AT391885B

AT391885B - Verwendung von insbesondere verschweltem abraum

Info

Publication number: AT391885B
Application number: AT0040088A
Authority: AT
Original assignee: Neuper Christel
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1990-12-10
Also published as: US5028370A; ATA40088A

Description

Nr. 391 885

Beim Brennvorgang im Herstellungsprozeß von Elektroden (Graphitelektroden) zum Einsatz in der Elektrometallurgie, beispielsweise in Elektroschmelzöfen oder Aluminiumelektrolysezellen, wird Stützmaterial verwendet, das sich im Brennofen zwischen dem Elektrodenrohling und der Brennkammerwand befindet, um den noch weichen Rohling, der während des Brennvorganges teigige Umwandlungszustände durchläuft, zu stützen. An das Stützmaterial werden vor allem hinsichtlich Feuchtigkeit, Korngröße, Schüttgewicht, Abriebverhalten und Glühverlust bestimmte Anforderungen gestellt, die sowohl für die Stützfunktion des Materials als auch für die Wirtschaftlichkeit des Sinterverfahrens von Bedeutung sind. Durch die DE-OS 34 25 058 wurde es bekannt, als Stützmaterial einen in der Herstellung von Aluminium vorkommenden Stoff einzusetzen. Im besonderen wird hier auf Tonerde, somit Aluminiumoxy (A^O^) hingewiesen. Andere Stoffe sind Aluminiumhydroxid,

Aluminiumoxihydrate, metallisches Aluminium, weiters Natriumfluorid, Aluminiumfluorid und ihre Mischungen in Form der Mineralien Kryolith und Chiolith. Produkte, die für die Aluminiumherstellung verwendbar sein sollen, müssen entsprechend vorbehandelt sein, und sind damit kostspielig. Da darüber hinaus nicht auszuschließen ist, daß die vorgenannten Stoffe im Zuge ihrer Verwendung als Stützmaterial Veränderungen erfahren, die sie ungeeignet als Stoff für die Al-Herstellung machen, können die bekannten Stoffe unter Umständen für einen weiteren Einsatz als Stützmaterial nicht mehr verwendet werden bzw. bedürfen einer neuerlichen Vorbehandlung. Häufig fand als Stützmaterial bisnun auch Brechkoks Verwendung. Der Glühverlust ist bei Verwendung von Brechkoks sehr hoch und kann bis über 40 % des Gewichtes vor dem Sintern betragen. Auch Quarzsand konnte vor allem wegen unbefriedigendem Abriebsverhalten nicht entsprechen. Es bilden sich vor allem bei der Lagerung (Umschaufeln) Fraktionen einer Korngröße von unter 3 mm, die im Stützmaterial nicht mehr verwendet werden können. Darüberhinaus besitzt Quarzsand ein hohes Schüttgewicht, wodurch die Manipulation erschwert und die Wirtschaftlichkeit des Transportes vermindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen.

Erreicht wird dies durch die Verwendung von insbes. verschweltem Abraum, sowie von Bergen, insbes. Waschbergen der Kohlengewinnung, oder von Blähton oder von Klinker als Stützmaterial bei der Herstellung von Elektroden (Graphitelektroden), insbes. solchen für Elektroschmelzöfen.

Unter "Berge" versteht man hiebei im Fördergut enthaltenes Gestein, das durch Klauben (Klaube-Berge) und/oder Waschen (Wasch-Berge) weitgehend von der Kohle getrennt wird. Unter Blähton ist ein kalkarmer Ton zu verstehen, der, insbes. in Schacht- oder Drehöfen, gebrannt wird.

Es empfiehlt sich beim erstmaligen Einsatz des erfindungsgemäßen Stützmaterials, einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 % nicht zu überschreiten, da erstens zur Wasserverdampfung erhebliche Energiemengen aufgewendet werden müssen und zweitens beim Entweichen des Wasserdampfes ein Zerplatzen der Körner stattfindet, das zu Abrieb und unbrauchbarem Feinkorn führt. Der Feuchtigkeitsgehalt kann dabei aus dem Gewichtsverlust bestimmt werden, der sich ergibt, wenn das Material ca. 12 Stunden lang bei 120 °C im Trockenschrank getrocknet wird. Der Gewichtsverlust kann in % H2O berechnet werden. Beim erstmaligen Einsatz des

Stützmaterials im Brennofen für die Elektroden verdampft zwar das im Stützmaterial enthaltene Wasser, jedoch geht dies zu Lasten des Energieverbrauches.

