DE2731760A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung gebrannter kohleanoden, insbesondere zur verwendung fuer die aluminium- schmelzflusselektrolyse - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung gebrannter kohleanoden, insbesondere zur verwendung fuer die aluminium- schmelzflusselektrolyseInfo
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- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
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Description
273176Q
Klöckner-Humboldt-Deutz D Gr/Wr
vom 11. Juli 1977
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gebrannter Kohleanoden, insbesondere zur Verwendung für die Aluminium-Schmelzflußelektrolyse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gebrannter Kohleanoden, insbesondere zur Verwendung für die Aluminium-Schmelzflußelektrolyse,
wobei die vorgeformte, verdichtete sogenannte Grünanode einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens·
Kohleanoden, deren Herstellung Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, finden vorzugsweise bei der Verhüttung von Aluminium Verwendung.
Für die Gewinnung des Aluminiums aus Tonerde wird die Schmelzflußelektrolyse
angewandt, wobei als Elektrolysezellen mit feuerfestem Material ausgemauerte Stahlwannen zum Einsatz
kommen. Der Boden dieser Wannen wird als Kathode mit Kohlenstoff ausgekleidet. Als Anode dient ebenfalls Kohlenstoff,
welcher vorzugsweise als vorgebrannter Block eingesetzt wird.
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- KHD
H 77/54
Mit fortschreitendem Elektrolysebetrieb brennt die Anode ab. Für die Gewinnung von einer Tonne metallischem Aluminium benötigt
man ca. 0,5 Tonnen Kohlenstoffanöden.
Aus diesem Grunde ist einer Aluminiumhütte üblicherweise eine Aufbereitungsanlage zur Herstellung der in großer Menge benötigten
Kohlenstoffanoden angegliedert, und deren Herstellung
bildet einen wesentlichen Kostenfaktor der Aluminiumverhüttung·
Die Anoden werden aus Petrolkoks, einem extrem aschearmen Produkt der Petrochemie, mit Pech als Bindemittel hergestellt. Der
Koks wird zur Erzielung einer möglichst dichten Kornpackung zer kleinert, gemahlen und klassiert, so daß Kornfraktionen von
staubförmig über mittel bis grob entstehen.
Aus Gewichtsanteilen dieser Komponenten wird nach programmiertem Rezept ein Gemenge erzeugt, das vorgewärmt und mit Bindemittel,
beispielsweise Pech, im Mischer innig vermengt wird. Die Temperatur liegt dabei etwa im Bereich zwischen 130 und
170° C.
Diese Anodenmasse wird anschließend, beispielsweise auf einem Rüttelverdichter in einer Form zur sogenannten "grünen" Anode
geformt. Danach wird die Anode zunächst abgekühlt, um eine ausreichende Festigkeit für den weiteren Transport zu erhalten,
und schließlich in der Brennofenanlage einer Wärmebehandlung unterzogen.
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-f- KHD
- 3Γ- H 77/54
Im Brennprozeß wird der grüne Körper unter Aufrechterhaltung seiner geometrischen Form in feste Hartbrandkohle umgewandelt.
Dies geschieht, indem die einzelnen Kokspartikeln durch Verkrackung und Verkokung des Bindemittels zu einer festen Masse
verbunden werden.
Beim Erhitzen über den Erweichungspunkt des Bindemittels verliert der grüne Formkörper vorübergehend seine Festigkeit. Er
muß deshalb während des Brennprozesses durch ein poröses, feuerfestes Medium gehalten werden. Die infolge der Pyrolyse
des Bindepechs entstehenden Gase und Dämpfe, welche etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent des Anodenkörpers ausmachen, entweichen,
soweit sie nicht zu Koks verkrackt werden, durch die Poren des Stützmediums in die Ofenatmosphäre. Um diesen Entgasungsprozeß
ohne Beeinträchtigung der Anodenqualität bis in den oberen Bereich der Brenntemperatur, welche bei maximal
ca. 1.300 C liegt, zu führen, wird die Anode vorzugsweise im unteren Temperaturbereich bis etwa 500° C äußerst langsam und
schonend mit einer Temperatursteigerung von nur 0,5 bis 4° C/h aufgeheizt.
