<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung eines geformten Kohlekörpers
Die Erfindung betrifft die Erzeugung von geformten Kohlenstoff- und Graphitkörpern, welche erwünschte Kennwerte der Dichte, der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen
Festigkeit aufweisen, wie z. B. Kohleelek- troden.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Kohlekörper ergeben wohl brauchbare
Produkte, haben aber Nachteile, die sich in er- höhten Kosten auswirken. Beispielsweise erforderten manche bekannten Verfahren eine langsame Erwärmung bis zu der erforderlichen
Sinter-oder Brenntemperatur, um Verformungen, übermässige Porigkeit und Bruch zu vermeiden.
Aber auch mit solchen Vorsichtsmassnahmen erreichte der Ausschuss einen beträchtlichen Prozentsatz, so dass der nutzlose Verbrauch an Energie und maschinellem Aufwand bei sich normalerweise über viele Tage erstreckenden Brennperioden einen wesentlichen Kostenfaktor darstellte. Auch abgeänderte Verfahren, die ein etwas schnelleres Brennen ermöglichen, erfordern Backgeschwindigkeiten, die im Hinblick auf die Grösse der Erzeugnisse langsam sind. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in der USAPatentschrift Nr. 2, 594, 226 geoffenbart, worin eine Geschwindigkeit von 10 bzw. 20 C/min für eine kleine Elektrode mit 3, 81 cm Durchmesser angegeben wird.
Ein typisches herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden umfasst zuerst die Ausbildung einer sogenannten "grünen" oder ungebrannten Elektrode. Typische Rohstoffe sind Kohlenstoff hoher Reinheit, wie z. B. Petrolkoks, und ein hocharomatisches Bindemittel, wie z. B. Steinkohlenteerpech. Ein Rohmaterialgemisch kann aus 4 Teilen gesiebten Petrolkoksteilchen, 6 Teilen feinem Petrolkoksmehl und etwa 3 Teilen Steinkohlenteerpech als Bindemittel bestehen. Der Petrolkoks wird vor dem Zerkleinern kalziniert oder geröstet. Ausser diesen Rohstoffen werden häufig kleine Mengen Erdöl zu dem Rohgemisch zugesetzt. Das Rohgemisch kann auf ungefähr 150 C erwärmt werden, während es gründlich gemischt wird. Es kann dann auf etwa 100 C abgekühlt und zur Bildung vorgefertigter Elektroden ausgepresst werden.
Diese werden in einen gasgefeuerten Ofen eingesetzt und auf eine innere Temperatur von etwa
750 bis 950 C erwärmt, worauf man sie in dem
Ofen abkühlen lässt. Dieser Brennvorgang kann etwa 15-50 Tage erfordern, wobei der grössere
Teil der Zeit zum Erwärmen und der Rest zum Ab- kühlen erforderlich ist. Nach der Fertigstellungfür den Gebrauch durch bestimmte Bearbeitungs- verfahren sind solche Elektroden für Anwen- dungsfälle betriebsbereit, in denen kein sehr niedriger elektrischer Widerstand erforderlich oder erwünscht ist. Diese Kohleelektroden sind verhältnismässig hart und ziemlich fest. In vielen Fällen wird ein etwas kleinerer spezifischer
Widerstand dadurch erhalten, dass man dem
Gemisch einen Teil eines graphitischen oder halbgraphitischen Materials zusetzt, z.
B. elektrisch kalzinierte oder geröstete, anthrazitähnliche Kohle (Glanzkohle), graphitierten Giessereikoks oder Elektrodenschrott. Wenn jedoch ein sehr kleiner spezifischer elektrischer Widerstand oder Wärmestossfestigkeit erforderlich ist oder wenn die zusätzlichen Kosten graphitierter Elektroden mit kleinem spezifischen Widerstand gerechtfertigt sind, werden die Kohleelektroden vor dem Gebrauch graphitiert. Die abgekühlten gebrannten Elektroden werden dann in einen elektrischen Widerstandsofen eingesetzt, in dem sie selbst das Hauptheizelement bilden, und darin auf eine Temperatur von etwa 2800 C über 2-4 Tage erhitzt. Nach Beendigung dieser Erhitzung lässt man die Elektroden etwa 10 Tage abkühlen. Die Endprodukte sind Elektroden, die einen verhältnismässig kleinen spezifischen Widerstand haben, aber recht weich sind.
Nach dem Verfahren der Schweizer Patentschrift Nr. 249965 wird eine auf 140-200 C vorerhitzte Mischung oder vorerhitzte Briketts in einen elektrischen Widerstandsofen eingebracht, mit einem Füllpulver, z. B. Kokspulver, umgeben und dann ohne zusätzliche Druckanwendung langsam gebacken. Da die Leitfähigkeit des Einsatzes anfänglich sehr gering ist, werden zuerst spezielle Wärmeüberträger und bzw. oder das Füllpulver zur Stromleitung und Wärmeentwicklung herangezogen ; erst in einem sehr vorgeschrittenen Stadium des Backprozesses kann genügend Wärme mittels Durchganges des elektrischen Stromes durch den backenden Körper selbst erzeugt werden. Auch dieses Verfahren arbeitet äusserst langsam.
<Desc/Clms Page number 2>
Gegenstand der Erfindung ist ein neues ver- bessertes Verfahren zur Herstellung von Kohle- formkörpern mit vorbestimmten Kennwerten der scheinbaren Dichte, der Härte, des spezifischen elektrischen Widerstandes und der mechanischen
Festigkeit. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Erzielung physikalischer Eigenschaften innerhalb eines sehr breiten Bereiches und in einer Vielfalt erwünschter, auch ungewöhnlicher Kombinationen. Es eignet sich zur Herstellung aller Arten kohlenstoffhaltiger Produkte, z. B. elektrolytischer Anoden, Heizelektroden, Wärmetauschelemente, Dichtungsringe, elektrischer Bürsten und Kontakte, Lager, feuerbeständiger Baustoffe für Industrieöfen usw.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Herstellungszeit gegenüber der üblichen wesentlich verkürzt ist unter Verringerung des Energiebedarfes auf ein Minimum und maximaler Ausnutzung der verwendeten Apparatur. Dies wird durch ein einstufiges Verfahren ermöglicht, wobei der bisher übliche Arbeitsgang des Verformens vor dem eigentlichen Backvorgang wegfällt und Verformung, Brennen und gegebenenfalls Graphitierung in einem einzigen Arbeitsgang mit Hilfe einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden.
Als Ausgangsmaterial für das erfindunggemässe Verfahren dient eine Mischung zerkleinerter Teilchen, bestehend aus einem zumindest beträchtlichen Anteil eines ersten kohlenstoffhältigen Materials, das wesentliche Mengen an flüchtiger brennbarer Substanz enthält und zu thermischer Spaltung unter Bildung von mindestens etwas festem oder gebundenem Kohlenstoff befähigt ist, und aus einem grösseren Anteil eines zweiten kohlenstoffhältigen Materials mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Substanzen. Das Material besteht bevorzugt aus Substanzen, die bei Raumtemperatur trockene Pulver sind, doch kann auch ein Gemisch verwendet werden, das einen weichen oder flüssigen Anteil enthält, z. B. weichen Teer oder Brennöl. Bei Verwendung von trockenem Material wird dieses vorzugsweise fein zerkleinert oder pulverisiert und innig durchgemischt.
Gemäss der Erfindung wird nun diese Mischung in eine Form unter einem hohen mechanischen Druck von mindestens 35 kgfcm2, vorzugsweise von mindestens 70 kgfcm2, zusammengepresst und durch die Mischung, während sie sich unter Druck befindet, ein elektrischer Strom hoher Stromdichte durchgeschickt. Praktisch nur durch diesen Stromdurchgang-ohne Erwärmung von aussen-wird ein Temperaturanstieg der Mischung
EMI2.1
bis die Entwicklung der flüchtigen brennbaren Stoffe im wesentlichen vollendet ist.
In dieser Weise wird das Material in einen festen Kohlegegenstand umgewandelt, dessen mechanische Festigkeitskennwerte von weiteren Temperaturerhöhungen im wesentlichen unabhängig sind. Dabei erfolgt der Temperaturanstieg so schnell, dass eine schnelle Spaltung der flüchtigen Stoffe erfolgt, und der angewendete Druck ist im Verhältnis zu der Geschwindigkeit des Temperaturanstieges so gross, dass der Verlust an flüchtigem, brennbarem Stoff aus der Form unterbunden und das Gemisch kontinuierlich zusammengepresst wird und den Hohlraum der Form ausfüllt, wenn die Umsetzung fortschreitet.
Dadurch wird ein maximaler Anteil des Kohlenstoffgehaltes des ursprünglichen Materials in festen oder gebundenen Kohlenstoff umgewandelt, und die Teilchen werden aneinander in einer festen Masse gebunden, die frei von Rissen und Sprüngen ist, so dass ein Körper verhältnismässig grosser scheinbarer Dichte und mechanischer Festigkeit sowie mit erwünschter Härte und spezifischem elektrischem Widerstand entsteht.
