CH651380A5 - Offener ringkammerofen fuer die herstellung von kohlenstoffhaltigen formkoerpern und verfahren zu dessen betrieb. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen offenen Ringkammerofen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie Verfahren zu dessen Betrieb. Die kohlenstoffhaltigen Körper werden im allgemeinen aus einer mit einem Bindemit-io tel wie beispielsweise Teer und/oder Pech versehenen Masse von Petrolkoks, Glanzkohle, Russ, Graphit oder dgl. hergestellt. Beim Brennen derartiger Formkörper wird das Bindemittel verkokt, wodurch die gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften erzielt werden.

i5 Insbesondere werden auf diese Weise in offenen Ringkammeröfen Anoden für die Aluminiumschmelzflusselektrolyse hergestellt.

Der offene Ringkammerofen besteht aus einer Anzahl stationärer, aneinandergereihter Brennkammern. Die Brenn-2o kammern sind durch quer zur Aneinanderreihung liegender Gurtwände voneinander abgegrenzt und durch längs zur Aneinanderreihung verlaufende Feuerschächte in Kassetten unterteilt.

Durch Parallelanordnung von zwei Brennkammerreihen 2s und überbrücken ihrer beiden Feuerschachtsysteme wird für die Feuerschächte ein Ringzustand hergestellt.

In die Kassetten wird das Brenngut - z.B. Anoden für die Aluminiumschmelzflusselektrolyse - eingebracht. Um während des Aufheizvorganges Zusammenbacken und Deforma-3o tionen zu verhindern und ferner durch Erzeugung einer möglichst nichtoxidierenden Atmosphäre den Abbrand des Brennguts im oberen Bereich der Temperaturbehandlung zu vermeiden, sind die Anoden vollkommen in ein Füllpulver aus Petrolkoks, metallurgischem Koks, Anthrazit oder dgl. 35 gebettet. Dadurch sind sie gleichzeitig voneinander und gegen die Feuerschachtwände und den Boden getrennt.

Das Brennen der Anoden geschieht indirekt durch Beheizen der Feuerschächte mit externen mobilen Brennern. Bei einem Brennvorgang werden mehrere Brennkammern zu einem 4o Brandzug zusammengefasst, die über einen Rauchgas-Absauger an die Rauchgasringleitung - diese umschliesst üblicherweise den gesamten Ofen - angeschlossen sind. Die Anzahl der zu einem Brandzug zusammengefassten Kammern richtet sich sowohl nach der Geometrie der Kassetten und Feuer-45 Schächte als auch nach der Brandführung. Die Anzahl der Brandzüge dagegen ist von der Ofengrösse, d.h. von der Anzahl der Kammern abhängig.

Im allgemeinen besteht eine Brandzugsanordnung aus einer Dichtkammer, einer Vorwärmzone, einer Heizzone - jede 5o Zone etwa 3 Kammern - und einer Kühlzone mit etwa 6 Kammern.

In der Vorwärmzone werden die Verbrennungsgase durch mit noch ungebrannten Anoden gefüllten Brennkammern geleitet und über den Absauger der Rauchgasringleitung zu-55 geführt.

Durch den Anschluss des Absaugers an die Rauchgasringleitung entsteht in den Feuerschächten des Brandzuges ein Unterdruck. Dadurch wird die zur Verbrennung des Brennstoffs - im allgemeinen Gas oder Öl - erforderliche Luft so durch die noch mit bereits gebrannten Anoden gefüllten 1 bis 2 Kammern hinter der Heizzone liegenden geöffneten Gurtwandöffnungen in die Feuerschächte gesogen und dabei vorgewärmt. Ferner gelangt eine erhebliche Luftmenge als Falschluft durch das poröse Mauerwerk und die geschlosse-«5 nen Brennerlöcher und Gurtwandöffnungen in die Feuerschächte.

In der Kühlzone wird zum Abkühlen der bereits gebrannten Anoden Luft in die Feuerschächte eingebracht, die gleich

zeitig teilweise zur Verbrennung dient. Dies geschieht im allgemeinen mittels 2 Kühlventilatoranordnungen, die entweder 3 und 5 oder 3 und 4 oder 4 und 5 Kammern hinter der Heizzone auf den Gurtwänden montiert sind. Die erwärmte Luft entweicht bei Verwendung von Druckventilatoren durch die geöffneten Brennerlöcher und Gurtwandöffnungen aller Brennkammern der Kühlzone.

