DE2751808A1

DE2751808A1 - Ofendecke fuer einen elektrolichtbogenofen

Info

Publication number: DE2751808A1
Application number: DE19772751808
Authority: DE
Inventors: Denys R Rosling
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-11-19
Publication date: 1978-06-22
Also published as: IT1090982B; JPS5376914A; JPS5756669B2; FR2374606B1; FR2374606A1; DE2751808B2; SE427777B; MX146372A; SE7712886L; BR7707953A; US4097228A; GB1551567A; AU2960277A; AR213669A1; DE2751808C3; CA1067756A

Description

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PATE N !'ANMELDUNG

Anmelder; THE BABCOCK & WlLCOX COMPANY 161 East ^2nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA

Titel; Ofendecke für einen Elektrolichtbogenofen

Kohleanoden werden häufig in Elektrolichtbogenofen eingesetzt und sind zur Verwendung in elektrolytischen Tonerdereduktionszellen von besonderer Bedeutung. Die Anodenverarbeitungserfordernisse in der Backphase sind sehr bedeutend, da zwischen 500 und 800 kg Kohleanode bei der Erzeugung von i t Aluminium verbraucht werden. Die Anoden werden im allgemeinen in Tauchgruben gestapelt, von denen mehrere Hundert einen Kohle— anodenbackofen darstellen, in welchem die Anoden wärmebehandelt werden, um Elemente mit bestimmten wünschenswerten Eigenschaften zu erzeugen. Die Industrie hat testgestellt, daß die Anodenbacktemperatur den Zellenkohlenstoffverbrauch, die Metallproduktion, die Metallreinheit und den allgemeinen Betriebswirkungsgrad beim Anodenverbrauch beeinflußt. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung beeinflußt deshalb den allgemeinen wünschenswerten Gesamtcharakter und die gleichmäßige Qualität der Anode als Endprodukt.

Es ist festgestellt vorden, daß die Kohlenstoff-Sauerstoff-Heaktionsfähigkeit und die elektrische Widerstandsfähigkeit

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eine direkte Beziehung zur Backtemperatur der Anode haben muß und daß eine Backtemperatür von 105O⁰C (1922°F) erforderlich ist, um die erwünschten Eigenschaften zu ergeben, wie z.B. niedrigste Kohlenstoff-Sauerstoff-Ueaktionsfähigkeit und höchste elektrische Widerstandsfähigkeit· Die Kohlenstoff-Sauerstoff-Keaktionsfähigkeit ist ein Anzeichen für den Anodenverbrauch in der elektrolytischen Zelle. Eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des gesamten Backofens ist wesentlich, um eine gleichmäßige Qualität des Endprodukts zu gewährleisten.

Ein typischer Weg zur Lösung der zuvor beschriebenen Probleme bestand in der Verwendung einer Koksschicht. Im allgemeinen wird eine Koksschicht - in typischer Weise kO bis 65 cm dick -zwischen und oben auf die Anoden gelegt. Der Koks bietet einen Widerstand dagegen, daß kalte Luft, die zur Grubentemperaturdifferenz beiträgt, in die Grube eindringt. Erhebliche Verfahrensnachteile bestehen darin, daß der Koks die kalte Luft nicht genügend vermindern kann und daß seine Verwendung den Einsatz von Kosten und Arbeitskräften erforderlich macht. Alternativverfahren sind wünschenswert. Experimente mit Decken aus dichter ff-Stampfmasse und aus Isolier-Stampfmasse haben bewiesen, daß ein solcher Weg nicht gangbar ist, da der Ein- und Ausbau der Decken mit äußerster Vorsicht durchgeführt werden muß, um eine Beschädigung der Decken und/oder der Kanäle zu vermeiden. Grubendecken aus Anoden- und Kathoden-Stampfgemisch sind untersucht worden, jedoch erwies es sich, daß die hohe Wärmeleitfähigkeit solcher Decken dazu führt, daß sie weniger wirksam sind als Kokematten· Somit hat sich keiner der obigen Wege als eine gangbare Alternative zur Ersetzung der Koksmatte erwiesen. Ein hauptsächlicher Grund besteht darin, daß die Grubenwände die Neigung haben, sich zu verformen, wodurch unregelmäßige

