AT217989B - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffprodukten - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffprodukten 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten und wärmeisolierend wirkenden Kohlenstoffprodukten. 



   Feuerfeste Materialien werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung in saure Substanzen, wie Tone, kieselsäurehaltige Verbindungen usw., ferner basische Substanzen, wie Magnesiumoxyd, Dolomit, Zirkonoxyd usw., amphotere Substanzen, wie Bauxit und Korund und schliesslich neutrale Substanzen, wie Kohlenstoff und Chromit, eingeteilt. Für Industrieöfen und metallurgische Einrichtungen gewinnen in letzter. Zeit kohlenstoffhaltige Materialien als Auskleidungsmaterial immer mehr an Bedeutung.

   Im allgemeinen werden derartige feuerfeste Stoffe unter Verwendung von amorphem oder graphitischem Kohlenstoff durch Mischen mit Ton   oderBitumen- oder Teerprodukten   hergestellt, doch lassen diese Produkte bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften in vieler Hinsicht Wünsche offen, insbesondere was Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit, Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Widerstandsfestigkeit gegen chemische Einwirkungen anlangt. Bisher war nämlich kein feuerfestes und wärmeisolierend wirkendes Material bekannt, das in Anwesenheit von Kohlenstoff im Vakuum Temperaturen von   1800oC,   ja nicht einmal von nur 15000C gewachsen ist. 



   Es sind zwar temperaturbeständige Kohlematerialien für andere Zwecke bekannt, wie beispielsweise die in der franz. Patentschrift Nr. 469. 566 (Gerard) beschriebene, speziell für die Leitung von elektrischem Strom geeignete Kohlemasse, welche durch Verkoken von Rollen von in Leimlösungen getauchten Papieroder Stoffbändern gewonnen wird, aber derartige Produkte sind viel zu wenig porös und besitzen eine viel zu hohe Dichte, als dass man sie zur wärmeisolierenden Auskleidung mit Erfolg verwenden könnte. 



   Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, ein Kohlematerial zu schaffen, welches nicht nur feuerfest ist, sondern auch ausserordentlich günstige wärmeisolierende Eigenschaften aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffprodukten, die in neutraler oder reduzierender Atmosphäre bei normalem Druck bis etwa 18000C beständig sind, eine Dichte unter   0, 4 g/cm3,   eine Wärmeleitfähigkeit von einigen Zehnteln   kcal/m2/m/oC/Std.,   vorzugsweise zwischen 0, 3 und   0, 5 kcal/m2/m/OC/Std.   und eine Druckfestigkeit über 10   kg/cm2   aufweisen und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man eine Paste, die im wesentlichen aus einer Mischung fester, feiner,

   poröser Kohlehydratpartikeln und einer als Bindemittel wirkenden wässerigen Flüssigkeit besteht, durch allmähliches Erhitzen auf eine Temperatur über 4000C verkokt. Das so gewonnene Material besteht aus reinem, porösem Kohlenstoff und besitzt ausser einer aussergewöhnlich hohen Feuerfestigkeit und chemischen Beständigkeit noch die bemerkenswerte Eigenschaft der leichten Verarbeitbarkeit und Anwendbarkeit, da es mit Hilfe der gewöhnlichen Werkzeuge für Holz bearbeitet und in jede gewünschte Form gebracht werden kann. 



   Zur Herstellung der erfindungsgemässen Produkte kann man ein Gemisch von festen Materialien auf der Grundlage von Kohlehydraten, wie   Osen,   Holoside, Heterosiden, Cellulose usw., und von zur Gelbildung geeigneten flüssigen Materialien auf der Grundlage von Kohlehydraten, wie Osen, Holosiden, Heterosiden, Stärke, Cellulose usw. und/oder   Eiweissstoffen wie Gelatine,   Leim   usw.,   verwenden. Man erhitzt dieses Gemisch auf Temperaturen über 400 C, orzugsweise auf einen Bereich von 1200 C und mehr. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Im folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung der feuerfesten und wärmeisolierend wirkenden Körper gemäss der Erfindung näher beschrieben, doch soll die Erfindung nicht allein auf diese Verfahrensweise eingeschränkt sein. 



   Zunächst wird durch Kneten bei erhöhter Temperatur in der Grössenordnung von 1000C eine feinerteilte wässerige Suspension eines zur Gelbildung befähigten Materials hergestellt. Geeignete Materialien sind beispielsweise, ohne dass diese Aufzählung einschränkend ist,   Stärke   bzw. Stärkemehl, Melasse, Knochenleim usw. oder Gemische derartiger Stoffe. Der so erhaltenen Suspension wird eine bestimmte Menge eines porösen, festen Materials zugesetzt, beispielsweise, ohne dass diese Aufzählung einschränkend sein soll, von Cellulosederivaten, wie Holzspänen, Stroh, Cellulosekunstschwamm   usw.,   Teigwaren usw. Auf diese Weise erhält man ein pastenförmiges Gemisch, welches bei der Knettemperatur sehr viskos ist und beim Abkühlen auf Zimmertemperatur nahezu erstarrt. 



