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Verfahren zur Herstellung von Kunstkohlenkörpern
Die Herstellung von Kunstkohlenkörpern be- steht im wesentlichen darin, dass man einen haupt- sächlich aus Kohlenstoff bestehenden Rohstoff (z. B. zerkleinerten Koks) mit einem Bindemittel (z. B. Steinkohlenteer) vermischt, meist auch noch knetet, und, gegebenenfalls nach Pressung, bei hoher Temperatur bäckt. Im allgemeinen wird die Mischung im warmen Zustande, etwa zwischen 60 und 200 C, durch Pressen Stampfen oder
Giessen in die gewünschte Gestalt gebracht, worauf das Brennen erfolgt. Während des Brennens verkokt das Bindemittel und der amorphe Kohlenstoff kann sich, wenn genügend hohe Temperaturen angewandt werden, nach und nach. in Graphit verwandeln.
Wenn die Formgebung durch Giessen erfolgt, kann es zweckmässig sein, die Mischung vor dem Brennen mechanischen Schwingungen einer Frequenz von mehreren tausend Schwingungen/min nach der Schweizer Patentschrift Nr. 221732 zu unterwerfen.
Nach einem bekannten Verfahren werden die Formstücke durch Pressen erzeugt, aus der Form herausgenommen und in noch heissem Zustande in einen Brennofen gebracht. Bei diesem Verfahren ist es zweckmässig, die warmen Formkörper vor dem Einbringen in den Brennofen oberflächig zu verkoken, indem man sie auf glühende Eisenplatten legt, wobei sie in Papier eingeschlagen werden, um eine unmittelbare Berührung mit dem glühenden Metall zu verhindern.
Nach einem anderen Verfahren schüttet man zerkleinerte, noch backfähige Mineralkohle in einen Behälter, in welchem sie bis zur vollständigen Verkokung erhitzt wird.
Nach einem weiteren Verfahren werden die Kohlenkörper in einer Form unter Druck und bei dunkler Rotglut gebildet, worauf man sie aus der Form auspackt und einer weiteren Erhitzung bis zur Graphitierung unterwirft.
Vielfach verwendet man für das Brennen der geformten Kohlenkörper gasbeheizte Ringöfen ; man kann aber auch elektrische Widerstandsöfen benützen, die, wie die gasbeheizten Öfen, ein Füllpulver enthalten, in welches die fertig geformten Kunstkohlenkörper eingebettet werden ; im Füllpulver können metallische Leiter angeordnet sein, die als Heizleiter dienen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunstkohlenkörper, das gegenüber den bekannten Verfahren wesentliche Vereinfachungen aufweist. Er- findungsgemäss wird die hauptsächlich aus Kohlenstoff, z. B. zerkleinertem Koks, und einem Bindemittel, z. B.
Steinkohlenteer, bestehende Kunstkohlenmischung, zweckmässig im warmen und breiigen Zustand, in den Brennofen so eingebracht, dass sie erst dort die gewünschte Form der herzustellenden Kunstkohlenkörper erhält und dass sie nach dem Einbringen von Füllpulver umgeben ist und hierauf ohne Lageveränderung, gegebenenfalls bis zur praktisch völligen Graphitierung fertig gebrannt wird. Bei Verwendung von elektrischen Widerstands-Brennöfen müssen die entstehenden Kunstkohlenkörper, da sie einen Heizwiderstand vorstellen, miteinander leitend zusammenhängen.
Wenn die noch ungebrannten Kunstkohlenkörper im Ofen eine genügende Höhe einnehmen, was z. B. bei grossen Elektroden der Fall ist, kann man beim elektrischen Brennen mit Wärmeerzeugung im Innern beobachten, dass die unteren Lagen der Beschickung wesentlich wärmer sind als die oberen, weil die oberen weniger zusammengepresst sind und daher dem Stromdurchgang einen grösseren Widerstand entgegensetzen als die unteren Lagen und weil die Wärmeverluste oben grösser sind, wenn man nicht einen besonders gut gegen Wärmedurchgang isolierten Deckel aufsetzt. Infolgedessen tritt ein fortschreitendes Backen von unten nach oben ein und es findet ein Setzen der Masse während des Backvorganges statt, was sich in einer grösseren Dichte des gebrannten Körpers sehr günstig auswirkt.
Bei geringer Höhe der Kunstkohlenkörper tritt diese Erscheinung nicht ein, weil die Wärmeunterschiede in lotrechter Richtung zu klein sind. Bei gasbeheizten Öfen, wo die Wärme von aussen zugeführt wird, kann das günstige Setzen nicht vor sich gehen ; denn das Backen schreitet dort vielmehr allseitig von aussen nach innen fort. Nach einer besonders zweckmässigen Ausführungsart der Erfindung wird daher das Brennen in einem elektrischen Widerstandsofen durchgeführt und die Höhe der Kunstkohlenkörper oder Kunst-
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kohlenkörperstapel im Ofen so gewählt, dass derartige Temperaturunterschiede zwischen dem unteren und dem oberen Teil der Körper entstehen, dass das Backen von unten nach oben fortschreitet.
Man kann das Füllpulver so zurichten, dass man darin die notwendigen Räume zur Aufnahme der Kunstkohlenmasse ausspart ; in diesem Falle spielt es die Rolle des Sandes beim Giessen von Metallen in Sandformen.