Die erreichbare Kühlleistung ist stark vom Querschnitt der Luftaustrittsöffnungen - Gurtwandöffnungen und Brennerlöcher - abhängig. Beim Einsatz der Kühlventilatoren ist nämlich der anwendbare Überdruck begrenzt, da ansonsten -besonders im Bereich des Ventilators - durch zu intensive Luftzufuhr Füllpulver und Brenngut einem starken Abbrand unterworfen werden.

Bei einer Anordnung der Kühlventilatoren auf benachbarten Gurtwänden, z.B. 3 und 4 Kammern hinter der Heizzone, kommt es in der dazwischenliegenden Kammer zu einem Stau der Kühlluft, da die von beiden Ventilatoren in die Kammer eingeblasene Luft nur durch die kleinen Brennerlöcher entweichen kann, während die Luft, die in die beidseits benachbarten Kammern eingeblasen wird, auch über die geöffneten Gurtwandöffnungen austritt.

Auch eine Anordnung der Ventilatoren hinter der 3. und 5. Kammer nach der Heizzone, also bei einer Anordnung mit zwischen den Ventilatoren liegender freier Gurtwand mit geöffneten Gurtwandöffnungen hat Nachteile. Da für das Entweichen der Kühlluft der zwischen den Ventilatoren liegenden Brennkammern ausser den Brennerlöchern nur eine einzige Gurtwand mit ihren geöffneten Gurtwandöffnungen zur Verfügung steht, während die Kühlluft der diesen beiden benachbarten Kammern durch die Gurtwandöffnungen je einer Gurtwand entweichen kann. In jedem Fall wird die zwischen den Ventilatoren liegende Brennkammer wegen unzureichender Luftaustrittsöffnungen ungenügend gekühlt.

Die kalzinierten Anoden werden jeweils am Ende der Kühlzone eines Brandzuges aus der Brennkammer genommen, worauf anschliessend die leere Brennkammer wieder mit neuem ungebranntem Brenngut beschickt wird.

Durch Umsetzen in vorbestimmten, regelmässigen Zeitintervallen von Absauger, Brennern und Kühlventilatoren zu einer benachbarten Kammer wandern die Brandzüge zyklisch (quasi kontinuierlich) um den Ofen.

Nach dem beschriebenen Stand der Technik sitzt der Absauger auf der Gurtwand und die jeweils unmittelbar vor dem Absauger liegende Brennkammer fungiert als Dichtungskammer. Sie ermöglicht den kontrollierten Aufbau des erforderlichen Unterdrucks im Brandzug. Zur einwandfreien Abdichtung ist es erforderlich, dass die Dichtungskammer mit Brenngut und Füllpulver gefüllt ist. Desweiteren wird die senkrechte Gurtwandöffnung der der Dichtungskammer und dieser unmittelbar benachbarten Kammer zum Ein- oder Auspacken gemeinsamen Gurtwand mit einem Steckschieber abgedichtet. Durch den in der Dichtungskammer herrschenden Unterdruck wird der Steckschieber gegen eine Dichtflä-che gedrückt. Um die Dichtwirkung zu erhöhen, werden zusätzlich die Brennlöcher der Dichtungskammer geschlossen.

Sowohl die Umlaufgeschwindigkeit - der sogenannten Feuerfortschritt - und die Anzahl der Brandzüge als auch das Fassungsvermögen der Kammern bestimmen die Produktionskapazität eines derartigen Ofens.

Die Erfinder haben sich zum Ziel gesetzt, einen Ofen der oben beschriebenen Art so auszubilden und derartig zu betreiben, dass die Produktionsrate erhöht wird und/oder die Qualität des Brenngutes verbessert werden kann.

Die Produktionsrate kann entweder durch schnelleren Feuerfortschritt oder durch Hinzufügen von zusätzlichen Brandzügen erhöht werden. Bei vorgegebener Ofengeometrie ist ein schnellerer Feuerfortschritt bei gleichzeitiger Beibehal-

3 651380

tung der Betriebsweise nach dem oben beschriebenen Stand der Technik unzweckmässig, da dann die Qualität des Brenngutes negativ beeinfluss wird.

