DE1179493B

DE1179493B - Verfahren zur Herstellung von Kohlen-elektroden und anderen, aus bituminoesen Gemischen hergestellten Formkoerpern

Info

Publication number: DE1179493B
Application number: DEST19070A
Authority: DE
Inventors: Dr Albert Sommer; Dipl-Ing Klaus Schulze
Original assignee: STRABA HANDELS AG
Current assignee: STRABA HANDELS AG
Priority date: 1961-04-11
Filing date: 1962-04-10
Publication date: 1964-10-08
Also published as: US3261892A; CH389248A

Description

Verfahren zur Herstellung von Kohlenelektroden und anderen, aus bituminösen Gemischen hergestellten 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 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 1200° C 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 ein verpreßter 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. geblähtem Perlit, Blähton, Vermiculit 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 exothermisch 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. Der Körper 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 15% verbleibt, und dann die noch heißen Preßlinge in einen mittels einer wärmeisolierenden, luftdurchlässigen Masse angekleideten Behälter eingebracht oder unmittelbar in die isolierende Masse eingebettet werden, worauf sich in den sich selbst überlassenen Preßlingen ein exothennisch verlaufender Oxydationsprozeß entwickelt.
Zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kohlenelektroden wird beispielsweise pulverisierter Petrolkoks von Staubfreiheit bis zu einer Korngröße von etwa 1 mm mit ungefähr 20 Gewichtsprozent Asphaltbitumen, vorzugsweise B 80 oder B 45, heiß gemischt. Die Mischung soll nach dem Impact-Verfahren (deutsche Patentschrift 933 497) 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 bis 170° C, zu Formkörpern gewünschter Dimensionen derart verpreßt, daß in den Preßlingen ein Hohlraumgehalt von etwa 10 Volumprozent vorhanden ist, worauf die noch heißen, gegebenenfalls über 170° C erhitzten Formkörper in einen Raum eingebracht werden, der von Perlit oder einem anderen, 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 Je durch Heißluftzufuhr zum Behälter wieder auf eine Temperatur von über 170° C 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 darf dabei nicht so hoch sein, daß eine Verbrennung der Formkörper eintritt. 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 Behälterinnern 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 0 bis 0,2 mm mit 20 Gewichtsprozent Bitumen 80 vermischt. Die Mischung wurde bei 150° C mit einem Preßdruck von 140 ke'cm= zu Zylindern von etwa 3 cm Durchmesser und 4 cm Höhe verpreßt. Diese Preßlinge wurden in einen mit einer wärmeisolierenden Perlitschicht ausgekleideten Behälter eingebettet und nach einer Erwärmung auf 170° C sich selbst überlassen. Dabei stieg die Temperatur der eingebetteten Preßlinge auf etwa 300" C an. Die Körper blieben 24 Stunden in Perlit eingebettet und wurden alsdann einer langsamen Kühlung überlassen. Nach diesem Härtungsprozeß wiesen die Zylinderformstücke ein Raumgewicht von ungefähr 1,25 auf und erreichten im Vakuum eine Wasseraufnahme von 10 bis 12 Volumprozent. Die Wasseraufnahme entspricht ungefähr der Porosität der Körper. Die gehärteten Zylinder erreichten bei Zimmertemperatur eine Bruchlast von ungefähr 150 kglcm'.
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 exothermische Oxydation gehärtet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenelektroden und anderen Formkörpern durch Formen eines zunächst plastischen Gemisches aus Kohlenstoff oder anderen mineralischen Feststoffen und bituminösem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daßdasplastische Gemisch derart heiß verpreßt wird, daß im Preßling ein der Luft zugänglicher, regelmäßig verteilter Hohlraum von 5 bis 15°/o verbleibt, und darauf die noch heißen Preßlinge in einen mittels einer wärmeisolierenden, luftdurchlässieen Masse ausgekleideten Behälter eingebracht werden, in welchem sich in den Preßlingen ein exothermisch verlaufender Oxydationsprozeß entwickelt.
2. Verfahren ,nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung bei mindestens l50° C verpreßt und die Preßlinge vor dem Einbetten in die wärmeisolierende Masse zweckmäßig auf etwa 170° C erhitzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Behälter von der wärmeisolierenden ?lasse umgebenen Preßlinge auf mindestens 170- C erhitzt werden, bevor sie der durch den Oxydationsprozeß erzeugten Selbsterhitzung überlassen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Innern des Behälters durch Veränderung der Schichtdicke der Einbettung der Preßlinge geregelt wird. _
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Innern des Behälters durch Zufuhr von Heiß- oder Kaltluft gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Innern des Behälters durch Erhöhung oder Drosselung der Sauerstoffzufuhr zum Behälter gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierende Masse Perlit, Blähton, Vermiculit und dergleichen isolierende Materialien verwendet werden. B. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Feststoffen und Bitumen, die nach dem im deutschen Patent 933 497 beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, verwendet wird.