Ein Brennzyklus mit Aufheizen, Halten der Brenntemperatur und
Abkühlung dauert beim üblichen Stand der Technik ca. 21 Tage. Infolgedessen sind die Kapital- und Betriebskosten des diskontinuierlich
durchgeführten Brennprozesses extrem
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hoch. Als öfen werden am häufigsten flammenbeheizte sogenannte
Ringkanuneröfen verwendet·
Es 1st weiterhin bekannt, Kohlenstoffkörper zwischen Elektroden einzuspannen und mittels direktem Stromdurchgang durch
Widerstandserwärmung beispielsweise auf Grafitierungstemperatur (2,600° C) zu erhitzen·
Dies geht auf eine Erfindung Achesons zurück, welche seit langem Stand der Technik bei der Herstellung von Teilen aus
Carborundum und Elektrografit ist. Eine übertragung dieses
Verfahrens auf die Herstellung von großen Anodenformlingen, wie diese beispielsweise bei der Aluminium-Schmelzflußelektrolyse mit Einzelstückgewichten bis zu 3 t Verwendung finden
und dieser Erfindung zugrunde liegen, wurde bisher jedoch noch niemals vorgenommen.
Andererseits berichten aus der UdSSR Popoff et al in Cvetnye Metally 46 (1973), Seite 28 - 31, Dokumentation No. 669.713.1
über ein neues Verfahren zum gleichzeitigen Pressen und Brennen von Anoden für die Aluminium-Schmelzelektrolyse·
durch elektrische Widerstandsheizung gebrannt wird. Die Brenndauer
beträgt ca. 60 bis 70 Minuten, der Temperaturgradient liegt in der Größenordnung von 14° bis 16° C je Minute. Es
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wird eine Endtemperatur von 1.000° C erreicht. Obwohl die
beim Brennvorgang unter hohem Druck hergestellten Anoden nach der genannten Veröffentlichung optimale Qualitätswerte
aufweisen, wird doch als gravierender Nachteil empfunden, daß dieses Verfahren einen exorbitant hohen apparativen Aufwand
für die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Preß-
2
druckes von ca. 300 kg/cm über einen Ze:
druckes von ca. 300 kg/cm über einen Ze:
einer Stunde je Anode in Anspruch nimmt.
2
druckes von ca. 300 kg/cm über einen Zeitraum von mindestens
druckes von ca. 300 kg/cm über einen Zeitraum von mindestens
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche frei von den genannten
Nachteilen sind und bei optimaler Anodenqualität insbesondere eine signifikante Verkürzung des Brennzyklus und damit eine
bedeutende Verbesserung der Wirtschaftlichkeit zum Ziele haben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Ablauf des Brennzyklus in den folgenden Phasen»
a I. Phase -
10° C/min·, vorzugsweise zwischen 3,5 und 8 C/min·
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b 2. Phase »
Halten der Brenntemperatur während einer Zeitspanne zwischen 30 Minuten und 300 Minuten, vorzugsweise zwischen 60 Minuten
und 120 Minuten.
c 3. Phase ■
Mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Anoden erreichen
bei 10 % der Brenndauer und weniger die gleichen physikalischen Kennwerte wie die im Ringkammerofen mit einem
Zyklus von 21 Tagen gebrannten Hartbrandkohleformlinge. Es hat sich bei der der Erfindung zugrundeliegenden Entdeckung
überraschenderweise herausgestellt, daß der Brennprozeß nach Ablauf von ca. 5 bis 7 Stunden vollständig abgeschlossen ist,
und ein Weiterführen des Brennprozesses darüberhinaus keine nennenswerte Änderung der erreichten physikalischen Werte
mehr ergibt:
Das zulässige Porenvolumen der Kohlenanode liegt beispielsweise nach einer Brennzeit von 5 bis 7 Stunden mit Werten
zwischen 15 % und 28 % in den zulässigen Grenzen.
und 350 kg/cm innerhalb der Brenndauer von ca. 5 bis 7 Stunden erreicht, ohne daß längeres Brennen oder Halten der Brenntemperatur
eine Tendenz zu einer weiteren Festigkeitsverbesserung erkennen läßt.
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Bei weiteren Untersuchungen, deren Erkenntnisse mit zu der vorliegenden Erfindung beigetragen haben, wurde überraschenderweise
weiter festgestellt, daß die relativ kurze Brennzeit von 5 bis 7 Stunden auf den spezifischen elektrischen Widerstand
der fertigen Anode keinen negativen Einfluß hat.
Zweckmäßigerweise wird beim Verfahren nach der Erfindung so vorgegangen, daß der Temperaturgradient nach Maßgabe der Höhe
der Aufheiz-Temperatur veränderlich eingestellt wird.
