Wassersprüher bzw. einem mit Wasser gefüllten Trog besteht. Die Heizung kann durch ein flüssiges Heizmittel, z. B. Heizölzirkulation, oder auch elektrisch erfolgen. Dieser Boden wird vorzugsweise doppelwandig ausgeführt und besteht dann aus zwei in Ab- stand voneinander angeordneten gelochten Blechen, wobei die Austrittskanäle z. B. durch kurze Rohr- stutzen gebildet werden, deren Enden in den Löchern der beiden Bleche eingefasst sind. Selbstverständlich ist der doppelwandige Boden ringsum abgeschlossen.
Er ist ferner noch mit einer in den Zwischenraum mündenden Einlass- und einer Auslassöffnung versehen, so dass er von einer Heizölzirkulation durchflossen werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der heizbare Boden durch eine Rohrschlange gebildet, deren einzelne Windungen durch in kurzem Abstand voneinander angebrachte Stege miteinander verbunden sind, wodurch die Austrittslöcher entstehen.
Die Wände des korbförmigen gelochten Behälters sind vorzugsweise ohne Austrittslöcher ausgestaltet.
Sie können aus einem vollen Blech hergestellt sein, oder aber doppelwandig ausgeführt werden, wodurch eine gewisse Wärmeisolierung gegen aussen gesichert wird. Nötigenfalls wird der Zwischenraum der Hohlwände mit demjenigen des Bodens verbunden, so dass das den Boden durchfliessende Heizöl ebenfalls durch die Hohlwände geleitet werden kann und diese heizt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Vorrichtung werden an Hand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht im Schnitt die allgemeine Anordnung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Fig. 2 und 3 zeigen im Querschnitt und in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Zu der in Fig. 1 gezeigten Anlage gehört ein kontinuierlicher Kneter oder Ko-Kneter 1, in welchem die pechhaltige Koksmasse bei mässiger Temperatur, etwa 160-190 C, geknetet und innig gemischt wird. Die bearbeitete Masse 2 fliesst aus diesem Ko-Kneter heraus in einen über einem Wassertrog 3 angeordneten, korbförmigen, beheizten Behälter 4, dessen Boden eine Anzahl von Austrittslöchern 5 aufweist, wodurch die Masse in Stränge 6 zerteilt wird, die unter eigenem Gewicht in raupenförmige Stücke 7 zerfallen. Diese Stücke fallen dann in den mit kaltem Wasser gefüllten Trog 3, wo sie abgekühlt werden. Im Trog 3 ist ein Förderband 8 schräg angeordnet, u. zw. so, dass es mit einem Ende bis unter den gelochten Behälter 4 reicht und dass sein anderes Ende über den Rand des Troges vorspringt.
Die abgekühlten Kohlestücke 7 werden von diesem Förderband 8 aufgefangen und aus dem Trog 3 geführt.
Sie werden entweder in einen Kübelwagen geladen, oder durch ein weiteres Förderband bis zum Lagerplatz wegtransportiert.
Die Geschwindigkeit und die im Wasser befindliche Länge des Förderbandes 8 sind so eingestellt, dass die Stücke beim Austreten aus dem Wasser noch etwas warm sind, damit sie an der Luft schneller trocknen ; z. B. wird vorzugsweise bei Stücken von 2 bis 3 cm Durchmesser und 10-15 cm Länge eine Verweilzeit im Wasser von 5 bis 6 sec, für kleinere Stücke von 1 bis 2 cm Durchmesser und 5-10 cm Länge eine etwas kürzere Verweilzeit von etwa 3 sec eingehalten. Zum Einhalten dieser Verweilzeit beträgt bei einer Laufgeschwindigkeit von 0, 7 m/sec die im Wasser befindliche Länge des Förderbandes ungefähr 4 m bzw. ungefähr 2 m. Im Trog 3 ist eine Wasserzirkulation aufrechterhalten, damit die Wassertemperatur vorzugsweise 30-40 C nicht übersteigt. Zu diesem Zweck ist der Trog mit einem Überlaufrohr 9 versehen.