Das erfmdungsgemäß zur Anwendung kommende Material weist günstige Abriebeigenschaften auf, so daß beim Einfüllen, beim Entleeren, Transportieren, Absieben und sonstigen Aufbereitungsarbeiten nur ein geringer Materialverlust durch Entstehen von feinkörnigen, nicht mehr einsetzbaren, Materialbestandteilen auftritL Zum günstigen Abriebverhalten trägt auch die günstige Partikelgestalt des einzusetzenden Materials bei, das nur wenig Spitzen oder scharfe Kanten aufweist Besonders Blähton zeigt - bedingt durch seine kugelähnliche Gestalt - ein besonders günstiges Abriebverhalten. Das Abriebverhalten kann in Anlehnung an die für die Prüfung des Abriebverhaltens von Steinkohlenkoks geltende Norm DIN 51717 getestet werden. Selbst bei Verwendung von Material aus Bergen ist der Glühverlust beim Einsatz als Stützmaterial gering, da der Kohlenstoffgehalt der Berge - bedingt durch das Aussortieren der Kohle vor dem Ablagem auf der Halde - gering ist Als besonders günstig finden erfindungsgemäßen Verwendungszweck erweist sich Abraum, Berge oder Blähton, dessen Körnung im Bereich von 3-10 mm liegt, wobei das Schüttgewicht bevorzugt kleiner als 1 kg/1 ist. Dadurch wird sichergestellt, daß Feinkorn (Korn unter 3 mm) nur in geringem Maße vorhanden ist und dadurch keine Beeinträchtigung der Stützfunktion zu erwarten ist, da Feinkorn zum Zusammenbacken neigt Darüberhinaus führt der Feinkomanteil bei jeglichem Transport zu Verlusten durch Staub und beeinträchtigt darüberhinaus die Umwelt Schüttgewicht unter 1 kg/1 erlaubt die Befüllung des Formenraumes mit weniger Masse, im Vergleich zu Materialien, deren Schüttgewicht über 1 kg/1 liegt. Das geringe Schüttgewicht des als Stützmaterial eingesetzten Materials führt auch zu einer Energieeinsparung gegenüber Stützmaterial, dessen Schüttgewicht 1 kg/1 wesentlich überschreitet. Das Material aus Bergen besitzt ein Schüttgewicht von etwa 0,98 kg/1, Blähton ein solches von 0,72 kg/l.

In bevorzugter Weise enthält der Abraum, die Berge oder der Blähton in einem Anteil von 75 - 90 Gew.-% ein Gemisch aus Oxiden des Siliziums, Aluminiums und Eisens und in einem Anteil von 25 - 10 Gew.-% wenigstens ein Element aus der Gruppe von Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Titan in Form des Oxides, gegebenenfalls auch ein Oxid des Phosphors, wobei der Anteil von 25 -10 Gew.-% auch bis zu 1,5 Gew.-% Schwefel und/oder 3-4 Gew.-% Kohlenstoff enthalten kann. Der Kohlenstoff- und Schwefelanteil hängt dabei vom Ausmaß des Verschwelens des aus Kohlengruben oder auch im Tagbau geförderten Abraums bzw. der Berge -2-

Nr. 391 885 ab. Als bevorzugtes Material wird dabei ein solches eingesetzt, das aus Halden von Kohlenbergwerken (eingeschlossen Tagbau) stammt, wobei durch den gewaltigen Druck des auf Halde liegenden Materials, die Halde im Laufe von Jahrzehnten von innen ausbrennt Das sich dabei bildende Material ist zwar porös, besitzt jedoch eine für den Einsatz als Stützmaterial ausreichende Festigkeit, vor allem Abriebfestigkeit.

Das Abriebverhalten des als Stützmaterial einzusetzenden Abraums, der Berge, des Blähtons und des Klinkers soll so beschaffen sein, daß höchstens eine 10%ige Zunahme des Komanteils kleiner 3 mm zustandekommt. Das Abriebverhalten kann dabei in Anlehnung an DIN 51717 ermittelt werden. Der Glühverlust, gemessen im 6 Stunden 650 °C-Versuch soll ebenfalls 10 % nicht überschreiten.