Wie aus den folgenden Ausführungen deutlich wird, können die Zusammensetzung des Ausgangsgemisches und die Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt wird, variiert werden, um unterschiedliche Kennwerte der scheinbaren Dichte, der Durchlässigkeit, der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, der Härte und der mechanischen Festigkeit zu erzielen.
Durch geeignete Auswahl der kohlenstoffhaltigen Materialien und der Verfahrensbedingungen können Produkte erhalten werden, die sich durch ungewöhnliche Eigenschaften oder Kombinationen solcher Eigenschaften auszeichnen, wie z. B. ungewöhnliche hohe Dichte oder grosse Festigkeit und geringen elektrischen Widerstand oder grosse Härte.
Geeignete Stoffe zur Durchführung der Erfindung sind bituminöse Kohle und im Elektroofen gewonnener Graphit in Mengenverhältnissen von 20 bis 30% Kohle und 80 bis 70% Graphit.
Mit dieser Kombination von Materialien arbeitet das Verfahren gut, und es ist ein beträchtlich breiter Bereich bei der Auswahl von Verfahrensbedingungen zur Herstellung brauchbarer Erzeugnisse vorhanden, die einwandfrei gebunden sind und gute Dichte, Härte und andere physikalische Kennwerte sowie hohe Leitfähigkeit haben. So können Teilchengrösse der Materialien, Backoder Sintergeschwindigkeit und Druck beträchtlich variiert werden und es kann eine Mannigfaltigkeit von Erzeugniskennwerten dadurch erhalten werden, dass diese Bedingungen sowie die prozentuale Zusammensetzung des Gemisches geändert werden. Dies bedeutet nicht, dass das Verfahren keine Grenzbedingungen hat, noch dass die besten Erzeugnisse ohne ausreichende Berücksichtigung der genauen Einstellung der Variablen erhalten werden können.
Die verschiedenen Faktoren stehen in vielen Fällen miteinander in Wechselbeziehung, so dass eine Änderung einer Variablen eine entsprechende Änderung einer oder mehrerer anderer variabler Faktoren erfordert, damit das Verfahren genau arbeitet. Im allgemeinen erreichen die physikalische Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit Höchstwerte bei der höchsten Geschwindigkeit. Für eine bestimmte Sintergeschwindigkeit und
<Desc/Clms Page number 3>
eine bestimmte Gruppe Ausgangsstoffe gibt es einen kleinsten Druck, unter dem das Verfahren nicht gut arbeitet und das Erzeugnis mit Poren und Sprüngen behaftet ist. Ausserdem würde zunehmender Druck die Dichte, Leitfähigkeit und Festigkeit wenigstens bis zu einer Grenze für jeden Gemischprozentsatz und Feinheitsgrad der
Teilchengrösse der Bestandteile zu vergrössern suchen.
Die Verkleinerung der Teilchengrösse jedes Bestandteiles würde eine Erhöhung der
Festigkeit und der Härte herbeiführen, wobei aber die Wirkung auf die Dichte und die elek- trische Leitfähigkeit von dem entsprechenden
Wert anderer Veränderlicher abhängen würde.
Im allgemeinen würde die scheinbare Dichte ein
Maximum bei einem optimalen Verhältnis der beiden Bestandteile für jede Teilchengrössen- zusammensetzung des Graphitbestandteiles sein.
Bei einer Verminderung der Teilchengrösse würde die optimale Graphitmenge abnehmen, insoweit es die scheinbare Dichte betrifft. Der spezifische elektrische Widerstand würde ein Minimum bei der grössten Abmessung der Graphitteilchen sein, wobei dann eine maximale scheinbare Dichte auftreten würde. Ähnliche Zusammenhänge be- stehen zwischen andern Veränderlichen und andern Eigenschaften. Im allgemeinen neigt jede Änderung, welche die Schmierfähigkeit des
Gemisches ohne Erhöhung des Gesamtgehaltes an flüchtiger, brennbarer Substanz vergrössert, dazu, die Wirkungsweise des Verfahrens bei niedrigen Drücken zu verbessern, wobei insbe- sondere dichtere Gegenstände bei geringen Drücken entstehen.
Somit erreicht man durch Verwendung eines natürlichen schmierenden
Schuppen- oder Flockengraphittyps als Ersatz für den im Elektroofen gewonnenen Graphit eine höhere scheinbare Dichte, wobei der zur Erzielung der maximalen Dichte erforderliche Druck geringer ist. Der Unterschied zwischen den Dichten der mit den beiden Graphitarten beim Brennen erhaltenen Produkte unter kleinen Drücken ist grösser, als aus den tatsächlichen Dichten der beiden Graphitarten erklärbar ist.
Im Falle solcher gut geschmierter Gemische besteht jedoch mitunter die Tendenz, dass das Gemisch während der Sinterperiode so dünnflüssig wird, dass es aus der Form sickert. In solchen Fällen kann eine Verkleinerung des Verhältnisanteiles des Bestandteiles, der die flüchtige, brennbare Substanz enthält, oder eine Druckverminderung oder beides erforderlich sein.
Dies ist gewöhnlich nicht nachteilig, da die besten Eigenschaften mit einer kleineren Menge an flüchtiger, brennbarer Substanz erhalten werden, die als Bestandteil in solchen gut geschmierten Gemischen enthalten ist, und es trifft im allgemeinen zu, dass optimale Eigenschaften auch bei niedrigen Werten des ausgeübten Druckes erzielt werden können. Obgleich es sich als zweckmässig erwiesen hat, das Verfahren unter solchen Bedingungen durchzuführen, dass ein Entweichen von Gasen und Dämpfen vermieden und ein maximaler Prozentsatz des Kohlenstoffgehaltes des ursprünglichen Gemisches in festen Kohlenstoff umgewandelt wird, wurde trotzdem erkannt, dass ein gewisses Entweichen von Gasen und Dämpfen, im besonderen von Wasserstoff, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht erfolgen muss.
Bei gut geschmierten Gemischen oder sehr kleiner Teilchengrösse nehmen die entweichenden Gase mitunter Gemischteilchen aus dem Ofen mit. In solchen Fällen und wenn übermässige, merkliche Dünnflüssigkeit des Gemisches auftritt, ist es manchmal erforderlich, mit einer etwas lang- sameren Geschwindigkeit zu erhitzen, als dies sonst möglich sein würde. Jedoch erfolgt sogar auch in solchen Fällen das Kochen oder Brennen mit einer ausserordentlich hohen Geschwindigkeit im Vergleich zu bereits bekannten Verfahren.
Bei gut geschmierten Mischungen sind unge- achtet der Möglichkeit des Arbeitens bei geringe- ren Drücken zur Herstellung erwünschter Erzeug- nisse oder der Notwendigkeit zur Änderung der
Bedingungen gemäss dem Bestreben des Ge- misches, während des Sinterns aus der Form herauszusickern, trotzdem Wechselbeziehungen zwischen der zulässigen Erhitzungs- oder Koch- geschwindigkeit und dem angewandten Druck und zwischen den optimalen mechanischen Festig- keitskennwerten und der Erhitzungsgeschwindig- keit vorhanden. Die Formkennwerte der in dem
Gemisch enthaltenen Teilchen, die nicht nur von der Materialart, sondern auch von dem
Mahlarbeitsgang abhängen, beeinflussen auch die Wirkungsweise des Verfahrens und die
Eigenschaften des Erzeugnisses.
Beispielsweise haben Teilchen, die in solcher Weise gemahlen sind, dass sie scharfe und rauhe Oberflächen haben, geringere Schmierfähigkeit und auch schlechtere Backfähigkeit als glatt gemahlene Teilchen. Die beste Zusammensetzung eines
Gemisches ist somit nicht nur eine Funktion der Materialsorte und der Teilchengrösse, sondern auch der Teilchengestalt.
Wenn man Elektroofengraphit durch kalzinierten Petrolkoks ersetzt, stellt sich die entgegengesetzte Wirkung wie beim Ersatz durch schmierenden Flockengraphit ein. Mit dem kalzinierten Petrolkoks und im besonderen mit Koks verhältnismässig grober Teilchengrösse ist die Mischung sehr wenig geschmiert. Der Petrolkoks hat einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten und auch einen grösseren spezifischen elektrischen Widerstand als Graphit. Die Arbeitsweise des Verfahrens ist mit nichtgraphitischen Stoffen, wie z. B. mit kalziniertem oder geröstetem Petrolkoks, kritischer als mit Graphit. Es wird angenommen, dass dies grösstenteils auf die geringere Schmierfähigkeit der Teilchen des gerösteten Petrolkokses zurückzuführen ist. Die Anwendung hoher Drücke ist im allgemeinen erwünscht, wenn man Elektroofengraphit durch kalzinierten Petrolkoks ersetzt.
Eine erhöhte Menge an bituminösem Koks kann verwendet werden, um dem Gemisch während des ersten Teiles des Erhitzungs- oder Kochvorganges eine erhöhte Schlüpfrigkeit zu
<Desc/Clms Page number 4>
geben. Dadurch entsteht aber eine grössere
Schrumpfung während des Kochens, so dass grösserer Druck angewandt werden muss, der das
Gemisch ständig in einem gänzlich zusammen- gedrängten Zustand halten kann. Zur Durch- führung des Verfahrens mit geröstetem Petrol- koks sind die Konstruktion und der Betriebszu- stand des Ofens im Hinblick auf seine Fähigkeit, hohen Druck ohne Durchbiegung der Wände auszuhalten, von besonderer Wichtigkeit.