Die nach diesem Verfahren hergestellten raupenförmigen Kohlestücke weisen ein Schüttgewicht von ungefähr 600 bis 650 kg/m auf.
In der bevorzugten Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 besitzt der heizbare Behälter 4 einen doppelwandigen Boden 10. Dieser Boden besteht aus zwei in Abstand voneinander befindlichen Blechen 11 und 12, die in gleicher Weise gelocht sind. In die Löcher werden kurze Rohrstutzen 13 eingefügt, welche die Austrittskanäle 5 bilden und jeweils an ihren Enden mit dem oberen und dem unteren Blech verschweiss sind, so dass sie die beiden Bleche miteinander verbinden und den Zwischenraum 14 gegen die Kanäle 5 abschliessen. Gegen aussen ist der Zwischenraum 14 durch den Fuss der Doppelwand 15 des Behälters 4 abgeschlossen.
Der Hohlraum 16 der Doppelwand 15 ist mit dem Bodenzwischenraum 14 durch die Öffnung 17 verbunden, so dass das durch den Einlassstutzen 18 eintretende Heizöl den ganzen
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Boden durchfliesst, durch die Öffnung 17 in den Wandhohlraum 16 gelangt und aus diesem durch den Auslassstutzen 19 wieder heraustritt.
Der Behälter ist mittels zwei einander gegenüberliegenden Z-förmigen Tragprofilen 20 auf einem festen, den Trog 3 überbrückenden Gerüst 21, unter Zwischenlage einer federnden Aufhängung 22, die das Vibrieren des Behälters ermöglicht, abgestützt.
Die Vibriereinrichtung ist auf den Tragprofilen 20 angebracht und umfasst zwei schräg nach oben gerichtete Flacheisen 23, die an ihrem andern Ende mit einem horizontalen Träger 24 verbunden sind, sowie einen mit einem exzentrischen Schwungrad versehenen, auf dem Träger angebrachten Elektromotor 25.
Es wurde festgestellt, dass der Querschnitt der Austrittslöcher des beschriebenen Behälters nicht beliebig gross sein darf. Selbstverständlich dürfen die Austrittslöcher nicht zu klein sein, da sonst die teigige, pechhaltige Koksmasse nicht mehr durchfliessen kann. Es besteht aber entgegen aller Erwartung für die Lochgrösse auch eine obere Grenze. Sind die Löcher zu gross, weisen sie z. B. einen Durchmesser von ungefähr 50 mm und darüber auf, dann wird die Masse in Stränge grosser Querschnitte zerteilt, aus denen sich die Stücke unter eigenem Gewicht nach ganz unregelmässigen Flächen trennen. In einem solchen Fall weisen diese Stücke, die in ihrer Form und Grösse sehr stark schwanken und z.
B. die Form
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Es wurde nun gefunden, dass Stücke regelmässigen Querschnittes, die gegenseitig gut beweglich und also leicht zu manipulieren und auf die Elektrodenoberfläche zu verteilen sind, mit einem solchen Be-
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und dass diese Höchstgrenze der Lochgrösse von der Fliessbarkeit der Kohlemasse abhängt.
