DE3431897C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung von Elektrodenmaterial, bei wel­ chem Pech, Koksstaub und Koksschüttgut verschiedenster Körnung durch Mischen und Kneten zu einer pastösen bzw. breiigen Masse verbunden und unter Wärmezufuhr zu einem Kohlegebilde geformt werden, wobei die Misch- und Knetbehandlung und der formgebende Austrag durch einen Fallschacht getrennt erfolgen. Ferner be­ zieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Elektrodenmasse für die Aluminiumindustrie, welche Elektroden­ masse am elektrochemischen Vorgang der Aluminiumgewinnung teil­ nimmt und in sehr großen Mengen benötigt wird. Für jedes Kilo Aluminium wird ungefähr ein halbes Kilo in Form von Anodenmasse im Söderbergofen verbraucht. Die Söderbergöfen sind mit einer kontinuierlichen Anode ausgerüstet, welche periodisch mit unge­ brannten Elektrodenbriketts beschickt wird. Dabei ist die Her­ stellung der Grundmasse für die Bildung der Elektroden in rich­ tiger Kornzusammensetzung besonders wichtig. Aus Petrolkoks, welcher vorgebrochen, wenn nötig getrocknet, gemahlen, gesiebt und gesichtet wird, entstehen verschiedene, nach der Körnung klassierte Koksfraktionen, welche mit Steinkohlenteerpech ver­ mischt werden. Pech wirkt als Bindemittel und hat die Aufgabe, die Kokskörner einzuhüllen und sie miteinander zu einer pastö­ sen bzw. breiigen Masse zu verbinden. Die so bearbeitete ge­ mischte und geknetete Masse wird am Ende des Misch- und Knet­ prozesses verformt, so daß Blöcke gegossen oder Briketts ge­ bildet werden können. Die brikettierte Masse gelangt dann di­ rekt in die kontinuierlichen Anoden der Söderbergelektrolyse­ öfen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Aufbereitung des Elektro­ denmaterials nicht mehr im klassischen diskontinuierlich ar­ beitenden Doppelmuldenmischer durchzuführen, sondern dazu eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetvorrichtung zu verwen­ den, welche eine rotierende und gleichzeitig hin- und hergehen­ de Knetstrecke aufweist. Wichtig ist dabei, daß die Betriebs­ bedingungen der Einrichtung konstant gehalten werden. Nur so wird ein gleichmäßiges Produkt erzeugt. Die Druckverhältnisse in Misch- und Knetvorrichtung sind durch den zur Verfügung ste­ henden Austrittsquerschnitt am Austritt der Einrichtung be­ stimmt. Zur Änderung der Druckverhältnisse werden Düsen und be­ wegliche Klappen verwendet, deren Verstellung meistens manuell durch das Bedienungspersonal erfolgt. Eine motorische verstell­ bare Austrittsdüse, welche in Abhängigkeit des Druckes im Misch- und Knetgehäuse reagiert, ist ebenfalls bekanntgewor­ den. Durch die Änderung des Düsenquerschnittes am Ende des Misch- und Knetgehäuses wird aber die Formgebung der fertig ge­ kneteten Masse ungünstig beeinflußt. Bekannt ist auf diesem Gebiete das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung nach dem französischen Patent 10 32 281 in welchem die Behandlung von Rohkohlenagglomeraten in einer Ein- oder Mehrwellenpresse vor­ geschlagen wird. Auf die Formgebung der Misch- und Knetmasse wird in diesem Patent nicht näher eingegangen.

Zweck der Erfindung ist nun ein Verfahren vorzuschlagen, bei welchem die Formgebung der aufbereiteten Masse so erfolgt, daß der Misch- und Knetprozeß nicht mehr beeinflußt wird. Das er­ findungsgemäß vorgeschlagene Verfahren weist zu diesem Zwecke die im unabhängigen Anspruch 1 aufgeführten Merkmale auf. In dieser Weise wird die Formgebung vom Misch- und Knetprozeß entkoppelt, wodurch eine Durchsatzsteigerung im Misch- und Knetteil ermöglicht wird. Dies führt zu erhöhter Wirtschaft­ lichkeit und gibt die Möglichkeit, eine größere Anzahl kleiner Stränge aus der aufbereiteten Misch- und Knetmasse zu formen, welche zur Herstellung von jedem beliebigen Profil geeignet sind. Dies kommt insbesondere bei der Herstellung von Söder­ bergmasse zur Geltung, welche 24 bis 40% Bindemittelanteil (Pech) aufweist, wobei die Masse zu kleinstückigen Briketts ge­ formt werden soll. Aus Wirtschaftlichkeitsaspekten und Umwelt­ schutzerwägungen geht der Trend zur Reduzierung der Bindemit­ tel. Damit wird aber die Viskosität der fertigen Masse höher und die Verformung schwieriger. Durch die Trennung des formge­ benden Austrags vom Misch- und Knetprozeß wird ermöglicht, mehrwellige Extruder zu gebrauchen, welche die Verformung we­ sentlich vereinfachen.

