DE3013294C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines bei
der Herstellung von Elektroden, insbesondere von Elektroden zur
Aluminiumherstellung, verwendeten Mischgutes, bestehend aus
Trockenstoff und Elektrodenbindemittel, durch Mischen und
Entgasung unter Temperaturänderung.
Bekannt sind im wesentlichen zwei unterschiedliche Verfahren zur
Aufbereitung von zur Herstellung von Elektroden verwendetem
Mischgut:
- 1. Vorgebrochene Elektrodenreste werden ausgesiebt und als Grobkorn in Silobatterien gelagert. Petrolkoks wird zusammen mit dem Unterkorn der Reste zu Mittelkorn aufbereitet. Das dabei anfallende Überkorn wird aufgemahlen und rezirkuliert, das Unterkorn und das Überlaufmaterial der Fraktion Mittel in einer Kugelmühle zu Staub verarbeitet. Aus den Silobatte rien werden grobkörnige Reste, Koks-Mittelkorn und Stäube einer Batchwaage zugeführt und zusammen mit grünen Resten dosiert. In Doppelarmmuldenknetern werden Trockenstoff und grüne Reste erhitzt und mit Fest- oder Flüssigpech ver mischt. Diese Masse wird zur Formeinrichtung transportiert.
- 2. Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß Petrolkoks und vorgebrochene Reste aus Tagessilos entnommen, gemischt, getrocknet, gebrochen und mit Siebmaschinen in die Fraktio nen Grob, Mittel und Fein aufgeteilt werden. Grob- und Feinmühlen zerkleinern das Überlaufmaterial aus den Frakti onssilos Grob und Mittel. Unterkorn und eventuell auch Überlaufmaterial der Fraktionssilos Mittel und Fein werden in einer Kugelmühle zu Staub verarbeitet. Über kontinuierli che Waagen werden nach den Fraktionssilos die Trockenstoff fraktionen über eine Vorwärmeinrichtung kontinuierlichen Kneteinrichtungen zugeführt und dort mit grünen Resten und Fest- oder Flüssigpech versetzt und anschließend zu den Formeinrichtungen transportiert.
Die bekannten Verfahren haben erhebliche Nachteile vor allem
bezüglich des Mischvorganges, der Mischgutkühlung, der Arbeits
platzhygiene und des Umweltschutzes.
Zudem sind die Einflüsse der unterschiedlichen Schüttdichten und
Kornfestigkeiten der verschiedenen Kokse auf die Dichte und die
Festigkeitseigenschaften der Anoden bei konstanten Mischparame
tern sehr ausgeprägt.
Vor allem die Mischgutkühlung bietet bei allen bekannten
Elektrodenherstellungsverfahren große Probleme. Dabei bestimmt
die Benetzungseigenschaft der Rohstoffe die Mischtemperatur. Sie
liegt zwischen 150 und 170° C.
Die Formtemperatur dagegen wird nach oben durch Elektrodendefor
mation und Risse, nach unten durch ungenügende Elektrodendichte,
-festigkeit und -widerstand begrenzt und liegt bei einer
gepreßten Elektrode bei 90 bis 120° C, bei gerüttelten Elektro
den bei 130 bis 150° C.
Um Misch- und Formtemperatur in engen Bereichen konstant zu
halten, muß die grüne Masse definiert gekühlt werden. Diese
Kühlung bringt aber bei Anwendung der bisherigen Verfahren
folgende Nachteile mit sich:
- - Pechdampfemissionen führen zu Arbeitsplatz- und Umweltbela stungen.
- - Fließeigenschaften und thermische Leitfähigkeit der Elektro denmasse führen zur Klumpenbildung und somit zu Inhomogeni täten in der geformten Elektrode und zu mechanischen Festigkeitsproblemen und Rißbildung.
- - Aus meß- und regeltechnischen Gründen ist die Temperaturbe herrschung schwierig.
- - Steuermechanismen und Betriebsparameter sind nicht klar definiert.
- - Anschließende Luftkühlung führt zu inhomogener Kühlung, anschließende Wasserkühlung zu Wassereinschlüssen, die beim Formen der Masse Blasen ergeben.
