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Verfahren zur Herstellung isotroper Kohleformkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung isotroper Kohleformkörper durch Verkoken einer grünen Mischung.
Bei der Herstellung von Kohle- oder Graphitformkörpern wurde bisher stets aus der grünen Mischung, die aus Kohlefestbestandteilen und einem Bindemittel besteht, ein grüner Formkörper gepresst, der dann verkokt und gegebenenfalls graphitiert wurde. In der Regel erfolgt das Pressen der grünen Formkörper im Strangpressverfahren. Es sind hier aufwendige Druckeinrichtungen, nämlich Pressformen und Druckpressen hoher Leistung nötig. Die nach diesem Verfahren hergestellten Kohle- oder Graphitformkörper weisen grundsätzlich eine gewisse Anisotropie auf. Ferner entstehen in den Randzonen Zonen erhöhter Verdichtung, die in manchen Fällen unerwünscht sind. Weitgehend isotrope Presskörper erhält man dagegen beim Schlauchpressverfahren, wobei durch hydraulische Druckanwendung Presskörper in Gummischläuchen geformt werden.
Dieses Verfahren ist jedoch nicht nur sehr aufwendig, sondern erlaubt auch nur eine sehr geringe Pressfolge. Es ergeben sich somit hohe Herstellungskosten, die dazu geführt haben, dass es bisher nur wenig Anwendung gefunden hat.
Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlekörpers bekannt, bei dem die Verkokung in der Pressform unter hohem Druck durchgeführt wird. Eine solche Druckverkokung ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden, da hiezu eine besondere Presse erforderlich ist, die so beschaffen sein muss, dass sie die hohen Verkokungstemperaturen aushält.
Durch die Erfindung wird nun ein Verfahren angegeben, das nicht nur die Herstellung weitgehend isotroper Kohle- und Graphitformkörper erlaubt, sondern ausserdem auch die Herstellung von Kohleformkörpern sehr komplexer Gestalt, die durch die bisher üblichen Pressvorgänge nicht hergestellt werden können. Die Erfindung geht von dem Verfahren aus, bei dem Kohleformkörper durch Verkoken einer in einer Form befindlichen grünen Mischung hergestellt werden. und besteht darin, dass diese Verkokung der bevorzugt in an sich bekannter Weise in die Form eingerüttelten grünen Mischung frei von Anwendung eines äusseren Druckes vorgenommen wird. Überraschenderweise gelingt es hier unter Vermeidung eines Pressvorganges vor und während der Verkokung Körper mit ausgezeichneter Formhaltigkeit herzustellen. Es ist hiedurch ohne weiteres möglich, komplizierte Formkörper, wie z. B.
Kugeln, Hohlkugeln u. a. Formen von Kernbrennstoffelementen sowie Rohre, usw. herzustellen, deren Herstellung nach dem üblichen Pressverfahren nicht ohne weiteres möglich ist. Die auf diese Art hergestellten Formkörper zeigen bei relativ geringem Raumgewicht gute Festigkeitseigenschaften und isotropes Verhalten. An ihrer Oberfläche entstehen keine Verdichtungszonen. Solche Körper lassen sich daher ausserordentlich gut imprägnieren, so dass auch eine starke Erhöhung des Raumgewichts durch nachfolgende Imprägnierschritte ohne weiteres möglich ist. Insbesondere kann vor einer solchen Imprägnierbehandlung eine Oberflächenbehandlung der Formkörper zur Entfernung einer Presshaut, wie z. B. Sandstrahlen oder Überdrehen der Formkörper, entfallen.
Es hat sich im übrigen gezeigt, dass die Anwendung eines äusseren Drucks, wie er etwa bei Durch-
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führung der Verkokung in dicht verschlossenen Formen entsteht, keine wesentliche Rolle für das erfin- dungsgemässe Verfahren spielt.
Hingegen hat es sich als zweckmässig erwiesen, die grüne Mischung beim Einfüllen in die Form dicht zu rütteln. Als am besten geeignetes Material für die Formen hat sich Graphit erwiesen. Graphit- formkörper gestatten eine besonders oft wiederholte Benutzung.
Nachfolgend wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele die praktische Durchführung des erfindung- gemässen Verfahrens erläutert.
Beispiel 1. :' Eine Mischung aus einem Steinkohlenteerpechkoks in den Fraktionen 0. 06-0. 20 mm und < 0, 06 mm wird mit Graphit < 0, 10 mm und Russ unter Zugabe von etwa 50 Gel.-% Hartpech in feingemahlene Zustand in einem der üblichen Knetmischer angesetzt. Das Verhältnis zwischen Korn- und Staubkomponente liegt zwischen 50/50 und 60/40 Anteilen. Diese Mischung wird auf etwa 2500C aufgeheizt und ein Teil der flüchtigen Bestandteile dadurch entfernt.
Ein Graphitzylinder von 100 mm Innendurchmesser und 240 mm Höhe wird mit der Mischung ge- füllt und während des Füllvorganges gerüttelt. Die Einwaage ergibt ein Rüttelgewicht von zirka 1. 1 g/cm3. Nach dem Verschliessen des Graphitzylinders wird dieser in der üblichen Weise verpackt und dem Brennprozess (1000OC) unterworfen. Der erhaltene Formkörper hat ein Raumgewicht von 1, 38 g/cm3, bei guten. physikalischen Werten und isotropem Verhalten. Durch Nachimprägnieren (beispielsweise mit Pech) lassen sich das Raumgewicht und die physikalischen Werte erheblich verbessern, ohne dass sich hiedurch das isotrope Verhalten ändert.
Beispiel 2 : Eine Mischung aus Petrolhalbkoks wird wie in Beispiel 1 angesetzt. Die Mischtemperatur wird jedoch nicht über 2000C gebracht. Zwei Graphitzylinder werden halbkugelförmig (etwa 73 mm Durchmesser) ausgedreht und die beiden Kugelschalen durch eine Gewindeverschraubung miteinander verbunden. Durch eine Füllöffnung in einer Halbschale wird die Kugelmatrize nach der in Beispiel 1 beschriebenen Art gefüllt und dem Brennprozess zugeführt. Die Einfüllöffnung wird zuvor durch einen zur Kugel passenden Gewindestopfen verschlossen. Die nach dem Brennen erhaltene Kugel hat einen Durchmesser von etwa 60 mm, ein Raumgewicht von etwa 1, 34 g/cm3, bei vollkommen isotropem Verhalten. Eine geringe Abplattung der Einfüllhälfte kann durch eine entsprechende Überbemessung der oberen Kugelhälfte vermieden werden.
Die Kugel zeigt ein aussergewöhnlich elastisches Verhalten und übersteht den Aufschlag aus etwa 10 m Höhe auf eine Stahlplatte. In gleicher Art kann z. B. durch Einlegen eines Balles während des Füllvorganges eine Hohlkugel erzeugt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung isotroper Kohleformkörper durch Verkoken einer in einer Form be- findlichen grünen Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkokung der bevorzugt in an sich bekannter Weise in die Form eingerüttelten grünen Mischung frei von Anwendung eines äusseren Druckes vorgenommen wird.