DE3626889C2 - - Google Patents

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).