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Dokumentenidentifikation DE3404322C3 06.08.1992
Titel Ofenkopf für Graphitierungsofen
Anmelder Sigri GmbH, 8901 Meitingen, DE
Erfinder Kandzia, Ulrich, Dipl.-Ing., 6232 Bad Soden, DE
DE-Anmeldedatum 08.02.1984
DE-Aktenzeichen 3404322
Offenlegungstag 14.11.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.04.1986
Date of publication of amended patent 06.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.08.1992
IPC-Hauptklasse F27B 13/06
IPC-Nebenklasse F27B 13/12   F27B 5/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Ofenkopf für einen Graphitierungsofen, besonders für einen Castner- oder Längsgraphitierungsofen, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Öfen zur Graphitierung von Kohlenstoffprodukten bestehen im allgemeinen aus einem rechteckigen mit körnigen feuerfesten Stoffen zugestellten Ofenbett, stirnseitigen Ofenköpfen, in die Graphitelektroden eingelassen sind, und bewegbaren Seitenwänden. In dem Acheson-Graphitierungsofen ist das zu graphitierende Gut alternierend mit Schichten aus einer körnigen Resistormasse zwischen den Ofenköpfen gestapelt und der Stapel mit einer körnigen Isoliermasse umschichtet. Die Erwärmung auf die Graphitierungstemperatur von etwa 3000° K erfolgt durch Widerstandserhitzung, wobei der elektrische Strom den Graphitelektroden in den Ofenköpfen über Stromschienen zugeführt wird. Mit steigender Temperatur dehnt sich das Einsatzgut zunächst gleichförmig, mit einsetzender Freisetzung des im Kohlenstoff enthaltenen Schwefels sprunghaft aus, und mit steigendem kristallinem Ordnungs- oder Graphitierungsgrad nimmt dann das Volumen des Einsatzgutes ab. Alle Volumenänderungen werden dabei im wesentlichen von dem körnigen Resistormaterial aufgefangen, dessen Packungsdichte sich entsprechend ändert, so daß an den kraftschlüssig mit dem Mauerwerk der Ofenköpfe verbundenen Graphitelektroden keine größeren Kräfte angreifen. Die Bildung von Spalten zwischen Mauerwerk und Elektrode ist allerdings nicht auszuschließen, vor allem wegen der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.

Acheson-Graphitierungsöfen sind robust und wenig störanfällig; weniger günstig sind u. a. der geringe energetische Wirkungsgrad und die niedrige Produktivität pro Flächeneinheit. Der zunächst von Castner vorgeschlagene Graphitierungsofen, der vielfach als Längsgraphitierungsofen bezeichnet wird, weist günstigere Wirkungsgrade auf. In einem Castnerofen ist das zu graphitierende Gut, z. B. in Form von zylindrischen Kohlenstoffkörpern ohne Zwischenlagen aus körnigem Resistormaterial zwischen die Graphitelektroden der Ofenköpfe eingespannt. Wenigstens eine Elektrode ist in Richtung der Ofenlängsachse beweglich und wird zur Einstellung eines niedrigen Kontaktwiderstands gegen den an der Gegenelektrode anliegenden in der Regel aus mehreren Kohlenstoffkörpern gebildeten Strang gepreßt (s. US-PS 10 29 121). Die Längenänderung des Strangs beim Graphitierungsprozeß, die in der Aufheizphase etwa +0,5 bis 1% und in der Abkühlphase des Ofens etwa -1 bis 1,5% beträgt, wird durch eine gegensinnige Verschiebung der Elektroden und der Druckapparatur in Richtung der Ofenlängsachse aufgefangen. Für die Verschiebbarkeit der Elektrode relativ zum Mauerwerk des Ofenkopfs ist ein Spiel zwischen Elektrode und Mauerwerk nötig. Der in den Spalt zwischen Elektrode und Mauerwerk eindringende Luftsauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff, und die Elektrode verbrennt. Wegen der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Graphitelektrode und keramischem Mauerwerk ist es grundsätzlich auch nicht möglich, über den gesamten Temperaturbereich eine konstante kleine Spaltbreite einzustellen. Versuche, die Spalten mit stopfbuchsähnlichen Dichtungen und Mineralfaserpackungen abzudichten, befriedigten nicht, da Dichtungen dieser Art unter den Bedingungen der Graphitierung nur begrenzt beständig sind. Mit dem Verschleiß der Packung dringt zunehmend das zu graphitierende Gut gegen Luftsauerstoff abschirmende körnige Resistormaterial in die Dichtung, wodurch permanente Spalten gebildet und das Einströmen von Luft begünstigt werden. Die Oxidationsrate der Elektrode ist entsprechend groß, und ihre Standzeit ist ungenügend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Angriff von Luftsauerstoff auf die Graphitelektroden in Ofenköpfen von Graphitierungsöfen zu verhindern und die Standzeit der Elektroden zu erhöhen.

