DE3626889C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Brennofen zur kontinuierlichen
Herstellung selbstbackender langgestreckter Kohlekörper aus
einem kohlehaltigen ungebrannten Elektrodenmaterial in einem
Metallmantel von über dessen Längserstreckung gleichförmigem
Querschnitt, wobei der Brennofen eine mit einem feuerfesten
Material ausgekleidete Brennkammer und eine Heizeinrichtung
für die offene Feuerung der Brennkammer aufweist. Unter diesen
Kohlekörpern sind insbesondere Kohleelektroden für elektrische
Schmelzöfen und beispielweise Futterblöcke und Anoden- und
Kathodenelemente für Elektrolysezellen für die
Aluminiumgewinnung zu verstehen.
Die Kohlekörper bzw. deren Metallmantel können eine
unterschiedliche, jedoch über ihre Länge gleichbleibende
Querschnittsform aufweisen und beispielsweise kreisförmig oder
rechteckig, aber auch anders geformt ausgestaltet sein.
Es ist bekannt, langgestreckte Kohlekörper kontinuierlich in der
Weise herzustellen, daß man eine plastische, aus einem
Kohlematerial und einem kohlenstoffhaltigen Binder bestehende
Elektrodenmasse in einem abschnittsweise oben immer wieder zu
verlängernden Metallmantel zum festen Kohlekörper brennt, indem
man den mit der Elektrodenmasse gefüllten Metallmantel
kontinuierlich oder im wesentlichen kontinuierlich mit einer der
vorgesehenen Backrate angepaßten Geschwindigkeit relativ durch
einen mit äußerer Energie heizbaren Brennofen absenkt.
Ferner ist bekannt, dazu einen perforierten Metallmantel zu
verwenden, um die beim Brennen sich aus der Elektrodenmasse
entwickelnden kohlenstoffhaltigen Gase zur Erzielung einer
besseren Qualität des gebrannten Kohlekörpers aus dem
Metallmantel herauszulassen und desweiteren zur Einsparung von
äußerer Heizenergie für den Brennofen in diesem zu verbrennen;
vgl. hierzu auch die DE-PS 34 43 434 und die darin zitierte
weitere Literatur.
Wie sich bei der Anwendung dieser konventionellen Technik der
Ausleitung der sich aus der Elektrodenmasse entwickelnden Gase
in den Brennofen herausgestellt hat, kondensiert eine Teilmenge
dieser Gase im oberen Teil des Brennofens, in den der mit
kalter Elektrodenmasse gefüllte, noch kalte Metallmantel
eintritt. Das Kondensat, das eine Vielzahl unterschiedlicher
Kohlenwasserstofffraktionen enthält, verkohlt wegen der
herrschenden hohen Temperaturen teilweise und bildet im oberen
Teil des Brennofens allmählich anwachsende harte Verkrustungen
aus, die dazu führen, daß der zwischen dem Einlaß des Brennofens
für den Metallmantel und dem Metallmantel ausgebildete Ringspalt
mit der Zeit zuwächst. Das führt dazu, daß sich nach einer
Betriebszeit des Brennofens von einigen Wochen der Metallmantel
nicht mehr durch den Brennofen führen ließe, sofern man den
Brennofen nicht reinigte. Der Brennofen ist also dauernd zu
kontrollieren und muß von Zeit zu Zeit stillgelegt werden, um
die aufgewachsenen Kohleverkrustungen zu beseitigen. Dieses
wiederum erfordert eine Teildemontage des Brennofens. Außerdem
tritt eine Auskühlung der Backzone des
Kohlekörpers ein, unter der die Festigkeit der gebrannten
Kohlekörper leidet.
Steht der Brennofen in direktem Betrieb mit einem elektrischen
Schmelzofen, in den dessen Kohleelektrode unmittelbar aus dem
Brennofen hineinproduziert wird, muß während der Reinigung des
Brennofens von den aufgewachsenen Kohleverkrustungen
gleichzeitig der elektrische Schmelzofen außer Betrieb genommen
werden, was Produktionsverluste bedingt. Im übrigen tritt ein
hohes Risiko für einen Bruch der Kohleelektrode ein, sobald der
wegen der Brennofenunterbrechung festigkeitsgeminderte
Elektrodenabschnitt in den Schmelzofen gelangt.
