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Elektrodenmasse für selbstbrennende Elektroden.
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geschmolzen ist. Der Grund dieser Erscheinung liegt darin, dass die Elektrodenmasse während des Stampfens immer härter wird, in dem Masse als die Kohlenteilchen zusammengearbeitet werden. Die harte, unelastische Masse, die sich ergibt, wird durch die Rippen der Eisenbewehrung, welche sie umschliesst, und durch die übrigen Teile der Eisenbewehrung fixiert. In dem Masse als sich die Elektrode im Schmelzofen abnutzt, wird die Bewehrung mit der Elektrodenmasse langsam nach unten bewegt. Etwas über dem Ofen wird die Elektrode bis auf Brenntemperatur erhitzt, wobei die Masse einschrumpft, indem die Bindemittel verkokt werden.
Die Eisenbewehrung dehnt sich dagegen zufolge der Temperatursteigerung aus. wodurch die an die Bewehrung fixierte Elektrodenmasse einer Zugbeanspruchung ausgesetzt wird. noch bevor die Masse mechanisch fest ist, was dazu führen kann, dass sie in Stücke zerfällt, deren Länge mit dem Elektrodendurchmesser und den Temperaturverhältnissen variiert.
Es wurde nun gefunden, dass man auch diese Schwierigkeit überwinden kann. u. zw. dadurch, dass man der Masse eine so geringe Konsistenz gibt, dass sich die Masse während des Erhitzens in der Elektrode setzen kann. Um das richtige spezifische Gewicht und die damit zusammenhängende elektrische Leitfähigkeit und mechanischen Eigenschaften zu erreichen, muss die Masse während des Brennens zusammensinken können. Das Brennen findet in einer Masse statt, die dem Druck der oberhalb liegenden Massensäule ausgesetzt ist. Eine so geringe Konsistenz erreicht man. indem man den Gehalt der Masse an flüssigen Bestandteilen steigert. Die gewöhnliche Elektrodenmasse für grosse Elektroden enthält allgemein eine Mischung von Teer und Pech (z. B. im Verhältnis 3 Teer : 1 Pech), die 10-110/0 der Masse bildet, und lässt sieh zu einem harten Block zusammenstampfen.
Wenn man die Teer-Pech-Menge nun steigert, wird die Masse bei der Einstampftemperatur klebriger und deshalb schwerer mit der Stampfmaschine zu bearbeiten. Bei zozo Teer-Peeh-Gehalt lässt sie sich überhaupt nicht mehr stampfen. Bearbeitet man einen Teil der Massenoberfläche mittels eines Massenwerkzeuges, z. B. eines Pressluftstampfers, so wird dieser Teil hinabgedrückt. während die umliegenden Teile steigen.
Die Konsistenz der Masse gleicht der Konsistenz von Brotteig ; der Zweck des Stampfens ist daher bei dieser Masse auch nicht der, die Masse zu einem hohen spezifischen Gewicht zusammenzustampfen, das man bei gewöhnlichen gepressten oder gestampften Elektroden erreicht, sondern nur. die einzelnen Teile der Masse miteinander in enge Verbindung zu bringen und grössere Luftblasen zu entfernen. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine solche Masse in dem unteren Teil der kontinuierlichen Elektroden ein höheres Eigengewicht besitzt, als das von frisch eingestampfter Masse in dem oberen Teil der Elektroden. Proben einer fertiggebrannten Elektrode, aus dem unteren Ende einer selbstbrennenden Elektrode entnommen, besitzen dasselbe spezifische Gewicht wie die besten gepressten Handelselektroden.
Dies zeigt, dass ein langsames Zusammensinken der Masse stattfindet, während sie in der Elektrode liegt, der Hitze des Schmelzofens ausgesetzt und mit dem Gewicht der oberhalb liegenden Masse belastet wird.
Der Unterschied zwischen stampffähiger und nichtstampffähiger Masse ist sehr auffallend.
Stampffähige Masse wird, wenn man auf sie eine Anzahl Schläge mit einem Stampfkopf führt, mit jedem Schlage härter. Zuletzt Schlägt der Stampfkopf mit einem Knall gegen die Masse an, als ob er auf einen ganz festen und unelastischen Körper gestossen würde. Bei niehtstampf- fähiger Masse wird diese Festigkeit nie erreicht. Um klar zu machen, welche Konsistenzänderung eintritt, wenn man die Menge der flüssigen Bindemittel steigert, wurden vergleichsweise Viskositätsmessungen von verschiedenen Mischungen feingepulverten Anthrazits und eines flüssigen Bindemittels ausgeführt. Die Viskosität wurde in der Weise festgelegt. dass man die Sekunden zahl
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einer bestimmten Stärke zu bewegen.
Die Resultate sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt :
Bei 240/0 Bindemittel war die Bewegung des Stabes nicht merkbar.
Bei 25% Bindemittel war die Bewegung merkbar, die Zeit der Bewegung dauerte jedoch länger als 1 Stunde.
Bei 26% Bindemittel war die Bewegung etwas schneller, die Zeit jedoch immer noch mehr als 1 Stunde.
Bei 270/o Bindemittel Zeit immer noch mehr als 1 Stunde.