Eine sehr praktische und vorteilhafte Arbeitsweise besteht darin, dass man auf die Ofensohle, die mit einer Schicht von Füllpulver bedeckt ist, Blechformen ohne Boden, also nur mit Seitenwänden versehen, stellt und die entstehenden Zwischenräume um die Blechformen mit Füllpulver ausfüllt. Hierauf giesst man die Kunstkohlenmasse in die Blechform, zieht diese nach oben heraus und bedeckt das ganze noch mit einer Schicht Füllpulver. Die Blechformen stehen sofort zum Wiedergebrauch bereit. Zur Verhinderung eines Zusammenbackens der einzelnen Kunstkohlenkörper aneinander sowie mit dem Füllpulver, kann man die Blechformen vor der Beschickung mit der Kunstkohlenmasse zweckmässigerweise innen mit Papier bedecken.
Beim Herausziehen der Blechformen bleibt das Papier zurück und bildet eine Trennschicht, die beim nachherigen Brennen verkohlt, ein Zusammenkleben der Kunstkohlenkörper verhindert und ausserdem an der Oberfläche derselben eine harte Schicht zurücklässt, welche bewirkt, dass sich das Füllpulver von den gebrannten Kohlenkörpern sehr leicht lösen lässt. Die Blechformen bestehen zweckmässigerweise aus Eisen, können selbstverständlich auch aus anderem Metall bestehen.
Man kann sie nach dem Einfüllen der Kunstkohlenmasse im Ofen belassen, wenn man keinen Wert auf ihre Rückgewinnung legt. Eiserne Formen werden selbstverständlich bei den hohen Ofentemperaturen stark verändert ; sie werden aufgekohlt und erhalten dadurch einen niedrigeren Schmelzpunkt. Je nach der erreichten Brenntemperatur schmelzen dann die Formen und kommen für ein zweites Brennen nicht mehr in Frage. Bleche aus Aluminium würden schon bei bedeutend niedrigerer Temperatur wegschmelzen.
Am zweckmässigsten ist es, die Kunstkohlenmasse, die schon für das Mischen und Kneten, z. B. auf 140-200 C, erhitzt wird, unter möglichst geringem Wärmeverlust zum Brennofen zu bringen und in die Form zu giessen. Dadurch wird Wärme gespart und die Brenndauer verkürzt.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, die warme, gut durchgemischt Kunstkohlenmasse zunächst in Brikettfbrmen zu giessen und die erstarrten Briketts, gegebenenfalls nach erneuter Aufheizung, erfindungsgemäss in den Ofen einzubringen, etwa wie man es bei Söderbergelektroden tut. Diese Briketts werden vor dem Backen im Ofen wieder breiig und dann nimmt die Kunstkohlenmasse die Form der herzustellenden Körper an. In diesem Falle können z. B. an Stelle von Blechformen, Formen aus dünnem Holz oder aus Pappe verwendet werden.
Man kann das Brennen z. B. in gasbeheizten Ringöfen, besser aber, wie bereits erwähnt, in elektrischen Widerstandsöfen durchführen, wobei der Heizwiderstand durch die zu backende Kohle gebildet wird ; da die frisch eingefüllte Kunstkohlenmasse den elektrischen Strom anfänglich nur schlecht leitet, kann zu Beginn des Brennens die Wärme in besonderen Heizleitern erzeugt werden, wozu man zweckmässigerweise das Füllpulver benützt. In diesem Falle spielt das Füllpulver eine dreifache Rolle : es hält die Kunstkohlen in der gewünschten Form, nimmt die austretenden flüchtigen Bestandteile der backenden Kohle auf oder lässt sie entweichen und leitet den elektrischen Strom. Für diesen Zweck besteht es vorteilhafterweise aus Koks. Als Füllpulver kommen sonst noch Mischungen von Koksgries und Bauxitpulver, Graphit, Anthrazit, Tonerde in Betracht.
Nach dem Brennen ist das Füllpulver meistens zusammengebacken und muss gebrochen werden ; man kann es von der Kunstkohle leicht loslösen.
Die Kunstkohlenmasse kann vor oder nach dem Giessen in bekannter Weise Schwingungen hoher Frequenz unterworfen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren empfiehlt sich besonders zur gleichzeitigen Herstellung von mehreren Elektroden in einem und demselben Ofen ; man kann selbstverständlich aber auch Kunstkohlenkörper einzeln brennen. Das Verfahren eignet sich ganz besonders für die Herstellung von grossen Elektroden beliebigen Formats. Selbst Rillen oder Zapfenlöcher lassen sich, z. B. durch Einlegen von Holzstücken, deren verkohlte Überreste nach dem Brennen entfernt werden können, herstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Kunstkohlen- körpern aus einer Kunstkohlenmischung, die hauptsächlich aus Kohlenstoff, wie z. B. zerkleinertem Koks, und einem Bindemittel, wie beispielsweise Steinkohlenteer, besteht, in einem, ein Füllpulver enthaltenden Ofen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstkohlenmischung in den Brennofen noch ungeformt eingebracht wird und erst an der Stelle, wo sie anschliessend gebrannt wird, die gewünschte Form der herzustellenden Kunstkohlenkörper erhält.