   Dieses Gemisch, das aus einem mit dem gelbildenden Bindemittel gut durchtränkten porösen festen Skelett besteht, wird dann in Formen eingebracht, die der Gestalt der gewünschten feuerfesten Materialien entsprechen, beispielsweise in Schamottegefässe oder Muffeln, Formen aus Pappe, Holz oder Metall usw., und dann einem leichten Druck von einer Grössenordnung von wenigen hundert Gramm pro cm ausgesetzt, um eine homogene Verbindung der ganzen Masse zu gewährleisten, ohne jedoch die Dichte übermässig zu vergrössern. 



   Die Temperatur dieses Gemisches wird dann allmählich auf   4000C   und darüber und vorzugsweise in den Bereich von 12000C erhöht. Eine derartige Erhitzung kann auf jede bekannte Weise erfolgen, beispielsweise in einem Drehrohrofen, einem Tunnelofen od. dgl. Die Erhitzung wird in einer neutralen oder reduzierend wirkenden Atmosphäre durchgeführt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steigt die Temperatur pro Stunde nur um ein kleines Vielfaches von   10oC,   insbesondere um etwa   20oC, an.   



   Dadurch werden die Bestandteile des Gemisches vollkommen verkokt. Die auf diese Weise erhaltenen feuerfesten und wärmeisolierend wirkenden Körper werden allmählich abgekühlt. 



   Wenn die Maximaltemperatur der Erhitzung nur eine Grössenordnung von   12000C   hatte, kann jedoch ausser dem Kohlenstoff noch ein kleiner Gehalt, in einer Grössenordnung von wenigen Prozent, von alkalischen Aschen zurückbleiben, die von den Ausgangsprodukten stammen. Um diesen Aschegehalt vollständig zu entfernen, muss die Temperatur der Körper über 1200 C und vorzugsweise in dem Bereich von 1700 bis   18000C   gesteigert werden. 



   Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt man die Körper von der bei der ersten Erhitzung erreichten Temperatur von beispielsweise etwa   1200 C   allmählich auf eine Temperatur unter 400 oder 3000C abkühlen, worauf sie unter einem Vakuum,   z. B.   in einem Elektroofen, erneut erhitzt werden,   u. zw.   auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 1700 oder   1800 C.   Diese zweite Behandlung bezweckt einerseits die Beseitigung der genannten Aschen und anderseits die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Körper. 



   Die nachstehenden, in keiner Weise einschränkenden Beispiele erläutern das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen feuerfesten und   wärmeisolierend   wirkenden Materials. 



     Beispiel l : In   einen Mischer, der mit einer mit Temperaturreglern versehenen Heizeinrichtung ausgestattet ist, werden 200   l   (etwa 250 kg) Rübenzuckermelasse mit einem Wassergehalt von etwa   501o   eingebracht. Es wird eine halbe Stunde lang bei etwa   1200C geknetet.   wobei   etwa 50%   des ursprünglichen Wassergehaltes verdampfen. 



   Dann werden 75 kg Hobelspäne, beispielsweise aus harzigem Holz, eingebracht, die vorher auf 5 bis 20 mm-Sieben gesiebt worden sind, so dass die Abmessungen der Späne zwischen diesen beiden Grenzen liegen. Das aus den Spänen und der Melasse bestehende Gemisch wird in der gleichen Weise eine Stunde lang bei   1200C   geknetet. 



   Dabei erhält man eine sehr viskose Paste, die bei Abkühlung auf Zimmertemperatur fast erstarren würde. 



   Diese Paste wird in Steingutmuffeln mit einem Fassungsvermögen von etwa 6   l   gegossen und einem leichten Druck von etwa 200   g/cm2   ausgesetzt. 



   Auf diese Weise werden etwa 50 Muffeln gefüllt und dann in den Karren eines keramischen Tunnelofens übereinandergestapelt. Zum Schutz gegen die Verbrennungsgase wird auf die obersten Muffeln eine Schicht aus Kokspulver oder Silikasand aufgebracht. 



   Die Temperatur wird pro Stunde um etwa   200C   erhöht, bis sie   1100 - 12000c   erreicht. Dann wird mit derselben geringen Geschwindigkeit auf oder unter 3000C gekühlt. 



   Die auf diese Weise erzeugten Steine werden dann z.   B.   in einem Elektroofen einer zweiten Behandlung unter einem Hochvakuum bei einer Temperatur im Bereich von 18000C ausgesetzt. Die nach der 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 ersten Erhitzung   ein Volumen der Grössenordnung   von 150   l   aufweisenden Steine verlieren bei dieser zweiten Wärmebehandlung etwa   5-8%   ihres Gewichtes ohne wesentliche Änderung des Volumens. 