Die nachteilige Wirkung der Dichtungskammer als Ver-5 schluss des Brandzugs ist seit langem bekannt: Bei einem bestehenden Ofen engt die Dichtungskammer die notwendige Flexibilität der Ofenführung stark ein. Bei Neuanlagen bindet sie erhebliche Investitionsmittel. Dadurch, dass sie im Bereich des maximalen Unterdrucks liegt, werden wegen der Luft-lodurchlässigkeit von Füllpulver und Feuerschachtwänden erhebliche unerwünschte Falschluftmengen der Ringleitung und damit der sich anschliessenden Rauchgasreinigung zugeführt.

Um die vorgenannte Zielsetzung zu erreichen, haben sich i5 daher die Erfinder die Aufgabe gestellt, einen offenen Ringkammerofen so auszubilden und derart zu betreiben, dass der Brandzug weniger Brennkammern beinhaltet, insbesondere dass die nicht aktiv am thermischen Brennzyklus teilnehmende Dichtungskammer eines Brennzyklusses entfällt. 2o Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1,8 und 9 aufgeführten Merkmale gelöst. Demnach wird der Absauger nicht wie bisher üblich auf die Gurtwand gesetzt, sondern auf die Feuerschachtbereiche der dieser Gurtwand benachbarten Kam-25 mern der Vorwärmzone. Um die Wirkung dieser Kammern zum Vorwärmen der darin gelagerten ungebrannten Anoden nicht oder nur unwesentlich zu beeinträchtigen, ist es zweckmässig, den Absauger höchstens um >/3 der Kammerlänge von der ursprünglichen Lage auf der Gurt wand weg auf die 3o Feurschachtbereiche zu plazieren. Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Absauger im Bereich zwischen Gurtwand und dem nächst liegenden Brennerloch der anschliessenden Vorwärmkammer - als erstes Brennerloch bezeichnet - sitzt. Als besonders zweckmässig, weil einfach durchzufüh-35 ren, hat es sich erwiesen, den Absauger direkt auf die Stelle des ersten Brennerloches zu plazieren. Selbstverständlich müssen zur einwandfreien Funktion des Absaugers die Stellen in der Gurtwand, wo sich der Absauger nach dem Stand der Technik befinden würde, geschlossen und die Feuerschächte 40 aller Kammern an den entsprechenden Stellen, wo der Absauger erfindungsgemäss plaziert wird, geeignet, d.h. entsprechend dem Querschnitt des Absaugestutzens geöffnet werden. Für den Fall, dass das erste Brennerloch für diesen Zweck Verwendung findet, werden die ersten Brennerlochsteine 45 durch neu gestaltete Absaugeranschlusselemente mit der entsprechend grossen Öffnung ersetzt. Das erste Brennerloch wird normalerweise ohnehin nicht als solches gebraucht. Es übernimmt seine Funktion als Brennerloch nur im Fall einer Umdrehung der Feuerrichtung. Um auch weiterhin eine Reso versierung der Feuerrichtung zu ermöglichen, wird das neue Absaugerelement so gestaltet, dass es durch einen Brennerlochstein ausgewechselt oder mit Hilfe eines Einsatzes in ein Brennerloch übergeführt werden kann. Somit werden für die optimale Betriebsweise die jeder Gurtwand beidseits nahe lie-55 genden Bereiche der Abdeckung der Feuerschächte mit den neuen Absaugerelementen ausgerüstet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Diese zeigt in 6o Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Feuerschacht über zwei Kammern mit aufgesetztem Absauger,

Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch einen Feuerschacht über 3 Kammern mit aufgesetzten Kühlventilatoren.

Fig. 1 zeigt einen Feuerschacht, bestehend aus dem Be-65 reich 11 in der ersten Kammer A des Brandzuges und dem Bereich 12 der ersten Kammer B vor dem Brandzug, wobei die Bereiche 11 und 12 durch die Gurtwände 20,21,22 abgegrenzt sind. Der Feuerschacht 11,12 ist mit feuerfesten Plat-

651 380

ten 30 abgedeckt, die mit den Brennerlöchern 31,32,33, der speziellen Öffnung 34 für das Aufsetzen des Absaugers 40 sowie der Öffnung 35 über der Gurtwand 20,21,22 versehen sind. Die Durchgangsöffnung 36 in der Gurtwand kann durch einen Steckschieber 50 geschlossen werden. Gemäss der Erfindung ist der Absauger 40 auf die Öffnung 34 gesetzt.