Die Aufgabe wird mit einem Ofenkopf gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem Ofenkopf nach der Erfindung sind die sich parallel zur Ofenlängsachse erstreckenden Flächen der Elektrode während der gesamten Graphitierungsfahrt in innigem Kontakt mit dem Mauerwerk, wobei die Kontaktdrücke zwischen Bodensektion und Elektrode vom Gewicht der Elektrode und des Jochs, zwischen Elektrode und Joch vom Jochgewicht und zwischen Elektrode und Seitenblöcken durch die Vorspannung der Feder 6 bestimmt sind. Die Elektrode wird mit konstanter Kraft durch eine außerhalb des Graphitierungsofens angeordnete Druckvorrichtung gegen die zu graphitierenden Kohlenstoffkörper gepreßt, folgt den Längenänderungen dieser Körper bei ihrer Umwandlung in Graphit und ändert entsprechend ihre Lage relativ zum Mauerwerk um diesen Betrag. Zur Verminderung der Reibungskräfte bei der Relativbewegung von Elektrode und den Mauerwerksabschnitten sind zweckmäßig zwischen den Kontaktflächen geschliffene oder polierte Graphitplatten eingelegt. Zweckmäßig werden diese Platten mit der Bodensektion, den Seitenblöcken und dem Jochteil des Mauerwerks verklebt, verstiftet oder auf eine andere Art oder auch formschlüssig verbunden, so daß die Platten der Axialbewegung der Elektrode nicht folgen. Zwischenplatten aus Graphit verhindern wenigstens zum überwiegenden Teil auch den erosiven Verschleiß der sich bewegenden Graphitelektrode.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Seitenblock 2 mit der Bodensektion 1 beispielsweise durch Stifte oder eine Schwalbenschwanzverzapfung verbunden, und die Elektrode ist durch die Spannvorrichtung mit dem relativ zur Bodensektion bewegbaren Seitenblock 7 verspannt und gegen den Seitenblock 2 gedrückt. Axiale Bewegungen des Jochs werden zweckmäßig durch Zwangsführung in den Seitenblöcken 2, 7 verhindert, z. B. prismatische oder Nut- und Federführungen. Vorteilhaft ist auch eine entsprechende Führung des Seitenblocks 7 in der Bodensektion.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse des Graphitierungsofens,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Aufriß des Ofenkopfs nach Fig. 2.

Auf der in den Boden der Graphitierungshalle eingelassenen Bodensektion 1 des Ofenkopfs liegt die Elektrode 3 und drückt mit ihrem Gewicht auf die Unterlage (Fig. 1). Auf die Elektrode drückt das frei aufliegende Joch 8, das von der sich dehnenden Elektrode gehoben wird und auch beim Schwingen der Elektrode in der Abkühlphase der Elektrodenbewegung folgt. Die Bildung horizontaler Spalten zwischen Elektrode und Bodensektion bzw. Joch ist entsprechend nicht möglich. An den Seitenflächen der Elektrode liegen die Seitenblöcke 2, 7 an, die mit einer Spannvorrichtung gegen die Elektrode gepreßt werden, so daß während des Graphitierungsprozesses auch vertikale Spalten nicht gebildet werden. Die Spannvorrichtung enthält einen Zuganker 4, um Achsen 10 drehbare Hebel 5, Druckteller 11 und Druckfedern 6. Die Druckapparatur zum Verschieben der Elektrode, die Stromzuführung und die Kühleinrichtung sind zeichnerisch nicht dargestellt.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 stützt sich die Spannvorrichtung an dem Widerlager 12 ab. Durch die Verstiftung 13&min; und 13&min;&min; zwischen dem Seitenblock 2 und der Bodensektion 1 bzw. dem Joch 8 sind diese Mauerwerksteile kraftschlüssig verbunden. Horizontale Relativbewegungen sind nicht möglich, vertikale Bewegungen aber nicht beschränkt. Die Führung des Seitenblocks 2 ist in dieser Ausführungsform besonders einfach. Zur Senkung der Reibungskräfte zwischen den Mauerwerksteilen des Ofenkopfs und der sich in axialer Richtung bewegenden Elektrode sind zwischen den Mauerwerksteilen und der Elektrode geschliffene Graphitplatten 9 eingelegt.


Anspruch[de]
  1. 1. Ofenkopf für Graphitierungsofen, besonders für einen Castner-Graphitierungsofen, aus feuerfestem Mauerwerk und wenigstens einer in das Mauerwerk eingelassenen und in diesem in Elektrodenlängsrichtung verschiebbar gelagerten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Mauerwerksteil aus einer Bodensektion (1), aus je einem, an einer der beiden Elektroden-Seitenflächen anliegenden Seitenblock (2, 7) und aus einem Joch (8) gebildet ist, die Elektrode (3) auf der Bodensektion (1) und das Joch (8) auf der Elektrode (3) ruht und allein die Seitenblöcke (2, 7) mit einem Zuganker (4), Hebel (5) und Feder (6) aufweisenden Spannvorrichtung mit der Elektrode (3) verspannt sind.
  2. 2. Ofenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bodensektion (1), Seitenblöcken (2, 7), Joch (8) und der Elektrode (3) Graphitplatten (9) eingelegt sind.
  3. 3. Ofenkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitplatten (9) kraftschlüssig mit der Bodensektion (1), den Seitenblöcken (2, 7) und dem Joch (8) verbunden sind.
  4. 4. Ofenkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Seitenblock (2) kraftschlüssig mit der Bodensektion (1) verbunden und die Elektrode (3) durch die Spannungsvorrichtung mit dem anderen Seitenblock (7) verspannt und gegen den ersten Seitenblock (2) gepreßt ist.
  5. 5. Ofenkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (8) in den Seitenblöcken (2, 7) geführt ist.
  6. 6. Ofenkopf nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenblock (7) in der Bodensektion (1) geführt ist.






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