Mit der beschriebenen Vorrichtung wurde z. B. eine für die Beschickung der Anoden von Aluminiumelektrolyseöfen bestimmte pechhaltige Koksmasse folgender Zusammensetzung verarbeitet :
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<tb>
<tb> Kokssorte <SEP> : <SEP> Siebeinteilung <SEP> nach <SEP> Ty1er <SEP> : <SEP> Prozentueller <SEP> Anteil <SEP> an <SEP> der
<tb> Gesamtmasse <SEP> : <SEP>
<tb> Pechkoks <SEP> 1, <SEP> 68-3, <SEP> 36 <SEP> mm <SEP> 9% <SEP>
<tb> 0. <SEP> 21-1, <SEP> 68 <SEP> mm <SEP> 33% <SEP>
<tb> 0-0, <SEP> 21mm <SEP> 30% <SEP>
<tb> Bindemittelzusatz <SEP> : <SEP>
<tb> Mittelhartpech <SEP> 28%
<tb> 100%
<tb> Eigenschaften <SEP> des <SEP> Mittelhartpeches <SEP> :
<SEP>
<tb> Erweichungspunkt <SEP> nach <SEP> Krämer-Sarnow <SEP> 800 <SEP> C <SEP>
<tb> Verkokungsrückstand <SEP> 52%
<tb> Anthrazenunlösliches <SEP> 4%
<tb> Benzolunlösliches <SEP> 30%
<tb>
Diese künstliche Kohlemasse besitzt die folgende Fliessbarkeit :
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> : <SEP> Fliessbarkeit <SEP> : <SEP>
<tb> 1600 <SEP> C <SEP> 139% <SEP>
<tb> 170 <SEP> C <SEP> 157% <SEP>
<tb> 180 <SEP> C <SEP> 170% <SEP>
<tb> 200 C <SEP> 189% <SEP>
<tb>
Diese Fliessbarkeit wurde nach dem Wärmeschrankverfahren ermittelt, das wie folgt durchgeführt wird. Für die Bestimmung werden zylindrische Probekörper benutzt. Zu deren Herstellung wird von der aus dem Ko-Kneter austretenden Koksmasse eine kleine Menge entnommen, in eine Hohlform gegeben und mit einem Stössel festgestampft.
Die gefüllte Form wird in Wasser abgeschreckt und der Probekörper aus der Form gestossen. Mehrere solcher Probekörper werden auf ein mit Längsrillen von halbkreisförmigem Querschnitt versehenes Blech gelegt, in einen mit Umluftzirkulation versehenen Wärmeschrank gegeben und während 20 Minuten bei der Prüftemperatur gehalten. Die nach dem Zerfliessen der Probe erreichte Länge wird in Prozent der ursprünglichen Länge ermittelt und der erhaltene Wert als Fliessbarkeit bezeichnet.
Für die Herstellung von raupenförmigen Stücken aus der pechhaltigen Koksmasse der beschriebenen Zusammensetzung wurde ein Behälter 4 verwendet, dessen Doppelboden 10 mit zylindrischen Austrittskanälen 5 versehen war, die eine lichte Weite von 27 mm und, entsprechend der Dicke des Doppelbodens 10,
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Unter diesen Bedingungen wurden nach dem Abschrecken in Wasser raupenförmige Koksstücke 7 mit einem auf ihrer ganzen Länge regelmässigen Querschnitt von etwa 15 mm Durchmesser erhalten.
Unterhalb des Behälters tritt eine gewisse Einschnürung der austretenden Stränge 6 ein.
Die so gewonnenen Koksstücke besitzen nicht eine genau zylindrische Oberfläche, da die Körnung des als festen Bestandteil vorhandenen Kokses sich in der Oberfläche einprägt. Beim Abkühlen und Erstarren bildet aber das Bindemittel eine ununterbrochene glänzende Haut, die das Aufnehmen von Wasser durch das Kernmaterial jederzeit verhindert. Infolge dieser Struktur der Oberfläche berühren einander die gehäuften Stücke nur an winzigen, glatten, abgerundeten Flächen, wodurch eine gute gegenseitige Beweglichkeit der Stücke ermöglicht wird. Die durch die Körnung des Kokses bedingten Unregelmässigkeiten der Oberfläche bringen den Vorteil mit sich, dass die Stücke gegebenenfalls auf der Elektrode ausgeschiedenes Pech aufsaugen, so dass auf der Elektrode die Bildung eines Pechsumpfes, der bekanntlich zu Unhomogenitäten in der Elektrode führt, vermieden wird.
