AT215166B - Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Kohle- oder Graphitkörpern untereinander oder mit Metallteilen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Kohle- oder
Graphitkörpern untereinander oder mit Metallteilen 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Kohle- oder Graphitkörpem untereinander oder mit Metallteilen mit Hilfe einer Verbindungsmasse, die die Zwischenräume ausfüllt und sich durch Verkokung in der Verbindungsstelle umwandelt. Der Zweck der Erfindung ist, durch die Verbindungsmasse den elektrischen Kontakt der miteinander verbundenen Teile gegenüber den mit den bisherigen Kittmassen gebildeten Verbindungsstellen zu verbessern und eine grössere mechanische Festigkeit der Verbindungsstelle zu erreichen. 



   Es ist bekannt, dass der kontinuierliche Betrieb von elektrischen Öfen eine Verlängerung von verbrauchten Elektroden durch neue erfordert. 



   Für die Befestigung der Elektroden werden zylindrische oder konische Verbindungen vorgesehen, die aus einem in die Elektrodenenden einzuschraubendenNippel bestehen, oder die Elektroden werden unmittelbar mit ihrem Ansatz- und Schachtelgewinde zusammengeschraubt. Diese Verbindungsstellen sind jedoch immer der schwächste Punkt des gesamten Elektrodenstranges in mechanischer und elektrischer Hinsicht, weil hier durch den elektrischen Übergangswiderstand starke örtliche Überhitzungen auftreten, so dass durch abnormale Ausdehnungen ein Bruch der Elektrode mit seinen störenden Folgen entstehen kann.

   Überdies kann es leicht vorkommen, dass diese Verbindungsstellen durch vom Ofen herrührende Vibrationen gelockert werden, so dass die beiden Stirnflächen der Elektroden nicht genügend Kontaktdruck haben und Anlass zu der darauf folgenden Überlastung der   Anstückelungen   geben, welche die schädlichen oben bereits angeführten Folgen vermehrt. 



   Es ist allgemein üblich, zur Verbesserung solcher Verbindungsstellen von Elektroden oder andern Kohlekörpern Kitte oder Füllmassen. zu verwenden, die organische verkokbare Bindemittel enthalten, wie z. B. 



  Teer, Pech, Kunstharz   od.   dgl. Solche Bindemittel sind mit Füllpulver hoher elektrischer Leitfähigkeit vermischt, wie z. B. Kohle-, Graphit- oder Metallpulver, und geben der Kitt-oder Füllmasse die   notwen-   dige Plastizität. Auf die zu vereinigenden   Verbindungsflächen.   wird die Kitt-oder Füllmasse vor dem Zusammenschrauben und Anziehen aufgestrichen, damit nach der Verkokung der Bindemittel die Zwischenräume zwischen den zu vereinigenden Flächen soweit wie möglich ausgefüllt sind, um den elektrischen Widerstand der Verbindungsstellen herabzusetzen und eine mechanisch feste Verbindung zu erhalten, die sich nicht lockern kann. 



   Diese bekannte Massnahme ist jedoch nur teilweise wirksam, da die bisherigen Kittmassen zum Teil von der porösen Struktur der zu vereinigenden Körper aus Kohle oder Graphit absorbiert werden und durch das Austreten der flüchtigen Bestandteile während der Verkokung die Kittmasse ein starkes Schwinden erfährt, so dass sich Risse an der Verbindungsstelle bilden, welche sowohl die mechanische Festigkeit wie die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung gefährden. 



   Diese Verhältnisse gelten jedoch auch für andere Verbindungen von Kohlematerial, bei welchen Kitt-oder Füllmassen zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen Verbindungsstellen verwendet werden, z. B. bei Kohleblöcken, die zur Auskleidung von elektrischen Öfen Verwendung finden oder bei der Befe- 
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 gesetzt werden. Je dicker die Kittschicht ist, umso grösser ist die Gefahr von   Rissbildungen   und Kontaktverschlechterungen, vor allem bei hohen Temperaturen. Bei Anwendung der bisherigen Kitt- oder FUll- 

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 massen ist während der Verkokung immer mit einem Schwinden zu rechnen und aus diesem Grunde ergibt sich an den Punkten, wo der beste Kontakt bei hohen Temperaturen gefordert wird, ein verschlechterter Kontakt durch Trennfuge und Risse, welche das Schwinden der Kittmasse mit sich bringt. 