Im übrigen ist es bei den bekannten Brennöfen so, daß
sich der Metallmantel nicht gasdicht durch den Brennofen führen
läßt, so daß ein Teil der in der Brennkammer des Brennofens
auftretenden Gase unkontrolliert in die Umgebung entweicht.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Brennofen
für die kontinuierliche Herstellung in einem Metallmantel,
insbesondere in einem perforierten Metallmantel, selbstbackender
langgestreckter Kohlekörper zur Verfügung zu stellen, bei dem
Kohleverkrustungen in seinem oberen Teil unterbunden bleiben,
und der zwischen dem Metallmantel und dem Ein- und Auslaß des
Brennofens abgasdicht arbeitet.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man die
Brennkammer oben soweit kühlt und kühl hält, daß die im oberen
Teil des Brennofens kondensierenden kohlenstoffhaltigen Gase
keinen für eine Verkohlung ausreichenden Temperaturen mehr
ausgesetzt sind, und daß man im Bereich des Einlasses und des
Auslasses des Brennofens Einrichtungen vorsieht, die ein
Austreten von Gasen aus der Brennkammer entlang dem Metallmantel
in die Umgebung verhindern.
Verwirklicht wird dieses Ziel grundsätzlich gemäß der Merkmale
des Erfindungsanspruches 1.
Ein Brennofen gemäß der Erfindung weist eine äußere
Stahlummantelung und eine innere Auskleidung mit einem
feuerfesten Material auf, welche die den vorgesehenen
Metallmantel des Kohlekörpers umgebende Verbrennungskammer
aufbaut bzw. abgrenzt. Zwischen dem oberen Teil der feuerfesten
Auskleidung und dem Metallmantel für den Kohlekörper ist eine
Kühlkammer mit der Wirkung eines allseits kühlenden Kühlmantels
angeordnet, die unten in die Verbrennungskammer hineinreicht,
vorzugsweise jedoch mit der unteren Begrenzung des Kopfes der
Verbrennungskammer abschließt, und die oben über den Kopf der
Verbrennungskammer hinausragt.
Die Kühlkammer ist so ausgelegt, daß ihre zum Brennraum weisende
Bodenfläche gegenüber Temperaturen zwischen 700 und 1300°C im
Brennraum unter einer Temperatur von 400°C gehalten werden
kann. Dabei ist die Kühlkammer als Durchströmungskammer für
ein zirkulierendes Kühlmedium ausgestaltet. Bevorzugtes
Kühlmedium ist Wasser.
Für die Gasabdichtung ist oberhalb der Kühlkammer eine flexible,
gegen den Metallmantel für den Kohlekörper andrückbare
Dichtungsmanschette angeordnet und unterhalb der Brennkammer
eine Außenluftgegenstromdichtung vorzugsweise vorgesehen.
Ferner wird zur korrekten Führung des Metallmantels durch den
Brennofen ein an der Kühlkammer angeordneter Führungsring
angewendet.
Nähere Einzelheiten und weitere Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Erfindungsansprüchen und aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels.
Es wird ein Brennofen gemäß der Erfindung zur kontinuierlichen
Herstellung in einem Metallmantel selbstbackender
langgestreckter Kohlekörper anhand von zwei Figuren beschrieben.
Dieses Beispiel betrifft im speziellen einen Brennofen für
Kohlekörper kreisförmigen Querschnitts, beispielsweise
Kohleelektroden für elektrische Schmelzöfen.
Im Hinblick darauf, daß, wie eingangs angegeben, mit einem
Brennofen gemäß der Erfindung auch langgestreckte Kohlekörper
in einem Metallmantel anders gestalteten gleichförmigen
Querschnitts herzustellen sind, verstehen sich bei den
nachfolgenden Erläuterungen diejenigen Maßnahmen, die für
Kohlekörper kreisförmigen Querschnitts spezifisch sind,
insoweit als an die anderen Querschnittsformen angepaßt oder
anzupassen. Es zeigt
Fig. 1 einen Brennofen gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt
und
Fig. 2 einen Ausschnitt von Fig. 1 in größerer und
ausführlicherer Darstellung.