DE-AS 19 41 831 und die US-PS 38 38 976 beschreiben Misch
vorrichtungen, ohne aber eine Anwendung für Mischgut für die
Elektrodenherstellung und die damit verbundenen Probleme zu
erwähnen. In beiden Druckschriften ist weder eine Entgasung,
noch die Zugabe eines flüssigen Kühlmittels in den Mischer
beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren
mit den eingangs genannten Merkmalen diese Nachteile zu beseiti
gen und in wirtschaftlicher Weise ein homogen gekühltes Mischgut
zu bekommen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch
gelöst, daß der Trockenstoff allein oder im Gemisch mit dem
Elektrodenbindemittel in einem zumindest teilweise staub- und
gasdichten System gleichzeitig aufgewirbelt oder fluidisiert,
entgast und homogenisiert wird, während über eine Kühlmittellei
tung ein flüssiges, bei der Vermischung vollständig verdampfen
des Kühlmittel in den Mischer gegeben wird.
Während dieses Vorganges ist es möglich, Zusätze gegebenenfalls
in kleinsten Mengen dem Trockenstoff und/oder dem Mischgut
beizufügen und homogen in dem Mischgut zu verteilen. Dabei
können sowohl Elektrodenbindemittel als auch Stoffe zur Verbes
serung der mechanischen Eigenschaften und/oder zum besseren
Abbrandverhalten der Elektrode, d. h. zur Verbesserung des
nichtelektrolytischen Elektrodenverbrauchs, zugesetzt werden.
Aus diesem Grund geht die intensive Aufwirbelung bzw. Fluidisie
rung vorteilhafterweise so weit, daß die einzelnen Teilchen ohne
Zusammenhang untereinander im Mischraum vorliegen. Dadurch wird
eine optimale Benetzung mit Zusätzen, welche in den Mischraum
gegeben werden, ermöglicht.
Zur Erzeugung einer solchen intensiven Aufwirbelung wird
vorzugsweise ein Mischer mit einer umlaufenden Mischschüssel
verwendet, in der mindestens ein um eine zur Schüsseldrehachse
exzentrisch angetriebenes mit im Verhältnis zur Drehzahl der
Mischschüssel höheren Drehzahl laufendes Werkzeugsystem angeord
net ist.
Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der CH-PS 4 66 230 oder DE-
PS 19 41 831 bekannt. Diese Vorrichtungen werden allgemein als
Gegenstrom-Zwangsmischer oder Intensivmischer bezeichnet.
Es sind aber auch andere Mischsysteme mit und ohne rotierende
Behälter, aber mit ausreichender spezifischer Leistung verwend
bar.
In dem Mischer wird das Mischgut mittels zumindest eines
Werkzeugsystems aufgewirbelt, kontinuierlich homogenisiert und
entgast. Dadurch ergibt sich ein weiterer wesentlicher Vorteil
der Erfindung, da die Dichte, die elektrische Leitfähigkeit und
die mechanische Festigkeit der Elektrode durch diese kontinuier
liche Homogenisierung und Entgasung signifikant erhöht werden.
Mit der höheren Dichte erhöht sich auch die Kapazität der
Brennöfen und die Einsatzzeit der Elektrode in der Elektrolyse.
Es kann kontinuierlich nur gekühlt oder zunächst kontinuierlich
oder diskontinuierlich aufgeheizt und nachfolgend gekühlt
werden, wobei vorteilhaft Aufheizung und Kühlung in demselben
Mischer erfolgen.
Als Kühlmittel kommen vor allem leicht flüchtige Mittel,
vorzugsweise Wasser, in Betracht. Es hat sich als vorteilhaft
erwiesen, durch vorhergehende Versuche die Stelle innerhalb des
Mischbettes zu ermitteln, an welcher die Zuleitung des Kühlmit
tels am günstigsten ist und von welcher Zuleitungsstelle aus das
Kühlmittel am besten und umfassendsten die herumwirbelnden Teile
erreicht. Vorteilhafterweise wird an dem Mischer ein Rückfluß
kühler angebracht, an dem das Kühlmittel kondensiert, gesammelt
und gereinigt und gegebenenfalls wieder dem Mischgut zugeführt
werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das
gesamte Verfahren in einem geschlossenen System vollzogen werden
kann. Dies bedeutet einen sehr wesentlichen Schritt in bezug auf
die Verbesserung der Arbeitsplatzhygiene und des Umweltschutzes.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der
Steuerbarkeit der Kühlung mittels Betriebsparametern.