Die Einrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens weist die im unabhängigen Anspruch 2 aufgeführten Merkmale auf.

Ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gesamtanlage;

Fig. 2 eine Gesamtansicht der formgebenden Austragsvorrich­ tung in Seitenansicht; und

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch die Austragsvorrichtung.

Die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignete Anlage weist eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetein­ richtung 1 auf, welche eine Schneckenwelle 2 besitzt, die im Gehäuse 3 der Misch- und Kneteinrichtung drehbar und gleichzei­ tig hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Schneckenwelle 2 ist mit Misch- und Knetflügeln 4 ausgerüstet, welche mit an der Gehäuseinnenwand radial nach innen abstehenden Knetorganen 5 zusammenwirken. In dieser kontinuierlich arbeitenden Misch- und Kneteinrichtung wird zur Herstellung von Pasten für Söderberg­ elektroden Koksstaub und Kornfraktionen mit Pech intensiv durchgeknetet, so daß die Kornfraktionen vom Bindemittel um­ hüllt werden. Die Kornfraktionen werden in separaten Silos ge­ lagert und dem Gehäuse 3 durch eine Einfüllöffnung 6 dosiert zugeführt. Die Zugabe von Pech erfolgt in fester oder flüssiger Form durch die gleiche Öffnung oder durch in den Knetraum ein­ gebaute Einspritzdüsen.

An der Austrittsseite der Misch- und Kneteinrichtung 1 ist ein vertikaler Fallschacht 7 vorgesehen, welcher am unteren Ende in das Gehäuse 8 eines nur rein schematisch dargestellten Extru­ ders 9 mündet. Im Fallschacht 7 ist eine Auswurfmündung 10 vor­ gesehen, welcher eine Weiche in der Form einer Auswurfklappe 11 zugeordnet ist, die in der Normalstellung die Verbindung der Auswurfmündung 10 zum Inneren des Fallschachtes 7 verschließt und einen Teil der inneren Wandung des Fallschachtes 7 bildet, während in der strichpunktiert gezeichneten Lage der Auswurf­ klappe 11 die genannte Auswurfmündung 10 freigegeben und der untere Teil des Fallschachtes 7 verschlossen wird. Zur Ver­ stellung der Auswurfklappe 11 ist ein Verstellmotor 38 vorhan­ den, welcher über ein Steuerorgan 39 betätigbar ist.

Am oberen Ende des Fallschachtes 7 ist ein Stutzen 12 vorhan­ den, an welchem über eine Absaugleitung 14 eine Dampfabsaugung 13 angeschlossen ist.

Die automatische Verstellung der Auswurfklappe 11 im Fall­ schacht 7 durch den Verstellmotor 38 in die Auswurfposition er­ folgt einerseits bei Überschreiten eines vorgegebenen Solldreh­ momentes an der Schneckenwelle 2 der kontinuierlichen Misch- und Kneteinrichtung 1 als auch in Verbindung mit der Extruder­ überwachung. Der von einem Motor 16 angetriebene Extruder 9 ist mehrwellig ausgebildet und weist kämmende, gleich oder gegen­ läufig rotierende Schnecken auf, wobei die Drehzahl der Extru­ derwellen in Abhängigkeit vom Niveau des Materials im Fall­ schacht 7 gesteuert wird. Zu diesem Zweck ist im Fallschacht 7 ein Überwachungsorgan in der Form eines Niveaumeßgerätes 17 vorhanden, welches das Niveau des aus der Misch- und Knetein­ richtung 1 gelieferten Materials laufend mißt und den zum An­ trieb des Extruders 9 dienenden Motor 16 entsprechend beein­ flußt. Ferner ist auf der Welle des Extruders 9 ein Über­ wachungsorgan in der Form eines Meßgerätes 37′ vorhanden, wel­ ches die Antriebsleistung und/oder das Drehmoment und/oder den Druck im Extruder mißt. Die Meßwerte gelangen in das Steuer­ organ 39. Dieses beeinflußt den Verstellmotor 38 der Auswurf­ klappe und/oder den Antriebsmotor 16 des Extruders 9. Hinter dem Extruder 9 ist der Austrittdüse 24 ein Kühlbad 43 nachge­ schaltet, in welchem ein erstes Förderband 44 und gegenüber diesem etwas versetzt, ein zweites Förderband 45 angeordnet ist. Das erste Förderband 44 ist ein Gummiförderband, auf wel­ chem die aus der Düse 24 tretenden Formstücke gekühlt werden. Diese sind noch nicht formbeständig und brauchen eine Unterla­ ge, welche durch das Gummiband des Förderbandes 44 gebildet wird. Auf diesem Gummi- oder Stahlband werden die Stränge durch ein Querschneidewerk 44 a zu Briketts geschnitten. An­ schließend gelangen die Formstücke auf das zweite Förderband 45, welches Ausnehmungen aufweist und als Gitterband ausgebil­ det ist. Diese Ausbildung ermöglicht, daß die etwas formge­ ständigen Formstücke auch von unten her gekühlt werden. Die sonst notwendige Kühlstrecke zur vollständigen Kühlung kann er­ heblich kürzer gehalten werden.

