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Verfahren zum Sintern von Kohlenelektroden mittels des elektrischen Stromes.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehenden Elektroden, wie sie in elektrischen Ofen, sowie auch als Anoden oder Kathoden bei verschiedenen elektrolytischen Verfahren zur Verwendung gelangen, insbesondere aber auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Elektroden aus kohlenstoffhaltigen Materialien unter Verwendung der in der Elektrode selbst mit Hilfe eines elektrischen Stromes entwickelten Wärme.
Elektroden zu diesen-Zwecken werden zumeist aus Anthrazit, Retortengraphit und Petroleumkoks oder ähnlichen kohlenstoffhaltigen Substanzen hergestellt, die mit einem aus Teer allein oder aus Teer und Pech bestenendan Bindemittel vermischt werden. Das
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Kohle geheizten Ofen gesintert, bis das Bindemittel verkokt ist.
Obwohl bereits versucht wurde, das Sintern in einem elektrisch geheizten Ofen durchzuführen, hat sich dies zumeist als unwirtschaftlich erwiesen. Demgegenüber ermöglicht die Erfindung die Benutzung des elektrischen Stromes bei der Herstellung derartiger Elektroden in höchst einfacher Weise und unter grosser Kostenersparnis.
Das Ausgangsmaterial für die Elektroden leitet den Strom nur sehr wenig. Die Ursache hiefür liegt in dem die kleinen Körner des kohlenstoffhaltigen Materials trennenden Bindemittel. Sobald daher die ölartigen Bestandteile verflüchtigt sind, leitet die Elektrode besser. Das Leitungsvermögen der noch nicht gesinterten Elektrode hängt natürlich von der Beschaffenheit der verwendeten kohlenstoffhaltigen Materialien ab. So wird eine aus groben Körnern einer gutleitenden Substanz, wie z. B. Graphit, hergestellte Elektrode im ungesinterten Zustande ein besserer Stromleiter sein, als eine Elektrode, die aus kleinen Körnern eines anderen kohlenstoffhaltigen Materials als Graphit hergestellt wurde. Meistens
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keit als die gesinterte.
Dieser Nachteil wird im Sinne der Erfindung dadurch beseitigt, dass man die mittels Widerstandserhitzung (Joulescher Wärme) zu sinternde Elektrode in einem Teile ihres Querschnittes leitungsfähig macht. Die Widerstandserhitzung wird in einem parallel zur Elektrode angeschlossenen Leiter durchgeführt. Dieser Leiter kann aus einem Metallstab oder einer bereits gesinterten Elektrode bestehen. Vorteilhaft wird ein oder werden mehrere eiserne Stäbe in die Elektrode selbst eingelegt.
Wie nachfolgende Beispiele zeigen, lässt sich das Verfahren in verschiedener Weise ausführen, jedoch stets nur unter Anwendung der erwähnten Anordnung. Es können z. B. die Elektroden in einem besonderen elektrischen Ofen gesintert werden ; sie können aber auch in einem elektrischen Ofen in ununterbrochener Folge hergestellt und gesintert werden, in welchem sie gleichzeitig als Stromträger zur Durchführung eines Schmelzprozesses o. dgl. dienen.
Gewöhnliche Elektroden werden gemäss der Erfindung folgendermassen hergestellt : Als Ausgangsmaterial dient vorteilhaft eine Mischung von zerkleinertem Graphit oder Anthrazit mit Teer und Pech. Dieses Gemisch wird in eine eiserne Form gestampft, welche der Elektrode die gewünschte Gestalt verleiht. Die Abmessungen der Elektrode sind z. B. 350 X 350 X 2ooo MMK. Während des Stampfens der Elektrode in die Form wird ein dünner eiserner Stab, der eine Dicke von etwa 9'bzw und die gleiche Länge wie die
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Stampfens die Elektrode in ihrer ganzen Länge, und zwar in der Mitte oder fast in der Mitte, durchsetzt und so gewissermassen einen eisernen Kern bildet. Die Elektroden können nun gesintert werden.
Der dazu dienende Ofen kann einfach aus einer aus drei Ziegelwänden gebildeten Kammer bestehen, deren vierte Wand aus Eisenplatten hergestellt ist uud ohneweiters eingesetzt und nach Abschluss des Sinterns wieder entfernt werden kann. In diesem Ofen werden gleichzeitig etwa zwanzig Elektroden gesintert. Sie sind in dem Ofen derart untergebracht, dass ein elektrischer'Strom alle Elektroden der Reihe nach durchfliessen kann.
