Bányászati és Kohászati Lapok - Aluminium, 1952 (4. évfolyam, 1-12. szám)
1952-01-01 / 1. szám
Alumínium 1. sz. 1952 január A kötőanyag szükséges mennyiségét vizsgálva megállapítható, hogy az három részből tevődik össze. Főtömegét képezi a száraz kokszőrlemény mérhető hézagtérfogatát kitöltő mennyiség. Kisebb hányadát alkotja a kokszszemcsék felületének beburkolásához szükséges rész. Utóbbi, mert rétegvastagságával eltávolítja egymástól a részecskéket, mint pótlólagos hézagtérfogat is jelentkezik. Az anódmassza kötőanyagtartalmának harmadik részét teszi ki az a mennyiség, ami a nagyüzemi gyártásnál előálló szemnagyság-ingadozás miatt esetenként előálló hézagtérfogatnövekedés biztos kitöltéséhez szükséges. Ez a mennyiség többnyire felesleg és csupán a kellő kötőanyagtartalom biztosítását célozza. A kötőanyag kielégítő mennyisége legegyszerűbben úgy állapítható meg, ha kb. 0,15 kg-os anódmasszadarabot 100—130 C fokra melegítünk, amikor annak felülete elegendő kötőanyag jelenlétében „kifényesedik“ a külsején kiválott kötőanyag feleslegétől. Túl kevés kötőanyagot tartalmazó anódmasszánál a darab külseje fénytelen marad. A kötőanyagfelesleg sokkal kevésbbé hátrányos, mint a kötőanyaghiány. Utóbbi esetében a kokszszemcsék felülete és a közöttük lévő hézagok nincsenek telítve kötőanyaggal. Az ilyenkor mutatkozó anódlemorzsolódást a koksz szemcséknek nem kielégítő „bekötöttsége“ okozza. A jelenség részletesebb ismertetését az anódmassza kiégési folyamatának leírása alább adja majd. A túlságosan nagy 5—10%-ot meghaladó kötőanyagtöbblet az anódok felső részén meggyűlik, mert a nagyobb sűrűségű kokszrészecskék benne leülepednek. Ily módon a leülepedett kokszőrlemény csupán a hézagtérfogatának megfelelő kötőanyagot tartalmazhatja. Az ezáltal az anódokon meggyűlő és egye szaporodó mennyiségű kötőanyagfelesleg, amennyiben nem párolog el, az Alkohókád üzeménél zavaróan hat. A kötőanyag eddig leírt szerepe a nyers, kiégetlen anódmasszával függött össze. Az anódtömb kiégésével kapcsolatos jelenségek leírásához szükséges elsősorban magának a kiégési folyamatnak rövid ismertetése. Az anódnak az Alkohókádba merülő része 940 — 960° C hőmérsékletű olvadékba merül és azzal egyező hőfokú. Minél jobban távolodunk az olvadék felszínétől felfelé, annál jobban csökken az anódtömb hőmérséklete. A fürdőfelszíntől kb. 1,00—1,30 m-nyire az anód hőfoka 100—140° C. Az anódmassza-kötőanyag általában 60—80° K&S lágyuláspontú kőszénkátrányszurokból áll. Az anódok lassú 10—20 mm-es napi leégése szükségessé teszi azoknak az olvadékba történő megfelelő ütemű besüllyesztését, hogy ily módon az anód-katód távolságnak kívánatos állandósága biztosítható legyen. Eközben az anódmassza anyaga lassanként egyre növekvő hőmérsékletűvé válik, aminek hatására a kötőanyag lassanként forrásnak indul. A hőmérséklet további emelkedése és a számos különböző forráspontú vegyületből álló kőszénkátrányszurok könnyebben és változatlan összetételben elpárolgó alkatrészeinek eltávozása után a visszamaradt rész az egyre erősödő hőhatásra elbomlik (krakkózzódik). Ez a bomlás a kötőanyag oly alkatrészeinél következik be, melyeknek forrpontja magasabb, mint bomlási hőfokuk. A hőbomlást szenvedő kötőanyagrész összetevőinek nagy és számos atomból összetett molekulái a hő hatására részben szétszakadnak, részben újra összekapcsolódnak és végeredményként főleg szurokkoksz, szénhidrogén és hidrogén gázok keletkeznek. A hőbomlás eredményeképpen keletkezett „kokszmaradék“ az eredeti kötőanyag mennyiségének a hőfokemelkedés sebességétől függően kb. 40—60 súlyszázaléka. A jó minőségű anódtömböket adó anódmassza kötőanyagjának laboratóriumi elkokszosításánál kívánatos, hogy annak százalékos kokszmaradványa és „szabad szén“-tartalma között a különbség minél nagyobb, de legalább 19 legyen. (4). Ilyen tulajdonságú a kőszénkátrányszurkok nagy része. Kis kokszmaradványuk miatt hazai tapasztalatok szerint kötőanyag céljára többnyire alkalmatlan a barnaszénkátrányból, illetőleg ásványolaj-pakurából kinyerhető „szurok“. Külföldön sikeres kísérletek folytak különböző módon nyert szén-, illetőleg bitumen extraktumok kötőanyagként történt alkalmazására. (5), (6). Vannak adatok barnaszénszurok kötőanyagként történt alkalmazására is. (7). A masszakiégés vázolt folyamatával kapcsolatos és a keletkező anód használhatóságára nagy befolyással van a kötőanyagnak elkokszolódásakor bekövetkező térfogat csökkenése. E térfogatcsökkenés oka a kötőanyag (cvB 1,30 g/cm3) és a belőle keletkező szurokkoksz ( cv 5 1,95 g/cm3) sűrűségének különbsége és előbbi részleges elpárolgása. A térfogatcsökkenés mérvének közelítő meghatározására alkalmas az alábbi összefüggés: M. S->\ C= 100 ( 1 — - ‘ V ahol \ 100. if*/ C — a kötőanyag kokszolódásakor beálló térfogatcsökkenés a teljes kötőanyagtérfogat százalékában, M — a kötőanyag kokszmaradéka súlyszázalékban, S, — a kötőanyag sűrűsége g/cm3, S2 — a kötőanyagból keletkező szurokkoksz sűrűsége g/cm3. A gyakorlatból vett példánál pl. M = 50%, S, = 1,30 g/cm3, S, = 1,95 g/cm3, a szóbanforgó anódmassza kötőanyagtartalma 28 térf. %. E példában az anódmassza kokszolódásakor a kötőanyag térfogatcsökkenése 67 térf. % (ha eredeti térfogatát 100%-nak vesszük). Az anódmasszák kötőanyagtérfogatának e nagymérvű csökkenését egyrészt az abból bomlatlanul elpárolgó összetevők, másrészt a koksszá válás folyamata idézi elő. A kötőanyagnak az anód kiégésénél bekövetkező jelentős térfogatcsökkenése egyúttal megmagyarázza a jó üzemi viselkedésű anódmaszszák kokszőrleményénél megkívánt jó térkitöltésnek, valamint az ezzel együttjáró legkisebb hézagtérfogatnak fontosságát. A kötőanyag térfogatának az anód kiégésekor bekövetkező nagy csökkenése két következménnyel jár. A nyert anódmasszában lévő és kötőanyaggal teljesen kitöltött hézagok a kiégéskor közelítően 2h térfogatukban újra „üresekké“ válnak, ami az anód anyagát hézagossá teszi.