DE1095729B

DE1095729B - Gegen Gas- und Fluessigkeitsdurchtritt undurchlaessiger Graphitkoerper

Info

Publication number: DE1095729B
Application number: DES64106A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Fitzer; Dr Waldemar Kaufmann; Dr Phil Habil Ernst Kolbe; Dr Franz Brandmair
Original assignee: Siemens Plania Werke AG
Current assignee: Siemens Plania Werke AG
Priority date: 1959-07-24
Filing date: 1959-07-24
Publication date: 1960-12-22

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Graphitformkörper, die bei hohen Temperaturen bis etwa 1500° C gegen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt undurchlässig sein sollen. Derartige Formkörper werden heute in steigendem Umfang von der Reaktortechnik gefordert und finden auch in anderen Zweigen der Technik Anwendung.

Um Graphit undurchlässig zu machen, gibt es zwei grundsätzliche Wege: Imprägnieren oder mit undurchlässigen Schichten versehen. Graphitformkörper, die im Gebrauch hohen Temperaturen ausgesetzt sind, lassen sich jedoch nicht in der üblichen Weise mit Kunstharz dichten, da das in die Poren des Graphits eingedrungene Kunstharz bei den hohen Temperaturen verkokt und hierbei seine dichtenden Eigenschaften verliert. Auch durch mehrfaches Imprägnieren läßt sich die geforderte Dichtigkeit des Graphitkörpers bei hohen Temperaturen nicht erreichen.

Für hohe Temperaturen muß man daher den Graphitkörper mit undurchlässigen Schichten versehen, die beispielsweise aus einer Schicht von Titankarbid — Titansilicid bestehen oder aus pyrolytisch abgeschiedenem Kohlenstoff bestehen können. Für Reaktorzwecke benutzt man für die Dichtung hafniumfreies Zirkonkarbid, wobei die Bildung der dichtenden Karbide durch die Abscheidung der karbidbildenden Metalle bei der Karbidbildungstemperatur erfolgt. Die Karbidbildung erfolgt hierbei durch Begasung des Graphitkörpers mit Tetrachloriddämpfen der Metalle in Wasserstoffatmosphäre. In ähnlicher Weise kann auch eine Silicidbildung auf der Oberfläche des Graphitkörpers erzeugt werden.

Eine solche Schicht ist zwar hochtemperaturbeständig, aber die Bearbeitungsmöglichkeit des Graphitkörpers bleibt nicht gewahrt, da die aufgebrachte Schicht sehr hart und spröde ist. Auch im Gebrauch des Graphitkörpers besteht die Gefahr, daß die Undurchlässigkeit der Oberfläche durch Verschleiß gemindert wird.

Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten beseitigt.

Die Erfindung geht aus von einem Graphitkörper aus mehreren über Zwischenschichten miteinander verbundenen Einzelgraphitteilen und ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der einander zugekehrten Oberflächen der zu verbindenden Einzelgraphitteile mit einer bei hohen Temperaturen gegen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt undurchlässigen Dichtungsschicht versehen ist.

Die Graphiteinzelteile können mit ihren Dichtungsschichten in üblicher Weise miteinander verkittet werden. Die Kittschichten tragen zum Abdichten bei, wenn ein Kitt verwendet wird, der bei seiner Verkokung einen sehr dichten Koks ergibt oder aus nicht verkokenden, anorganischen Stoffen besteht. Die Kittstellen sollen dabei möglichst so angeordnet sein, daß der Durchtrittsweg für die zurückzuhaltenden Gase und Flüssigkeiten sehr

Gegen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt
undurchlässiger Graphitkörper

Anmelder:

Siemens-Planiawerke Aktiengesellschaft

für Kohlefabrikate,
Meitingen bei Augsburg

Dt. Erich Fitzer, Dr. Waldemar Kaufmann,

Meitingen bei Augsburg,
Dr. phil. habil. Ernst Kolbe und Dr. Franz Brandmair,

Frankfurt/M.-Griesheim,
sind als Erfinder genannt worden

groß ist und kein Durchtritt der Gase und Flüssigkeiten über die Kittstelle stattfindet.