Mit dem Kühlmittel soll zum einen eine Abkühlung des Mischgutes
bewirkt werden, zum anderen soll es aber auch möglichst restlos
entfernt sein, wenn das Mischgut in die Formanlage gelangt, da
sonst die Gefahr von Rissen und anderen Defekten an der Elektro
de sehr hoch ist. Die Steuerung der Kühlmittelmenge erfolgt über
die Elektrodentemperatur an der Formanlage, wobei vorgegebene
Temperaturgrenzwerte nicht überschritten werden dürfen. Da die
erreichbare Elektrodendichte unter anderem von der Formtempera
tur abhängt, die Elektroden aber im Hinblick auf die Anforderun
gen beim Einsatz in der Elektrolysezelle die gleiche Höhe
aufweisen müssen, wird mittels eines weiteren Regelkreises die
Höhe jeder Elektrode gemessen und durch eine Elektrodengewichts
veränderung automatisch konstant gehalten.
Überschreitet das Elektrodengewicht eine bestimmte untere oder
obere Grenze, wird Rezept, Durchsatz oder Mischerleistung
entsprechend verändert.
Als Betriebsparameter sind vor allem notwendig:
- - optimale Durchsatzleistung unter Berücksichtigung der Rohstoffeigenschaften,
- - optimale Eingangs- und Ausgangstemperatur mit den dazugehö rigen Meßsystemen,
- - optimaler Wasserzugabeort und Zugabebedingungen,
- - optimale Durchsatzbedingungen und dazugehöriges Rückkopp lungssystem zwischen Regelung des Austragssystems und Füllstandes,
- - Beurteilung der Mischgüte der grünen Masse im Hinblick auf optimale Eigenschaften der gebrannten Elektrode,
- - Kühlwirkung des Kühlmittels pro zugesetzter Einheit,
- - Definition der Ansprüche an die Elektrodenmasse bei unter schiedlichen Formverfahren.
Bei bestehenden Elektrodenherstellungsanlagen wird das Verfahren
vordringlich zur kontinuierlichen Kühlung des Mischgutes
eingesetzt. Besteht zum Beispiel die Anlage aus einer nacheinan
der geschalteten Reihe von Fraktionssilos, Dosiereinrichtungen,
Vorwärmeeinrichtungen, einem Ober- und Unterkneter und Kühl
strecken, so können der Unterkneter und die Kühlstrecke durch
einen Mischer ersetzt werden. Der Trockenstoff gelangt aus den
Fraktionssilos über Dosiervorrichtungen in die Vorwärmeinrich
tung und von dort, auf ca. 120° C erwärmt, in einen Oberkneter,
in dem er mit dem Elektrodenbindemittel versetzt wird. Anstelle
eines zweiten Kokneters des sogenannten Unterkneters, und einer
nachfolgenden Kühlstrecke, ist dem Oberkneter erfindungsgemäß
ein Kühlmischer nachgeschaltet, wobei die Erfindung aber auch
die Möglichkeit bietet, daß der Unterkneter erhalten bleibt, und
nur die Kühlstrecke durch den Kühlmischer ersetzt wird.
Der Trockenstoff gelangt mit dem Elektrodenbindemittel versetzt
als Mischgut aus dem Oberkneter in den Mischer und wird dort
intensiv aufgewirbelt bzw. fluidisiert. Dabei werden die beim
Kneten entstandenen Klumpen wieder zerteilt und eventuell
vorhandene Unregelmäßigkeiten in der Benetzung durch das
Elektrodenbindemittel weitgehend beseitigt. Durch die Aufwirbe
lung werden auch die vor allem durch die Erwärmung entstandenen
Gase freigesetzt. Gleichzeitig werden gegebenenfalls dem
Mischgut weitere verbessernde Zusätze beigefügt. Über eine
Zuführleitung gelangt Kühlmittel in das aufgewirbelte Mischgut.
Das Kühlmittel wird so dosiert, daß es bei der Vermischung
wieder vollständig verdampft.
Das gekühlte Mischgut wird über Fördereinrichtungen zu einer
Formanlage geleitet. Der ganze Vorgang läuft kontinuierlich ab.
Eine weitere Möglichkeit des Einsatzes des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß auch der Oberkneter durch einen
Durchlaufmischer ersetzt wird. Der Trockenstoff gelangt aus
Fraktionssilos über kontinuierliche Dosieranlagen in eine
Vorwärmeinrichtung und von dort in den Durchlaufmischer. In
diesen Mischern wird aus einem Vorratstank flüssiges Elektroden
bindemittel dosiert. Dieser Durchlaufmischer hat gegenüber einem
Kneter den Vorteil, daß bereits hier das Elektrodenbindemittel
so homogen verteilt wird, daß es den Trockenstoff gleichmäßig
benetzt. Das Mischgut aus Trockenstoff und Elektrodenbindemittel
wird nunmehr in den Kühlmischer geleitet, wo die Zugabe von
Zusatzstoffen und Kühlmittel erfolgt. Aus dem Kühlmischer
gelangt das Mischgut wieder über eine Fördereinrichtung zu einer
Formanlage. Auch dieses Verfahren läuft kontinuierlich ab.