Der in Fig. 1 dargestellte Brennofen 1 dient zur Herstellung
langgestreckter Kohlekörper 2 in einem Metallmantel 3. Hierzu
wird der Metallmantel 3 mit plastischer ungebrannter
Elektrodenmasse 4, die aus einem Kohlematerial und einem
kohlenstoffhaltigen Binder besteht, ausgefüllt und im Brennofen
1 erhitzt, wodurch die Elektrodenmasse 4 zum festen Kohlekörper
2 gebrannt wird. Um die beim Brennen des Kohlekörpers 2 aus der
Elektrodenmasse 4 sich entwickelnden Gase abzuleiten, ist der
Metallmantel 3 vorzugsweise perforiert (nicht gezeigt).
Der Brennofen 1 weist eine äußere Ummantelung 5 und eine
feuerfeste Auskleidung 6 auf, die den Brennraum oder die
Brennkammer 7 begrenzt. Zur Aufheizung des Brennraums 7 auf die
erforderliche Brenntemperatur dient wenigstens ein Brenner 8
für einen festen, flüssigen oder gasförmigen Heizstoff, wobei
der oder die vorzugsweise tangential zum Brennraum 7
angeordneten Brenner 8 über Versorgungsleitungen 9, 10 mit dem
Brennstoff und mit der Verbrennungsluft beschickt werden.
Unterhalb des Bodenteils der feuerfesten Auskleidung 6 befindet
sich ein Ringkanal 11 für die Aufnahme der Abgase des
Brennofens 1, die durch ein Auslaßrohr 12 abgesaugt werden,
wobei sich die Stärke des Abgasstromes vermittels eines Ventils
oder einer Drosselklappe 13 in dem Absaugrohr 12 regulieren
läßt.
Der zentrale Durchlaß des Abgasringkanals 11 besitz einen etwas
weiteren Durchmesser als der ihn durchlaufende Metallmantel 3
des gebrannten Kohlekörpers 4, so daß ein Ringspalt 14
ausgebildet ist, durch den beim Betrieb des Brennofens 1
Außenluft von unten eingesaugt wird, die mit den Abgasen wieder
abzieht. Mit dieser Außenluftgegenstromdichtung läßt sich also
verhindern, daß Verbrennungsgase aus der Brennkammer 7 an dem
Metallmantel 3 abwärts in die Umgebung entweichen.
Der obere Teil 15 der feuerfesten Auskleidung 6, der den
Kopfteil der Brennkammer 7 bildet, weist ebenfalls einen
Durchlaß für den Metallmantel 3 auf. Diese Öffnung ist so weit
bemessen, daß sie zwischen dem Kopfteil 15 der feuerfesten
Auskleidung 6 und dem Metallmantel 3 Raum für die Einordnung
einer Kühlkammer 16 bietet.
Diese Kühlkammer 16 umschließt den Metallmantel 3 nach Art
eines Kühlmantels, läßt dabei aber einen Zwischenraum frei,
und ist für die Zirkulation eines durch eine Zuleitung 17
zugeführten und durch eine Ableitung 18 abgeführten Kühlmediums,
vorzugsweise Wasser, vorgesehen und kann (nicht gezeigte)
innere Kanäle oder Unterteilungen bzw. Umlenkeinrichtungen zur
Gewährleistung einer besonders wirksamen Durchströmung des
Kühlmediums aufweisen. Die Kühlkammer 16 endet unten wenigstens
in Höhe der unteren Begrenzung des Kopfteils 15 der Brennkammer
7 und bildet dort eine Kühlfläche oder einen Kühlboden 19 aus,
erstreckt sich nach oben über den Schmelzofen 1 hinaus und ist
über eine von ihr wegragende Ringplatte 20 mittels
Schraubbolzen 21 am Kopfteil der äußeren Brennofenummantelung 5
befestigt.
Bei Brennöfen 1, die zur Herstellung von Elektroden 4
unmittelbar in den mit ihnen betriebenen elektrischen
Schmelzofen dienen, sind die Ringplatte 20 und die
Brennofenummantelung 5 vorzugsweise durch eine Isolierschicht
25 gegeneinander elektrisch isoliert.
An ihrem oberen Ende weist die Kühlkammer 16 einen vorzugsweise
aus einem Eisenstab gefertigten Führungsring 22 zur Führung des
Metallmantels 3 durch den Brennofen 1 hindurch auf und ferner
eine Gasabdichtungseinrichtung 23 zur Verhinderung, daß
Verbrennungsgase aus der Brennkammer 7 an dem Metallmantel 3
aufwärts in die Umgebung entweichen, auf.