Die Erfindung ist an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Graphitformkörper als Rohr, der aus zwei oder mehreren konzentrischen Rohren zusammengesetzt ist ;

Fig. 2 ist ein Brennstoffelement für einen Hochtemperaturreaktor in der bisherigen Ausführung;

Fig. 3 ist ein kugeliges Brennstoffelement nach der Erfindung mit konischem Verschlußteil;

Fig. 4 ist ein kugeliges Brennstoffelement mit Schraubverschluß ;

Fig. 5 ist ein Rohr oder eine Hohlelektrode mit konisch verlaufenden Flächen der ineinandergesteckten konzentrischen Rohre.

Das gasundurchlässige Rohr besteht aus einem Außenrohr 1 von 750 mm Länge, 22 mm Außendurchmesser und 10 mm Innendurchmesser und einem Innenrohr 2 mit 15 mm Außendurchmesser und 10 mm Innendurchmesser. Auf der Innenseite des Rohres 1 wird zum Dichten pyrolytischer Kohlenstoff abgeschieden, desgleichen auf der Außenfläche des Rohres 2. Nachdem die Oberflächen, die einander zugekehrt sind, durch den abgeschiedenen Kohlenstoff gasundurchlässig gemacht sind, werden die beiden Rohre unter Einfügung eines Kittes zusammengebracht, wie in der Zeichnung (Fig. 1), dargestellt ist. Dieser Kitt ist mit 5 bezeichnet und besteht aus einem Pechkitt unter Verwendung feinst

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gemahlenen Naturgraphits. Die pyrolytisch abgeschiedenen Kohlenstoffschichten sind mit 3 und 4 bezeichnet und werden dadurch erzeugt, daß die Rohre etwa 6 Stunden bei 1000° C in einem Propan-Stickstoff-Gemisch 1 :10 begast werden. Nach dem Zusammenkitten der Rohre wird bei 1500° C in CO-Atmosphäre V₂ Stunde lang getempert. Ein derartig behandeltes Rohr ist bis 1500° C und einem Überdruck bis 3 at undurchlässig gegen Stickstoffdurchtritt.

Das in Fig. 2 dargestellte Brennstoffelement für Hochtemperaturreaktoren besteht aus einer Graphitkugel 6, die in einer Bohrung den Brennstoffkörper 7 enthält. Durch einen gleichfalls aus Graphit bestehenden Verschlußkörper 8, der mit dem Gewinde 10 in die Graphitkugel 6 eingeschraubt ist, ist das Brennstoffelement abgeschlossen. Um nun irgendwelche Spaltprodukte nicht durchtreten zu lassen, ist die ganze Kugel mit einem Mantel aus hafniumfreiem Zirkonborid überzogen. Da die Kugeln sich im Reaktor ständig bewegen, tritt eine Verletzung und Abrieb der dichtenden Schicht 9 ein, ao und es entstehen durch die austretenden Spaltprodukte Störungen, die durch die Erfindung verhindert werden sollen.

Fig. 3 zeigt eine Reaktorkugel nach der Erfindung. Die Kugel 6 besteht gleichfalls aus Graphit, in der das Brennstoffelement 7 eingeschlossen ist. Vor dem Einbringen des Brennstoffelementes 7 in die Kugel werden die Seitenwände der konischen Bohrung der Kugel mit der Dichtungsschicht 11 überzogen, desgleichen auch die Seitenwände des konischen Graphitkörpers 8. Im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 2 wird das Brennstoffelement 7 nicht in eine Bohrung der Graphitkugel 6, sondern in eine Bohrung 12 des Graphitkörpers8 eingesetzt. Die Bohrung 12 ist innen mit einer gasdichten Zirkonboridschicht überzogen und von dem gleichfalls mit einer gasdichten Schicht versehenen Einsatz 13 aus Graphit abgeschlossen.