Diese neue, gegenüber der Gurtwandachse versetzte Anordnung des Absaugers 40 ermöglicht zur Aufrechterhaltung des in den Feuerschächten des Brandzuges erforderlichen Unterdrucks, den Steckschieber 50 gegenüber dem Betreiben des Ofens nach dem Stand der Technik um eine Gurtwand zu versetzen, ihn also unmittelbar an den Beginn der ersten sich in Vorwärmung befindlichen Brennkammer zu plazieren. Die Öffnung 36 der Gurtwand 21 ist dann durch den Steckschieber 50 geschlossen. Kammer A dient weiterhin dem Stand der Technik entsprechend als Vorwärmkammer.

Kammer B wurde nach dem Stand der Technik als Dichtungskammer verwendet und musste mit Anoden und/oder Füllgut gefüllt sein. Gemäss der Erfindung wird Kammer B für den Ablauf des Brennprozesses nicht benötigt, d.h. die Notwendigkeit einer Dichtungskammer erübrigt sich und die nach dem Stand der Technik dafür vorgesehene Kammer B kann beim erfindungsgemässen Verfahren für das Aus- und Einpacken des Brenngutes genutzt werden.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung werden folgende Vorteile erreicht:

-zum Betreiben des Ofens ist pro Brandzug eine Kammer weniger erforderlich.

- Die durch die schlechte Dichtwirkung der Dichtungskammer resultierenden erheblichen Falschluftmengen entfallen.

- Der Strömungs verlauf der Rauchgase in dem Absauger 40 wird wegen der geringen Durckverluste günstiger.

Die erfindungsgemässe Anordnung des Absaugers hat weiterhin erhebliche Vorteile in der Kühlzone des Brandzugs. Diese sollen beispielsweise anhand der Fig. 2 erläutert werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Feuerschachtbereich am Ende des Brandzuges, d.h. am Ende der Kühlzone mit den Kammern C und D. Über zwei benachbarte Öffnungen 35 der benachbarten Gurtwände 24,25 sind die Kühlventilatoren 60,61 angebracht. Die Durchgangsöffnung 36 der Gurtwand 25 ist durch den Schieber 51 verschlossen. Die Gurtwand 25 beendet somit den Brandzug. Durch die erfindungsgemässe Absaugeranordnung wurde pro Feuerschachtbereich 13,14 der den Absaugern 60,61 nächsten Kammern C, D eine zusätzliche, der Grösse des Absaugerstutzens entsprechende Öffnung 34 geschaffen, die in der Kühlzone als Luftaustrittsöffnung Verwendung findet. Die Richtung der eingebrachten Kühlluft ist zwingend festgelegt. Die Luft durchströmt den vor dem jeweiligen Kühlventilator 60,61 liegenden Feuerschachtbereich 13,14 der Kammern C und D und verlässt s diesen durch die Brennerlöcher 31,32,33, die Austrittsöffnung 34 und gegebenenfalls bei nicht aufeinanderfolgender Ventilatoranordnung durch die Gurtwandöffnung 35. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine grössere Kühlluftmenge pro Zeiteinheit durch die Feuerschächte zu blasen und dabei io eine gleichmässige Kühlung des Brenngutes zu bewirken,

denn der starke Luftstrom, hervorgerufen durch die entgegengerichteten Teilluft ströme der Kühlventilatoren bei Abführung der Kühlluft ausschliesslich durch Brennerlöcher, gegebenenfalls auch benachbarte freie Gurtwandöffnungen ent-i5 sprechend dem Stand der Technik wird verhindert. Pro Brandzug wird auch in der Kühlzone eine Brennkammer weniger erforderlich. Die eingesparte Brennkammer kann z.B. wie schon die eingesparte Dichtungskammer zum Ein- und Auspacken der Anoden genutzt werden.

20 Das Betreiben eines offenen Ringkammerofens nach dem erfindungsgemässen Verfahren erfordert somit pro Brandzug 2 Brennkammern weniger. Hieraus ergeben sich folgende konkrete wirtschaftliche Vorteile:

In Abhängigkeit der vorhandenen Anzahl Brennkam-25 mern bzw. Brandzüge lässt sich bei bestehenden Öfen entweder a) ein zusätzlicher Brandzug einrichten oder b) bei beibehaltener Anzahl Brandzügen

- durch Reduktion der am Brennprozess beteiligten Kam-3o mern eine Erhöhung der Betriebsflexibilität erreichen oder

- die Anzahl der sich in Aufheizung befindlichen Brennkammern eines Brandzuges kann erhöht werden.