Die nähere Ausbildung des Extruders ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Der Extruder 9 weist ein Chassis 19 auf, welches mit Rädern 20 ausgerüstet und auf den Schienen 21 verfahrbar ist. Auf dem Chassis 19 ruht das Gehäuse 22 des Extruders 9, welches Gehäuse 22 zweckmäßigerweise in der Horizontalebene zweiteilig ausgebildet und aufklappbar ist. Das Oberteil des Gehäuses 22 ist mit einem Einfüllstutzen 23 versehen und die eine Stirnseite des Gehäuses 22 trägt eine Austrittsdüse 24, welche verstellbar ausgebildet sein kann.

Der in Fig. 1 mit 16 bezeichnete Motor ist im Chassis 19 unter­ gebracht und steht über einen Keilriemenantrieb 25 oder mittels Kupplung direkt mit dem Getriebe des Extruders 9 in Verbindung, welches Getriebe im Gehäuseteil 26 am der Austrittsdüse 24 ab­ gekehrten Ende des Gehäuses 22 angeordnet ist.

Wie ferner aus der Fig. 3 hervorgeht, weist das Gehäuse 22 am Ende eine wegnehmbare Stirnwand 27 auf, welche den Gehäuseteil 26 trägt, in welchem das Getriebe untergebracht ist. Der Ge­ häuseteil 26 ist mit einer weiteren Stirnwand 28 versehen.

Im Gehäuse 22 des Extruders 9 sind vier Extruderwellen 29 un­ tergebracht, die in der horizontalen Mittelebene des Gehäuses 22 nebeneinander angeordnet und einseitig in den Stirnwänden 27 und 28 gelagert sind. Die entsprechenden Lager sind mit 30 bzw. 31 bezeichnet. Mit den Wellen 29 sind Hohlwellen 32 verbunden, welche mit Schneckengängen 33 ausgerüstet sind, die miteinander in Eingriff stehen. Die Hohlwellen 32 sind mittels einer Steck­ verbindung mit dem zugehörigen Wellenstumpf verbunden, wobei zur Sicherung Kerbstifte und Bolzen vorgesehen sind. Ein Aus­ treten des Mischgutes entlang der Wellen wird durch Labyrinth­ dichtungen 34 verhindert. Im Gehäuseteil 26 sind ferner Zahnrä­ der 35 angeordnet, die zusammen das Antriebsgetriebe bilden und mit dem Motor 16 in Verbindung stehen.

Das andere, der Stirnwand 27 abgekehrte Ende des Gehäuses 22 ist offen und trägt die Austrittsdüse 24, wobei die Hohlwellen 32 mit den Schneckengängen 33 bis zur inneren Mündung der Aus­ trittsdüse 24 sich erstrecken. Die Formgebungselemente 41 der zweckmäßigerweise zweiteilig ausgebildeten Düse sind entweder am Düsenoberteil oder am Unterteil angegossen oder als Balken ausgebildet, welche mit dem Düsenober- bzw. -unterteil ver­ schraubt sind. Es werden in der Düse 24 Stränge gebildet, wobei die Anzahl der Stränge durch konstruktive Maßnahmen bestimmt werden kann. Es können bis zu 50 Stränge gebildet werden, wobei jedoch vorzugsweise Düsen gebraucht werden, die Formkanäle für vier bis dreißig Stränge aufweisen. Ein Teil der Formkanäle 42, welche je nach gewünschter Strangform im Querschnitt vier­ eckig, rund oder oval ausgebildet sein können, sind zweck­ mäßigerweise verschließbar ausgebildet, wobei zum Ver­ schließen Schieber oder Schließdorne Anwendung finden können. Die Betätigung der Schieber kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Der Oberteil der Düse 24 ist aufklappbar ausgebildet, wobei das Aufklappen manuell oder automatisch, z. B. mit Hilfe einer Ventilsteuerung erfolgen kann, welcher entweder das Auftreten von Überdruck im Innern der Düse 24 anzeigt und Alarm auslöst oder direkt einen Öffnungs­ mechanismus betätigt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, indem das Niveaumeßge­ rät 17 im Fallschacht 7 zur Betätigung eines Öffnungs- und Schließmechanismus für die Austrittsdüse 24 verwendet wird. Gleichzeitig kann ein optische Anzeige oder eine Alarmvorrich­ tung betätigt werden, welche eine Störung im Verarbeitungspro­ zeß anzeigt.

