DE3013294C2 - - Google Patents

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.