Zu diesem Behufe stellt man die erste Elektrode auf einen Kohlenblnck, der an eine Klemme eines 400 KW- Umformers angeschlossen ist. Am oberen Ende dieser Elektrode wird ein kurzes Stück einer gutleitenden Kohlen-oder Graphitelektrode aufgelegt, welches den Strom zu dem oberen Ende der zweiten Elektrode überleitet. Das untere Ende dieser letzteren ruht auf einem zweiten Kohlen-oder Graphitelektrodenstück. Auf dasselbe Kohlenoder Graphitstück wird nunmehr die dritte Elektrode aufgesetzt.. In gleicher Weise wird
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mit all den übrigen siebzehn Elektroden verfahren, von denen die letzte an die andere Klemme des Umformers angeschlossen ist. Der Umformer bewirkt die Regulierung der Spannung und liefert Strom von 220 bis 110 Volt.
D-ie Elektrodenzwischenräume werden nunmehr mit feinem Sand oder feingemahlener Holzkohle ausgefüllt. Wird der zwisiwn den Klemmen fliessende Strom auf ungefähr 200 Volt gebracht, so zeigt das Amperemeter sofort ungefähr 800 Ampère. Während'der ersten Minuten sinkt die Stromstärke, weil der Widerstand der heissen Eisenstäbe höher ist. Dann steigt die Stromstärke allmählich auf 2500 oder 3000 Ampere im Laufe von 24 bis 36 Stunden, während welcher das Sintern der Elektroden, von den den Eisenkernen zunächst gelegenen Teilen langsam über den ganzen Querschnitt fortschreitet.
Nach Verlauf dieses Zeitraumes ist das Sintern beendet und der Spannungsabfall wird sich auf ungefähr 6 Volt bei jeder Elektrode bei einer Stromstärke von goos Ampère stellen. Man kann auch einen Umformer verwenden, der keine Spannungsregelung gestattet. Doch geht dann'das Sintern langsamer vor sich. Die Elektroden bleiben nun bis zum Abkühlen im Ofen, was ungefähr 36 Stunden beansprucht.
Wären keine Eisenstäbe in die Elektroden eingebettet, würde die Stromstärke bei obigen Bedingungen weniger als ein Ampere betragen und es würde keine Erhitzung der Elektroden, selbst wenn man sie wochenlang im Ofen belassen würde, stattfinden.
Während des Sinterns übernimmt die Elektrode selbst die Weiterleitung eines Teiles des elektrischen Stromes. Würde man das Sintern der Elektroden bei einer höheren Temperatur von-etwa 1500 bis r6000 C vornehmen, so würde der Eisenkern schmelzen und die Elektrode selbst während der letzen Stufe des Sinterns den Stromträger bilden. Indessen sind so hohe Temperaturen allgemein nicht erforderlich, so dass in den meisten Fällen, selbst nach Abschluss des Sinterns, der Eisenkern noch vorhanden ist.'
Nach einer anderen Arbeitsweise können die fertiggesinterten Elektroden zum Einleiten eines frischen Sinterungsprozesses verwendet werden. Hiebei kann der gleiche Ofen wie bei dem eben beschriebenen Verfahren zur Verwendung gelangen, dagegen ist die Art der Anordnung der Elektroden im Ofen eine andere.
Nach dieser zweiten Arbeitsweise werden die noch nicht und die bereits gesinterten Elektroden gemeinsam in den Ofen eingesetzt, und zwar stets eine noch nicht gesinterte und eine bereits gesinterte Elektrode dicht nebeneinander, wobei sie oben und unten an denselben Leiter angeschlossen sind. Hiebei wird der Strom zuerst nur durch die bereits gesinterte Elektrode fliessen, indessen wird, während durch die in dieser Elektrcde erzeugte
Wärme der ihr zunächst liegende Teil der noch unfertigen Elektrode zu sintern anfängt, letztere mässig leitend und nimmt nun an der Weiterleitung des Stromes teil, so dass schliesslich die Ampè : ezahl des durch i em2 beider Elektroden fliessenden Stromes die gleiche sein wird.
