DE3524083C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech, als Bindemittel für Kohlenstoffelektroden, in ihrer eigenen flüssigen Phase mit einem Schmelzbehäl­ ter.

Zur Herstellung von Formkörpern bestimmter Zusammenset­ zung ist es üblich, vor der Abformung Feststoffe mit einem flüssigen Bindemittel zu mischen. Dabei ist es oft von Vorteil, das Bindemittel dadurch zu verflüssigen, daß es in fester Form kontinuierlich in seine eigene flüssige Phase gegeben wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht eine kontinuierliche Versorgung mit Bindemittel und eine ge­ naue Dosierung.

Ein Beispiel für die geschilderte Verfahrensweise ist die Bereitstellung von flüssigem Pech für die Herstellung von Kohlenstoffelektroden, wie sie in den Elektrolysewannen bei der Aluminiumerzeugung eingesetzt werden. Das feste Pech wird in zerkleinerter Form einem Schmelzbehälter aufgegeben und fällt dort in Körbe. Auf die mit Pech­ stücken gefüllten Körbe fließt geschmolzenes, heißes Pech und löst die Pechstücke auf. Das flüssige Pech wird in dem Schmelzbehälter gesammelt und durch einen Bodenablaß für die Herstellung der Kohlenstoffelektroden abgezogen. Der größte Teil des flüssigen Pechs aber wird im Kreis­ lauf umgepumpt und außerhalb des Schmelzbehälters in Wär­ metauschern aufgeheizt. Die Dosierung des Pechrücklaufs erfolgt über einen Ausgleichsbehälter.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die aufwendige Auf­ heizung durch separate Wärmetauscher. Außerdem erfordert diese Vorrichtung lange, beheizte und wärmeisolierte Lei­ tungen und aufwendige, beheizte und wärmeisolierte Pumpen sowie einen aufwendigen Regelmechanismus zur Dosierung der im Kreislauf umgepumpten Pechmengen. Weiterhin können Verunreinigungen des Pechs nicht zurückgehalten werden, da sie durch den Bodenablaß zusammen mit dem Pech, dem Bindemittel, abgezogen werden. Des weiteren besteht die Gefahr, daß das zerkleinerte Pech in den Körben sich zwar an seiner Oberfläche auflöst, dann aber zu großen Klumpen zusammenklebt, die sich nur sehr langsam auflösen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech, als Bindemittel für Koh­ lenstoffelektroden, vorzustellen, welche die obengenann­ ten Nachteile nicht aufweist. Die Vorrichtung soll außer­ dem keinen aufwendigen Wärmetauscherkreislauf mit separa­ ten Wärmetauschern, keine wärmeisolierten und beheizten Pumpen und keine Ausgleichsbehälter mehr aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Schmelzbehälter ist seine konzentrische Aufteilung in zwei Bereiche. In den inneren Bereich wird der zerkleinerte Stoff, beispiels­ weise festes Pech, aufgegeben und in der flüssigen Phase des Stoffes aufgeschmolzen, wobei die erforderliche Wär­ meenergie direkt mittels der integrierten Heizvorrichtung auf die flüssige Phase übertragen wird. Aufwendige sepa­ rate Wärmetauscher werden dadurch überflüssig. Im äußeren Bereich ist ebenfalls eine Heizvorrichtung vorgesehen. Mit ihr wird die flüssige Phase, bevor sie als Produkt abgepumpt wird, auf die erforderliche Temperatur ge­ bracht. Dadurch, daß der äußere und der innere Bereich jeweils an ihrem oberen Ende und an ihrem unteren Ende miteinander in Verbindung stehen, kann die flüssige Phase innerhalb des Schmelzbehälters vorteilhaft dieselbe Füll­ höhe einnehmen. Die Heizvorrichtungen können deshalb ge­ nau konzentrisch im Hinblick auf die zu erwartende Füll­ höhe angeordnet sein. Es besteht keine Gefahr, daß ein Teil der Heizvorrichtung durch Mangel an fester Phase trocken wird und es zu örtlichen Überhitzungen kommt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der äußere Bereich und der innere Bereich an ihrem oberen Ende mindestens durch eine Rohrleitung miteinander verbunden sind, in die eine Pumpe zwischengeschaltet ist. Das Umpumpen der flüssigen Phase kann dadurch auf kür­ zestem Wege, ohne merkbare Wärmeverluste, erfolgen, ohne daß lange, isolierte Rohrleitungen sowie Ausgleichsbehäl­ ter erforderlich sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vor­ gesehen, daß der äußere Bereich für die flüssige Phase als Produkt einen Ausströmstutzen aufweist, der etwas oberhalb des Ausströmstutzens der Rohrleitung liegt, die den äußeren Bereich mit dem inneren Bereich verbindet. Vorteilhaft fließt dadurch die Schmelze oberhalb des Sedimentationsteils für die Verunreinigungen ab. Außerdem kann nur so viel Schmelze entnommen werden, wie nachge­ füllt wird. Bei Störungen in der Feststoffzufuhr kann der Aufschmelzbehälter nicht leerlaufen, und es steht immer genügend heiße Schmelze bereit, um den Feststoff aufzu­ schmelzen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Schmelzbehälter unterhalb der konzentrisch an­ geordneten Bereiche mit den Heizvorrichtungen einen Sedi­ mentationsteil auf, der mit einem Ablaßstutzen versehen ist. Der Sedimentationsteil dient zum Absetzen von Verun­ reinigungen der Schmelze, die bei dem sonst üblichen Bo­ denablaß mit der Schmelze gemeinsam abgepumpt wurden. Die Schmelze aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist des­ halb frei von Verunreinigungen.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verfahrbarkeit des Schmelz­ behälters, da der Schmelzbehälter mit Stützen auf einem fahrbaren Untergestell steht. Bei Wartungs- oder Repara­ turarbeiten kann der Schmelzbehälter nach Lösen der An­ schlußflansche leicht von seinem Platz entfernt und even­ tuell durch einen Ersatzbehälter ersetzt werden. Der Schmelzbehälter kann somit gewartet werden, ohne daß die Beschickungsvorrichtung für den Feststoff abgebaut werden muß. Der rohrförmige Körper zur Trennung der Bereiche so­ wie die Heizeinrichtungen können nach Abnahme des Deckels leicht mit einer Hebevorrichtung nach oben herausgezogen werden.