Beispiel 1:

Aus der Halde eines Glanzkohlenbergwerkes wurde verschweltes Material entnommen und in einer Korngrößenverteilung zwischen 3 und 10 mm (Anteil der Fraktion unter 3 mm war geringer als 6 %) beim Sintern von Graphitelektroden als Stützmaterial für die vorgeformten zylindrischen Graphitelektrodenrohlinge in den Sinterformen eingesetzt. Das Stützmaterial hatte ein Schüttgewicht von 0,98 kg/I, eine Feuchtigkeit von ca. 8,3 % und folgende Zusammensetzung:

Si02 51 Gew.-% A12°3 22 tt Fe2°3 11 n CaO 3 II MgO 2 tt K2o 3 II N^O 1 II P2°5 1 II Ti02 1 t» S 1 tt C 4 II

Das Material zeigte gutes Abriebsverhalten. Der Glühverlust betrug (650 °C durch 6 h) ungefähr 2,2 Gew.-% und war vorwiegend durch den C-Gehalt des Materials bedingt. Bei weiteren Einsätzen des wiedergewinnbaren Materials sinkt dieser Verlust, bedingt durch die beim vorangegangenen Einsatz aufgetretene Verminderung des C-Gehaltes.

Beispiel 2:

Blähton wurde in einer Korngrößenverteilung zwischen 3 und 10 mm (Anteil der Fraktion unter 3 mm geringer als 6 %) ebenfalls als Stützmaterial wie unter Beispiel 1 eingesetzt. Der Feuchtigkeitsgehalt betrug 1 % und das Schüttgewicht 0,72 kg/1. Die Zusammensetzung des Blähtons war wie folgt:

Si02 54 Gew.-( Al203 22 " Fe2°3 8 " CaO 2 ” MgO 3 " K20 9 " Na20 1 " Ti02 1 "

Der Verlust an Energie, bedingt durch die Verdampfung von im Stützmaterial enthaltener Feuchte war nahezu vemachlässigbar (etwa 11 Heizöl je t). Das Abriebveihalten war - bedingt durch die kugelähnliche Gestalt - sehr günstig. Der Glühverlust war vemachlässigbar, da das Material kaum flüchtige bzw. brennbare Bestandteile enthält.

In der beiliegenden Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 schematisch in einem Querschnitt eine Sinterform mit Elektroden gezeigt, in Fig. 1 Elektroden mit kreisförmigem Querschnitt und in Fig. 2 mit rechteckigem Querschnitt. Mit (1) ist der Elektrodenrohling bezeichnet, der in vorgepreßtem Zustand in die Form (2) eingebracht wird. Als Stützmaterial (3) zwischen den Wänden der Form (2) und dem Elektrodenrohling (1) findet insbes. verschwelter Abraum, Berge, insbes. Waschberge oder auch Blähton Verwendung. In der Zeichnung ist aus Gründen der Vereinfachung lediglich bei einer Elektrode (1) Stützmaterial (3) eingetragen. Das Stützmaterial füllt jedoch in Wirklichkeit den Raum zwischen Elektrode und Wand zur Gänze aus. -3-

Claims

Nr. 391 885 PATENTANSPRÜCHE 1. Verwendung von insbesondere verschweltem Abraum sowie von Bergen, insbes. Waschbergen der Kohlengewinnung, oder von Blähton oder von Klinker als Stützmaterial beim Brennen von Elektroden (Graphitelektroden), insbesondere solchen für Elektroschmelzöfen und Anoden und Kathoden für Aluminiumschmelzflußelektrolysezellen.
2. Insbesondere verschwelter Abraum sowie Berge, insbes. Waschberge der Kohlengewinnung oder Blähton oder Klinker für eine Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abraum, die Berge oder der Blähton in einem Anteil von 75 bis 90 Gew.% ein Gemisch aus Oxiden des Siliziums, Aluminiums und Eisens und in einem Anteil von 25 bis 10 Gew.% wenigstens ein Element aus der Gruppe von Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Titan in Form des Oxides, gegebenenfalls auch ein Oxid des Phosphors enthält, wobei der Anteil von 25 bis 10 Gew.% auch bis zu 1,5 Gew.% Schwefel und/oder 3 bis 4 Gew.% Kohlenstoff enthalten kann.
3. Insbesondere verschwelter Abraum, Berge oder Blähton oder Klinker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung in an sich bekannter Weise im Bereich von 3 bis 10 mm liegt und daß das Schüttgewicht bevorzugt kleiner als 1 kg/1 ist.
4. Insbesondere verschwelter Abraum, Berge oder Blähton oder Klinker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit im Anlieferzustand zur Verwendung kleiner als 15 % ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-