Bei der beschriebenen Einrichtung erfolgt die Formgebung nicht mehr in der Misch- und Kneteinrichtung, sondern örtlich ge­ trennt im Extruder. Der Misch- und Knetprozeß wird von der Formgebung entkoppelt, wodurch der Durchsatz im Knetteil we­ sentlich gesteigert und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, gleichzeitig eine größere Anzahl kleinere Stränge zu extrudieren, wobei Profile mit be­ liebigem Querschnitt hergestellt werden können. Für die Söder­ bergmasse sind gleichstückige Briketts erwünscht, in welchen durch Einsatz des mehrwelligen Extruders das Bindemittel stark reduziert werden kann. Trotz höherer Viskosität und schwierige­ rer Verformung kann die Bearbeitung im mehrwelligen Extruder ohne Schwierigkeiten erfolgen.

Die Auswurfklappe 11 im Fallschacht bildet eine Weiche und wird zunächst beim Anfahren des Prozesses in die Auswurfstellung ge­ bracht. Anschließend wird die Klappe 11 umgestellt, so daß die Auswurfmündung 10 verschlossen bleibt. Es ist nun möglich, eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung einzubauen, welche die Klappe 11 betätigt, falls die Drehmomentaufnahme in der Misch- und Kneteinrichtung die zulässige Grenze überschreitet. In die­ sem Falle wird an der Welle 2 der Misch- und Kneteinrichtung ein Drehmomentmeßgerät 37 angeordnet, welches mit dem Ver­ stellmotor 38 für die Auswurfklappe 11 über ein Steuerorgan 39 in Verbindung steht. Tritt eine unzulässige Rezepturabweichung infolge zufälliger Überdosis an Koksstaub oder ungewollter Ab­ nahme oder Ausfall der Pechzufuhr ein, erhöht sich die Viskosi­ tät der Knetmasse und damit das Drehmoment der Knetwelle in der Misch- und Knetvorrichtung. Das Drehmomentmeßgerät 37 erfaßt die unzulässige Erhöhung und bewirkt über das Steuerorgan 39 das unter Umständen verzögerte Öffnen der Klappe 11, wodurch das nicht rezepturkonforme Material aus dem Prozeß ausge­ schleust wird.

Auch die Überwachung der Hohlwellen 32 des Extruders kann mit der Betätigung der Auswurfklappe 11 kombiniert werden. In die­ sem Falle erfolgt eine zusätzliche Beeinflussung des Antriebs­ motors 16 durch das Steuerorgan 39, welche durch eine Verbindung 40 mit diesem Motor 16 in Verbindung steht.

Die Drehzahl der Hohlwellen 32 wird mit Hilfe des Niveaumeßge­ rätes 17 derart gesteuert, daß bei Erreichung eines vorgege­ benen Materialniveaus im Fallschacht 7 die Drehzahl über den Motor 16 gesteigert und damit die Austragsleistung des Extru­ ders erhöht wird. Beim sinkenden Materialniveau erfolgt eine Drosselung der Leistung. Die Drehzahl der Extruderwellen wird am Getriebeeingang überwacht.

Es sei noch erwähnt, daß das Gehäuse 22 zweckmäßigerweise doppelwandig ausgebildet ist, wobei das Gehäuseinnere geheizt oder gekühlt werden kann. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn abschnittweise unabhängige Kreisläufe für das Heiz- oder Kühl­ medium vorhanden sind, so daß das Gehäuse abschnittweise auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden kann. Da ferner das Gehäuse zweiteilig ist, wird die Reinigung und die Wartung des Gehäuseinneren und der Schneckengänge ermöglicht.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann das vorgeschlagene Ver­ fahren im kontinuierlichen Betrieb leicht und einfach durchge­ führt werden. Die Anlage kann vollautomatisiert mit Fernsteue­ rung versehen werden, wobei die beschriebenen Sicherheitsein­ richtungen einen störungsfreien Betrieb garantieren. Der als separate Einheit ausgebildete Extruder ist auf Rädern verfahr­ bar, was die Wartung wesentlich erleichtert.

