DD212723A5

DD212723A5 - Ofen zum graphitieren von kohlenstoffkoerpern

Info

Publication number: DD212723A5
Application number: DD26019584A
Authority: DD
Inventors: Johann Klein
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1984-08-22
Also published as: DE3343790A1; AT376634B; ATA59583A; SU1311630A3

Abstract

Bei einem Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkoerpern (4) werden diese zu wenigstens einem Strang (5) stirnseitig aneinandergereiht im Ofenraum (3) zwischen Stromueberleitungsstuecken (6,7) parallel zur Ofenachse eingespannt gehalten. Zum Ziele, eine gleichmaessige Erwaermung der Kohlenstoffkoerper (4) in einer Schutzgasatmosphaere zu sichern, besteht die Aufgabe, die zu Straengen (5) zusammengefassten Kohlenstoffkoerper (4) zwischen den Stromueberleitungsstuecken (6,7) ohne zusaetzliche Abstuetzung einzuspannen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass die je einem Strang (5) von Kohlenstoffkoerpern (4) zugeordneten Stromueberleitungsstuecke (6,7) am Boden (8) und am Deckel (9) eines den Ofenraum (3) bildenden, stehenden Behaelters (2) angeordnet sind.

Description

Titel der Erfindung

Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkörpern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkörpern, die zu wenigstens einem Strang stirnseitig aneinandergereiht in einer Schutzgasatmosphäre im Ofenraum zwischen Stromüberleitungsstücken parallel zur Ofenachse eingespannt gehalten sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Graphitieren müssen die vorgebrannten Kohlenstoffkörper auf eine Graphitierungstemperatur von etwa 2500° bis 3000° C erhitzt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Kohlenstoff körper stirnseitig zu einem Strang aneinandergereiht und zwischen zwei Elektroden eingespannt. Die beim Hindurchleiten eines elektrischen Stromes durch den Strang von Kohlenstoffkörpern entstehende Joule¹sehe Wärme wird dabei zur gewünschten Erhitzung der Kohlenstoffkörper auf die geforderte Behandlungstemperatur ausgenützt . Die Elektroden sind bei bekannten Graphitierungsöfen stirnseitig angeordnet, so daß die Kohlenstoffkörper-Stränge parallel zur horizontalen Ofenachse zu liegen kommen. Diese Anordnung bedingt aber einerseits einen vergleichsweise hohen Preßdruck, um die Kohlenstoffkörper des Stranges zusammenzuhalten, und anderseits eine Unterstützung des Stranges bei größeren Stranglängen, damit ein Durchhängen des Stranges und ein

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Verkanten der Kohlenstoffkörper vermieden werden kann. Längere Kohlenstoffkörper-Stränge werden jedoch angestrebt, weil mitmeinem höheren elektrischen Widerstand der Stränge bei einer zulässigen maximalen Stromstärke die Versorgungsspannung größer gewählt werden kann, was zu einer besseren Auslegung der Stromversorgungseinrichtung führt. Die für längere Stränge erforderliche Abstützung bewirkt dabei eine Wärmeabfuhr und damit eine ungleichmäßige Erwärmung des Stranges. Diese ungleichmäßige Erwärmung wird zumindest zum Teil durch die den Ofenraum ausfüllenden, körnigen Isolierstoffe ausgeglichen, die zur Vermeidung einer Oxidation den Strang von Kohlenstoffkörpern umgeben. Diese körnigen Isolierstoffe müssen allerdings miterwärmt werden, was nicht nur einen entsprechend hohen Energieeinsatz mit sich bringt, sondern auch lange Aufheiz- und Abkühlungszeiten bedingt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist ein Graphitierungsofen bekanntgeworden (DE-PS 2 457 923)/ bei dem der zwischen den beiden stirnseitigen Elektroden eingespannte Kohlenstoffkörper-Strang von einer gasdichten Haube umschlossen ist, die eine Schutzgasfüllung aufweist. Die Schutzgasatmosphäre im eigentlichen Ofenraum macht zwar die Füllung mit körnigem Isolierstoff überflüssig, so daß -die Erwärmung von solchen Isolierstoffen entfällt, doch wird mit den Nachteilen dieser Isolierstoffe auch auf deren Vorteile verzichtet. Es entfallen nämlich die Stützwirkung der angeschütteten Isolierstoffe und der mit den erwärmten Isolierstoffen gegebene Temperaturausgleich. Mit einem solchen Graphitierungsofen müssen folglich entsprechende Abstützungen für den Strang von zu graphitierenden Kohlenstoffkörpern und damit ungleichmäßige Erwärmungsverhältnisse in Kauf genommen werden, wobei auch die wärmebedingte Konvektionsströmung des Schutzgases eine Rolle spielt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkörpern so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln auch beim Einsatz eines Schutzgases eine gleichmäßige Erwärmung der zu Strängen zusammengefaßten Kohlenstoffkörper sichergestellt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß die zu Strängen zusammengefaßten Kohlenstoffkörper zwischen den Stromüberleitungsstücken ohne Erhöhung der Preßkräfte und ohne besondere Abstützung der Kohlenstoffkörper-Stränge eingespannt werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die je einem Strang von Kohlenstoffkörpern zugeordneten Stromüberleitungsstücke am Boden und am Deckel eines den Ofenraum bildenden, stehenden Behälters angeordnet sind.