Dabei ist es von Vorteil, daß die Phase des Aufheizens im
unteren Temperaturbereich mit einem niedrigeren Temperaturgradienten erfolgt als im oberen Temperaturbereich·
Insbesondere der prozentuale Anteil des zulässigen Porenvolumens wird durch eine solche, schonende Ofenreise des
thermischen Brennvorganges im günstigen Sinne beeinflußt«
Dabei wird vorzugsweise so vorgegangen, daß die Phase des Aufheizens bis zu einem Temperaturbereich von annähernd
300° bis 500° C mit Gradienten zwischen ca. 2,5° C/min. und ca· 4° C/min. und oberhalb annähernd 500° C mit Gradienten
zwischen ca· 4° C/min· und ca· 10° C/min. erfolgt·
Die Lehre der Erfindung, wonach die Aufheizgeschwindigkeit nach Maßgabe der Höhe der Aufheiztemperatur veränderlich ein-
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gestellt wird, geht auf die überraschende Entdeckung zurück, daß nach einer schonenden, d. h. relativ langsamen Aufheizperiode
im unteren Temperaturbereich, wobei offenbar der Hauptteil der entstehenden Dämpfe und Gase zum Teil verkrackt,
verkokt oder aus der Masse ausgetrieben wird, eine aeechließende
relativ rasche und stetige Steigerung der Aufheizgeschwindigkeit die Qualität der fertigen Anode in keiner Weise
nachteilig beeinflußt·
Aus einer Vielzahl von Untersuchungen und Vergleichen wurde zudem die nicht vorhersehbare Entdeckung gemacht, daß die Art
der durchgeführten Abkühlungsmethoden, beispielsweise sogar im Falle der Anwendung von Abschreckungsvorgängen, z. B. Besprühen
der heißen Elektrode mit Wassernebel, keinerlei negativen Einfluß auf die Qualität der fertigen Elektroden hatten.
Dennoch wird mit Vorteil so vorgegangen, daß die Phase des Haltens der Brenntemperatur mit gleitendem übergang, d. h.
mit allmählich abklingender Temperatur in die Phase der Kühlung übergeht.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich, wenn die anschließende Phase der Abkühlung
mit Hilfe eines gasförmigen Wärmeträgermediums verstärkt wird.
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Dabei kann von einer weiteren Maßnahme vorteilhaft Gebrauch gemacht werden, daß die Abkühlung durch Eindosen einer Kühlflüssigkeit
in das Wärmeträgermedium, beispielsweise in Form von Wassernebel, intensiviert wird.
Ein Optimum an Rationalisierung durch Verkürzung der Abkühlungsphase wird dadurch erreicht, daß die Intensität der
Abkühlung nach Naßgabe der erreichten Temperatur veränderlich eingestellt wird.
Dabei wird mit Vorteil so vorgegangen, daß die Abkühlung mit abnehmender Temperatur der Anode zunehmend intensiviert wird·
Dabei kann von der an sich bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht werden, daß die fühlbare Wärme des Kühlmittels zur Vorwärmung
von grünen Anoden verwendet wird·
Eine weitere Kostenersparnis ergibt sich für das Verfahren nach der Erfindung durch eine Folgeschaltung mehrerer Brennstellen
mit einer Stromquelle, wobei die Phase des Aufheizens und die Phase des Haltens der Temperatur in einer Folge von
teilweise^
Taktzeiten sich mindestensYüberlappen, indem einer Brennstelle in der Phase des Haltens der Temperatur die nächste Brennstell· zum Beginn der Aufheizphase hinzugeschaltet wird.
Taktzeiten sich mindestensYüberlappen, indem einer Brennstelle in der Phase des Haltens der Temperatur die nächste Brennstell· zum Beginn der Aufheizphase hinzugeschaltet wird.
Mit dieser Folgeschaltung wird durch zeitliche Überlappung der Taktzeiten eine Verbesserung in der Auslastung einer
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Stromquelle und damit eine weitere Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
erreicht, ohne daß schädliche Stromspitzen auftreten·
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
sieht vor, daß einer Station zum Formen und Verdichten von grünen Anoden eine größere Anzahl von Brennstellen zugeordnet
ist.