   Um die schädliche Wirkung dieses Schwindens zu vermindern, ist es bekannt, Kitte mit einem geringeren Prozentsatz an Bindemittel zu verwenden und die Kittmasse unter Druck in die Hohlräume einzubringen, um die Zwischenräume auszufüllen. Es lässt sich jedoch auf diese Art nicht vermeiden, dass ein Teil des Bindemittels von der porösen Struktur der zu vereinigenden Körper aufgesaugt wird und der Kontakt sich lockert, ganz abgesehen davon, dass diese Kitte schwierig anzuwenden sind. 



   Aus   der DAS Nr. l 023534   ist es bekannt,   eineKontaktverbesserung durch Anwendung   einer elastischen Zwischenlage aus einer Mischung von normalem Graphit mit Graphitsäure zwischen der Stirnfläche eines   SchraubDippels   und der Basisfläche eines Muttergewindes zu erzielen. Es ist auch vorgeschlagen worden, eine solche Zwischenlage aus einer Mischung von synthetischem und natürlichem Graphit herzustellen. 



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kitt und Füllmassen aus einer   leitfä-   higen Masse, welche keine Schwinderscheinungen beim Brennen zeigt und alle Zwischenfugen und Zwischenräume ausfüllt, wenn man Elektroden oder Kohleblöcke untereinander vereinigt oder mit metallischen Kontaktteilen versieht. 



   Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, dass eine Verbindungsmasse verwendet wird, die Graphitsäure oder andere Graphitderivate, die sich bei hohen Temperaturen aufblähen, wie z. B. Halogenderivate, Graphitester oder Salze der Graphitsäure sowie Kohle-oder Graphitpulver und Bindemittel or-   ganischen   Ursprungs enthält, die unter Luftabschluss bei hohen Temperaturen feste Koksrückstände bilden, wie z. B. Teer, Pech oder bestimmte Kunstharze, wobei die blähende Wirkung der Graphitsäure eine vollständige Ausfüllung der zwischen den beiden zu verbindenden Körpern vorhandenen Zwischenräume herbeführt und mit der Bildung des Koksrückstandes eine festhaftende homogene, gut leitende Nahtstelle entsteht. Bestimmte Graphitverbindungen, deren Struktur heute noch nicht vollständig bekannt ist, wie z. B. 



  Graphitsäure oder Graphitoxyd, blähen sich beim Erwärmen auf. Sie bilden sich, wenn man Graphit der Einwirkung von konzentrierter Schwefelsäure in Gegenwart von oxydierenden Reagenzien, wie   z. B. Salpe-   tersäure oder Kalium-Chlorat, aussetzt. Wenn man z. B. eine Mischung aus einem Teil Naturgraphit in geeigneter Korngrösse mit zwei Teilen konzentrierter Schwefelsäure und einem Teil   60%iger Salpetersäure   vier Tage bei Raumtemperatur stehen lässt, bildet sich Graphitsäure. Erhitzt man die erhaltene Graphitsäure auf Temperaturen über   200 ,   so tritt eine starke bleibende Volumsvergrösserung ein. Graphitsäure ist ein trockenes Pulver. Das Aufblähen wird durch eine Ausdehnung der interlaminaren Räume erklärt, die durch Wasserstoff und Sauerstoff hervorgerufen wird. 



   Alle   Graphitverbinduageis..   welche sich beim Erwärmen aufblähen, sind für den vorliegenden Zweck geeignet. Sie können allein oder vermischt mit elektrisch gut   leitenden Füllstoffen   verwendet werden, wie Kohlepulver, Graphitpulver,   Metalipulver.   Organische Bindemittel, wie Pech, Teer, Kunstharze, oder auch anorganische Klebemittel, wie Alkalisilikate, stören das Blähverhalten der Graphitderivate nicht. 