Durch die damit erreichte vertikale Anordnung der Stränge ,_ ' . werden diese nur in axialer Richtung durch das Gewicht der w⁷ Kohlenstoffkörper und nicht quer dazu belastet, so daß eine gesonderte Abstützung der Stränge gegen ein Durchbiegen entfallen kann. Der über die Stromüberleitungsstücke auf die Kohlenstoffkörper ausgeübte Preßdruck kann somit ausschließlich in Abhängigkeit von dem angestrebten Übergangswiderstand zwischen den stirnseitig aneinanderliegenden Kohlenstoffkörpern gewählt werden, und zwar unabhängig von der Stranglänge. Es können daher für vorteilhafte Versorgungsspannungen günstige, große Stranglängen mit vergleichsweise hohen elektrischen Widerständen zum Einsatz kommen. Die stehende Anordnung der Stränge macht aber auch eine dichte Besetzung des Ofenraumes möglich, weil auf eine Abstützung

der Stränge zwischen den Stromüberleitungsstücken keine Rücksicht genommen werden muß. Die freistehende Anordnung der Kohlenstoffkörper-Stränge bringt außerdem den Vorteil einer gleichmäßigen Erwärmung der Kohlenstoffkörper mit sich. Es fehlen die die Wärme abführenden Abstützungen. Dazu kommt, daß die Konvektionsströmung keine ungleichmäßige Erwärmung der Kohlenstoffkörper über ihren Umfang bedingen kann, wobei durch einen Zwangsumlauf des Schutzgases sogar eine Steuerung der Erwärmung möglich wird. Eine Rückgewinnung der Wärme kann bei einer entsprechenden Schutzgaskühlung mit einem Zwangsumlauf des Schutzgases ebenfalls er- ^ zielt werden.

Sind die Stromüberleitungsstücke am Boden und am Deckel des Behälters je zwei Strängen von Kohlenstoffkörpern zugeordnet, wobei Stromüberleitungsstücke des Deckels gegenüber den Stromüberleitungsstücken des Bodens zur elektrischen Reihenschaltung der Stränge auf Lücke versetzt angeordnet sind, so kann auch für vergleichsweise kurze Einzelstränge eine hohe Versorgungsspannung genützt werden, weil diese Einzelstränge _;> durch die Anordnung der Stromüberleitungsstücke elektrisch in Reihe geschaltet sind und folglich der Gesamtwiderstand aller Einzelstränge für die Stromstärke bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung bestimmend wird.

Die elektrische Reihenschaltung der Einzelstränge macht es darüber hinaus möglich, die Anschlüsse für die Stromversorgung in den Bereich des Behälterbodens zu verlegen, so daß der abnehmbare Behälterdeckel von solchen Anschlüssen freibleiben kann. Damit braucht im Bereich der Stelltriebe für das Aufbringen der Preßdrücke keine Rücksicht auf eine Stromversorgung genommen zu werden, wenn die verstellbaren Stromüberleitungsstücke am Deckel angeordnet sind.