Bei vielen elektrometallurgischen Arbeiten ist es wünschenswert, sehr lange Elektroden zu verwenden. Nun ist es unmöglich, bei den jetzt gebräuchlichen, etwa 180 ein langen Elektroden, die noch behandelt und miÏ einem brüchigen Kohlennippel verbunden werden müssen, die Elektrode genau durch die Mitte des Schachtes eines Ofens einzuführen. Das Verfahren zum Sintern von Elektroden im Sinne der Erfindung schafft aber die Möglichkeit, die Elektrode in der oberen Mündung des Schachtofens in ununterbrochener Folge herzustellen.
In der Zeichnung ist die Anordnungsweise von Elektroden zum Zwecke des Sinterns in zwei verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht.
Fig. i zeigt einen einfachen, zur Herstellung vcn Roheisen dienenden Schachtofen im Aufriss, teilweise im Schnitt. Bei dieser Anordnung hängt die sehr lange Elektrode in der Mitte des Schachtes, umgeben von Erz und Reduktionsmitteln. Die zur Herstellung der Elektrode verwendete Mischung von Teerkoks und Anthrazit wird in den Trichter 1 eingeführt und um eine oder mehrere eiserne Stäbe 2 gestampft. Der Ofen wird von dem oder den Stäben 2 mit Strom versorgt und die Elektrode hängt an den erwähnten oder an anderen Stäben. Die Stäbe können gewellt oder mit kleinen Vorsprüngen versehen sein, um das Abgleiten der Elektrode zu verhindern. Da die rohe Elektrodenmasse nur einen schlechten Leiter abgibt, müssen die Eisenstäbe allein den ganzen Strom oberhalb und in dem oberen und kühlen Teil des Schachtes leiten.
Durch die in den Stäben erzeugte, sowie die dem Eisenkasten des Schachtofens entströmende Hitze wird die Elektrode allmählich gesintert und leitungsfähig gemacht, worauf sie an der Weiterleitung des Stromes teilnimmt. In unmittelbarer Nähe der Schmelzzone bei 3 erreicht die Temperatur der Elektrode einen so hohen Grad, dass das Eisen herausschmilzt und die Kohlenelektrode nunmehr die Weiterleitung des Stromes allein übernimmt. Das zur Verstärkung der Elektrode verwendete Metall braucht nicht Eisen zu sein, sondern es kann irgendein anderes Metall zur Verwendung gelangen, dessen Schmelzpunkt entsprechend hoch über jener Temperatur liegt,
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keit erhält. Das Verstärkungsmetall wird daher je nach der Art des jeweils in Frage kommenden Schmelzverfahrens gewählt.
Auf diese Weise kann eine Elektrode von jeder gewünschten Länge in ununterbrochenem Betriebe in demselben Ofen hergestellt werden, in dem sie zur Verwendung gelangen soll.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dem Ofen der Strom nur durch das
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Strom leiten zu können. Es ist aber auch möglich, die Elektrode mit Hilfe eines Stromes zu sintern, der nur einen Bruchteil des für den Schmelzvorgang selbst verwendeten Betriebsstromes bildet, in welchem Falle der Querschnitt der eisernen Stäbe weit kleiner gehalten werden kann. Diese Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der untere Teil 1 der Elektrode ist bereits gesintert und hängt in dem Halter 2, durch den ein Strom von etwa 18. 000 Ampère in die Elektrode geleitet wird. Oberhalb des Halters wird ein neuer Teil der Elektrode 3 dadurch gebildet, dass man die rohe Elektrodenmasse um die Metallstäbe stampft.
Durch letztere werden ungefähr 2000 Ampère geleitet, wobei die Stäbe derart bemessen sind, dass die in ihnen durch diesen Strom entwickelte Widerstandserhitzung (Joulesche Wärme) zum allmählichen Sintern der Elektrode 3 genügt. Wird der Elektrodenteil 1 zu kurz, so wird der Halter gegen den oberen Teil 3 geschoben und eine frische Elektrode oberhalb des Teiles 3 aufgebaut. Die zum Sintern des Elektiodenteiles erforderlichen 2000 Ampère werden einem besonderen Umformer entnommen, der eine sehr niedrige, regelbare Spannung liefert.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verfahren zum Sintern von Kohlenelektroden mittels des elektrischen Stromes,
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wickelten Widerstandserhitzung (Jouleschen Wärme) einen Teil der Elektrode zu sintern und leitfähig zu machen und den ganzen Sinterungsvorgang mittels der in dem Leiter und in der Elektrode selbst erzeugten Widerstandserhitzung durchzuführen.