Der höhere Druck, der erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Verdichtung der Masse während des Erhitzens zu erreichen, kann grösser sein als die Druckfestigkeit der Erzeugnismasse während der späteren Sinterungsstufen, wenn sie bereits erstarrt ist, aber noch nicht ihre volle Festigkeit entwickelt hat. Zu einem solchen Zeitpunkt kann eine Durchbiegung der Ofenwände einen Bruch des Erzeugnisses ergeben. Bei Verwendung von kalziniertem Petrolkoks ist auch die
Gleichmässigkeit der Erwärmung der Erzeugnismasse kritischer als bei Graphit wegen des grösseren Ausdehnungskoeffizienten des Petrolkokses und des daraus hergestellten Produktes.
Wenn die Erhitzung in einem elektrischen Widerstandsofen erfolgt, in dem die zusammengepresste Erzeugnismasse selbst das Heizelement bildet, sind auch die elektrischen Kennwerte des Ofens kritischer bei geröstetem Petrolkoks als bei Graphit. Der grössere elektrische Widerstand des Kokses erfordert eine grössere Spannung, und somit ist die Entwicklung von Lichtbögen innerhalb der Ofenwände oder zwischen den Abschnitten der Wände mit daraus resultierender örtlich begrenzter Erwärmung wahrscheinlich. Die Wirkung einer solchen Überhitzung wird durch den verhältnismässig hohen Ausdehnungskoeffizienten und die grössere Empfindlichkeit der Petrolkokserzeugnisse gegen Wärmestoss erhöht.
Schwierigkeiten bei der Durchführung des Verfahrens mit kalziniertem Petrolkoks enthaltenden Gemischen sind jedoch nicht aufgetreten, wenn der Ofen geeignet ausgebildet ist und wenn das Verfahren unter geeigneter Einstellung der Verfahrensbedingungen, wie z. B. prozentuale Zusammensetzung des
Gemisches, Kochgeschwindigkeit und Druck, durchgeführt wird. Die mit geröstetem Petrolkoks hergestellten Gegenstände sind härter und haben geringere elektrische Leitfähigkeit und im allgemeinen höhere Druckfestigkeit als solche Gegenstände, die aus Graphit hergestellt sind.
Anstatt Graphit können auch andere kohlenstoffhaltige Materialien verwendet werden, die einen geringen Gehalt an flüchtiger, brennbarer Substanz haben.
Obgleich es bei dem Verfahren nach der Erfindung gemäss den vorhergehenden Ausführungen möglich ist, die Erzeugnisse auf Graphitierungstemperaturen zu erhitzen, zeigte es sich, dass es zweckmässiger sein kann, die Graphitierung, wenn diese erforderlich ist, in einem getrennten Arbeitsgang vorzunehmen. Die Erzeugnisse nach der Erfindung können in jeder beliebigen zur Graphitierung gewöhnlicher
Kohlenstofferzeugnisse bekannten Weise graphi- tiert werden.
Eine solche Graphitierung kann zur
Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, zur
Verringerung des Wärmeausdehnungskoeffizien- ten, zur Entfernung von Verunreinigungen oder aus andern Gründen durchgeführt werden.
Der in dem Gemisch verwendete Mengenanteil an Kohle hängt von den gewünschten Kenn- werten des Endproduktes ab, muss aber gemäss der Sorte und Teilchengrösse des andern Gemisch- bestandteiles, des während des Erhitzens angewandten Druckes und der Geschwindigkeit des
Temperaturanstieges ausgewählt werden. Es ist offensichtlich, dass die erforderliche Verhältnismenge an Kohle in gewissem Ausmass auch von der Zusammensetzung der Kohle abhängig sein muss.
Der Bereich von 20 bis 30% Kohle, der vorher als geeigneter Bereich in einem Gemisch aus Kohle und Elektroofengraphit bezeichnet wurde, stellt nicht den gesamten Betriebsbereich des Verfahrens für diese Stoffe dar.
Brauchbare Erzeugnisse wurden auch mit weniger als 20% und mehr als 30% Kohle in Verbindung mit Elektroofengraphit hergestellt. Das Verfahren ist nicht auf einen besonderen Zusammensetzungsbereich beschränkt, mit der Ausnahme, dass es mit Bezug auf den zufriedenstellenden Zusammensetzungsbereich für eine besondere Wertegruppe für die andern Verfahrensver- änderlichen begrenzt ist.
Die Kohle kann durch andere kohlenstoffhaltige Materialien ersetzt werden, die merklich flüchtige, brennbare Substanz enthalten und thermischer Spaltung unter Zurücklassung eines
Restes an gebundenem Kohlenstoff unterworfen werden. Beispiele solcher Stoffe sind Holz,
Zucker, Hartpech, Rohpetrolkoks und auch
Weichpech sowie die flüssigen Rückstände der Petroleumdestillation, die als Heizöl verwendbar sind. Das Verfahren wird am bequemsten mit trockenen Stoffen durchgeführt, da dann das
Mischen durch einfache Apparaturen und Verfahrensschritte vorgenommen werden kann. Es können jedoch auch weiche oder flüssige Stoffe verwendet werden, z. B. mit Weichpech und
Treib- oder Heizöl, wobei solche Stoffe besonders vorteilhaft sind, wenn die Rohmaterialzufuhr in Form von Kügelchen oder kleinen Pillen erfolgen soll.
Auch Gemische, welche die erforderlichen verhältnismässig kleinen Mengen an Weichpech oder Heizöl enthalten, besitzen eine genügende elektrische Leitfähigkeit, um den zum Sintern und zur Erzeugung des Endproduktes erforderlichen Strom durchzulassen. Die Eigenschaften der Produkte hängen jedoch von der Art des Materiales ab, das die flüchtige, brennbare Substanz enthält. Im allgemeinen sind die physikalischen Festigkeitswerte, die durch Anwendung solcher Materialien, wie z. B. Zucker oder Weichpech oder Heizöl erhalten werden, schlechter als die mit Materialien, wie z. B. bituminöse Kohle oder Rohpetrolkoks, erzielten. Wenn Kohle verwendet wird, muss sie nicht geröstet werden. Der Petrolkoks sollte auch roh und nicht
<Desc/Clms Page number 5>
kalziniert verwendet werden.
Praktisch haben sich auch Petroleumkokse, die eine grössere Menge an flüchtiger, brennbarer Substanz als die allgemein im Handel verfügbaren Rohpetroleumkokse haben, in vielen Fällen als überlegen erwiesen. Durch Rösten der Kohle oder des Rohpetrolkokses werden alle Eigenschaften des Endproduktes, möglicherweise die Härte ausgenommen, nachteilig beeinflusst. Je höher die Rösttemperatur ist, um so grösser ist die nachteilige Wirkung. Die Verwendung von bei 4500 C gerösteter Kohle in Kombination mit Elektroofengraphit ergibt Erzeugnisse, die spröde und hart, aber sehr schwach sind. Die Verwendung von bei 600 C gerösteter Kohle ergibt keinen gebundenen Körper, auch wenn der Gehalt an flüchtiger, brennbarer Substanz nach der Kalzinierung einen hohen Wert von 11% hat.
Im Gegensatz dazu erzielt man mit einem Rohpetrolkoks, der 11% flüchtige, brennbare Substanz enthält, einen gebundenen Körper mit wesentlicher Festigkeit, obgleich dieser nicht so gut ist, wie das Erzeugnis, das man mit Rohpetrolkoks gewinnt, der einen grösseren Gehalt an flüchtiger, brennbarer Substanz hat, z. B. 18,40 oder sogar 60%.
Alle Eigenschaften des Erzeugnisses verbessern sich bei feinerem Zerteilungszustand des Bestand- teiles, der die flüchtige, brennbare Substanz enthält.
Obgleich bisher nur zwei Mischungsbestandteile erwähnt wurden, können selbstverständlich auch drei oder mehr Bestandteile verwendet werden.
Beispielsweise können Gemische aus Elektro- ofengraphit und kalziniertem Petrolkoks mit
Rohpetrolkoks zu einem Gemisch aus drei Bestandteilen kombiniert werden. Verschiedene Eigenschaftskombinationen können dadurch mit
Sicherheit erhalten werden, dass man geeignetes Material in verschiedenen Mengenverhältnissen und unter verschiedenen Bedingungen kombiniert.
Die Erzielung sehr grosser Dichten ist am leichtesten mit einem Gemisch erreichbar, das einen hohen Schmierfähigkeitsgrad hat. Beispielsweise werden Dichten oberhalb 2, 0 g/cm3 bei verhältnismässig niedrigen Drücken erhalten, wenn man natürlichen schmierenden Flockengraphit mit grosser Teilchengrösse zusammen mit einem geeigneten, die flüchtige, brennbare Substanz enthaltenden, feinpulverisierten Material verwendet und unter geeigneten Bedingungen kocht oder erhitzt. Solche Dichten können auch durch Anwendung eines ausreichend hohen Druckes und anderer geeigneter Bedingungen, wenn die Schmierfähigkeit des Gemisches herabgesetzt ist, z. B. durch einen feineren Unterteilungszustand der schmierenden Flocken oder durch Ersatz einer andern Graphitsorte, erhalten werden.
