AT239763B - Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden oder andern aus bituminösen Gemischen erhaltenen Formkörpern - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden oder andern aus bituminösen Gemischen erhaltenen Formkörpern 
Elektroden für metallurgische Zwecke werden aus reinem Kohlenstoff, im allgemeinen aus Petrolkoks oder Graphit hergestellt. Diese Materialien werden zerkleinert bzw. gemahlen und in verschiedenen Kornfraktionen mit einem Bindemittel, z. B. Pech oder Asphalt, zu einer plastischen Masse vermischt, welche durch Extrusion mittels Pressen (Strang-oder Schneckenpressen) zu Formkörpern verarbeitet wird. Die geformten Körper werden alsdann in Öfen während längerer Zeiträume bei Temperaturen von 800 bis 12000C gebrannt, um alle flüchtigen und plastischen Stoffe des bituminösen Bindemittels zu entfernen und den Rest zu karbonisieren, so dass ein fester Formkörper aus möglichst reinem Kohlenstoff gebildet wird. 



   Es wurde nun die überraschende Feststellung gemacht, dass bei Vorherrschen gewisser Umstände und Bedingungen einverpresster bituminöser Formkörper sich von selbst erhitzt, ohne dass eine äussere Wärmezufuhr erforderlich ist. Dies tritt dann ein, wenn der aus der Presse kommende Formkörper bzw. die   "grüne" Elektrode   in noch heissem Zustand von einer stark wärmeisolierenden, aber luftdurchlässigen Masse, z. B. geblähter Perlit (kleinkugelige Strukturen aufweisendes Liparit-oder Quarzporphyrglas), Blähton, Vermiculit (aus Glimmerarten durch Alkaliverlust und Wasseraufnahme entstandenes Material) u. dgl. umgeben bzw. in diese Masse eingebettet wird.

   Dieses Material wirkt als Wärmedämmschicht und verhindert eine Wärmeableitung nach aussen ; vielmehr wird die vom heissen Formkörper ausgestrahlte Wärme zurückgestrahlt und verursacht die Einleitung eines exotherm verlaufenden Oxydationsprozesses im Innern des Formkörpers unter weiterer Wärmeentwicklung. Die Temperatur des Formkörpers steigert sich und kann die zum Brennen des Formkörpers erforderliche Temperatur erreichen. 



   Nach der zur vollständigen Karbonisierung des Formkörpers erforderlichen Zeitspanne wird der Oxydationsprozess unterbrochen. DerKörper wird dann langsam ausgekühlt, damit Wärmespannungen vermieden werden. 



   Das Prinzip dieses Verfahrens beruht auf der Beobachtung, dass in   bitumenhaltigen   Gemischen, die bestimmte, regelmässig verteilte Luftporen enthalten, und die auf eine bestimmte, den jeweiligen Verhältnissen angepasste Temperatur gebracht werden, vom Moment an, wo sie sich selbst überlassen werden, eine vom Innern des Gemisches ausgehende Oxydation eintritt, wie auch eine gewisse molekulare Veränderung und ein Verdampfen der flüchtigen Bestandteile ; die Kohlenwasserstoffe des Bindemittels werden dadurch von allen plastischen Bestandteilen befreit, so dass bei einer bestimmten Stufe des Oxydationsprozesses im Gemisch nur fester Kohlenstoff zurückbleibt. 



   Erfindungsgemäss wird derart vorgegangen, dass das plastische bituminöse Gemisch heiss verpresst wird, so dass im Pressling ein der Luft zugänglicher, regelmässig verteilter Hohlraumgehalt von etwa 5 bis   150/0   verbleibt und dann die noch heissen Presslinge in einen mittels einer wärmeisolierenden   luftdurchlässigen   Masse ausgekleideten Behälter eingebracht oder unmittelbar in die isolierende Masse eingebettet werden, worauf sich in den sich selbst überlassenen Presslingen ein exotherm verlaufender Oxydationsprozess entwickelt. 



   Der Hohlraumgehalt im fertigen Pressling kann gemäss DIN 19962157 ermittelt werden durch Bestimmung   der Wasseraufnahme imVakuum.   Die Wasseraufnahme entspricht ungefähr der Porosität der Körper. 



   Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenelektroden wird beispielsweise pulverisierter Petrolkoks von Staubfeinheit bis zu einer Korngrösse von etwa 1 mm mit ungefähr 20   Gew. -0/0 Asphaltbitumen,   vorzugsweise B 80 oder B 45 (vgl. Ullmanns Encyklopädie der techni- 

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 schen Chemie, Band 4 [1953], S. 419, Tabelle 2) heiss gemischt. Die Mischung soll nach dem ImpactVerfahren (deutsche Patentschrift Nr. 933497) erfolgen, bei welchem die Feststoffe in einem geschlossenen Behälter in eine Schwebezone hochgewirbelt und in aufgelockertem Schwebezustand mit verflüssigtem, unter hohem Druck zerstäubtem Bindemittel besprüht werden, so dass jedes einzelne Feststoffteilchen individuell mit einem dünnsten Bindemittelfilm umhüllt wird.