Nicht nur die Grösse des Querschnittes der Austrittslöcher spielt eine Rolle, sondern es kann auch deren Verhältnis Höhe : Durchmesser von Bedeutung sein. Bei gleichbleibendem Durchmesser ergeben höhere Austrittslöcher längere Kohlestücke. Die besten Ergebnisse werden erreicht, wenn dieses Verhältnis zwischen 0, 5 : 1 und 2, 5 : 1, vorzugsweise 1 : 1 und 1, 7 : 1, beträgt.
Damit die raupenförmigen Koksstücke noch leicht zu handhaben und auf der Elektrode zu verteilen sind, sollen sie vorteilhafterweise ein bestimmtes Gewicht und bestimmte Dimensionen nicht überschreiten.
Die diesbezüglichen Werte sind :
Gewicht bis 100 g,
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einzelne gerade Segmente durch angeschweisste rohrförmige Stege 27 verbunden sind. Der Abstand zwischen den einzelnen Stegen 27 ist ungefähr gleich gross wie derjenige zwischen den einzelnen Segmenten, so dass Austrittslöcher 5 quadratischen Querschnittes entstehen, deren Ecken durch den Schweissauftrag 28 mehr oder weniger abgerundet werden können. In der Nähe der Wände zwischen den gebogenen Rohrteilen dienen trapezförmige Platten 29 zur Begrenzung der Austrittslöcher 5. Die beiden Enden der
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legten Rohrschlangen kann auch eine spiralförmig gewundene Rohrschlange den Behälterboden bilden. Bei diesem korbförmigen Behälter bestehen die Wände einfach aus einem vollen Blech 30 und werden nicht beheizt.
Entlang des ganzen Umfanges des Behälters sind die Blechwände zwecks Abstützung der Rohrschlange in ihrem unteren Teil 31 nach innen gebogen. Auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten bilden sie Auflageflansche 32, die zum Aufhängen des Behälters 4 auf dem den Trog 3 überbrückenden Gerüst 21 dienen. Es ist auch möglich, diesen Behälter mit hohlen, heizbaren Wänden zu versehen und ebenfalls zu vibrieren.
Beim erfindungsgemässen Verfahren sind der Energiebedarf sowie der Wasserverbrauch für die Kühlung sehr gering. Die Kühlstrecke ist kurz. Bei der Vorrichtung tritt praktisch kein Verschleiss auf und ausserdem ist im Betrieb fast keine Aufsicht erforderlich.
Die Hauptvorteile der erzeugten Stücke aus pechhaltiger Koksmasse sind ihre glatte Oberfläche und daher ihre grosse gegenseitige Beweglichkeit, was deren Manipulieren und Verteilen auf der Elektrodenoberfläche stark erleichtert, sowie die Tatsache, dass sie mit einer ununterbrochenen Pechhaut umzogen sind, was die Aufnahme von Wasser durch das Kernmaterial ausschliesst und die Stücke frostsicher und für eine Lagerung im Freien geeignet macht.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung von Stücken aus pechhaltiger Koksmasse, die insbesondere als Beschickung von kontinuierlichen selbstbackenden Elektroden geeignet sind, durch mechanische Behandlung diese Masse in warmem Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass man die nach ihrer Zubereitung in der
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giesst, die aus den Löchern dieses Behälters austretenden Stränge aus pechhaltiger Koksmasse unter der Wirkung ihres eigenen Gewichtes in raupenförmige Stücke zerfallen lässt und diese letzteren dann mit Wasser kühlt, wobei die Grösse der Austrittslöcher des korbförmigen Behälters so auf die Fliessbarkeit der pechhaltigen Koksmasse abgestimmt wird, dass sich die einzelnen Stücke nach einer im wesentlichen senkrecht zur Strangachse liegenden Ebene von den Strängen trennen und auf ihrer ganzen Länge praktisch denselben Querschnitt aufweisen,
so dass sie im abgekühlten Zustand rollfähig sind und eine gute gegenseitige Beweglichkeit besitzen.