Zersetztes Siliziumkarbid hat sich als geeignet erwiesen, die schmierenden Flocken hinsichtlich des Schmierfähigkeitsgrades anzupassen, und wird gegenüber normalem Elek- troofen- (Elektroden-) Graphit für den Anwen- dungsfall besonders hoher Dichte bevorzugt, da es geringeren Druck erfordert. Wenn die Reinheit von Bedeutung ist, kann der Graphit zur Beseitigung von Verunreinigungen in geeigneter Weise behandelt werden, bevor er in das Gemisch eingearbeitet wird. In gleicher Weise kann auch Petrolkoks gereinigt oder aus gereinigten Ölen in besonderer Weise aufbereitet werden.
Obgleich die Wirkungsweise des Verfahrens von der Benutzung feinst zerkleinerter Teilchen abhängt, braucht nicht das gesamte Gemisch aus solchen feingepulverten Teilchen bestehen. Bei grossen Gegenständen kann ein beträchtlicher Teil grosser Teilchen eingeschlossen sein. Solche grösseren Teilchen sollen vorzugsweise zu dem Typ gehören, der einen sehr kleinen Gehalt an flüchtiger Substanz aufweist. Für die Herstellung kleiner Körper sollen die Teilchen hingegen besonders fein sein, wie noch weiter unten ausge- führt wird.
Jedoch werden bei der Erzielung sehr grosser Dichten grössere Teilchen bevorzugt.
Der für die Durchführung des erfindungsgem ssel1
Verfahrens verwendete elektrische Widerstands- ofen muss für schnelle Temperaturerhöhungen mit einer im wesentlichen gleichmässigen Koch- temperatur in der gesamten Masse geeignet sein und den Durchgang eines verhältnismässig grossen elektrischen Stromes durch die Masse des Gemisches ermöglichen. Es muss auch Vorkehrung dafür getroffen sein, dass das Gemisch während des gesamten Erwärmungszeitraumes unter einem beträchtlichen mechanischen Druck gehalten wird.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, wenn man den elektrischen Strom durch das Gemisch mit einer so grossen Stromdichte fliessen lässt, dass die Gemischtemperatur sehr schnell auf einen verhältnismässig grossen Wert ansteigt.
Ein zu langsamer Temperaturanstieg, d. h. ein zu kleiner Temperaturgradient, eine zu niedrige Endtemperatur oder ein zu geringer Betriebsdruck, kann die elektrischen, mechanischen und Festigkeitswerte des Fertigerzeugnisses schwerwiegend beeinträchtigen, insbesondere bei kleinen Formkörpern kann dies sogar dazu führen, dass überhaupt kein fester Körper oder ein zu weicher Gegenstand entsteht, dass er praktisch unbrauchbar ist. Der Temperaturanstieg braucht hinsichtlich des Zeitverlaufes nicht gleichmässig zu sein.
In vielen Fällen kann das Gemisch über kurze Zeit praktisch auf konstanter Temperatur bleiben.
Wenn jedoch die Temperatur von Zeit zu Zeit anwachsen soll, soll der Anstieg mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass ein im allgemeinen langsamer Temperaturanstieg nicht zu dem gewünschten Produkt und häufig auch nicht zu einem Körper der gewünschten Gestalt führt. Der Temperaturanstieg kann während der Kochzeit sehr schnell vor sich gehen.
Bei kleinen Gegenständen mit den Abmessungen son 6,35.6,35.38,1 mm hat ein Temperaturanstieg von 538 C während der ersten Minute und 338 C während der nächsten beiden Minuten ein ausreichendes Sintern ergeben. Es wurden auch noch höhere Geschwindigkeiten benutzt
<Desc/Clms Page number 6>
und für die Erzeugung des besten Produktes als vorteilhaft festgestellt. Bei grösseren Gegen- ständen ist die Geschwindigkeit des Temperatur- anstieges durch praktische Erwägungen begrenzt.
In einigen Durchführungsformen des Verfahrens zeigen die Erzeugnisse eine elektrische Leit- fähigkeit, die der Leitfähigkeit handelsüblicher
Graphitelektroden gleich ist, während sie gleich- zeitig überlegene Druck- und Biegefestigkeit besitzen. Durch geeignete Wahl der Materialien und Bedingungen können Erzeugnisse höherer
Leitfähigkeit hergestellt werden, obgleich dies im allgemeinen mit einer Einbusse an mechanischen
Qualitäten geschieht. Im Bedarfsfall kann ein
Produkt mit geringerer Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit erzielt werden.
Wie unten ausführlicher erklärt wird, ist eine verhältnismässig grosse Stromdichte durch das
Gemisch erwünscht, um das Material in geeigneter Weise zu erwärmen. Somit ist ein grosser Stromfluss erwünscht, um die bevorzugte grosse Anfangsgeschwindigkeit des Temperaturanstieges zu erzielen, die von der Grösse des Ofens abhängt, aber in jedem Falle grösser als 2 C/min sogar in grossen Öfen ist und bis 1000 C/min oder noch weiter in kleinen Öfen reicht. Zur Erzielung der Wärmewirkung kann Wechsel- oder Gleichstrom verwendet werden. Eine bestimmte Energiemenge wird bei der direkten Erwärmung des Ofens und durch Wärmeverluste am Ofen selbst verbraucht, abgesehen von der Wärme, die bei der Temperaturerhöhung des Materials in der Sinterkammer tatsächlich verwertet wird.
Je grösser die Masse des Materials in der Sinterkammer ist, um so kleiner ist verhältnismässig die Menge der bei der Ofenerwärmung verwendeten Energie. Beides beruht auf dem günstigeren Verhältnis zwischen der Wärmestrahlungsfläche und dem Volumen der Erzeugnismasse sowie auf dem günstigeren Verhältnis zwischen der Erzeugnismasse und der Masse des gesamten Ofens. Somit ist die Arbeitsweise bei der Herstellung grosser Gegenstände wirksamer als bei der Produktion kleiner Gegen- stände.
Kurze Zeit nach dem Beginn der Erwärmung, die von der dabei angewandten Stromdichte abhängt, und in manchen Fällen viel weniger als 1 Minute beträgt, setzt eine Volumenverminderung des in der Sinterkammer befindlichen Materials ein. Diese Volumenabnahme setzt sich fort, bis ein endgültiges reduziertes Volumen erreicht ist, zu welchem Zeitpunkt dann die Fortsetzung der Erhitzung keine weitere wesentliche Änderung der Erzeugnisgrösse hervorruft, obgleich einige Änderungen der Kennwerte oder Eigenschaften des Erzeugnisses während einer weiteren Erwärmung immer noch vor sich gehten.
Nach Entfernung des geformten Gegenstandes aus dem Ofen oder nach der Aufhebung des Druckes hat eine weitere Erhitzung nur geringe Wirkung auf die mechanischen Festigkeitskennwerte, obgleich eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit durch eine solche weitere Erwärmung erzeugt werden kann.
Bei sehr kleinen Gegenständen ist eine äusserst schnelle Geschwindigkeit des Temperaturanstieges im allgemeinen wesentlich. Es hat sich eine durchschnittliche Geschwindigkeit von mehr als 370'cumin während der ersten 3 Minuten für Gegenstände mit einem Querschnitt von 6, 35. 6, 35 nun als zweckmässig erwiesen.
Bei grösseren Gegenständen macht die grössere Masse der Teilchen das Entweichen von Gasen aus dem Inneren schwieriger und es können langsamere Geschwindigkeiten des Temperaturanstieges be- nutzt werden, wobei nur an den ganz aussen befindlichen Teilen der Erzeugnismasse die bei kleineren Erzeugnissen beobachteten schädlichen
Wirkungen auftreten. Dennoch sind auch grössere
Gegenstände der Wirkung der Geschwindigkeit des Temperaturanstieges unterworfen und das beste Erzeugnis wird bei raschem Temperatur- anstieg erhalten.
Die Geschwindigkeit des Tem- peraturanstieges wird aus der Temperaturände- rung geteilt durch die Zeit der tatsächlichen Er- wärmung unter Druck berechnet, wobei, wie oben erwähnt, auf Perioden schnellen Temperatur- anstieges Intervalle kleiner Temperaturänderun- gen folgen können, solange die auftretenden
Temperaturerhöhungen schnell und heftig sind.
Unter durchschnittlichem Temperaturanstieg wird die gesamte Temperaturänderung, geteilt durch die Summe der Zeitabschnitte verstanden, während denen schnelle Temperaturerhöhung vorgenommen wurde, oder geteilt durch die
Gesamtzeit weniger der Summe der Restperioden.