Denn die bisher übliche, dem Stand der Technik entsprechende Kopplung von Formstation und Brennstation zu einer Einheit
ergibt eine sehr unrationelle Vorrichtung, weil die Produktionskapazität einer maschinentechnisch aufwendigen Station zum
Formen und Verdichten der grünen Anoden viel größer ist als die Produktionskapazität einer Brennstelle·
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei zweckmäßig, daß einer Stromquelle mindestens zwei Brennstellen
zugeordnet sind.
Hierdurch ergibt sich eine wesentlich rationellere Auslastung jeder Stromquelle gegenüber einer Ausstattung der einzelnen
Brennstellen mit je einem separaten Transformator·
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch Anordnung der Brennstellen
auf einer Transporteinrichtung, vorzugsweise auf einem
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Transportband, wobei die Stromübertragung von der Stromquelle
zu den Brennstellen über mitlaufende StromUbertragungsorgane, vorzugsweise sogenannte Schleppkabelanordnungen erfolgt·
Eine andere zweckmäßige Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich durch stationäre Anordnung der Brennstellen zwischen
annähernd parallel verlaufenden Transporteinrichtungen zum Zu- und Abführen der Anoden·
Und schließlich kann von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß die Brennstellen auf einem Drehtisch in Form eines Karussells
angeordnet sind·
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung bezug genommen· Es zeigen:
Fjq· 1 (als Kurve) den Einfluß von Aufheiz- und Haltezeit
auf das Raumgewicht einer Anode,
Fiq· 2 (als Kurve) den Einfluß von Aufheiz- und Haltezeit
auf das Porenvolumen einer Anode,
Fiq· 3 (als Kurve) die Xnderung der Druckfestigkeit mit der Aufheiz- und Haltezeit,
Fiq« 4 (als Kurve) den Einfluß der Aufheiz- und Haltezeit auf die Reaktivität der Kohleanoden,
Fiq· 5 (als Mikrophote) ein Schliffbild vom ungebrannten Ausgangsmaterial
einer Kohlenanode in 7Ofacher Vergrößerung,
Fiq· 6 (als Mikrophoto) den Anschliff einer gebrannten Kohl·»
anode in 20Ofacher Vergrößerung,
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die Vorrichtung mit Anordnung von Brennstellen auf einer Transporteinrichtung,
Fig. 8 die Anordnung von Brennstellen zwischen annähernd parallel verlaufenden Transporteinrichtungen,
Fig. 9 die Anordnung von Brennstellen auf einem Drehtisch in Form eines Karussells,
Fig, 10 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß
Fig. 7 in Seitenansicht,
Aus Fig, 1 ist die Zunahme des Raumgewichtes einer Anode im Verlauf des thermischen Prozesses als Folge der Schrumpfung
des gebrannten Körpers als gestrichelte Kurvenlinie erkennbar· Die Werte nähern sich nach einer Exponentialfunktion asymptotisch
einer oberen Grenze bei einer Aufheiz- und Haltezeit von ca, 7 bis 8 Stunden.
Fig, 2 zeigt in Form einer gestrichelten Kurve die Abhängigkeit der Porosität des Anodenkörpers von der Aufheiz- und
Haltezeit· Es ergibt sich ein annähernd linearer Verlauf, dessen unterer Grenzwert bei annähernd 25 Volumen-% nach
einer Aufheiz- und Haltezeit von ca, 8 Stunden erreicht wird· Eine Verlängerung des thermischen Prozesses ergibt keine
Volumenänderung mehr,
Fig. 3 zeigt im Diagramm die Abhängigkeit der Druckfestigkeit des Anodenkörpers von der Aufheiz- und Haltezeit· Die
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entsprechende Kurve verläuft annähernd linear und nähert sich bei einer Zeit von ca. 8 Stunden asymptotisch einem
Fig. 4 zeigt als Diagramm die Reaktivität des Anodenkörpers
in Abhängigkeit von der Aufheiz- und Haltezeit· Zur Vermeidung hoher Abbrandverluste soll diese Reaktivität möglichst
niedrig sein· Sie erreicht den Grenzwert nach einer Brenndauer von ca. 8 Stunden.