Die Zuordnung je eines Stromübertragungsstückes zu zwei benachbarten Kohlenstoffkörper-Strängen bietet außerdem den

Vorteil, daß mit einem Stelltrieb zwei benachbarte Stränge über das zugehörige Stromübertragungsstück beaufschlagt werden können. Damit bei einer solchen Ausführung der Preßdruck gleichmäßig auf beide Stränge aufgeteilt werden kann, können die Stromuberleitungsstucke am Deckel des Behälters als verschwenkbare Druckausgleichsbalken ausgebildet und an einen in Richtung der Strangachsen wirkenden Zylindertrieb angeschlossen sein, über den der gewünschte Preßdruck erreicht wird. Das Aufbringen des Preßdruckes über einen Zylindertrieb bringt den zusätzlichen Vorteil, daß während der Erwärmung der Kohlenstoffkörper auftretende Änderungen hinsichtlich der Stranglänge ohne Änderung des Beaufschlagungsdruckes ausgeglichen werden.

Die stehende Anordnung der Kohlenstoffkörper-Stränge beschränkt den notwendigen Preßdruck auf ein für das Sicherstellen eines·vorteilhaften Übergangswiderstandes zwischen den aneinanderliegenden Kohlenstoffkörpern ausreichendes Maß, so daß auch die mechanische Belastung der Stromüberleitungsstücke beschränkt bleibt. Die Stromüberleitungsstücke können folglich aus Graphit bestehen, was den Vorteil eines guten elektrischen Leiters mit dem Vorteil eines schlechten Wärmeleiters verbindet, der eine Abkühlung des Stranges im Bereich der stirnseitigen Enden verhindert. Eine konstruk- ^•^ tive Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß die als Druckausgleichsbalken ausgebildeten Stromüberleitungsstücke kugelgelenkig an einem mit dem Zylinderkolben verbundenen Druckstück abgestützt sind. Besonders einfache Konstruktionsverhältnisse werden jedoch erreicht, wenn der eine ballige Form aufweisende Kolben des Zylindertriebes mit dem zugehörigen Stromüberleitungsstück einstückig ausgebildet und mit Hilfe von Schutzgas beaufschlagbar ist. Die ballige Form des Kolbens erlaubt die Verschwenkbarkeit des mit dem Kolben verbundenen Druckausgleichsbalkens, wobei die damit in Kauf genommene schlechtere Abdichtung des Kolbens keine Rolle spielt, weil der Kolben ja mit dem Schutzgas für den Ofenraum

beaufschlagt wird. Das aus dem Zylinder gegebenenfalls austretende Schutzgas gelangt lediglich in den Ofenraum.

Um die Anpreßkraft nicht nur gleichmäßig auf je zwei Stränge aufteilen zu können, sondern auch die Übertragung der Kräfte auf die Kohlenstoffkörper der einzelnen Stränge sicherzustellen, können auf den Stromüberleitungsstücken schließlich in vorteilhafter Weise Druckübertragungskörper kugelgelenkig gelagert sein.

Ausführungsbeispie1

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeipiel vereinfacht dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Ofen zum Graphitieren von

Kohlenstoffkörpern teilweise in einem Vertikalschnitt, Fig. 2 einen .Ofenquerschnitt, Fig. 3 einen Schnitt durch ein Stromüberleitungsstück im

Bereich des Behälterdeckels in einem größeren Maßstab, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer

Konstruktionsvariante und Fig. 5 einen Schnitt durch den Behälterboden im Bereich eines Stromüberleitungsstückes.

Der dargestellte Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkörpern besteht im wesentlichen aus einem Gestell 1, auf das ein stehender Behälter 2 aufgesetzt ist, der den Ofenraum 3 bildet. In diesem Ofenraum 3, der von einem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, durchströmt wird, werden die zu graphitierenden Kohlenstoffkörper A eingesetzt, und zwar in Form von Strängen 5 stirnseitig aneinandergereihter Kohlenstoffkörper 4. Diese Stränge 5 werden stehend in den Ofenraum 3 eingebracht und zwischen oberen und unteren Stromüberleitungsstücken 6 und 7 vertikal eingespannt gehalten. Diese Stromüberleitungsstücke 6 und 7 sind am Boden 8 und am Deckel 9 angeordnet und jeweils für zwei Stränge 5 vorge-