Wie näher in Fig. 2 gezeigt, enthält die
Gasabdichtungseinrichtung 23 an ihrem unteren Ende eine
Ringplatte 24, mit der sie auf der Kühlkammer 16 befestigt ist.
Die Platte 24 trägt an ihrem dem Metallmantel 3 zugekehrten Ende
zwei im Abstand voneinander angeordnete vertikalstehende
Flansche 26, 27, deren Zwischenraum zur Aufnahme einer
flexiblen, gegen den Metallmantel 3 vorwölbbaren
Dichtungsmanschette 28 aus einem hochschmelzenden Material
dient. An ihrem oberen Ende ist die Dischtungsmanschette 28
zwischen den Flanschen 29, 30 einer Gegenplatte 31 gehalten,
wobei die Gegenplatte 31 mittels einer Mehrzahl von
Gewindebolzen 32 mit Bedienungsgriff 33 an einem horizontalen
Querflansch des Flansches 26 der Platte 24 befestigt ist.
Durch Drehung der Gewindebolzen 32 an ihrem Bedienungsgriff 33
lassen sich der Abstand der Platten 24 und 31 voneinander und
damit die Auswölbung der Dichtungsmanschette 28 verändern, so
daß sich die Manschette 28 mit gewünschtem Anpreßdruck an den
Metallmantel 2 anlegen läßt.
Im Brennbetrieb wird der Brennofen 1 kontinuierlich oder im
wesentlichen kontinuierlich mit einer an die vorgewählte
Backrate angepaßten Geschwindigkeit relativ zum Metallmantel 3
aufwärts bewegt, wobei die ungebrannte Elektrodenmasse 4 nach
dem Eintritt in den Brennofen 1 sich im Metallmantel 3 aufheizt,
sich dabei vorübergehend mehr oder weniger verflüssigt und
schließlich zum festen Kohlekörper 2 gebrannt wird. Dabei
entwickeln sich innerhalb des Metallmantels 3 kohlenstoffhaltige
Gase, die durch die Perforationen in dem Metallmantel 3 in den
Brennraum 7 entweichen und dort größtenteils sofort verbrennen.
Wie oben geschildert, verbrennt jedoch ein Teil der aus der
Elektrodenmasse freigewordenen und in den Brennraum 7
gelangenden Gase nicht, sondern kondensiert am Kopfteil des
Brennofens und verkohlt nach dem Stande der Technik dort. Gemäß
der Erfindung sind am Kopfteil der Brennkammer nun die
Kühlfläche 19 und die sich nach oben fortsetzende, dem
Metallmantel 3 gegenüberliegende Kühlfläche der Kühlkammer 16
vorgesehen, an der, sofern ihre Temperatur gegenüber den
Verbrennungstemperaturen zwischen 700 und 1300°C im Brennraum
unter 400°C gehalten wird, die Gase zwar kondensieren, aber
nicht mehr verkohlen können. Bei verhinderter Verkohlung
tropft das Kondensat vielmehr nach und nach in den
Brennraum 7 und wird dort mitverbrannt. Im weiteren sorgt die
Kühlwirkung der Kühlkammer 16 auch für eine derartige Kühlung
des Metallmantels 3, daß Verkohlungen in dem Ringspalt zwischen
dem Metallmantel 3 und der Kühlkammer 16 ausbleiben. Im übrigen
wird die Dichtungsmanschette 28 gegen hohe Temperaturen
geschützt, was die Lebensdauer der Manschette 28 beträchtlich
erhöht.
Insgesamt liefert die Erfindung den Erfolg, daß die nach ihr
ausgestalteten Brennöfen zur kontinuierlichen Herstellung von
langgestreckten Kohlekörpern sehr hohe Betriebszeiten ohne
Schwierigkeiten und Stillegungen wegen aufgewachsener
Kohleverkrustungen besitzen und zufolge der sicher wirkenden
Abdichtungen oberhalb und unterhalb des Brennofens ein
unkontrolliertes Austreten von Verbrennungsgasen aus dem
Brennofen zum Schutze der Umwelt hervorragend unterbinden.