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Begrenzungen gebildet werden. Der starr befestigte Umfang anderer Deckenarten erlaubt keine leichte Anpassung an die unregelmäßigen Begrenzungen der Grube, so daß kühle Luft in den Grubenbereich eindringen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine neue und verbesserte Decke zur Verwendung in einem Kohleanodenbackofen zu schaffen, wodurch der Brennstoffbedarf ohne Einbuße an Produktqualität oder Erzeugungsleistung minimiert wird. Die Erfindung soll besonders zur Verwendung in einem Kohleanodenbackofen geeignet sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Grund- oder Stützplatte, mit Tafeln um ihren Umfang herum ausgestattet ist und die Tafeln so ausgeführt sind, daß sie verstellbar sind. Eine elastische Isolierung bedeckt dabei diejenige Stützplattenfläche, die direkt den inneren Ofenverhältnissen ausgesetzt ist. In gleicher Weise bedeckt eine elastische Isolierung auch die Außenflächen der Tafeln. Verstellvorrichtungen erlauben die Durchbiegung von Zafelteilen, um eine Abdichtung mit den gebogenen Ofenwänden zu bilden.

Erfindungsgemäß entsteht der Vorteil, daß eine solche Deckenanordnung im eingebauten Zustand die Wärmeverluste aus dem Ofen vermindert, indem sie eine Abdichtung gegenüber der einströmenden kühleren Luft bildet. Die Decke hat auch die Wirkung, daß sie Schmutzstoffe einfängt, die sonst ins Freie abgelassen würden. Da die Decke bei Verwendung in einem Kohleanodenbackofen außerordentlich wirksam ist, kann die Koksschicht bei Anwendung der erfindungsgemäßen Decke wesentlich vermindert werden, wodurch sich Einsparungen an Zeit, Arbeitskräften und Koks ergeben. Es ist festgestellt

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worden, daß bei einer Verkleinerung der Koksschicht und bei den sich daraus ergebenden Wärmeeinsparungen die Leistung des Ofens erhöht wird und mehr Anoden in der gleichen Zeiteinheit ohne Einbuße an Anodenqualität verarbeitet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine zusammengebaute Decke im allgemeinen, Fig. 2 eine Einzelheit eines Teils der elastischen Tafel,

Fig. 3 ein Schnittbild der in einen Ofenquerschnitt eingesetzten Decke sowie Einzelheiten des Aufbaus der Decke entlang der Linie 3-3 in Figur k_t

Fig. k ein Grundrißbild der Figur 3 und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht, in der die Verstellvorrichtungen in Verbindung mit einer Tafel dargestellt sind.

Die Zeichnung zeigt im allgemeinen eine Ofendecke, die eine zusammenpreßbare Isolierung verwendet und mit elastischen Tafeln ausgestattet ist, um den Umfang der Decke einer Ofenöffnung mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Wandbegrenzungen anzupassen. In Figur 1 ist eine zusammengebaute Decke 10 dargestellt, die einen Metallunterbau 12 und Isoliermaterial Ik umfaßt, das vorzugsweise aus Keramikfasern besteht. Der Metallunterbau 12, der seinerseits aus einer Anzahl von Teilen besteht, kann aus Kohlenstoffstahl gefertigt werden, jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material,

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wenn der jeweilige Einsatzfall ee erlaubt. Der Unterbau besteht aus einer Grundplatte 16, deren Unterseite mit Isolierung Ik abgedeckt ist. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß mehrfache Isolierlagen verwendet werden können; wenn dies der Fall ist, dann können diejenigen Lagen, die am dichtesten bei der Unterseite des Unterbaus liegen, aus Mineralwolle oder dergleichen bestehen, während diejenigen Lagen, die am dichtesten beim Üfeninneren liegen, vorzugsweise aus einer Keramikfaser bestehen, üer Aussenumfang des Unterbaus wird von elastischen Seitentafeln 18 und elastischen Stirntafeln 20 gebildet. Die Seiten- und Stirntafeln werden durch Ecktafeln 22 verbunden. Verstellvorrichtungen 2k sind fest an der Grundplatte 16 und einzeln an den Tafeln 18 und 20 sowie an der Ecktafel 22 befestigt, üer Einfachheit des Ausdrucks wegen werden nachstehend die Seiten-, Stirn- und Ecktafeln mit dem Sammelbegriff "Tafeln" bezeichnet, falls nicht eine einzelne Bezeichnung derselben gerechtfertigt ist, um eine Verwechslung zu vermeiden. Versteifungen 26, die fest mit der Grundplatte 16 durch Schweißen 27 verbunden sind, können, falls durchbohrt, gleichzeitig als Hubansatz für den Ein- und Ausbau der Decke dienen.