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sehen, wobei die einem Strang 5 zugeordneten Stromüberleitungsstücke 6 und 7 jeweils mit einem anderen benachbarten Strang 5 verbunden sind, so daß sich für die Stränge 5 eine elektrische Reihenschaltung ergibt. Da eine gerade Anzahl von Strängen 5 vorgesehen ist, liegen die beiden Anschlüsse 10 für die Stromversorgung aller Stränge 5 im Bereich des Behälterbodens 8. Die Stromüberleitungsstücke im Bereich des Deckels 9 brauchen folglich mit keinem Stromanschluß versehen zu werden und eignen sich besonders zum. Aufbringen des für eine entsprechende Kontaktfläche zwischen den Kohlenstoffkörpern 4 notwendigen Preßdruckes. Zu diesem Zweck sind die Stromüberleitungsstücke 6 als verschwenkbare Druckausgleichsbalken ausgebildet und an einen in Richtung der Strangachsen wirkenden Zylindertrieb 11 angeschlossen. Bei einer Beaufschlagung dieses Zylindertriebes 11 wird der Preßdruck über die Druckausgleichsbalken bildenden Stromüberleitungsstücke 6 auf die beiden zugehörigen Stränge 5 gleichmäßig aufgeteilt, wobei wärmebedingte Längenänderungen der Stränge über den mit einem konstanten Druck beaufschlagten Zylindertrieb ausgeglichen werden können. Damit auch eine über den Querschnitt der Kohlenstoffkörper 4 gleichmäßig verteilte Belastung der Stränge 5 sichergestellt werden kann, können die Stromüberleitungsstücke 6 und 7 kugelgelenkig gelagerte Druckübertragungskörper 12 tragen, die sich bei einer Beaufschlagung der Zylindertriebe 11 selbsteinstellend satt an die Stirnfläche des jeweils anschließenden Kohlenstoffkörpers 4 anlegen. Die Stromüberleitungsstücke 7 im Bereich des Behälterbodens 8 brauchen an sich nicht als Druckausgleichsbalken ausgebildet zu sein. Wie Fig. 5 zeigt, ist es aber durchaus möglich, auch diese Stromüberleitungsstücke 7 verschwenkbar zu lagern. .

Gemäß Fig. 3 können die Stromüberleitungsstücke 6 über einen Druckkörper 13 an den Zylindertrieb 11 angeschlossen sein. In diesem Fall sind die Stromüberleitungsstücke in den Druckkörpern 13 kugelgelenkig gelagert und werden über eine

Sicherungsschraube 14 vor einem Abfallen vom Druckkörper gesichert. Da die stehende Anordnung der Stränge 5 eine seitliche Abstützung der Stränge 5 und einen besonderen Preßdruck überflüssig macht, bleibt die mechanische Beanspruchung der Stromüberleitungsstucke begrenzt, so daß diese Stromüberleitungsstücke 6 und 7 vorteilhaft aus Graphit gebildet werden können, wobei die Vorteile eines guten Stromleiters mit den Vorteilen eines schlechten Wärmeleiters verbunden werden. Dadurch kann ein Temperaturabfall in den Endbereichen der Stränge 5 durch eine Wärmeabgabe.an die Stromüberleitungsstucke 6 und 7 weitgehend verhindert werden.

Damit der Zylindertrieb 11 und der Druckkörper 13 entsprechend gekühlt werden können, ist der Druckkörper 13 hohl ausgebildet und weist im Hohlraum 15 eine Leitwand 16 für einen Wasserkreislauf auf, der gemäß .den angedeuteten Pfeilen den Druckkörper 13 und den Zylindertrieb 11 umspült.

Eine andere Möglichkeit besteht nach Fig. k darin, die Stromüberleitungsstucke 6 im Bereich des Deckels 9 einstückig mit den Kolben 17 der Zylindertriebe 11 auszubilden. Damit die Verschwenkbarkeit der als Druckausgleichsbalken wirkenden Stromüberleitungsstucke 6 gewährleistet werden kann, weisen die Kolben 17 eine ballige Form auf. Die Beaufschlagung dieser Kolben 17 erfolgt dabei mit dem auch zur Füllung des Ofenraumes 3 benützten Schutzgas, so daß die Leckströmung aus den Zylindern 18, die vorteilhaft.ebenfalls aus Graphit bestehen, unschädlich ist. Durch eine elektrische Isolierung 19 der in dieser Weise ausgebildeten Zylindertriebe 11 muß allerdings dafür gesorgt werden, daß der Deckel 9 des Behälters 2 nicht an die Stromversorgung angeschlossen werden kann.