Fig· 5 läßt im Mikrophoto das Schliffbild des ungebrannten
Ausgangsmaterials in der Vergrößerung 70 : 1 erkennen·
Das "grüne" Material besteht aus hell bis mittelgrau sich abzeichnendem
Petrolkoks, wogegen das Bindemittel zwischen den einzelnen Kokspartikeln, ebenso wie die Poren selbst, schwarz
erscheinen·
Ein Schliffbild der fertig gebrannten Anodenmasse zeigt Fig. in 20Ofacher Vergrößerung. Deutlich erkennt man als Veränderung
gegenüber dem Grünzustand die schlierenförmig gebogenen
Graphitlamellen (hell-dunkelgrau) welche für den lameIlaren
Aufbau des Retorengraphits jbypisch sind· Sie sind ein Indiz
für das optimale Endergebnis des thermischen Prozesses und ergeben eine sichere PrUfmethode zur Beurteilung des "FertigU-ZuStandes.
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Fig« 7 zeigt in rein schematischer Darstellung den Aufbau
einer Vorrichtung zum Formen und Brennen von Kohleanoden· Mit 1 ist die Formstation bezeichnet, welcher
eine Vielzahl von Brennstellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 usw. zugeordnet
sind· Auf dem Transportband 9 sind ztjrn Brennen in
Brennformen eingelegte "grüne" Formlinge 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 abgestellt. Mit 18, 18· sind Schleppkabelanordnungen
bezeichnet, welche mit dem Transportband 9 in gleicher Geschwindigkeit mitwandernde Kontakte 19, 19' aufweisen.
Die Brennstellen 2 bis 8 werden während des Brennzyklus von 7 bis 8 Stunden auf der Transporteinrichtung 9 kontinuierlich
oder schrittweise vorwärts bewegt.
Eine andere Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Erfindung
zeigt Fig. 8.
Der Station 1 zum Formen von grünen Anoden ist eine erste Transporteinrichtung 20 zugeordnet. Parallel hierzu ist eine
zweite Transporteinrichtung 20' für den Abtransport der fertiggebrannten
Anoden vorgesehen. Dazwischen befinden sich ortfest angeordnete Brennstellen 21, 22, 23.
Im Falle einer Vollmechanisierung der Vorrichtung können die Transferwege 24, 25, 26 ebenfalls mit Transporteinrichtungen
beliebiger Ausführung ausgestattet sein.
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>§ 2-73176Q
Die stationär angeordneten Brennstellen 21, 22, 23 sind mit den rein schematisch angedeuteten Kontakten 27, 27* ausgestattet.
In Fig. 9 ist der Formstation für die grüne Anode 1 der Drehtisch
28 mit einer Mehrzahl von Brennstellen 29 zugeordnet·
Fig. 10 schließlich zeigt in einem vergrößerten Maßstab und in Seitenansicht im Prinzip die gleiche Anordnung wie Fig. 7·
Der schematisch angedeuteten Formstation 1 ist die Transporteinrichtung 9' zugeordnet, welche im gezeigten Beispiel als
Röllchenbahn ausgeführt ist. Darauf bewegen sich mit Hilfe einer
*rücht näher dargestellten Vorschubeinrichtung die feuerfesten Formen 30, 31, 32, welche die grünen Anoden 30·, 31', 32» enthalten. In den feuerfesten Formen 30, 31, 32 befinden sich Kanäle 34, welche den beim Brennprozeß entweichenden Gasen und Dämpfen das Austreten aus der Form ermöglichen. Fig. 11 zeigt die gleiche Anordnung in Draufsicht.
*rücht näher dargestellten Vorschubeinrichtung die feuerfesten Formen 30, 31, 32, welche die grünen Anoden 30·, 31', 32» enthalten. In den feuerfesten Formen 30, 31, 32 befinden sich Kanäle 34, welche den beim Brennprozeß entweichenden Gasen und Dämpfen das Austreten aus der Form ermöglichen. Fig. 11 zeigt die gleiche Anordnung in Draufsicht.
Mit den feuerfesten Formen 30, 31, 32, welche sich auf der Röllchenbahn 9', angetrieben durch eine nicht dargestellte
Vorschubeinrichtung in Richtung des Pfeiles 33 vorwärtsbewegen, stehen die Kabelschleppleitungen 18, 18' über die
Kontaktplatten 19, 19' in Verbindung.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert:
Es wird eine Kohlenanode der Abmessungen 500 χ 500 χ 800[mm J
hergestellt. Hierzu wird als Ausgangsmaterial kalzinierter Petrolkoks in den Korngrößen 0 - 3 mm verwendet. Der Petrolkoks
hat folgenden Kornaufbau:
0 - 0,2 mm - 28,5 % 0,2 - 1,0 mm - 54,3 % 1,0 - 3,0 nun - 17,2 %
Der aus dem Vorratsbunker entnommene Koks wird bei etwa 150° C mit ca. 16,5 % Steinkohlenteerpech als Bindemittel
vermischt. Das Gemisch wird auf einer Klöckner-Humboldt-Deutz· Rüttelmaschine in einer Stahlform mit aufgesetztem Deckgewicht
mit einer Frequenz von 25 Hz und einer Amplitude von ca. 8 mm etwa 200 Sekunden lang «erdichtet und dabei abgeformt.