Der Einsatz des Mischers in einem diskontinuierlichen Verfah
ren bedingt einen anderen Anlagenaufbau. Aus Fraktionssilos
wird der Trockenstoff über Austragsvorrichtungen einer Batch
waage und im Anschluß daran einem diskontinuierlich arbeiten
den Mischer zugeführt. In einem ersten Arbeitsgang wird dieser
Mischer erwärmt und dem Trockenstoff das über eine Batchwaage
dosierte Elektrodenbindemittel zugesetzt.
Während dieses Erwärmungsvorganges wird das Mischgut bereits
intensiv aufgewirbelt, entgast und homogenisiert. Nach der
Zugabe des Elektrodenbindemittels werden gegebenenfalls Zu
sätze in den Mischer eingeleitet. Nunmehr muß der Mischer
auf Kühlung umgestellt werden, was durch die Einleitung von
Kühlmittel über eine Zufuhrleitung geschieht. Nach der not
wendigen Kühlung wird das Mischgut über eine Fördereinrichtung
der Formanlage zugeleitet.
Bei diesem Verfahrensaufbau hat es sich als vorteilhaft er
wiesen, daß mit mehreren Mischern im System gearbeitet wird,
in dem jeweils der eine aufgeheizt wird, während der andere
kühlt.
Eine Abwandlung des kontinuierlich mit mehreren Mischern arbei
tenden Verfahrens besteht darin, daß aus Fraktionssilos der
Trockenstoff in eine Mischerbatterie gegeben wird. In dieser
aus mehreren Mischern bestehenden Mischerbatterie wird der
Trockenstoff mit Elektrodenbindemittel versehen. Über eine
Förderleitung gelangt das Mischgut dann zu einer kontinuierli
chen Dosiervorrichtung und von dort in einen kontinuierlich
arbeitenden Kühlmischer. Zusatzstoffe und Kühlmittel werden
zugesetzt und das gekühlte Mischgut der Formanlage zugeleitet.
In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 bis 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens zur Herstellung von Mischgut für
die Elektrodenherstellung nach vier Ausführungs
formen.
Gemäß Fig. 1 wird Trockenstoff 10, vorzugsweise bestehend aus
einer Mischung von Koks, Elektrodenresten und grünem Ausschuß,
in Silos 11, eingeteilt nach Fraktionen, gelagert. Über konti
nuierliche Dosieranlagen 12 gelangt der Trockenstoff 10, nach
dem die einzelnen Fraktionen in einem bestimmten Verhältnis
in einer Förderleitung 14 zusammengefaßt worden sind, in eine
Vorwärmeinrichtung 13 und von dort, auf die erforderliche Tem
peratur gebracht, in einen kontinuierlichen Durchlaufmischer 15.
In diesem Durchlaufmischer 15 wird der vorgewärmte Trocken
stoff 10 intensiv aufgewirbelt und über eine Zufuhrleitung 16
aus einem Vorratsbehälter 17 über eine kontinuierliche Dosier
vorrichtung 18 flüssiges Elektrodenbindemittel 19 zugesetzt.
Das so erzeugte Mischgut gelangt in einen kontinuierlich arbei
tenden Kühlmischer 21, wo es wiederum intensiv aufgewirbelt,
homogenisiert und entgast wird. In diesem Mischer 21 erfolgt
gegebenenfalls durch eine Zuleitung 23 die über eine weitere
Dosiervorrichtung 22 gesteuerte Zugabe von Zusatzstoffen.
Kühlmittel gelangt über ein Dosierventil 24 und eine Kühlmit
telleitung 25 in den Mischer 21. Das auf eine vorbestimmte
Temperatur herabgekühlte Mischgut aus Trockenstoff 10,
Elektrodenbindemittel 19 und Zusatzstoffen wird über eine
Fördereinrichtung 27 zur Formanlage 28 transportiert.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Herstellung von Elektro
denmasse entspricht der in Fig. 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß
der kontinuierliche Mischer 15 durch eine Kneteinrichtung 30
ersetzt ist, in der das feste oder flüssige Elektrodenbindemit
tel 19 aus dem Vorratsbehälter 17 über die Zufuhrleitung 16
dem Trockenstoff 10 beigegeben wird.