Anhand eines Ausführungsbeipiels wird die erfindungsge­ mäße Vorrichtung mit dem Schmelzbehälter mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen näher erläutert.

Der Schmelzbehälter (1) besteht aus einem zylindrischen Teil (2), der durch einen rohrförmigen Körper (3) in zwei voneinander getrennte, konzentrisch angeordnete Bereiche, einen äußeren Bereich (4), zwischen dem zylindrischen Teil (2) des Schmelzbehälters und dem rohrförmigen Körper (3) sowie einen inneren Bereich (5), innerhalb des rohr­ förmigen Körpers (3), aufgeteilt wird.

Entlang der inneren Wandung des rohrförmigen Körpers (3) ist eine Heizvorrichtung (6) vorgesehen, die den inneren Bereich (5) im Schmelzbehälter (1) beheizt. Die Heizvor­ richtung (6) für den inneren Bereich (5) ist eine Rohr­ schlange, durch die aufgeheiztes Wärmeträgeröl zirku­ liert. Der äußere Bereich (4) wird ebenfalls durch eine Heizvorrichtung (7), aus einer Rohrschlange bestehend, beheizt. Die Heizvorrichtung (6) für den inneren Bereich (5) und die Heizvorrichtung (7) für den äußeren Bereich (4) sind hintereinandergeschaltet. Das Wärmeträgeröl durchströmt zunächst die Heizvorrichtung (6) des inneren Bereichs (5) von oben nach unten und tritt dann am unte­ ren Ende des zylindrischen Teils (2) in die Heizvorrich­ tung (7) des äußeren Bereichs (4) und durchströmt ihn von unten nach oben. Zur besonders guten Ausnutzung des Wärm­ einhalts des Wärmeträgeröls weist die Rohrschlange der Heizvorrichtung (7) des äußeren Bereichs (4) eine größere Anzahl von Windungen auf, als die Heizvorrichtung (6) im inneren Bereich (5). Die Rohrschlange der Heizvorrichtung (7) im äußeren Bereich (4) kann sich auch in mehrere, parallel liegende kleinere Rohre aufspalten. Aufgeheizt wird das Wärmeträgeröl in bekannter Weise in einem außer­ halb des Schmelzbehälters liegenden Wärmetauscher, der hier nicht dargestellt und näher erläutert ist. Denkbar ist beispielsweise auch eine Beheizung der beiden Berei­ che mit Heißdampf oder mittels elektrischer Widerstands­ beheizung.

Der rohrförmige Körper (3) trennt den zylindrischen Teil (2) des Schmelzbehälters (1) nicht vollständig in den äußeren Bereich (4) und den inneren Bereich (5). Beide Bereiche sind an ihrem unteren Ende über den Sedimenta­ tionsteil (8) miteinander verbunden. Der Sedimentations­ teil (8) ist kegelförmig und schließt den zylindrischen Teil (2) nach unten ab. Im Sedimentationsteil sammeln sich die Verunreinigungen (9) der Schmelze als Bodensatz, der durch den Ablaßstutzen (10) bei Bedarf abgelassen werden kann.

Der Schmelzbehälter (1) wird oben durch einen Deckel (11) abgeschlossen, der an Streben (12) den rohrförmigen Kör­ per (3) trägt und in seiner Mitte die Aufgabe (13) für den Feststoff, der in Pfeilrichtung aufgegeben wird. Der Feststoff fällt durch einen zylindrisch-konischen Teil der Aufgabe in die Schmelze (14), wo er aufschmilzt.

Die Schmelze wird ständig umgewälzt, damit ein optimales Aufschmelzen des aufgegebenen Feststoffs erreicht wird und eine stets gleichbleibende Temperatur der Schmelze gewährleistet ist, die für die Produktion der Kohlen­ stoffelektroden benötigt wird.