Figur 2 zeigt eine detaillierte Ausführung von Teilen einer elastischen Seiten- oder Stirntafel 18, Die Tafel 18 besteht aus einer Tafelwand 28 und, im wesentlichen senkrecht dazu, Tafelwinkelstücken 30, die entlang der Tafelwand durch die Ausschnitte 32 auf Abstand angeordnet sind. Ein Anschlag 3k, der mit einem Loch versehen ist, ist fest durch eine Schweiße 36 oder durch ein anderes Befestigungsmittel mit der Tafelwand 28 verbunden. Er wird in Verbindung mit den Verstellvorrichtungen 2k verwendet, wie es nachstehend erläutert wird.

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Figur 3 zeigt das Schnittbild der in einem Ofenquerschnitt eingesetzten Decke wobei zusätzliche Einzelheiten der Deckenausführung ebenfalls dargestellt sind. Wie man erkennen kann, hat der Ofenquerschnitt 38 die Form einer fauchgrube 40 mit horizontal gebogenen Begrenzungswänden 42- Tief innerhalb der Ofengrube 40 sind die unverarbeiteten Anoden 44 gestapelt. Eine Koksschicht 46 deckt die Anoden 44 ab. Die Decke 10 ist innerhalb der Ofenwände 42 dicht an denselben angeordnet. Die dichtende Anlage wird dadurch erreicht, daß die elastischen Tafeln 18, 20 und 22 konturiert werden, um den Unregelmäßigkeiten der Wände 42 zu entsprechen; ihre Wirkung besteht darin, daß sie die Wärmeverluste aus der erwärmten Luft minimiert, die durch den Ofen seitens des nicht dargestellten Zugsystems gesaugt wird. Gleichzeitig hemmt die Abdichtungsanordnung dampfförmige und rauchartige Emissionen aus der Grube und verhindert das durch Sog bewirkte Eindringen der kühleren Luft, die den Grubenbereich umgibt. Geattß der Darstellung ist die Grundplatte 16 an den Tafeln durch Bolzen 48 befestigt, die auch das Isoliermaterial 14 durchdringen. Die Isolierung wird durch Scheiben 50 festgehalten«

Figur 4 zeigt einen Grundriß der Figur 3, Man kann deutlich erkennen, daß die Ofenwände 42 im Grenzbereich bogenförmig ausgebildet sind. Dies ist auf die dauernden Dehnungen und Schrumpfungen zurückzuführen, die das Ergebnis der bei dieser Betriebsart vorkommenden Erwärmungs- und Abkühlungs-Wechselprozesse sind. Gemäß der Darstellung liegt das Isoliermaterial 14 dicht an den Wänden 42 an. Dies ist dadurch möglich, daß das Isoliermaterial 14 sowie die Tafeln 18, und 22 elastisch sind und durch die Verstellvorrichtungen betätigt werden· Die Ecktafel 22 besteht aus einer Grundplatte 52, der Tafelwandung 54 und dem Eckwinkel 56. Die Tafelwandung 54 überlappt die Seitentafel 18 und die Stirn-

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tafel 20, ist inzwischen denselben angeordnet und umrahmt die Grundplatte 52„ Der Eckwinkel 56 schlägt eine diagonale Brücke zwischen der Tafelwandung 5k und steht mit den Verstellvorrichtungen 2k über die Anschläge 3^ in Verbindung.