Anschließend wird die so gewonnene grüne Anode abgekühlt und danach zur Brennstation transportiert. Dort wird die grüne
Anode mit einer teilbaren Brennform ummantelt, welche aus einem mit feuerfesten Keramikplatten ausgefütterten Stahlmantel
besteht. Die Brennform ist oben offen und erhält nach
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Einschluß der grünen Anode einen durch Eigengewicht aufliegenden, ebenfalls feuerfest ausgekleideten Deckel aus Stahl, in
welchem Bohrungen zum Entweichen der entstehenden Schwelgase an gebracht sind. Seitlich an den Kopfflächen 500 χ 500 fmm2j
der grünen Anode sind StromzufUhrungsplatten angeordnet und
werden mit einer Federvorspannung und ca. 0,5 kg pro cm angepreßt.
Diese Stromzuführungsplatten bestehen anodenseitig aus Graphit und stromzuführungsseitig aus Kupfer. Die Kupferplatte
ist mit einer flexiblen Stromzuführung an die Stromquelle angeschlossen. Außerdem wird die Kupferplatte mit Hilfe eines
Kühlmittels, vorzugsweise Thermalöl, ständig gekühlt.
An die beiden Stromzuführungen wird eine Wechselspannung angelegt,
deren Größe während des Brennprozesses von ca. 65 auf ca. 10 V abnimmt. Die Stromstärke beträgt zu Beginn des Prozesses
ca. 400 A und steigt während des Brennens auf ca. 4.500 A an.
Dabei wird die als elektrischer Widerstand wirkende Kohlenanode in ca. 180 Minuten bis auf 1.000° C aufgeheizt. Die Aufheizgeschwindigkeit
beträgt im Temperaturbereich zwischen 350 und 1.100° C ca. 5° C/rain. Zu Beginn des Aufheizens beträgt sie
ca. 3 C/min. und wird ab ca. 350° C bis zum Erreichen der
Brenntemperatur (ca. 1.100° C) stetig bis gegen ca. 8° C/min. gesteigert.
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Nach Erreichen von 1,100° C wird die Temperatur ca. 60 Minuten
konstant gehalten. Danach wird die Spannung abgeschaltet. Dann wird die zerlegbare Brennform einschließlich der
Stromzuführungsplatten vom fertiggebrannten Kohleformling
abgenommen und dieser anschließend ca. 4 bis 5 Stunden abgekühlt, wobei der Kühlprozeß durch Anblasen mit Kühlluft
intensiviert wird. Bei 150° C wird die fertiggebrannte Anode mit einer Wasserbrause auf die zur weiteren Bearbeitung zulässige
Temperatur von ca. 50 bis 60° C abgeschreckt.
Die Ergebnisse des Brennvorganges sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Rohdichte (g/cm3) Dichte (g/cm3)
| qrüne Anode | qebrannte Anode |
| 1,61 | 1,53 |
| 1,91 | 2,03 |
| 16 | 25 |
| 10500 | 64 |
| 250 | 345 |
| 0,7 | 0,8 |
Porosität
spezifischer elektrischer
Widerstand ( Si * mm /m)
Widerstand ( Si * mm /m)
Druckfestigkeit (kg/cm2)
Aschegehalt (%)
Aschegehalt (%)
Zm folgenden Diagramm ist eine charakteristische Aufheizkurve dargestellt· Demnach beträgt der Gesamtzyklus des thermischen
Prozesses ca. 8,5 Stunden·
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-η-
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UOO 1200 ^ 1000
Z 809 !.600
1100° f B
1050
/i
/ 150
j
2 3 4 Brennzeit [ h ]
5 6 7 8
Zeit/Temperatur-Diagrainm eines charakteristischen Verlaufe
des Anoden-Ürennprozeeses
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H77/&
Die Aufheizung erfolgt Im Temperaturgradientenintervall zwischen
3° und 8° C/min. bis zum Punkt A bei 1.100° C, Von A bis B wird die Temperatur bei ganz geringem Abfall (ca. 50° C) für
ca· 70 Minuten gehalten·
Die Temperatur sinkt dann infolge Stromabschaltung und beginnendem
Abkiihlungsprozess bis zum Punkt C in ca. 4,5 Stunden
ab. In Punkt C ist eine Temperatur von ca· 150° C erreicht« Dann wird die Anode durch Abbrausen mit Wasser auf ca. 70° C ab»
gekUhlt.