In einem typischen Fabrikationsgang zur Herstellung eines kleinen Gegenstandes (6, 35. 6, 35. 38, 1 mm endgültige Grösse) und bei Anwendung von 80% künstlichem Graphit (Elektroofengraphit) und 20% bituminöser Kohle, wurde eine Schrumpfung des Gemisches bis etwa 20 Sekunden nach Beginn der Erwärmung nicht beobachtet. Das Material schrumpfte dann um einen ungefähren Wert von etwa 30% der endgültigen Gesamtschrumpfung, behielt dieses Volumen weitere 20 Sekunden und schrumpfte dann schnell um etwa weitere 30% und dann mit Unterbrechung weiter, bis der Schrumpfvorgang beendet war.
Anders ausgedrückt : Bei der Bildung des fertigen Gegenstandes sind Intervalle vorhanden, während denen der ausgeübte Druck, die dadurch bewirkte Verschmierung der Graphitteilchen auf den Kohlenstoffteilchen und das Kracken der kondensierten kohlenstoffhaltigen Gase die Festigkeit der entstandenen Bindungen überwinden, wogegen während anderer Zeiträume die Bindungen dem Druck widerstehen können.
Schliesslich haben die hergestellten Bindungen so grosse Festigkeit, dass keine weitere wesentliche Verkleinerung auftritt. Wenn die Bindungen ihre endgültige Festigkeit erreichen, enthalten sie ein Maximum an festem oder elementarem Kohlenstoff, was einer maximalen Kohlenstoffrückge- winnung aus dem Gehalt des Rohmaterials an flüchtiger Substanz entspricht.
Das Verfahren kann mit einem einzigen Ausgangsmaterial allein, z. B. einem geeigneten
<Desc/Clms Page number 7>
Petrolkoks, in roher und kalzinierter Form durch- geführt werden, ohne dass irgendein anderes
Binde-, Klebe-, Weichmachungs- oder Ver- zögerungsmittel in dem Gemisch gegenwärtig ist.
Es spricht nicht gegen die Theorie und wird für möglich gehalten, dass ein geeigneter Roh- petrolkoks allein ohne jedes andere Binde-, Klebe-, Weichmachungs- oder Verzögerungsmittel in der
Kochmasse unter Anwendung eines ausreichend hohen Druckes ein rissfreies, gut gebundenes
Erzeugnis ergeben könnte.
Wie bereits offenbart wurde, können solche
Stoffe, wie z. B. Zucker, Holz oder Petroleum, die anfänglich keinen oder nur sehr wenig festen
Kohlenstoff enthalten, als Bestandteil verwendet werden, der die flüchtige, brennbare Substanz enthält. Solche Materialien ergeben keine so starken Erzeugnisse wie diejenigen, die mit einem Material gewonnen werden, das flüchtige brennbare Substanz und auch merkliche Mengen an festem Kohlenstoff enthält, wie z. B. Kohle oder Rohpetrolkoks. Deshalb wird vermutet, dass die festen Kohlenstoffteilchen Kondensationskeime für die thermischen Spaltprodukte bilden, so dass sie zur Erzeugung der am meisten erwünschten Produkte besonders geeignet sind.
Eine teilweise geröstete Kohle oder Petrolkoks kann verwendet werden, ist aber nicht so leistungsfähig wie das Rohmaterial. Es ist offensichtlich, dass die Erwärmung solcher Stoffe unter Atmosphärendruck den Verlust wertvoller Bestandteile sogar bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen bewirkt. Es ist somit deutlich, dass die kohlenstoffhaltigen Substanzen, die bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen während des Sintervorganges flüssig werden, besondere Vorteile für eine einwandfreie Arbeitsweise des Verfahrens und die Erzeugung bester Produkte haben müssen.
Im Falle kalzinierter Stoffe reicht die Gasbindungswirkung, die infolge der Gegenwart von bei hoher Temperatur flüchtiger, brennbarer Substanz erfolgen kann, nicht aus, um den wirksamen Verlauf des Verfahrens zu ermöglichen. Man nimmt an, dass die Gegenwart von flüssigen oder teerbildenden, kohlenstoffhaltigen Materialien erforderlich ist, um eine angemessene Verdichtung der Masse bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen, bevor die eigentliche Gasspaltung wirksam wird, damit dieser letztgenannte Krackvorgang ohne übermässigen Verlust an flüchtiger Substanz in der Erzeugnismasse wirksam werden kann.
Das trockene in den Ofen einzusetzende kohlenstoffhaltige Gemisch wird durch Mahlen der Bestandteile, z. B. von bituminöser Kohle oder Petrolkoks und Graphit, auf die gewünschte Feinheit aufbereitet, je nach der Maschengrösse des verwendeten Siebes. Die gemahlenen Bestandteile wurden dann gründlich vermengt und in den Ofen eingebracht und unter den gewünschten Druck gesetzt. Obgleich der Einsatz aus festen Partikeln gebildet wird, sind die Teilchen genügend beweglich, dass die Druckverteilung in der Sinterkammer sehr ähnlich der Druckver- teilung ist, die auftreten würde, wenn die Einsatzmasse den Charakter einer Flüssigkeit hätte, d. h. der von den Teilchen auf die Ofenseitenwände ausgeübte Seitendruck ist ungefähr gleich dem von dem Kolben ausgeübten senkrechten Druck.
Ein 60-Hz-Wechselstrom gewünschter Stärke und Spannung wird durch die Einsatzmasse geschickt, z. B. mit Hilfe eines Transformators. Es sei erwähnt, dass jede geeignete Energiequelle benutzt werden kann und dass sich auch mit Gleichstrom oder Wechselstrom anderer Frequenz zufriedenstellende Ergebnisse erreichen lassen.
Der Sinter-oder Kochvorgang kann in einer oder mehreren Stufen durchgeführt werden, solange bemerkenswerte Temperaturerhöhungen schnell erfolgen. Bevorzugt wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt. Wenn mehr als eine Stufe angewandt wird, müssen die Änderungen der Stromdichte unmittelbar bewirkt werden, so dass keine Unterbrechung des Verfahrens auftritt. Die Abwicklung des Verfahrens mit mehrstufigen Temperaturerhöhungen ist für kleine Gegenstände unerwünscht.
Ein bevorzugtes Verfahren zum ununterbrochenen Kochen oder Erhitzen besteht darin, in zwei Stufen zu erwärmen, wobei bei der ersten Stufe eine wesentlich kleinere Stromdichte als bei der zweiten Stufe angewandt wird. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die erste Stufe so lange fortzusetzen, bis der grösste Teil der Schrumpfung eingetreten ist, und daran unmittelbar die zweite Stufe mit der höheren Stromdichte anzuschliessen. Es wird bemerkt, dass die in der Sinterkammer erzielte Temperatur sowohl eine Funktion der Stromdichte und der Stromwirkungszeit als auch der Ofenkonstruktion ist. Ein Kochen mit zu kleiner Geschwindigkeit, d. h. mit zu geringer Stromdichte, beeinflusst Erzeugnisse kleiner Grösse im Verhältnis zu der Erhitzungszeit unter solchen milderen Bedingungen im allgemeinen nachteilig.
Wenn die Stromdichte über einem kritischen Wert für einen besonderen Ofen und einen speziellen Einsatz liegt, ist auch bei langem Kochen nur eine geringfügige nachteilige Wirkung vorhanden, da die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges ausreichend hoch während des Zeitraumes ist, in dem thermische Spaltung der Einsatzmasse erfolgt. Jedoch wurde gefunden, dass die besten Produkte im allgemeinen mit schnellster Erhitzung erzielt wurden.
In den folgenden Beispielen erfolgt der Kochoder Sintervorgang immer kontinuierlich, auch
EMI7.1
EMI7.2
EMI7.3
Einsatzmasse aus 80% Elektroofengraphit, der durch ein 200-Maschen-Sieb hindurchgeht, und aus 20% bituminöser Kohle, die ebenfalls durch
EMI7.4
<Desc/Clms Page number 8>
hindurchgeht. Die bitumi-satz wog 3, 5 g. Nach der Einfügung des Ein- satzes in den Ofen wurde er einem mechanischen
Druck von 231 kg/cm2 unterworfen. Die folgende
Tabelle zeigt die Versuchswerte für einen Koch- ? Vorgang von 3 2/3 Minuten in zwei Stufen, von denen die erste einen Anfangsstrom von 560 A und die zweite einen Anfangsstrom von 1040 A hatte.
Die Tabelle gibt die Zeit in Minuten, die
Spannung (Spannungsdifferenz zwischen den Stromklernrnen an den Ofenelektroden) in Volt, die Gesamtstromstärke in Ampere und die sich addierende Schrumpfung in Millimetern :
EMI8.1
<tb>
<tb> Zeit <SEP> Gesamt- <SEP>
<tb> (min) <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> schrumpfung <SEP> Stufe <SEP>
<tb> (mm)
<tb> 0 <SEP> 1, <SEP> 30 <SEP> 560 <SEP> 0 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 1/3 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 576 <SEP> 0, <SEP> 4582 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 2/3 <SEP> 1, <SEP> 19 <SEP> 576 <SEP> 0, <SEP> 9164 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 19 <SEP> 576 <SEP> 1, <SEP> 2233 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 1/3 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 573 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 12/3 <SEP> 1, <SEP> 21 <SEP> 565 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 1.