   Die Mischung wird in heissem Zustand, bei etwa   150-170 C,   zu Formkörpern gewünschter Dimensionen derart (durch richtige Wahl der Kornabstufung der Feststoffteilchen, der Menge des im Pressling enthaltenen Bindemittels, des Pressdruckes und der Presstemperatur unter Bedachtnahme auf die Bauart der Brikettpressen verpresst, dass in den Presslingen ein Hohlraumgehalt von etwa 10 Vol.-% vorhanden ist, worauf die noch heissen, gegebenenfalls über 1700C erhitzten Formkörper in einem Raum eingebracht werden, der von geblähtem Perlit oder einem andern, wärmeisolierenden und wärmerückstrahlenden luftdurchlässigen Wärmedämmstoff umgeben ist. Die Isolierschicht soll eine Mindestdicke von 10 bis 20 cm oder mehr, entsprechend der Grösse und Anzahl der Formstücke im Behälter, besitzen. 



   Ist nach Einbettung   der'Formkörper   in den Isolierstoff die Temperatur derselben unter etwa 170 C gesunken, so werden sie durch Heissluftzufuhr zum Behälter wieder auf eine Temperatur von über 1700C erhitzt. Etwa bei dieser Temperatur beginnt spontan die Selbsterhitzung der eingebetteten Formkörper. 



  Je nach der Masse derselben und der Dicke der Isolierschicht steigt die Temperatur im Innern der Formkörper. Der durch Selbsterhitzung erhaltene Temperaturanstieg soll etwa 7000C nicht übersteigen. Dies wird dadurch erreicht, dass bei höher ansteigender Temperatur die Wärmedämmschicht um die Formkörper teilweise entfernt wird bzw. die Formkörper aus dieser Schicht herausgezogen werden und sich dadurch abkühlen, oder dass die Lufttemperatur im Behälter in beliebiger Weise reguliert bzw. gesenkt wird. 



  Besonders zweckmässig kann die Temperatur im Behälterinneren durch Veränderung der Zufuhr von Sauerstoff zum Behälter gesteuert werden, indem durch Drosselung der Sauerstoffzufuhr der Oxydationsprozess verlangsamt und die Temperatur gesenkt wird, und bei Erhöhung der Sauerstoffzufuhr die Temperatur ansteigt. Wenn die Aushärtung der Formkörper beendet ist, was von der Grösse der Formkörper abhängt und einige Stunden oder Tage dauern kann, werden die Formkörper aus der isolierenden Umgebung entfernt. 



   In einem praktisch durchgeführten Beispiel wurde pulverisierter petrolkoks mit einer Korngrösse von maximal 0, 2 mm mit 20   Gew.-%   Bitumen 80 vermischt. Die Mischung wurde bei 1500C mit einem Pressdruck von 140   kg/cmr   zu Zylindern von etwa 3 cm Durchmesser und 4 cm Höhe verpresst. Diese Presslinge werden in einen mit einer wärmeisolierenden Perlitschicht ausgekleideten Behälter eingebettet und nach einer Erwärmung auf 1700C sich selbst überlassen. Dabei stieg die Temperatur der eingebetteten Presslinge auf etwa 3000C an. Die Körper blieben 24 h im Perlit eingebettet und wurden alsdann einer langsamen Kühlung überlassen.

   Nach diesem Härtungsprozess wiesen die Zylinderformstücke ein Raumgewicht von ungefähr   1, 25 g/cm3   auf und erreichten im Vakuum eine Wasseraufnahme von 10 bis 12   Vol. -0/0.   Die Wasseraufnahme entspricht ungefähr der-durch den Härtungsvorgang sich in den meisten Fällen kaum   verändernden - Porosität   der Körper. Die gehärteten Zylinder erreichten bei Zimmertemperatur eine Bruchlast von ungefähr 150   kg/crn.   



   Die erfindungsgemässe Herstellung der Kohle-und Graphitformkörper bringt eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung der Elektrodenfabrikation. Das wochenlange Brennen der Formkörper bei Temperaturen von etwa 1000 C ist nicht mehr erforderlich. Bei dem neuen Verfahren der Härtung der Formkörper durch Selbsterhitzung ist keine oder nur eine geringe Wärmezufuhr von aussen erforderlich, um den Härtungsprozess einzuleiten, und die Aushärtung der   Formkörper   ist in einem Bruchteil der bis jetzt erforderlichen Zeit beendigt. 



   Während das erfindungsgemässe Verfahren besondere Vorteile für die Elektrodenherstellung bietet, können auch andere bituminöse Formkörper   wie Erzbrikette, Platten u. dgl.   in der beschriebenen Weise durch exotherme Oxydation gehärtet werden. 