Wegen der Führungseinrichtung 22 am oberen Ende der Kühlkammer
16 und der Abgasdichtungseinrichtungen 23 oberhalb der
Kühlkammer 16 bzw. (14, 11, 12, 13) unterhalb der Brennkammer 7
besizt der Brennofen 1 selbst dann Vorteile, wenn die
Elektrodenmasse 4 nicht in einem perforierten Metallmantel 3
gebrannt werden soll, da jedenfalls der Brennofen bei offener
Befeuerung dann gleichfalls entlang des Metallmantels 3
abgasfrei arbeitet.
Sowohl bei perforiertem als auch bei unperforiertem Metallmantel
3 läßt sich statt einer Außenluftgegenstromdichtung (14, 11, 12)
eine Gasabdichtung nach der Bauart der Gasabdichtungeinrichtung
23 vorsehen, die besonders in Kombination mit einer zusätzlichen
Führungseinrichtung, beispielsweise eines Führungsringes
entsprechend dem Führungsring 22, überdies den Vorteil
erbrächte, daß der Metallmantel 3 bei seinem Durchlauf durch den
Brennofen 1 auch im unteren Brennofenbereich geführt wäre.
Claims (9)
1. Brennofen zur kontinuierlichen Herstellung selbstbackender
langgestreckter Kohlekörper aus einem kohlehaltigen
ungebrannten Elektrodenmaterial in einem Metallmantel von über
dessen Längserstreckung gleichförmigem Querschnitt, wobei der
Brennofen eine mit einem feuerfesten Material ausgekleidete
Brennkammer und eine Heizeinrichtung für die offene Befeuerung
der Brennkammer aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der Brennkammer (7) kühlbar
und der Metallmantel (3) hinsichtlich der Verbrennungsgase
dicht durch den Brennofen (1) hindurchführbar ist, wozu der
Brennofen (1)
- - eine zwischen dem oberen Teil (15) der feuerfesten Auskleidung (6) und dem vorgesehenen Metallmantel (3) angeordnete, den Metallmantel (3) umschließende und den Kopf des Brennofens (1) überragende Kühlkammer (16) mit einem einen Teil der Begrenzungsfläche der Verbrennungskammer (7) bildendem Kühlboden (19),
- - eine auf der Kühlkammer (16) oben aufsitzende Gasabdichtungseinrichtung (23) mit flexibler, gegen den Metallmantel (1) gekrümmter Dichtungsmanchette (28) und
- - eine unterhalb der Brennkammer (7) an dieser angeordneten zweite Gasdichtung entweder als Außenluftgegenstromdichtung (14, 11, 12) oder nach der Bauart der Gasabdichtungseinrichtung (23)
aufweist.
2. Brennofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlkammer (16) als Durchströmungskühler für die Zirkulation
eines Kühlmediums ausgebildet ist.
3. Brennofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasabdichtungseinrichtung (23) in der Weise ausgebildet
ist, daß die Dichtungsmanchette (28) zwischen zwei übereinander
angeordneten Platten (24, 31) eingespannt und der Abstand der
Platten (24, 31) voneinander unter Änderung des Krümmungsradius
der Dichtungsmanschette (28) einstellbar ist.
4. Brennofen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Platten
(24, 31) miteinander verbindende Schraubverbindungen (32) zur
Einstellbarkeit des Abstandes der Platten (24, 31) voneinander.
5. Brennofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß für die als Außenluftgegenstromdichtung
(14, 11, 12) ausgebildete zweite Gasdichtung ein den
vorgesehenen Metallmantel (3) umschließender Ringkanal (11)
mit Gasabsaugrohr (12) zur Aufnahme und Ableitung der aus der
Brennkammer (7) stammenden Gase vorgesehen ist, und der
Ringkanal (11) gegenüber dem Metallmantel (3) einen zum
Ringkanal (11) offenen Ringspalt (14) ausbildet.
6. Brennofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
das Absaugrohr (12) ein Ventil oder eine Drosselklappe (13) zur
Regulierung des Gasabsaugstromes eingeordnet ist.
7. Brennofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch einen an der Kühlkammer (16) angeordneten Führungsring
(22) zur Führung des Metallmantels (3) bei seiner Bewegung durch
den Brennofen (1).
8. Brennofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet
durch wenigstens einen tangential zur Brennkammer (7)
angeordneten Brenner (8) zur Verbrennung eines festen, flüssigen
oder gasförmigen Brennstoffs als Heizeinrichtung des Brennofens
(1).
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