Bei Fig. 3 gelangt der Trockenstoff 10 aus den Fraktionssilos
11 über Austragsvorrichtungen 32 durch die Förderleitung 14
zu einer Batch-Wiegevorrichtung 33 und von dort in einen dis
kontinuierlichen Mischer 34, in dem der Trockenstoff 10 aufge
wirbelt und vorgewärmt wird. Diesem vorgewärmten Trockenstoff
10 wird über eine weitere Batchwaage 35 aus dem Vorratssilo 17
und über die Zufuhrleitung 16 Elektrodenbindemittel 19 zuge
setzt. Nach diesem Vorgang erfolgt gegebenenfalls durch die
Zuleitung 23 die über die Dosiervorrichtung 22 gesteuerte
Zugabe von Zusatzstoffen und die Zugabe von Kühlmittel über
die Kühlmittelleitung 25. Danach gelangt das gekühlte Mischgut
über die Fördereinrichtung 27 zur Formanlage 28.
Nach Fig. 4 wird der Trockenstoff über - nichtdargestellte -
Fraktionssilos und eine Batchwaage einer Mischerbatterie
- dargestellt sind vier Mischer 37 - zugeführt, dort aufge
heizt und - nicht dargestellt - mit Elektrodenbindemittel
versetzt. Das so erzeugte Mischgut wird sodann in einer Förder
leitung 38 zusammengefaßt und über eine kontinuierlich arbei
tende Dosiervorrichtung 39 in den kontinuierlichen Kühlmischer
21 eingeleitet. Danach erfolgt die bei Fig. 1 beschriebene Zu
gabe von Zusatzstoffen über eine Zuleitung 23 und die Zugabe
von Kühlmittel über eine Kühlmittelleitung 25, sowie die wei
tere Förderung zu der Formanlage 28.
Claims (8)
1. Verfahren zur Aufbereitung eines bei der Herstellung von
Elektroden verwendeten Mischgutes, bestehend aus Trocken
stoff und Elektrodenbindemittel, durch Mischen und Entgasen
unter Temperaturänderung, dadurch gekennzeichnet, daß der
Trockenstoff (10) allein oder im Gemisch mit dem Elektroden
bindemittel (19) in einem zumindest teilweise staub- und
gasdichten System gleichzeitig aufgewirbelt oder fluidi
siert, entgast und homogenisiert wird, während über eine
Kühlmitttelleitung (25) ein flüssiges, bei der Vermischung
vollständig verdampfendes Kühlmittel in den Mischer (21, 34)
gegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Trockenstoff (10) allein oder im Gemisch mit dem Elektroden
bindemittel in dem Mischer (21, 34) mittels einer umlaufen
den Mischschüssel und mindestens eines in dieser Mischschüs
sel um eine zur Schüsseldrehachse exzentrischen Drehachse
angetriebenen, mit dem Verhältnis zur Drehzahl der Misch
schüssel höheren Drehzahl laufenden Werkzeugsystems intensiv
aufgewirbelt, homogenisiert und entgast wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlmittel in einem Rückflußkühler kondensiert,
gesammelt und gereinigt und gegebenenfalls dem Mischer (21,
34) wieder zugeführt wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufwirbelung, Ho
mogenisierung und Entgasung gegebenenfalls in demselben
Mischer (34) in einem ersten Arbeitsgang erwärmt und dann
in einem zweiten Arbeitsgang das Mischgut gekühlt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzugabe über
ein Temperatur- und ein Füllstandsmeßgerät und ein Kühl
mitteldosiergerät sowie über Geräte zur Steuerung der
Elektrodenhöhe und des Elektrodengewichts in Abhängigkeit
von Betriebsparametern gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerung der Kühlmittelzugabe in Abhängigkeit von
dem Durchsatz, der Temperatur vor einer eventuellen Küh
lung, der Temperatur der gepreßten Elektrode, dem Elek
trodengewicht, der Elektrodenhöhe und der Kühlmittelmenge
als Betriebsparameter erfolgt.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der gepreßten
Elektrode bei gleichbleibender Durchsatzmenge, Temperatur
vor der Kühlung und Elektrodenhöhe durch die zugegebene
Kühlmittelmenge innerhalb von vorgegebenen Temperatur
grenzwerten etwa linear verändert wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz und die Kühlmit
telmenge verändert werden, sobald das Elektrodengewicht
eine bestimmte untere oder obere Grenze überschreitet.
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