Figur 5 zeigt eine besondere A_usführungsform der Verstellvorrichtung 2k; diese Ausführungsform kann bei der praktischen Verwendung der Erfindung zur Anwendung kommen. Uemaß der Darstellung besteht die Verstellvorrichtung 2k aus einer Tragschulter 58, die durch Schweißen 60 an der Grundplatte 10 befestigt ist. Ein Tragzylinder 62 ist fest mit einer Schulter 58 verbunden und ruht auf derselben. Eine Gewindespindel 6k läuft durch einen Zylinder 62 und endet in einer Bolzenbefestigung 66_O Die Befestigung 66 ist mit koaxialen Löchern in jedem ihrer Schenkel 68 und 70 versehen. Ein Bolzen 72 läuft durch die Löcher der Schenkel und auch durch das Loch des Anschlags Jk; er wird durch eine Mutter Ik befestigt. Eine Stirnmutter 76, die zwischen dem Zylinder 62, der Bolzenbefestigung 66 und der rückwärtigen Mutter 78 angeordnet ist, wird in Verbindung mit der Gewindespindel 64 für Verstell- und Sicherungszwecke benutzt. Nachdem die Decke 10 eingesetzt worden ist, wird die Spindel 6k in Richtung auf die Tafel 18 bewegt und die rückwärtige Mutter 78 wird entlang der Spindel bewegt, um bündig am Zylinder 62 anzuliegen. Die Stirnmutter 76 wird dann gedreht, bis auch sie den Zylinder 62 berührt. Dadurch wird die Gewindespindel 6k vorwärts in Richtung auf die Tafel 18 bewegt und übt somit darauf einen Druck aus, der seinerseits dazu führt, daß die Tafelwand 28 aus ihrer normalen Lage ausgebogen wird. Aufgrund der Spannungsverteilung in der Wand werden benachbarte Winkelstücke 30 dazu neigen, die Ausschnitte 32 zu füllen, wenn die Tafelwand 28 von dem Innern der Decke weg gebogen wird, während sie andererseits dazu neigen werden, die Aus-

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schnitte zu öffnen, wenn die Wand 28 in Itichtung auf das Tafelinnere gebogen wird.

Alternative Ausführungsformen der Versteilvorrichtungen, wie z.B. schnell wirkende Gelenkklammern oder Spannschlösser, können bei der Ausführung der Erfindung zur Verwendung kommen.

Zwei benachbarte Ofengruben wurden zur Erprobung der oben beschriebenen Decke ausgewählt. Drei Lagen einer einzölligen Kaowool-Matte (geschütztes Warenzeichen) wurden an der Unterseite der Decke befestigt und mit Stiften aus Inconnel verstiftet. In einer Grube wurde die mit der Kaowool-Matte ausgekleidete Decke über eine Kokslage zu 23 cm gelegt. Die andere benachbarte Grube folgte der normalen Verfahrensweise und hatte nur eine Lage von kO cm Koks, aber keine isolierte Decke. Thermoelement-Schutzrohre wurden in der Mitte der Ofengrube angeordnet, und Thermoelemente wurden mit verschiedenen Tiefen eingesetzt. Es wurde festgestellt, daß die Grube, welche die 23 cm starke Kokslage und die 7,5 cm dicke Kaowool-Matte benutzte, die wirksamere war und eine Temperaturabweichung von 92,5°C gegenüber dem Mittelwert aufwies·, während die nicht abgedeckte Grube eine Differenz von 27O°C oder eine Abweichung von 135°C gegenüber dem Mittelwert zeigte. Außerdem wurde bei der vorgeschlagenen Decke die durchschnittliche Grubentemperatur um 100° erhöht. Da es anerkannt ist, daß die mittlere Temperatur den tatsächlichen Wärmeverbrauch beeinflußt, wird eine verbesserte Temperaturverteilung zu Brennstoffeinsparungen führen. Es wird geschätzt, daß eine Abweichung von 10 C gegenüber der mittleren Temperatur den Wärmebedarf für die betreffende Ofenbaustelle um I7,k Kcal/kg Anode (316 BTU/J.b ) ändert. Außerdem wurde zu dem Zeitpunkt, als

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sich die Kaowool-üccke auf der Grube befand, die Temperatur in der Mitte der obersten Anode mit 1100 G gemessen, während diejenige der Koksdecke allein mit 1O25°C gemessen wurde, was einen höheren Wirkungsgrad für die vorgeschlagene Decke ergibt.