<SEP> Stufe
<tb> 12/3 <SEP> 2, <SEP> 40 <SEP> 1040 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 00 <SEP> 1138 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 21/3 <SEP> 1, <SEP> 90 <SEP> 1160 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 22/3 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 1170 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1178 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 31/3 <SEP> 1, <SEP> 79 <SEP> 1180 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 32/3 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 1182 <SEP> 1, <SEP> 9365 <SEP> 2. <SEP> Stufe <SEP>
<tb>
Es wurde beobachtet, dass die Schrumpfung nach 11/3 Minuten beendet war. Der Widerstand der Blöcke wurde gemessen und der spezifische elektrische Widerstand auf 13, 59. 10-4 Ohm. cm berechnet.
Die Druck- und Biegefestigkeit ergaben sich zu 663, 6 bzw. 536, 2 kg/cm2. Die Verfahren zur Bestimmung der Druck- und Biegefestigkeit werden weiter unten ausführlich beschrieben. Der Gegenstand hatte eine scheinbare Dichte von 1, 75 g/cm3.
Beispiel 2 : In diesem Versuch entsprach die Beschickung dem in Beispiel 1 verwendeten Einsatz, und der in dem Ofen auf den Einsatz ausgeübte Druck war so gross wie im Beispiel 1. Die folgende Tabelle zeigt die Versuchsdaten für einen zweistufigen Koch-oder Sintervorgang von 72/3 Minuten, wobei die erste Stufe einen Anfangs-
EMI8.2
EMI8.3
<tb>
<tb>
Zeit <SEP> Gesamt-
<tb> (mm) <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> Schrumpfung <SEP> Stufe <SEP>
<tb> (mm)
<tb> 0 <SEP> 1, <SEP> 30 <SEP> 560 <SEP> 0 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 1/3 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 571 <SEP> 0 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 2/3 <SEP> 1, <SEP> 19 <SEP> 576 <SEP> 0, <SEP> 6136 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 573 <SEP> 1, <SEP> 5357 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> P/g <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 572 <SEP> 1, <SEP> 5357 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 12/3 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> 570 <SEP> 1, <SEP> 5357 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb>
EMI8.4
<tb>
<tb> Zeit <SEP> Gesamt-
<tb> (min) <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> Schrumpfung <SEP> Stufe <SEP>
<tb> (mm)
<tb> 12/3 <SEP> 2, <SEP> 40 <SEP> 1040 <SEP> 1, <SEP> 5357 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 2 <SEP> 2, <SEP> 00 <SEP> 1142 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2.
<SEP> Stufe
<tb> 21/3 <SEP> 1, <SEP> 99 <SEP> 1152 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 22/3 <SEP> 1, <SEP> 90 <SEP> 1166 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 3 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 1166 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 31/3 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1170 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 32/3 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1170 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 4 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 1172 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 41/3 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1172 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 42/3 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 1172 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 5 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 51/3 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 52/3 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2.
<SEP> Stufe
<tb> 6 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 61/3 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 62/3 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 7 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 71/3 <SEP> 1, <SEP> 62 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 72/3 <SEP> 1, <SEP> 61 <SEP> 1175 <SEP> 1, <SEP> 9185 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb>
Der Widerstand der Blöcke wurde gemessen und der spezifische elektrische Widerstand er- rechnete sich zu 11, 05. 10-4 Ohm. cm. Die
Druck- und Biegefestigkeit ergab sich zu 710, 5 bzw. 536, 2 kg/cm2. Der fertige Gegenstand hatte eine scheinbare Dichte von 1, 767 gfcm3.
Zum Messen der Druckfestigkeit wurde eine Probe von 12, 7 mm Länge und einer Querschnittsfläche von etwa 0,4 cm2 einer Druckkraft in Längsrichtung unterworfen. Die zum Bruch der Probe in Kilogramm erforderliche Druckkraft wurde aufgezeichnet. Aus dieser Kraft wurde die Druckfestigkeit in kgfcm2 errechnet. Beim Messen der Biegefestigkeit wurde eine gleichartige Probe von Blöcken mit gegenseitigem Abstand von etwa 25 mm getragen, und es wurde Druck durch ein Messer ausgeübt, das senkrecht zu der Längsachse der Probe und auf der Mitte zwischen den Tragblöcken angeordnet war.
Bei grösseren Gegenständen, wie in den folgenden Beispielen, können Proben aus dem geformten Block herausgeschnitten werden. Die in den folgenden Beispielen 3 und 4 erwähnten grossen Blöcke haben Querschnittsflächen von etwa 100 cm2.
Beispiel 3 : Der folgende Versuch wurde in einem Ofen vorgenommen, der ähnlich dem in den Beispielen 1 und 2 verwendeten Ofen, aber grösser als dieser war. Die Materialien, d. h.
Kohle und Graphit, waren gleichartig und in denselben Verhältnissen vorhanden, wie in den vorhergehenden Beispielen. Jedoch wurde 2720 g des Gemisches verwendet, und der Druck betrug 192, 5 kg/cm2. Das Material wurde auf eine Endtemperatur von angenähert 1093 0 C erhitzt.
Die folgende Tabelle veranschaulicht die Daten in einem Kochvorgang von 24 Minuten Dauer :
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> Zeit <SEP> Angenäherte <SEP>
<tb> (min) <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> Temp."C <SEP>
<tb> 0 <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> 5680 <SEP> 26, <SEP> 7 <SEP>
<tb> l <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> 5880 <SEP> 149
<tb> 2 <SEP> 4, <SEP> 45 <SEP> 6070 <SEP> 232
<tb> 3 <SEP> 4, <SEP> 42 <SEP> 6270 <SEP> 321
<tb> 4 <SEP> 4, <SEP> 42 <SEP> 6270 <SEP> 388
<tb> 5 <SEP> 4, <SEP> 43 <SEP> 5880 <SEP> 455
<tb> 6 <SEP> 4, <SEP> 45 <SEP> 5680 <SEP> 521
<tb> 7 <SEP> 4, <SEP> 42 <SEP> 6070 <SEP> 582
<tb> 10 <SEP> 4, <SEP> 38 <SEP> 6860 <SEP> 755
<tb> 15 <SEP> 4, <SEP> 39 <SEP> 6860 <SEP> 905
<tb> 20 <SEP> 4, <SEP> 39 <SEP> 6760 <SEP> 1025
<tb> 24 <SEP> 4, <SEP> 39 <SEP> 6760 <SEP> 1106
<tb>
Der spezifische elektrische Widerstand in Ohm.
cm, die Dichte in g/cm3, die Druckfestigkeit in kgfcm2 und die Biegefestigkeit in kgfcm2 von Proben A, B, C, D, E und F, die aus verschiedenen Teilen des Blockes stammen, sind in der folgenden Tabelle angegeben :
EMI9.2
<tb>
<tb> Scheinbare
<tb> Dichte <SEP> Druck- <SEP> BiegeFrobe <SEP> Spez. <SEP> Wtderstand <SEP> (Schutt-festigkeit <SEP> festigkeit <SEP>
<tb> gewicht)
<tb> Block <SEP> 1, <SEP> 685 <SEP>
<tb> A <SEP> 17, <SEP> 58. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 726 <SEP> 878, <SEP> 5 <SEP> 455
<tb> B <SEP> 15, <SEP> 42. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 732 <SEP> 826 <SEP> 375, <SEP> 2 <SEP>
<tb> C <SEP> 36, <SEP> 83. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 650 <SEP> 676, <SEP> 9 <SEP> 251, <SEP> 3 <SEP>
<tb> D <SEP> 15, <SEP> 24. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 686 <SEP> 633, <SEP> 5 <SEP> 442, <SEP> 4 <SEP>
<tb> E <SEP> 17, <SEP> 58.
<SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 630 <SEP> 669, <SEP> 2 <SEP> 345, <SEP> 1 <SEP>
<tb> F <SEP> 39, <SEP> 37. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 600 <SEP> 660, <SEP> 1 <SEP> 211, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Es hätte eine schnellere Geschwindigkeit des Temperaturanstieges verwendet werden können ; sie würde noch bessere Erzeugniskennwerte ergeben haben.
Es hat sich gezeigt, dass der spezifische Widerstand des mit dem Verfahren nach der Erfindung erzeugten Materiales in verschiedenen Richtungen unterschiedlich ist. Dies wird durch die Widerstandswertgruppe des Beispieles 3 veranschaulicht, worin der spezifische Widerstand der Proben A, B, D und E ziemlich gleich ist, während die Widerstandswerte der Proben C und F sich merklich hievon unterscheiden. Es ist zu beachten, dass die Proben A, B, D und E waagrecht ge- nommen sind, während die Proben C und F senkrecht verlaufen. Der Unterschied im spezifi- schen Widerstand in den verschiedenen Richtungen steht mit der Richtung der Druckausübung während der Erwärmung in Beziehung, wobei ein höherer Widerstand parallel zur Richtung der Druckausübung gefunden wurde.
Bei der Herstellung grösserer Blöcke, wie z. B. des Blockes des Beispieles 3, der ungefähr die Masse 10. 10. 15 cm hat, findet man, dass die Temperatur üblicherweise für eine beträchtliche
Zeitperiode bei oder unterhalb der Temperatur konstant gehalten werden kann, bei der das
Schrumpfen beginnt, und bei oder oberhalb dem Punkt, wo die Schrumpfung aufhört, solange ein schneller Temperaturanstieg in dem Temperaturbereich zwischen diesen beiden Punkten angewendet wird.