   Die schliesslich erhaltenen Steine haben folgende Kennwerte : 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Wärmeleitfähigkeit <SEP> etwa <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> kcal/m%/m/oC/Std. <SEP> 
<tb> spezifisches <SEP> Gewicht <SEP> etwa <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> g/cm3 <SEP> 
<tb> Druckfestigkeit <SEP> etwa <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> kg/cm2 <SEP> 
<tb> Aschengehalt <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 21o <SEP> 
<tb> 
 
Diese Steine können mit den für Holz üblichen Werkzeugen ohne weiteres geschnitten und geformt werden.

   Sie können als feuerfeste und wärmeisolierend wirkende Materialien beim Bau von Industrieöfen und/oder metallurgischen Einrichtungen jeder Art usw. verwendet werden, in denen feuerfeste oder wärmeisolierend wirkende Materialien erforderlich sind, die in einer neutralen oder reduzierend wirkenden Atmosphäre, beispielsweise in Anwesenheit von Kohlenstoff, und unter normalem Druck Temperaturen über 18000C und beim Arbeiten unter einem Hochvakuum Temperaturen über 15000C gewachsen sind. 
 EMI3.2 
 (etwa 250   l)   handelsübliche Teigwaren in Form von gerippten Zylindern von 12 bis 15 mm Durchmessern und 50 mm Länge zugesetzt wird. 



   Das Gemisch wird 20 - 30 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 40 bis   600C   geknetet. 



   Die dabei erhaltene Paste wird in Eisenblechformen von 33 x 17 x 9 cm gefüllt und in diesen einem leichten Druck von etwa 100 bis 200 g/cm2 ausgesetzt. Die die Paste enthaltenden Formen werden in einen elektrisch geheizten Tunnelofen eingebracht, dessen Temperatur in seinem wärmeren Teil auf 4000C gehalten wird. Mit Hilfe eines mechanischen Förderbandes werden die Formen in dem Ofen mit einer Geschwindigkeit bewegt, die einem Temperaturanstieg von 20 bis   25 C/Std.   entspricht. Eine Temperatur von 4000C genügt, um das Verkoken des Gemisches zu gewährleisten und ist niedrig genug, um das Spülen des Ofens mit einem Luftstrom zu gestatten, der das aus den Ziegeln entweichende Wasser und Kohlenwasserstoffdämpfe mitnimmt, ohne zu einer Verbrennung zu führen. 



   Nach Abkühlung mit derselben Geschwindigkeit wie der für die Erhitzung angewandten haben die Ziegel fast ihre endgültige Form angenommen. Ihr Volumen ist um etwa 50% verkleinert worden. Sie haben die Abmessungen von normalen Ziegeln : 22 x 11 x 6 cm. 



   Die Ziegel enthalten jedoch noch schwere Teere und alle in den Ausgangsprodukten enthaltenen alkalischen Aschen. 



   Sie werden dann einer zweiten Behandlung ausgesetzt, in der ihre Temperatur unter einem Hochvakuum auf 18000C erhöht wird.   Während   dieser Behandlung werden sie in reinen Koks verwandelt, von Asche befreit und verlieren   4-5%   ihres Gewichtes.. 



   Die Kennwerte der auf diese Weise erhaltenen feuerfesten und wärmeisolierend wirkenden Steine entsprechen im wesentlichen denen der nach Beispiel 1 erhaltenen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffprodukten, die in neutraler oder reduzierender Atmosphäre bei normalem Druck bis etwa 18000C. beständig sind und eine Dichte unter 0, 4 g/cm3, eine Wärmeleitfähigkeit von einigen Zehnteln kcal/m2/m/oC/Std., vorzugsweise zwischen 0, 3 und 0, 5 kcal/m2/ m/ C/Std., und eine Druckfestigkeit über 10 kg/cm2 aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Paste, die im wesentlichen aus einer Mischung fester, feiner, poröser Kohlehydratpartikeln und einer als Bindemittel wirkenden wässerigen Flüssigkeit besteht, durch allmähliches Erhitzen auf eine Temperatur über 4000C verkokt. \ 2.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als festes Kohlehydratmaterial eine Ose, ein Holosid, ein Heterosid, eine Cellulose usw., verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als festes Kohlehydratmaterial Holz, Stroh, hartes Getreidemehl, Teigwaren usw. verwendet werden.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Flüssigkeit im wesentlichen aus einer Suspension von feinen Partikeln von Kohlehydraten der Gruppe : Osen, Holoside, Heteroside, Stärke, Cellulose, Stärkemehl besteht.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Flüssigkeit im wesentlichen Proteine in Form sehr kleiner Teilchen auf der Grundlage von Gelatine, Leim usw. enthält. <Desc/Clms Page number 4>

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als wässerige Flüssigkeit Melasse, eine Mehltrübe, ein Zuckersirup od. dgl. verwendet wird. EMI4.1 ratur im Bereich von 12000c erhitzt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur um etwa 200C/Std. erhöht wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei einer Temperatur um 4000C EMI4.2 auf etwa 18000C erhitzt wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper vor seiner Erhitzung auf eine Temperatur über 1200 C auf oder unter 3000C abgekühlt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung fortschreitend mit einer Geschwindigkeit von etwa 20oC/Std. erfolgt.