Ein zusätzlicher Brandzug ergibt z.B. bei einem Ofen mit 2 schon vorhandenen Brandzügen eine Produktionserhöhung 35 von 50% bzw. bei einem Ofen mit 3 schon vorhandenen Brandzügen noch 33%.

Erhöhung der Betriebsflexibilität meint, dass für das Ein-und Auspacken des Brenngutes und/oder für Reparaturen 40 und Betriebsstörungen, die entweder die Qualität des gebrannten Guts oder deren Produktionsmenge ungünstig beeinflussen, Reservekammern vorhanden sind, die, ohne jeweils den Feuerfortschritt der Brandzüge zu beeinflussen, ausgleichend auf den Ofenbetrieb wirken.

45 Eine Erhöhung der Anzahl der Kammern im Bereich der Aufheizung führt in der Regel zu einer besseren Produktequalität oder über die Senkung des Feuerfortschritts zur Produktionserhöhung.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

651 380 PATENTANSPRÜCHE

1. Offener Ringkammerofen für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Formkörpern, insbesondere von Elektroden für den Ahiminiumschmelzflusselektrolyseprozess nach Hall-Herould, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Feuerschächte des Ofens dem Querschnitt des Stutzens des Absau-gers (40) entsprechende Öffnungen (34) vorgesehen sind.

2. Offener Ringkammerofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Feuerschachtbetrieb (11,12,13,14) einer Kammer jeweils eine erste Öffnung (34) höchstens um ein Drittel der Länge des Feuerschachtbereichs einer Kammer von der die Kammer begrenzenden einen Gurtwand (21) entfernt, vorzugsweise zwischen dieser Gurtwand und dem dieser Gurtwand am nächsten liegenden Brennloch angeordnet ist.

3. Offener Ringkammerofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (34) den gleichen Abstand von der einen Gurtwand (21) aufweist wie das der die Kammer begrenzenden anderen Gurtwand (22) am nächsten liegende Brennloch (31) von der anderen Gurtwand (22).

4. Offener Ringkammerofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede erste Öffnung (34) in die gleiche Richtung weg von ihrer am nächsten liegenden Gurtwand angeordnet ist.

5. Offener Ringkammerofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Feuerschachtbereich jeweils eine zweite Öffnung (34) vorgesehen ist.

6. Offener Ringkammerofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der zweiten Öffnung (34) von der die Kammer begrenzenden anderen Gurtwand (22) gleich ist dem Abstand der ersten Öffnung (34) von der einen Gurtwand (21).

7. Offener Ringkammerofen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz vorgesehen ist, um jede Öffnung (34) in ein Brennerloch umgestalten zu können.

8. Verfahren zum Betrieb des offenen Ringkammerofens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Brandzug in der Vorwärmezone pro Feuerschacht

- beim Feuerschachtbereich (11) der ersten Kammer auf die erste Öffnung (34) der Absauger (40) plaziert wird,

- alle weiteren ins Freie führenden Öffnungen (34), Brennerlöcher (31,32,33) und Ventilatorlöcher (35) geschlossen gehalten werden,

- die Durchgangsöffnung (36) der dem Absauger (40) am nächsten liegenden Gurtwand (21) durch einen Steckschieber (50) geschlossen gehalten wird. (Fig. 1)

9. Verfahren zum Betrieb des offenen Ringkammerofens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Brandzug in der Kühlzone pro Feuerschacht

- beim Feuerschachtbereich (13,14) der den Absaugern (60,61) nächsten Kammern mindestens eine Öffnung (34) als Luftaustrittsöffnung verwendet wird,

- die sich unter dem letzten Kühlventilator (61) befindliche Durchgangsöffnung (36) der Gurtwand (25) durch einen Steckschieber (51) verschlossen gehalten ist. (Fig. 2)

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizzone pro Feuerschachtbereich einer Brennkammer

- die erste Öffnung (34), auf der in der Vorwärmzone der Absauger (40) plaziert wird, geschlossen gehalten wird,

- bei Vorhandensein der zweiten Öffnung (34) diese mittels des Einsatzes als Brennerloch verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizzone pro Feuerschachtbereich einer Brennkammer

- die erste Öffnung (34), auf der in der Vorwärmezone der Absauger (40) plaziert wird, geschlossen gehalten wird,

- bei Vorhandensein der zweiten Öffnung (34) diese mittels des Einsatzes als Brennerioch verwendet wird.