Eine Rohrleitung (15) verbindet den äußeren Bereich (4) mit dem inneren Bereich (5). In die Rohrleitung (15) ist ein geschlossener Behälter (16) zwischengeschaltet. Aus diesem Behälter (16) fördert eine Tauchpumpe (17) die Schmelze (14) in die Aufgabe (13), wo die Rohrleitung (15) tangential in den zylindrischen Teil einmündet. Da­ durch bildet sich vorteilhaft eine turbulente Wirbelströ­ mung der einströmenden Schmelze, in die der Feststoff stückig hineinfällt. Die Stücke werden sofort vollständig von einer Schicht Schmelze umgeben. Die Tauchpumpe (17) erfordert keine Wärmedämmung oder sonstige Kapselung, da nur der Förderteil in die Schmelze taucht. Aus diesem Grund werden auch Servicearbeiten wesentlich erleichtert. Denkbar ist auch eine vollständige Integration der Tauch­ pumpe in den Schmelzbehälter (1), und zwar im äußeren Be­ reich (4) zwischen der Wandung des zylindrischen Teils (2) und dem rohrförmigen Körper (3).

Der Ausströmstutzen (18) zum Abpumpen der Schmelze (14) durch die Rohrleitung (15) liegt am oberen Ende des äuße­ ren Bereichs (4). Das ist etwa im letzten Viertel des zylindrischen Teils (2).

Der Ausströmstutzen (19) für die Schmelze (14) als Pro­ dukt für die Herstellung der Kohlenstoffelektroden liegt geringfügig oberhalb des Ausströmstutzens (18) für das Umpumpen der Schmelze. Die Lage des Stutzens verhindert das Leerlaufen des Schmelzbehälters, wenn keine Zufuhr von Feststoff erfolgt. Dadurch steht ständig Schmelze zum Aufschmelzen des aufgegebenen Feststoffs zur Verfügung. Der Abzug von Schmelze entspricht stets der Aufgabe von Feststoff pro Zeiteinheit.

Gegen Wärmeverluste ist der Schmelzbehälter (1) vollstän­ dig mit einer Isolierung (20) umgeben. Ebenso sind der Behälter (16) und die außen liegenden Teile der Rohrlei­ tung (15) mit der Isolierung (20) umgeben.

Zur Verhinderung von Anbackungen sind der Sedimentations­ teil (8) und der Behälter (16) jeweils mit einer außen auf der Wandung liegenden Heizvorrichtung (21 bzw. 22) ausgestattet. Im vorliegenden Fall sind es Rohrschlangen, die an das Wärmetauschersystem angeschlossen sind, das auch die Heizvorrichtungen (6 und 7) versorgt. Denkbar wäre auch eine elektrische Beheizung.

Der Schmelzbehälter ruht mit Stützen (23) auf einem fahr­ baren Untergestell (24). Für Servicearbeiten und zum Her­ ausnehmen der Heizvorrichtungen kann der Schmelzbehälter von seinem Platz verschoben werden, ohne daß die Aufgabe­ vorrichtung für den Feststoff abgebaut werden muß.

Der Schmelzbehälter könnte auch, in Abänderung des erfin­ derischen Gedankens, statt zweier konzentrisch angeordne­ ter Bereiche (4 und 5) zwei durch eine Wandung getrennte, aber in ihrem unteren Ende miteinander verbundene, hin­ tereinanderliegende Bereiche aufweisen. Die Schmelze würde hier von einem Behälterteil in den anderen umge­ pumpt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Aufschmelzen fester Stoffe, vorzugsweise von Pech, als Bin­ demittel für Kohlenstoffelektroden, in ihrer eigenen flüssigen Phase mit einem Schmelzbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) in ver­ tikaler Richtung eine längliche Form aufweist und durch einen rohrförmigen Körper (3) in zwei vonein­ ander getrennte, konzentrisch angeordnete Bereiche (4, 5) aufgeteilt wird, welche an ihrem oberen Ende und an ihrem unteren Ende jeweils miteinander in Verbindung stehen und wobei der äußere Bereich (4) und der innere Bereich (5) jeweils mit einer Heiz­ vorrichtung (6, 7) ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (4) und der innere Bereich (5) an ihrem oberen Ende mindestens durch eine Rohrlei­ tung (15) miteinander verbunden sind, in die eine Pumpe (17) zwischengeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (4) für die flüssige Phase (14) als Produkt einen Ausströmstutzen (19) aufweist, der etwas oberhalb des Ausströmstutzens (18) der Rohrleitung (15) liegt, die den äußeren Bereich (4) mit dem inneren Bereich (5) verbindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) unterhalb der konzentrisch angeordneten Bereiche (4, 5) mit den Heizvorrichtungen (6, 7) einen Sedimentationsteil (8) aufweist, der mit einem Ablaßstutzen (10) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbehälter (1) mit Stüt­ zen (23) auf einem fahrbaren Untergestell (24) steht.