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eerseiie
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung gebrannter Kohleanoden, insbesondere zur Verwendung für die Aluminium-Schmelzflußelektrolyse,
wobei die vorgeformte, verdichtete, sogenannte grüne Anode einem Brennprozeß unterzogen wird, gekennzeichnet
durch den Ablauf des Brennprozesses in den folgenden Phasenx
a. erste Phase « Aufheizen mittels elektrischer Widerstands
erwärmung in einem Tenperaturgradientenintervall zwischen 2,5° C/min. und 10° C/min·,
vorzugsweise zwischen 3,5° und 8° C/min·
b. zweite Phase » Halten der Brenntemperatur während einer
Zeitspanne zwischen 30 min. und 300 min·, vorzugsweise zwischen 60 min· und 120 min.
c· dritte Phase « Abkühlen der fertiggebrannten Anode·
2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient nach Maßgabe der Höhe der Aufheiztemperatur
veränderlich eingestellt wird·
3· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Phase des Aufheizens im unteren Temperaturbereich mit einem niedrigeren Temperaturgradienten erfolgt
als im oberen Temperaturbereich. - 22 -
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Phase des Aufheizens bis zu einem Temperaturbereich von annähernd 300° C bis 500° C mit Gradienten zwischen
ca. 2,5° C/min. und ca. 4° C/min. und oberhalb annähernd 500° C mit Gradienten zwischen ca. 4° C/min. und ca. 10° C/min.
erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Phase des Haltens der Brenntemperatur mit gleitendem Übergang, das heißt mit allmählich abklingender
Temperatur in die Phase der Kühlung übergeht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Abkühlung ein gasförmiges Wärmeträgermedium verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Eindüsen einer Kühlflüssigkeit in das Wärmeträgermedium, beispielsweise
in Form von Wassernebel.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Intensität der Abkühlung nach Maßgabe der erreichten Temperatur veränderlich eingestellt wird.
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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung mit abnehmender Temperatur der Anode intensiviert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die fühlbare Wärme des Wärmeträgermediums zur Vorwärmung von grünen Anoden verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Folgeschaltung mehrerer Brennstellen mit einer
Stromquelle, wobei die Phase des Aufheizens und die Phase des Haltens der Temperatur in einer Folge von Taktzeiten sich
mindestens teilweise überlappen, indem einer Brennstelle in der Phase des Haltens der Temperatur die nächste Brennstelle
zum Beginn der Aufheizphase hinzugeschaltet wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer
Station (1) zum Formen und Verdichten von grünen Anoden eine Mehrzahl von Brennstellen (2 bis 8) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer Stromquelle (18, 18') mindestens zwei Brennstellen
(2, 3, 4, 5, 6, ... usw.) zugeordnet sind.
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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, gekennzeichnet
durch eine Anordnung der Brennstellen (2 bis 8) auf einer Transporteinrichtung (9), vorzugsweise auf einem
Transportband, wobei die Stromübertragung von der Stromquelle zu den Brennstellen über mitlaufende Stromübertragungsorgane
(18, 18·), vorzugsweise eine sogenannte Schleppkabelanordnung, erfolgt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, gekennzeichnet
durch eine stationäre Anordnung der Brennstellen (21, 22, 23) zwischen annähernd parallel verlaufenden Transport
einrichtungen (20, 20·) zum Zu- und Abführen der Anoden.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstellen (29) auf einem Drehtisch
(28) in Form eines Karussells angeordnet sind.
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Priority Applications (7)
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| DE19772731760 DE2731760A1 (de) | 1977-07-14 | 1977-07-14 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung gebrannter kohleanoden, insbesondere zur verwendung fuer die aluminium- schmelzflusselektrolyse |
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| DE3538151A1 (de) * | 1985-10-26 | 1987-04-30 | Schultze Rhonhof Ernst Dr | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kunstkohlekoerpern |
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| IT1105740B (it) | 1985-11-04 |
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