   Mit den organischen, verkokbaren Substanzen, die in den nachstehend   beschriebenenMischungen   verwendet sind, wird bei Verkokungstemperaturen bis zu   4000   und 600  das Aufblähen verstärkt. 



   Die Bedeutung von   Kitt-oder Füllmasse. !,   welche sich   durch Wärmewirkung   gemäss der Erfindung aufblähen und z. B. durch Graphitsäure und organische Bindesubstanzen gebildet sind, ergibt sich aus einem Vergleich mit dem Verhalten üblicher Kitte. Wenn sich die Füllmasse nicht vollständig ausdehnen kann, erzeugt sie einen elastischen Druck gegen die Wände der zu verbindenden Flächen ähnlich einer Feder unter Spannung. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen den zu verbindenden Teilen verbessert und bleibt sowohl in elektrischer wie in thermischer und mechanischer Hinsicht unverändert auch bei hohen Temperaturen.

   Dieses Verhalten ist sehr wichtig, wenn durch höhere Temperaturen thermische Ausdehnungen auftreten, welche eine Entfernung der beiden Kontaktflächen hervorrufen. 
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 Kittmasse bei einer Kathodenblockumkleidung für Bäder in der Aluminiumschmelzelektrolyse, Fig. 4 eine einfache Verbindung zwischen zwei horizontal angeordneten Arbeitselektroden und Fig. 5 perspektivisch die Vereinigung zweier Kohleflächen mit roh geformten Verzahnungen. 



   In Fig. 1 sind die Kohleelektroden 1 und l'für elektrische Öfen, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Kalziumcarbid, Ferrolegierungen, metallischem Silicium usw., durch ein konisches Gewinde miteinander verbunden. Die Kittmasse, die beim Anstückeln einer neuen Elektrode an die sich verbrauchen- 

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 de Elektrode verwendet wird, ist im halbflüssigen Zustand und wird sorgfältig auf die Flächen aufgestrichen, die den Kontakt herstellen sollen. 



   Diese Kittmasse besteht z. B. zu gleichen Teilen aus einem Naturgraphit, der in der beschriebenen Weise in Graphitsäure umgewandelt wurde, und einem flüssigen, mit Alkohol verdünnten Phenolharz als Bindemittel. Wenn die beiden Elektroden mit Hilfe dieses Kittes richtig zusammengeschraubt werden, dann ergibt sich später beim Erhitzen der Verbindungsstellen der gewünschte Effekt, weil durch den Übergangswiderstand beim Stromdurchgang ausreichende Temperaturen erzeugt werden, um die Verkokung des Kittes zu ermöglichen. Daher ergibt sich sowohl in elektrischer wie auch in mechanischer Hinsicht eine gute Verbindung, die sich in ihren Eigenschaften nicht wesentlich von denen der zu vereinigenden Elektroden selbst unterscheidet. 
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    2Stirnflächen   6, 6'des Nippels 5 mit seinem Gewinde 7 vorgeformte Scheiben 2 und 8 eingesetzt, die z.

   B. aus einer Mischung von gleichen Teilen Graphitsäure, oxydiertem Graphit und Pech erhalten werden und vorgepresst sind. Diese Scheiben hindern nach dem Aufblähen beim Brennen der Elektroden im Ofen das Auflockern derVerschraubung der Elektroden und verbessern die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung. 



   In Fig. 3 ist die Herstellung einer   Kathodenblockauskleidung filr Bäder   in der Aluminiumschmelzelektrolyse dargestellt. Eine Kittmasse 9, die zu einem Drittel aus Graphitsäure besteht und zu einem weiteren Drittel aus entgasten   Anthrazitkörn. ern   und einem Drittel Pech, wird gemäss Fig. 3 benutzt, um die Fugen bzw. Zwischenräume von Kohleblöcken 10, die das Auskleidungsfutter von elektrischen Öfen,   Kupolofen   und Hochöfen darstellen, miteinander zu verbinden, damit bei den hohen Arbeitstemperaturen keine Risse und Spränge, die flüssiges Metall oder flüssige Schlacken durchlassen würden, auftreten. 