Bei einem Gemisch wie dem in diesem Beispiel verwendeten wurde beobachtet, dass die Schrumpfung grundsätzlich zwischen den Temperaturen 2320 und 4540 C erfolgt. Bei einem ähnlichen Sintervorgang, bei dem die Temperatur zuerst sehr schnell auf 204 C anstieg und dann genau auf dieser Temperatur für eine Stunde gehalten wurde, oder bei dem die Temperatur zuerst sehr schnell auf 565 C anstieg und dann genau auf dieser Temperatur für eine Stunde gehalten wurde, zeigten die Erzeugnisse einen kleinen Verlust an Druckfestigkeit. Wenn man jedoch einen langsamen Temperaturanstieg zuliess, bei dem innerhalb von 90 Minuten ein Anwachsen von Raumtemperatur auf 454 C erfolgte, und danach der Kochvorgang mit einem normalschnellen Temperaturanstieg beendet wurde, erfuhren die Produkte eine noch grössere Verschlechterung.
Bei allen diesen Erhitzungsvorgängen waren die Gemische, Drücke und Endtemperaturen gleich. Druckversuche und spezifische Widerstände an den Proben B zeigten folgendes :
EMI9.3
<tb>
<tb> Druck-Spezifischer
<tb> Koch- <SEP> oder <SEP> Sintervorgang <SEP> festigkeit <SEP> Widerstand <SEP>
<tb> (kg/cm'') <SEP> (Ohm. <SEP> cm) <SEP>
<tb> normal <SEP> 826 <SEP> 15, <SEP> 42. <SEP> 10-4 <SEP>
<tb> auf <SEP> 2040 <SEP> C <SEP> gehalten... <SEP> 658 <SEP> 16, <SEP> 26. <SEP> 10-4 <SEP>
<tb> auf <SEP> 465 <SEP> <SEP> C <SEP> gehalten... <SEP> 610, <SEP> 4 <SEP> 14, <SEP> 38. <SEP> 10-4 <SEP>
<tb> langsam <SEP> auf <SEP> 4540 <SEP> C <SEP>
<tb> erhöht.............. <SEP> 438, <SEP> 9 <SEP> 16, <SEP> 31.
<SEP> 10-* <SEP>
<tb>
Es ist somit erkennbar, dass der schnellste Temperaturanstieg für die Entwicklung der maximalen Festigkeit erwünscht ist, dass es aber möglich sein würde, einen langsamen anfänglichen Temperaturanstieg bis zu dem Punkt zu verwenden, bei dem die Schrumpfung beginnt, falls irgendein Vorteil aus einem solchen Verfahren erwächst, wie beispielsweise die Unterstützung bei der Beseitigung von Luft und nicht kondensierbaren Gasen zwecks Erzielung höherer Dichte. Bei kleineren Blöcken, z. B. solchen wie in den Beispielen l und 2, ist es zweckmässig, eine hohe Geschwindigkeit des Temperaturanstieges während des gesamten Kochvorganges beizubehalten.
Obgleich sich die kleinste Geschwindigkeit des Temperaturanstieges, die zur Erzeugung eines brauchbaren Produktes erforderlich ist, abhängig von der Zusammensetzung des Gemisches sowie von andern Verfahrensbedingungen ändert, hat es sich als am vorteilhaftesten erwiesen, eine kleinste Geschwindigkeit des Temperaturanstieges von etwa 2 /min und keinen kleineren Druck als etwa 70 kgjcm2 anzuwenden.
<Desc/Clms Page number 10>
Beispiel 4 : Der folgende Versuch entspricht dem Versuch nach dem Beispiel 3 insofern, als
2720 g des Gemisches verwendet wurden und der angewandte Druck 192, 5 kgfcm2 betrug.
Jedoch bestand das Gemisch aus 8% Hartpech, das durch ein 100-Maschen-Sieb hindurchgehen würde, und 92% künstlichem Graphit, der durch ein 200-Maschen-Sieb hindurchgehen würde. Das
Material wurde auf eine Endtemperatur von etwa 10490 C erwärmt, und die Schrumpfung begann fast unmittelbar, nachdem der Erhitzungsvorgang einsetzte, und wurde im wesentlichen nach
6 Minuten beendet.
Die folgende Tabelle zeigt die Temperaturänderungen mit der Behandlungs- zeit während eines Kochvorganges von 52 Minu- ten :
EMI10.1
<tb>
<tb> Zeit <SEP> (min) <SEP> I <SEP> Temperatur <SEP> 0 <SEP> C <SEP>
<tb> 0 <SEP> 21, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 66
<tb> 2 <SEP> 127
<tb> 3 <SEP> 182
<tb> 4 <SEP> 221
<tb> 5 <SEP> 262
<tb> 10 <SEP> 444
<tb> 20 <SEP> 710
<tb> 28 <SEP> 824
<tb> 40 <SEP> 960
<tb> 52 <SEP> 1044
<tb>
Man bemerkt, dass ein verhältnismässig langsamer Temperaturanstieg angewendet wurde. Eine höhere Geschwindigkeit des Temperaturanstieges würde die Erzeugniskennwerte und den Wirkungsgrad des Verfahrens verbessern.
Der spezifische Widerstand in Ohm. cm, die Dichte in g/cm die Druckfestigkeit in kg/cm2 und die Biegefestigkeit in kgfcm2 der Proben A, B, C, D und E für diesen Kochvorgang sind in der folgenden Tabelle angegeben :
EMI10.2
<tb>
<tb> Spezifischer <SEP> Druck- <SEP> BiegeProbe <SEP> Widerstand <SEP> Dichte <SEP> festigkeit <SEP> festigkeit
<tb> Block <SEP> 1, <SEP> 73 <SEP>
<tb> A <SEP> 15, <SEP> 86. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 772 <SEP> 455 <SEP> 261, <SEP> 1 <SEP>
<tb> B <SEP> 14, <SEP> 38, <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 735 <SEP> 375, <SEP> 2 <SEP> 238
<tb> C <SEP> 30, <SEP> 23. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 64 <SEP> 422, <SEP> 1 <SEP> 93, <SEP> 8 <SEP>
<tb> D <SEP> 16, <SEP> 71. <SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 69 <SEP> 399 <SEP> 200, <SEP> 55 <SEP>
<tb> E <SEP> 15, <SEP> 04.
<SEP> 10-4 <SEP> 1, <SEP> 725 <SEP> 293 <SEP> 194, <SEP> 25 <SEP>
<tb>
Beispiel 5 : Obgleich alle vorstehenden Beispiele Graphit irgendeines Typs enthielten, kann man die Erzeugnisse auch aus Materialmischungen herstellen, die keinen Graphit enthalten.
In dem folgenden Beispiel war die Ofengrösse und Konstruktion dieselbe wie im Beispiel 4, aber das Gemisch enthielt nur Petrolkoks.
Das Gemisch wog 1400 g und bestand aus 25% eines handelsüblichen Rohpetrolkokses, der 14% flüchtige, brennbare Substanz und 75% kalzinierten oder gerösteten Petrolkoks enthielt, wie er beispielsweise im Handel zur Herstellung von
EMI10.3
der gesamten Behandlung unterworfen, wobei folgende Versuchsdaten erhalten wurden :
EMI10.4
<tb>
<tb> Zeit <SEP> Gesamt- <SEP>
<tb> (min) <SEP> Volt <SEP> Amp. <SEP> schrumpfung <SEP> Stufe <SEP>
<tb> (mm)
<tb> 0 <SEP> 3, <SEP> 50 <SEP> 1770 <SEP> 0 <SEP> I. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 10 <SEP> 3, <SEP> 45 <SEP> 2340 <SEP> 1, <SEP> 1125 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 20 <SEP> 3, <SEP> 40 <SEP> 2980 <SEP> 1, <SEP> 3081 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 25 <SEP> 3, <SEP> 40 <SEP> 3100 <SEP> 1, <SEP> 3487 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> .. <SEP> 25 <SEP> 4, <SEP> 55 <SEP> 4410 <SEP> 1, <SEP> 3487 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 35 <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> 5390 <SEP> 1, <SEP> 3487 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 35 <SEP> 5, <SEP> 55 <SEP> 7280 <SEP> 1, <SEP> 3487 <SEP> 3. <SEP> Stufe
<tb> 45 <SEP> 5, <SEP> 45 <SEP> 8240 <SEP> 1, <SEP> 4707 <SEP> 3.
<SEP> Stufe
<tb>
Das Erzeugnis hatte die Abmessungen
EMI10.5
eine Druckfestigkeit von 335, 3 kg/cm'und eine Biegefestigkeit von 128, 8 kg/cm2.
Das Erzeugnis wurde einer Graphitierung in üblicher Weise durch Erwärmen auf 30000 C in einem Graphitierofen unterworfen. Vor dem Erwärmen hatte es einen spezifischen elektischen Widerstand von 0, 0066 Ohm. cm in Richtung der längsten Achse. Nach der Erwärmung auf
EMI10.6
Wärmeausdehnungskoeffizienten pro 0 C in dem Bereich von 0 bis 250 C von 2, 4. 10-6 in Richtung der längsten Achse. Nach dem Erhitzen auf 3000 C betrug der Koeffizient in Richtung der längsten Achse 1, 6. 10-6.