Zur Wärmeisolierung des Behälters 2 ist dessen Mantel mit einer Chrom-Magnesit-Auskleidung 20 versehen. Der Boden 8 und der Deckel 9 tragen zu diesem Zweck Kohlenstoff-Steine

* . 21, die gegenüber der Stahl konstruktion des Bodens und des Deckels elektrisch isoliert sein müssen. Der Behälter 2 kann zusätzlich über eine Kühlflüssigkeit gekühlt werden, die beispielsweise in Dampfkesselrohren um den Behälter geführt wird.

Mit Hilfe eines Graphitierungsofens der dargestellten Art wird ein einfaches Chargieren möglich, wobei durch den wegen der stehenden Anordnung der Stränge 5 erreichbaren geringen Abstand zwischen den Strängen eine dichte Ofenbesetzung erzielt werden kann. Der den Ofenraum 3 bildende geschlossene

.f~\ Behälter 2 schließt Umweltbelastungen aus und gestattet es, Überschußwärme über eine Kühlflüssigkeit abzuführen. Die Schutzgasatmosphäre im Ofenraum 3 führt auf Grund fehlender Abstützungen für die Stränge zu keinen ungleichmäßigen Erwärmungsverhältnissen der Kohlenstoffkörper 4, so daß die Vorteile einer Schutzgasfüllung ohne die sonst auftretenden Nachteile voll ausgenützt werden können. Mit einem Zwangsumlauf des Schutzgases läßt sich außerdem die jeweilige Charge gesteuert erwärmen oder abkühlen, wobei wähFend des Graphitierens freiwerdende Schwelgase gefahrlos abgeführt werden. Die Reihenschaltung der einzelnen Stränge 5 erlaubt höhere Spannungen bei niedrigeren Stromstärken, was sich bei der Auslegung der Transformatoren besonders günstig auswirkt.

K,J Darüber hinaus wird durch die Zuordnung je eines Stromüberleitungsstückes 6 bzw. 7 zu zwei benachbarten Strängen 5 das Aufbringen der Preßkräfte über einen Zylindertrieb für jeweils zwei Stränge möglich.

Claims

Erfindungsanspruch :

1. Ofen zum Graphitieren von Kohlenstoffkörpern, die zu wenigstens einem Strang stirnseitig aneinandergereiht in einer Schutzgasatmosphäre im Ofenraum zwischen Stromüberleitungsstücken parallel zur Ofenachse eingespannt gehalten sind, gekennzeichnet dadurch, daß die je einem Strang (5) von Kohlenstoffkörpern (4) zugeordneten Stromüberleitungsstücke (6, 7) am Boden (8) und am Deckel (9) eines den Ofenraum, (3) bildenden, stehenden Behälters (2) angeordnet sind.

2. Ofen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stromüberleitungsstücke (6, 7) am Boden (8) und am Deckel (9) des Behälters (2) je zwei Strängen (5) von Kohlenstoffkörpern (4) zugeordnet sind und daß die Stromüberleitungsstücke (6) des Deckels (9) gegenüber den Stromüberleitungsstücken (7) des Bodens (8) zur elektrischen Reihenschaltung der Stränge (5) auf Lücke versetzt angeordnet sind.

3· Ofen nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Anschlüsse (10) für die Stromversorgung im Bereich des Bodens (8) des Behälters (2) vorgesehen sind.

4. Ofen nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Stromüberleitungsstücke (6) am Deckel (9) des Behälters (2) als verschwenkbare Druckausgleichsbalken ausgebildet und an einen in Richtung der Strangachsen wirkenden Zylindertrieb (11) angeschlossen sind.

5. Ofen nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet "dadurch, daß die Stromüberleitungsstücke (6, 7) aus Graphit bestehen.

6. Ofen nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der eine ballige Form aufweisende Kolben (17) des Zylindertriebes (11) mit dem zugehörigen Stromüberleitungsstück (6) einstückig ausgebildet und mit Hilfe eines Schutzgases beaufschlagbar ist (Fig. 4).

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. . 7. Ofen nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß auf den Stromüberleitungsstücken (6, 7) Druckübertragungskörper (12) kugelgelenkig gelagert sind.

Hierzü.„3_Seif8n Zeichnungen