Claims (9)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung von Elektro­ denmaterial, bei welchem Pech, Koksstaub und Koksschütt­ gut verschiedenster Körnung durch Mischen und Kneten zu einer pastösen bzw. breiigen Masse verbunden und unter Wärmezufuhr zu einem Kohlegebilde geformt werden, wobei die Misch- und Knetbehandlung und der formgebende Aus­ trag durch einen Fallschacht getrennt erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment der Misch- und Knet­ einrichtung überwacht und bei einer unzulässigen Er­ höhung des Drehmomentes die Überführung der Masse in einen Austragsraum unterbrochen wird, und daß der form­ gebende Austrag des Materials durch mindestens ein Über­ wachungsorgan gesteuert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, enthaltend eine kontinuierliche Misch- und Kneteinrichtung (1) und einen davon durch einen Fall­ schacht (7) getrennten Extruder (9) mit einer Austritts­ düse (24), dadurch gekennzeichnet, daß im Fallschacht (7) eine Weiche (11) angeordnet ist, die über ein erstes Überwachungsorgan (37) und über ein zweites im Fall­ schacht (7) angeordnetes Überwachungsorgan (17) steuer­ bar ist, wobei das Überwachungsorgan (17) zusätzlich die Drehzahl des Extruders (9) beeinflußt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiche (11) als schwenkbare Auswurfklappe aus­ gebildet ist, die in der Normalstellung die Verbindung einer seitlichen Auswurfmündung (10) zum Inneren des Fallschachtes (7) verschließt und einen Teil der inne­ ren Wandung des Fallschachtes bildet, während sie in der Schwenklage die Auswurfmündung (10) freigibt und den un­ teren Teil des Fallschachtes (7) verschließt, wobei zur Verstellung der Auswurfklappe ein Verstellmotor (38) vorhanden ist, welcher über ein Steuerorgan (39) be­ tätigbar ist, das unter Wirkung des als Niveaumeßgerät ausgebildeten Überwachungsorganes (17) zur Beeinflussung des Extruderantriebes und eines an der Welle des Extru­ ders (9) angeordneten Meßgerätes (37′) für die Antriebsleistung und/oder für das Drehmoment und/oder für den Druck steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in der horizontalen Mittelebene teilbares Extrudergehäuse (22) aufweist, in dem mindestens zwei Extruderwellen (29) parallel nebeneinander angeordnet sind, die mit einem Getriebe in Verbindung stehen, des­ sen Antriebselemente (35) in einem außerhalb des Ge­ häuses (22) einseitig angesetzten Gehäuseteil (26) Auf­ nahme finden, wobei der Extruder (9) auf einem Chassis (19) angeordnet und verfahrbar ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderwellen (29), auf welche je eine Hohl­ welle (32) mit Schneckengang (33) aufgesteckt und ge­ sichert ist, nur getriebeseitig in der Stirnwand (27) des Gehäuses (22) und des aufgesetzten Gehäuseteils (26) fliegend gelagert sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudergehäuse (22) am den Antriebselementen (35) abgekehrten Ende mit einer aufklappbaren, zweitei­ ligen Austrittsdüse (24) versehen ist, welche Formge­ bungselemente (41) zur gleichzeitigen Bildung von paral­ lelen Strängen besitzt, wobei die durch die Formgebungs­ elemente (41) gebildeten Formkanäle (42) mit Ver­ schließelementen versehen sind, mittels welcher die Formkanäle einzeln oder gemeinsam verschließbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) auf vorbestimmte Grenzwerte einge­ stellte Geräte für Druck- und Temperaturbestimmung und zur Überwachung des Drehmomentes aufweist, welche Geräte mit einem Motor zum Aufklappen der Düse und mit einer Alarmvorrichtung in Verbindung stehen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (24) ein Kühlbad (43) nachgeschaltet ist, welches ein zweistufiges Förderband (44, 45) aufweist, wobei das erste Band (44) eine geschlossene Oberfläche aufweist, während das zweite Band (45) mit Durchbrechun­ gen versehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Band (44) eine Querschneidevorrichtung (44 a) zum Schneiden der endlosen Stränge zu Briketts zu­ geordnet ist.