   Überdies wirken diese Füllmassen durch ihre elastischen Eigenschaften in der Richtung, dass sie imstande sind, Dehnungsspannungen, die sich aus thermischen Gründen ergeben haben, zu kompensieren. 



  Die Kittmasse 9 kann dabei warm auf die zu vereinigenden Flächen aufgestrichen oder in körnigem Zustand in die Zwischenräume der zù vereinigenden Blöcke 10 eingefüllt oder schliesslich als vorgeformte dünne Platten (Folien) beim Verlegen der Blöcke zwischen dieselben eingebracht werden. 



   In der Fig. 3 wird ferner die Anwendung einer Kittmasse 12 gezeigt, die einen sicheren Kontakt der   StromzufUhrungsschiel1en   11 mit den Kohleblöcken 10 bewirkt. In diesem Fall besteht die Kittmasse zu einem Drittel aus körnigem Elektrographit, einem Drittel Graphitsäure und einem Drittel Pech.

   Die Kittmasse, die beim Einlegen der   Stromschienen   in die Kohleblöcke 10 in der üblichen Weise angewendet wird, bewirkt bei den später auftretenden hohen Temperaturen nicht nur einen niedrigen Spannungsabfall zwischen Stromschiene 11 und Kohleblock 10, sondern sorgt vor allem für sehr gleichmässige Kontaktbe-   dingungen   innerhalb aller zur Anwendung kommenden Stromschienen mit den   Kohleblöcken,   wodurch sich eine sehr gleichmässige Stromverteilung auf dem ganzen   stromführenden   Boden des Elektrolysebades ergibt. 



   In vielen Fällen genügt eine dünne Kittschicht zwischen den zu verbindenden Teilen, wie Fig. 4 veranschaulicht. Hier sind zwei horizontal angeordnete Kohlekörper 10 dargestellt, die durch die Kittschicht 13 miteinander verbunden sind. 



   Man kann auch die zu   vereinigenden Kohlekörper   mit roh   vorgearbeitetenFlächen,   in   die Verzahllun-   gen eingearbeitet sind, wie in Fig. 5 dargestellt ist, verbinden. Die   ungleichmässigen. Zwischenräume   der Kohleblöcke 10 gleichen sich durch das Aufblähen der Kittmasse 9 aus. Der gute elektrische Kontakt zwischen den beiden Körpern bleibt daher erhalten. Die kostspielige und genaue Bearbeitung der miteinander in Berührung stehenden Flächen ist daher entbehrlich. 



   Bisher musste man   durch"grüne"Elektrodenmasse,   die in grosser Stärke auf die Fläche aufgetragen wurde, die Unebenheiten, der sich berührenden Flächen ausgleichen. Durch das plastische Verhalten der Kittmasse nach der Erfindung ist ein solcher Ausgleich nicht erforderlich. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Kohle- oder Graphitkörpern untereinander oder mit Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsmasse verwendet wird, die Graphitsäure oder andere Giaphitderivate, die sich bei hohen Temperaturen aufblähen, wie z. B. Halogenderivate, Graphitester oder Salze der Graphitsäure sowie Kohle-oder Graphitpulver und Bindemittel organischen Ursprungs enthält, die unter Luftabschluss bei hohen Temperaturen feste Koksrückstände bilden, wie z.

   B. Teer, Pech oder bestimmte Kunstharze, wobei die blähende Wirkung der Graphitsäure eine vollständige Ausfüllung der zwischen den beiden zu verbindenden Körpern vorhandenen Zwischenräume herbeiführt und <Desc/Clms Page number 4> mit der Bildung des Koksrückstandes eine festhaftende homogene, gut leitende Nahtstelle entsteht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Kunstharz vom Typ Phenolharz verwendet wird.