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Stellt man die Resultate in Kurvenform dar, so sieht man, dass die Kurve bei 27-5-280/o Bindemittel eine scharfe Biegung macht. Diese plötzlich eintretende Änderung der Beweglichkeit der Masse entspricht offenbar einem solchen Gehalt an flüssigem Stoff, bei welchem die festen Kohlenpartikeln der Masse nicht mehr miteinander in direkter Berührung sind, sondern auf dem Schmiermittel gleiten. Die bei der Elektrodenherstellung verwendeten Bindemittel sind nämlich gleichzeitig ausgezeichnete Schmiermittel.
Das absolute Prozentverhältnis, bei welchem die Stampffähigkeit der Masse aufhört, hängt von der Feinstoffmenge der Elektrodenmasse und von der Beschaffenheit des Feinstoffen ab
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und lässt sich nicht von vornherein ziffernmässig feststellen. Bei den oben angegebenen Untersuchungen findet man den Knickpunkt der Kurve bei einem Gehalt von ungefähr 27'50/0 Bindemittel. Dies ist natürlich nur bei einer Mischung einer bestimmten Feinsubstanz mit einem bestimmten Bindemittel der Fall. Wird die Beschaffenheit oder die Feinheit der Reinsubstanz geändert, so verschiebt sich der Knickpunkt.
In allen Fällen bekommt man aber eine Visko- sitätskurve, die bei jenem Gehalt an Bindemitteln, wo die Masse merkbar flüssig wird, einen Knickpunkt aufweist.
Gewöhnlich benutzt man in Elektrodenmassen für grosse Elektroden etwa 1/s Grobstoff, d. h. ein Kohlenmaterial, z. B. geglühten Anthrazit, in Form von nussgrossen Stücken, während 2/S der Masse Feinstoff und Bindemittel sind. Der Grobstoff verlangt sehr wenig Bindemittel, um feucht zu werden. Die Stücke der Masse sind an allen Seiten von Feinstoff umgeben, und Art und Feinheitsgrad des Feinstoffes sind für die Konsistenz der Masse massgebend.
Praktische Versuche in grossem Massstabe zeigten, dass die charakteristische Konsistenzänderung, unter Verwendung desselben Materials wie in dem früher beschriebenen Versuche, jedoch mit etwa 1/S Grobstoff, bei etwa einem 180/0 betragenden Bindemittelgehalt eintritt und dass bei 200/0 die Masse sehr beweglich ist. Diese Zahlen stimmen mit den oben erhaltenen gut überein, wenn man berücksichtigt, dass 1/, der Masse sehr wenig Bindemittel beansprucht. Wenn man mehr Grobsubstanz verwendet, tritt die charakteristische Konsistenzänderung bei geringerem Bindemittelgehalt ein. Die Masse wird immer heiss bearbeitet, gewöhnlich bei Temperaturen zwischen 60 und 1000 C. Die in der Praxis verwendete Mischung ist dann flüssig.
Wenn man der Masse einen genügend hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und Bindemitteln gibt, kann man das Stampfen der Masse gänzlich vermeiden und die Erzeugung der kontinuierlichen Elektroden bekommt dann zunächst den Charakter eines Eingiessens. Man erreicht jedoch auch in solchen Fällen eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und das gewünschte spezifische Gewicht in den fertigen Elektroden, was den ausserordentlich günstigen Brennbedmgungen zuzuschreiben ist. Wie oben erwähnt, wird-der Eisenmantel mit der Elektrodenmasse langsam gegen den Ofenkrater hinabbewegt, wobei die Temperatur der Masse gleichmässig und langsam in die Höhe geht, von etwa 60 C bis zur hellsten Weissglut an der Elektrodenspitze.
Bei etwa 2000 C bssginnt die Destillation der flüchtigsten Bestandteile in der Masse, welche in Dampfform entweichen. Bei etwa 700 C sind die Bindemittel in hoch. molekulare Kohlenstoffverbindungen überführt, die langsam in einen immer härteren Koks umgewandelt werden ; hiedurch steigt die Porosität der Elektrode.
Die rohe Masse ist beim Einstampfen noch etwas lufthaltig, während der Lagerung in der Elektrode entweicht aber ein Teil der Luft und die Porosität sinkt auf etwa 50/0, In der vollständig gebrannten Elektrode beträgt sie meistens 15-200/0, Während der Destillation und Verkokung wird der Überschuss an Bindemitteln mit den Destillationsprodukten zusammen nach unten durch den bereits gebrannten und daher porösesten Teil der Elektrode zu entweichen suchen ; da aber gerade dieser Teil glühend ist, werden hier immer neue Mengen von Kohlenwasserstoffen, unter Ablagerung von Koks in den Poren der Elektrode zerstört werden. Die Kohlenteilchen werden deshalb immer mehr zusammengekittet, wodurch das Gewicht und die Leitfähigkeit der Elektrode steigen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrodeamasse für selbstbrennende Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse unter Verwendung von so viel Bindemittel hergestellt ist, dass sie während des Erhitzens und Brennens in der Elektrode zusammensinkt, wodurch ohne Anwendung von hohem Druck oder kräftigen Schlägen ein hohes spezifisches Gewicht im gebrannten Teil erhalten wird.