   Als weiteres Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens kann die Herstellung von Steinkohlenbriketts genannt werden. Feinkohle wird mit einem Anteil von etwa 2 bis 5   Gew. -0/0 bituminösem Bindemittel,   insbesondere weichem Asphaltbitumen, vermischt, zweckmässig mit Hilfe des Mischverfahrens und der Apparatur, die in der österr. Patentschrift Nr. 194309 beschrieben ist. Das verflüssigte Bitumen wird bei einer Temperatur von 150 bis 1800C und unter einem Flüssigkeitsdruck von etwa 20 atü auf die hochgewirbelten Kohleteilchen versprüht, welche mit einem dünnen Bitumenfilm von etwa 1 bis 20 Mikron Stärke überzogen werden.

   Das Brikettiergemisch wird dann zu Briketten verpresst,   u. zw.   unter solchen Bedingungen, dass im verpressten Formkörper ein Hohlraumgehalt von etwa 5 bis 20 Vol.-% erhalten bleibt. 

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   Die aus der Presse herausfallenden noch weichen und heissen Briketts gelangen auf ein Bett von geblähtem Perlit od. dgl.   wärmeisolierencie   luftdurchlässige Masse und werden noch mit Perlit zugedeckt, so dass eine Masse Briketts vollständig in Perlit eingebettet ist. Die eingebettete Brikettmasse wird dann in   einen Heizofen gebracht   und, sofern die Temperatur der Briketts unter 1700C gefallen ist, auf diese Temperatur gebracht.

   Bei diesen Temperaturen von etwa 1700C wird im Innern der Briketts ein exothermer Oxydationsprozess eingeleitet, indem infolge des Hohlraumgehaltes der in die Hohlräume eindringende Sauerstoff der Luft mit den dünnen Bitumenfilmen, welche die Kohleteilchen individuell umhüllen, reagiert, wodurch im Bitumen molekulare Veränderungen entstehen, die eine Härtung des Bitumens verursachen, die soweit getrieben werden kann, dass das ursprüngliche weiche lösliche Bitumen von niederem Erweichungspunkt fast unschmelzbar und unlöslich wird. Durch diesen   Oxydationsprozess   wird in den Briketts Wärme erzeugt und die von den Briketts ausgestrahlte Wärme wird vom perlitmaterial in die Briketts zurückgestrahlt und verursacht dadurch einen immer höheren Temperaturanstieg, so dass jede Zufuhr von äusserer Wärme aufhören kann.

   Die Temperatur in der Heizkammer muss, zweckmässig durch Zufuhr von Frischluft, so gesteuert werden, dass sie nicht höher als etwa 2700C steigt und zweckmässig etwa 200 bis 2300C beträgt. Bei dieser Temperatur kann die gewünschte Härtung der Briketts, je nach ihrer Grösse, in einer Viertelstunde bis 1 h erreicht werden. Es werden in dieser Weise Briketts höherer Festigkeit erhalten, die infolge des gehärteten Bindemittels in noch warmem Zustand   transportfähig   sind und nicht erst abgekühlt werden müssen. Da der Bindemittelanteil in der Brikettmischung sehr gering ist und ausserdem das Bitumen durch die Wärmebehandlung verändert wurde, verbrennen die so hergestellten Briketts praktisch ohne Rauch-und Russbildung. 



   PATENT ANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden oder andern aus bituminösen Mischungen erhaltenen Formkörpern durch Formen eines zunächst plastischen Gemisches aus Kohlenstoff oder andern mineralischen Feststoffen und einem bituminösen Bindemittel, Hitzebehandlung und darauffolgendes langsames Abkühlen der erhaltenen Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass das plastische Gemisch derart heiss verpresst wird, dass im Pressling ein der Luft zugänglicher, regelmässig verteilter Hohlraumgehalt von etwa 5 bis 15   Vol. -0/0   verbleibt, und darauf die mindestens 1700C heissen Presslinge zwecks Hitzebehandlung in einen mittels einer wärmeisolierenden, luftdurchlässigen Masse   (z.   B.

   aus   geblähtem   Perlit, Blähton oderVermiculit) ausgekleideten Behälter eingebracht werden, in welchem sich in den   Presslingen   ohne wesentliche äussere Wärmezufuhr ein exotherm verlaufender, die Aushärtung bewirkender Oxydationsprozess entwickelt.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung bei mindestens 150 C verpresst wird und die Presslinge vor dem Einbetten in die wärmeisolierende Masse auf etwa 1700C erhitzt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Innern des Behälters durch Veränderung der Schichtdicke der Einbettung der Presslinge geregelt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Innern des Behälters durch Zufuhr von Heiss- oder Kaltluft gesteuert wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Innern des Behälters durch Erhöhung oder Drosselung der Sauerstoffzufuhr zum Behälter gesteuert wird.

   6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmischung von Feststoff und Bitumen nach dem in der deutschen Patentschrift Nr. 933497 beschriebenen Verfahren hergestellt wird.