Ein Erzeugnis mit solchen Kennwerten würde für die meisten Elektrodenanwendungsfälle geeignet sein. Noch bessere Eigenschaften können jedoch dadurch erreicht werden, dass man die Bestandteile und die Bedingungen des anfänglichen Kochvorganges in geeigneter Weise ändert.
Beispiel 6 : In dem folgenden Beispiel sind alle drei Bestandteile des Gemisches so pulverisiert, dass sie durch ein 200-Maschen-Sieb hindurchgehen. Das Gemisch wog 3, 5 g und bestand aus 40% Elektroofengraphit, 35% geröstetem Petrolkoks und 25% bituminöser Kohle. Das Gemisch wurde einem Druck von 231 kgfcm2 während des gesamten Erhitzungsvorganges unterworfen, wobei sich folgende Versuchswerte ergaben :
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
<tb>
<tb> GesamtZeit <SEP> (nun) <SEP> Amp. <SEP> Schrumpfung <SEP> Stufe <SEP>
<tb> (mm)
<tb> 0 <SEP> 424 <SEP> 0 <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 2 <SEP> 448 <SEP> 2, <SEP> 4819 <SEP> l. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 4 <SEP> 445 <SEP> 3, <SEP> 2512 <SEP> 1. <SEP> Stufe <SEP>
<tb> 6 <SEP> 448 <SEP> 3, <SEP> 3147 <SEP> I <SEP> 1. <SEP> Stufe
<tb> 6 <SEP> 952 <SEP> 3, <SEP> 3147 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 8 <SEP> 1104 <SEP> 3, <SEP> 3147 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 10 <SEP> 1120 <SEP> 3, <SEP> 3147 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb> 12 <SEP> 1133 <SEP> 3, <SEP> 3147 <SEP> 2. <SEP> Stufe
<tb>
Das Erzeugnis war glatt, dicht und hart.
Die Versuche zeigten folgendes :
EMI11.2
<tb>
<tb> Scheinbare <SEP> Dichte...... <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Druckfestigkeit.......... <SEP> 1085 <SEP> kgjcm2
<tb> Biegefestigkeit.......... <SEP> 562,8 <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> Spezifischer <SEP> elektrischer
<tb> Widerstand.,.....,.. <SEP> 19, <SEP> 81. <SEP> 10-4 <SEP> Ohm. <SEP> cm <SEP>
<tb>
Die oben geoffenbarten verschiedenen Beispiele sollen zur Veranschaulichung des Verfahrens nach der Erfindung dienen und stellen keine Begrenzungen des Verfahrens dar.
Änderungen der Teilchengrösse haben eine gewisse Wirkung auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Fertigerzeugnisses, obgleich diese Wirkung bei grösseren Gegenständen weniger bedeutend ist, d. h. bei solchen Gegenständen, deren Querschnittsflächen grösser als etwa 64 cm 2 sind. Beispielsweise wurde bei der Herstellung eines kleinen Gegenstandes (6, 35. 6, 35. 38, 1 mm) aus einem Gemisch von 80% künstlichem Graphit und 20% bituminöser Kohle unter Erhöhung der Grösse der Graphitteilchen von solchen, die durch ein 325-MaschenSieb hindurchgehen, auf solche, die ein 70-Maschen-Sieb passieren, aber in einem 100-Maschen-Sieb hängenbleiben, eine Verminde- rung des spezifischen Widerstandes von 14, 73. 10-4 auf 10, 92. 10-4 Ohm.
cm erzielt. Der für diese Zahlen massgebende Versuch wurde mit einem Druck von 231 kg/cm2 durchgeführt, während ein Strom von etwa 560 A durch das Material für 12/3 Minuten floss, dem ein Strom von 1100 A für 2 Minuten folgte. Der gleiche Versuch ergab eine Verminderung der Druckfestigkeit von 669 auf 462 kg/cm2 und eine Verminderung der Biegefestigkeit von 416 auf 322 kg/cm2.
Die Verwendung kleinerer Teilchen des die hochflüchtige, brennbare Substanz enthaltenden Bestandteiles führte zu einer Verminderung des spezifischen Widerstandes, obgleich diese Wirkung nicht besonders ausgeprägt ist. Die Verwendung kleiner Teilchen sucht die Dichte, Härte sowie Druck- und Zugfestigkeit zu vergrössern.
Dabei ergab sich bei einem Gemisch von 80% künstlichem Graphit (200 Maschen) und 20% bituminöser Kohle von einer Maschen-
EMI11.3
eine Dichte von 1, 71 gfcm3, eine Druckfestigkeit von 342, 3 kg/cm2 und eine Biegefestigkeit von 271, 25 kgfcm2, während die Verwendung einer bituminösen Kohle von einer Maschengrösse von 325 einen spezifischen Widerstand von 13, 59. 10-4 Ohm, cm, eine Dichte von 1, 76 g/cm3, eine Druckfestigkeit von 774, 2 kgfcm2 und eine Biegefestigkeit von 501, 55 kg/cm2 ergab.
Wie vorher festgestellt wurde, kann in dem Verfahren nach der Erfindung Zucker an Stelle bituminöser Kohle verwendet werden. In einem Arbeitsgang unter Anwendung eines Druckes von 232 kgfcm2 und eines Stromes von 560 A für 12/3 Minuten und 1100 A für 2 Minuten in einem Ofen, der im Zusammenhang mit den Beispielen l und 2 verwendeten Bauart und Grösse, ergab ein Gemisch von 20% Rohrzucker und 80% Elektroofengraphit (200 Maschen) ein Erzeugnis mit einem spezifischen Widerstand von 11, 1. 10-4 Ohm. cm, einer Dichte von 1, 62 gfcm3, einer Druckfestigkeit von 228, 4 kg/cm2 und einer Biegefestigkeit von 174, 3 kg/cm2. Weitere Ersatzstoffe für bituminöse Kohle sind Pech, Holzpulver, Zellulose' (z. B. kunstseidenartiger Holzzellstoff) und Rohpetrolkoks.
Verschiedene Materialien erfordern zur Erzielung bester Ergebnisse unterschiedliche Koch-bzw. Sinterbedingungen. Die Kennwerte des Erzeugnisses ändern sich in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auch mit nicht kohlenstoffhaltigen Materialien durchgeführt werden, die dem im übrigen normalen Gemisch kohlenstoffhaltiger Materialien zugesetzt werden. Beispielsweise wurden Glimmerteilchen den Partikeln des mit dem Verfahren nach der Erfindung zu behandelnden kohlenstoffhaltigen Materiales zugesetzt, um ein feuerbe-
EMI11.4
<Desc/Clms Page number 12>
als ungefähr 1, 92 g/cr3 ist. Es wird auch angenommen, dass ein niedrigerer spezifischer Widerstand als etwa 5, 6. 10-4 Ohm. cm bisher in einem gänzlich kohlenstoffhaltigen gebundenen Gegenstand nicht erzielt wurde. Jedoch können erfindungsgemäss diese Kennwerte ohne Imprägnierung und somit in einem gänzlich kohlenstoffhaltigen Gegenstand erzielt werden.
Zu diesem Zweck wird es bevorzugt, einen wesentlichen Mengenanteil an natürlichem Graphit, vorzugsweise natürlichem, schmierendem Schuppen- oder Flockengraphit, zu verwenden.
Obgleich natürlicher Graphit und im besonderen natürlicher, schmierender Flockengraphit zur Herstellung eines gebundenen Gegenstandes hoher Dichte ausgezeichnet geeignet ist, können auch andere Formen des Graphits mit Vorteil unter der Voraussetzung verwendet werden, dass sie geeignete Schmierungskennwerte haben. Ein Beispiel einer solchen Graphitform ist ein synthetischer Graphit, der durch thermische Spaltung von Siliziumkarbid gewonnen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines geformten Kohlekörpers aus einer Mischung zerkleinerter Teilchen, bestehend aus einem zumindest beträchtlichen Anteil eines ersten kohlenstoffhältigen Materials, das wesentliche Mengen an flüchtiger, brennbarer Substanz enthält und zu thermischer Spaltung unter Bildung von mindestens etwas festem oder gebundenem Kohlenstoff befähigt ist und aus einem grösseren Anteil eines zweiten kohlenstoffhaltigen Materials mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Mischung in einer Form unter einem hohen mechanischen Druck von mindestens 35 kgfcm2, vorzugsweise von mindestens 70 kgfcm2, zusammenpresst und einen elektrischen Strom hoher Stromdichte durch die Mischung,
während sie sich unter Druck befindet, schickt und praktisch nur durch diesen Stromdurchgang-ohne Erwärmung von ausseneinen Temperaturanstieg der Mischung von
EMI12.1
mindestens 500 C vorgenommen und wenigstens so lange fortgesetzt wird, bis die Entwicklung der flüchtigen brennbaren Stoffe im wesentlichen vollendet ist.