Die kalte Fläche der Koksmatte wurde mit 171 C registriert, während die Temperatur der heißen Fläche 830 C betrug, was einen Wärmeverlust von 1278 cal/m /h ergibt. Die Grubengröße betrug 3>55 m χ 0,91 ui, wodurch sich ein Gesauit-Wärmeverlust von 45 056 cal/m /h ergab. Die kalte Fläche der vorgeschlagenen ff-Ofendecke betrug 111 C bei einer he inliegenden Temperatur von 915 C, wodurch sich ein Wäruieverlust von 56l cal/m /h ergab oder ein üesamt-Wärmeverlust von 19 774 cal/m /h . Daraus ergeben sich Einsparungen von 25 283 cal/m /h oder 43 ^L/o pro Ofengrube. Außerdem müssen die Einsparungen berücksichtigt werden, die sich aus der Wärmespeicherung der vorgeschlagenen

Decke ergeben. Dies werden auf etwa 483 600 cal/m /h geschätzt. Auf der Grundlage von 17 Grubenfeuern pro Jahr und 480 Gruben pro Ringofen betragen die geschätzten Wärmeeinsparungen durch die Verminderung der Kokslage von 40 cm auf 23 cm und die Verwendung des Fasermaterials mit niedrigerer Wärmespeicherung 645 120 000 cal/Jahr /Ofen. Es wird geschätzt, daß zusätzliche 92 230 000 cal/Jahr an Wärmespeicherung für jedes zusätzlich entfernte Zoll Kokslage eingespart werden können. Zusätzliche Wärmeeinsparungen erzielt man dadurch, daß man nach Entfernung der Anoden die Decke wieder auf die Grube legt, denn dadurch werden die Ofenwände in die Lage versetzt, einen groben Teil der in ihren gespeicherten Wärmeenergie zu behalten.

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Während die oben genannten wärmetechnischen Zahlenwerte eine beeindruckende Grolle aufweisen, werden tatsächlich die größten Wärmeeinsparungen dadurch erzielt» daß bei Verwendung der vorgeschlagenen Decke die durch Sog in die Gruben eintretende Kaltluft vermindert wird. Eine wirksame Abdichtung der Decke mit den Grubenbegrenzungswänden erlaubt es, ein fast konstantes Vakuum aus dem Verteiler abzusaugen. Aufgrund der Ofengestaltung sind die befeuerten Gruben oft fern von dem Verteiler gelegen, was dazu führt, daß größere Luftmengen (in typischer Weise die zehnfache Menge) angesaugt werden als sie für den betreffenden Querschnitt notwendig sind. Es ist geschätzt worden, daß die auf größere Mengen zurückzuführende Wärmeverschwendung bis zu 551 400 cal pro t gebackener Anode betragen kann, je nach Grubengestaltung. Wenn man davon ausgeht, daß ein typischer Backofen 3500 t Anoden pro Jahr verarbeitet, dann nähern sich die Wärmeeinsparungen allein durch die Verminderung der Überschußluft einem Wert von 19 250 000 000 cal/Jahr.

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Claims

Anw.-Akte: 27.136 14.11.1977

PATENTANSPUUCHK:

=s=t

(1. )Ofendecke, dadurch gekennzeichne t , daß sie umfaßt: einen Metallunterbau, verstellbare Tafeln um den Umfang des Unterbaus herum, ein elastisches Isoliermaterial, welches den Unterbau und die Tafeln überlappt, Mittel zur Befestigung des Isoliermaterials an dem Unterbau sowie Verstellmittel zum Ausbiegen der Tafeln, zur dichtenden Berührung mit den Ofenwänden.
2. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Isoliermaterial eine Keramikfaser ist.
3. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmittel Gelenkklammern sind.
k. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein Kohleanodenbackofen ist.
5. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Tafeln eine Tafelwand umfaßt, die im wesentlichen senkrecht zum Metallunterbau angeordnet ist, Tafelwinkelstückc, die durch Ausschnitte auf Abstand entlang der Tafellänge angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zur Tafelwand befestigt sind und sich verlagern, wenn die Tafelwand ausgebogen wird.

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