Der Verschlußkörper 8 aus Graphit kann jedoch, wie Fig. 4 zeigt, auch mit einem Gewinde 10 versehen sein, das in eine Bohrung der Graphitkugel eingeschraubt wird. Der Raum für das Brennstoffelement 7 befindet sich, wie bei der Anordnung nach Fig. 3, in einer Bohrung des Graphitkörpers 8, dessen Innenwand mit dem gasdichten Überzug 11 versehen ist, der sich gleichfalls auch über die Gewindeflanken des Schraubgewindes 10 erstreckt. Die Bohrung 12 wird durch ein Gewindestück 13 abgeschlossen, dessen Gewindeflächen gleichfalls gasdicht gemacht sind.

In der Fig. 5 ist die Anwendung der Erfindung auf eine Hohlelektrode für Lichtbogenschmelzöfen dargestellt. Hohlelektroden zeichnen sich bekanntlich durch eine Stabilisierung des Lichtbogens aus, erleiden jedoch durch die Bohrung einen erhöhten Abbrand. Diesem Abbrand wird durch die Ausführung nach der Erfindung entgegengewirkt. Die Elektrode besteht aus zwei ineinandergesetzten Rohren 1 und 2, wobei das Rohr 2 konisch gehalten ist und in das nach der Innenseite gleichfalls

verlaufende konische Rohr 1 eingesetzt ist. Das Rohr 2 ist auf seiner Außen- und Innenfläche mit einer Titankarbid-Titansilicid-Schicht versehen. Die beiden Rohre 1 und 2 sind mit einem Kitt verkittet, der als Pigment Titandisilicidpulver enthält. Diese beiden Rohre brennen bei der Anwendung fest. In gleicher Weise wie die Elektroden können auch die Nippel mit entsprechenden Innenrohren versehen sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Inertgas oder aktives Gas während des Schmelzprozesses durch die Elektrode hindurch in den Ofenraum einzuführen. Die dabei erzielte Innenkühlung der Elektrode wirkt den berüchtigten Schachtel- und Nippelbrüchen durch Überhitzen des Elektrodenkernes zusätzlich entgegen.

Claims

Patentansprüche:

1. Graphitkörper aus mehreren über Zwischenschichten miteinander verbundenen Einzelgraphitteilen, dadurch gekennzeichnet, daß j ede der einander zugekehrten Oberflächen der zu verbindenden Einzelgraphitteile mit einer bei hohen Temperaturen gegen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt undurchlässigen Dichtungsschicht versehen ist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässigen Schichten aus Karbid und/oder Silicid gebildet sind.

3. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässigen Schichten aus pyrolytisch abgeschiedenem Kohlenstoff gebildet sind.

4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässigen Schichten aus hochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen gebildet sind.

5. Formkörper nach Anspruch 1 oder den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus zwei oder mehreren konzentrischen Rohren (1, 2) aufgebaut ist, die an den zueinandergekehrten Oberflächen durch eine aufgebrachte Schicht (3, 4) undurchlässig und durch eine Schicht (5) aus Kitt verbunden sind.

6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinandergekehrten Oberflächen der konzentrischen Rohre (1, 2) leicht konisch gehalten sind.

7. Anwendung eines Formkörpers nach Anspruch 5 und 6 als Hohlelektrode in Lichtbogenofen.

8. Anwendung des Formkörpers nach Anspruch 1 als Canning-Material für Hochtemperaturbrennstoffelemente.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1009 093, 1047103; deutsche Patentschrift Nr. 806 954;
britische Patentschriften Nr. 614 301, 766 059;
französische Patentschriften Nr. 527 938, 1164953; USA.-Patentschrift Nr. 2 749 254.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen