DE1209478B

DE1209478B - Kohleelektrode fuer elektrothermische Prozesse

Info

Publication number: DE1209478B
Application number: DEL13619A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Fueldner; Dipl-Ing Wolfgang Friedel
Original assignee: Lonza Werke Elektrochemische Fabriken GmbH
Current assignee: Lonza Werke Elektrochemische Fabriken GmbH
Priority date: 1952-10-15
Filing date: 1952-10-15
Publication date: 1966-01-20

Description

Kohleelektrode für elektrothermische Prozesse Die Kohleelektrode als wichtiges Bauelement im Umsetzungsofen für elektrothermische Prozesse bestimmt je nach dem mehr oder minder großen Verbrauch an Elektrodenmaterial in entscheidendem Umfang die Gestehungskosten des erzeugten Produktes. Ihre Betriebssicherheit ist von größter Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Die üblichen Grundbestandteile bei ihrer Herstellung sind Anthrazit, Koks, Graphit u. dgl. sowie Pech und Teer als Bindemittel. Auch die Verwendung anderer Stoffe, welche die Eigenschaften von Kohleformkörpern günstig beeinflussen sollen, ist vorgeschlagen worden.
Bekannt ist z. B. die Herstellung von Kohlekörpern aus bituminösen Kohlen ohne Zusatz eines Bindemittels, d. h. aus solchen Kohlen, die einen hohen Anteil an flüchtiger. Bestandteilen besitzen. Um in diesem Fall die bei der zur Herstellung der Formkörper erforderlichen Erhitzung auftretenden Rufschwellungen, welche Poren, Risse und Sprünge verursachen, zu vermeiden und um zu einer ausreichenden Festigkeit zu gelangen, ist vorgeschlagen worden, Magerungsmittel zuzuschlagen. Als schwellungsverhindernde Magerungsmittel sind in erster Linie kohlenstoffhaltige Mittel, wie Pechkoks, schwach oder nicht verkokende Kohlen, Graphit und Cupren, sowie weiterhin Kieselsäure, Silikate, Silizium, Tonerde, Zirkonerde, Kugelton, Bentonit oder ähnliche Materialien genannt.
Ferner ist bekannt, FrittInkohlen, insbesopdere gut backende Kohlen, mit keinen oder nur unbedeutenden Mengen an Bindemitteln durch Zusatz eines Magerungsmittels in Form von Metallen, Metallsalzen oder Metallsalzlösungen zu Sinterformkörpern zu verarbeiten, die für elektrotechnische und kunstgewerbliche Zwecke geeignet sind.
Auch ist bekannt, Kohlekörper elektrolytisch mit einem äußeren Überzug von Borcarbid oder Siliziumcarbid zu versehen. Die erwartete Wirkung wird jedoch nur teilweise und unvollständig erreicht, weil solche Überzüge Fehlstellen oder Risse aufweisen oder bekommen, so daß der Abbrand der Kohleelektroden und die Zerstörung des Überzugs nicht vermieden ist.
Bei Kohleelektroden für elektrothermische Zwecke, die bekanntlich bei höchsten Temperaturen arbeiten, besteht der bisher in Kauf genommene Nachteil, daß die Bestandteile der Elektrode, sei es in chemischer Reaktion oder in anderer Weise, unerwünscht aufeinander einwirken. Ferner können von. selten der durch den elektrothermischen Prozeß umzusetzenden oder umgesetzten StoiTe störende Einflüsse auf die Elektrode erfolgen. Diese Erscheinungen wirken sich neben etwaigen sonstigen Störungen ungünstig auf die Lebensdauer, d. h. auf die Haltbarkeit und den Verbrauch der Elektrode aus.
Es wurde nun gefunden, daß Haltbarkeit und Verbrauchseigenschaften der Kohleelektroden für elektrothermische Prozesse, z. B. für die Carbidherstellung, dadurch wesentlich verbessert werden können, daß solche Elektroden als Zuschläge die sogenannten Übergangsmetalle der IVa- bis Vla-Gruppe des Periodischen Systems der Elemente, nämlich Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, in nichtoxydischer Form einzeln oder in Mischung enthalten. Diese Stoffe bilden - in Zusammenhang mit ihrem kleinen Atomvolumen - zusammen mit den kohlenstoffhaltigen Komponenten der Kohleelektroden fest haftende, dichte Schutzschichten höchster chemischer und thermischer Beständigkeit innerhalb der Elektrode und/ oder auch äußere Schutzschichten, je nach den Zonen, in die sie bei der Herstellung der Elektrode eingebracht wurden, indem sie mit den kohlenstoffhaltigen Komponenten auf carbidischer Basis sich umsetzen oder zusammenwachsen oder auch als solche wirksam sind. Die Haltbarkeit der Kohleelektroden gegenüber den störenden Einflüssen seitens der bei den elektrothermischen Prozessen - z. B. der Herstellung von Calciumcarbid - beteiligten und umgesetzten Stoffe wird so in höchst wirksamer Weise erhöht.
Die genannten Metalle werden erfindungsgemäß entweder in elementarer Form oder in nichtoxydischer Form, z. B. in Form der Carbide oder Nitride verwendet.
Man kann diese Verbindungen der sogenannten Übergangsmetalle der IVa- bis VIa-Gruppe mit einer Ordnungszahl gleich oder höher als 22 als solche zusetzen; andererseits entstehen sie auch, wenn man von der elementaren Form ausgeht, durch Reaktion mit dem Kohlenstoff der Elektrode als carbidische Verbindung oder - auch gleichzeitig - mit dem Stickstoff aus der die Elektrode umgebenden Gasphase des Prozesses in Nitridform.
Gemäß der Erfindung können die genannten Übergangsmetalle der IVa- bis VIa-Gruppe auch in Form der Beride oder Silizide verwendet werden, z. B. als TiSi2, CrsSi, MoSi2, TaSi2, ZrB.
Kohleelektroden für elektrothermische Prozesse, bei denen nach Art der Erfindung innere und; oder äußere Schutzschichten gebildet werden, waren bisher nicht bekannt.
Bereits durch die Zugabe in der Größenordnung von wenigen Prozenten an den genannten Metallen bzw. Verbindungen der IVa- bis VIa-Gruppe des Periodischen Systems werden entscheidende Verbesserungen der Elektroden für elektrothermische Prozesse bezüglich Haltbarkeit und geringerer Verbrauchszahl erreicht.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, außer den genannten Zuschlägen noch Metalle der Eisengruppe und'oder die Oberflächenspannung oder die Diffusion in bekannter Weise herabsetzende Stoffe, z. B. mit Fluor- oder Chlorionen und/oder andere salzartige Verbindungen mit CaF2-Gitter in geringen Mengen mitzuverwenden.

Claims

Patentansprüche: 1. Kohleelektrode mit Schutzschichten, bestimmt für elektrothermische Prozesse und bestehend aus den üblichen Grundbestandteilen, wie Koks, Anthrazit, Graphit u. dgl., und aus Bindemitteln, wie Pech und Teer, sowie aus metallischen Zuschlagstoffen, dadurch gekennzeichn e t, daß als Zuschläge die Übergangsmetalle der IVa- bis Vla-Gruppe des Periodischen Systems der Elemente, nämlich Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, in nichtoxydischer Form, einzeln oder in Mischung, im Innern und/oder in den Randzonen der Elektrode verwendet sind.
2. Kohleelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zuschläge der genannten Metalle in Form ihrer Carbide und Nitride.
3. Kohleelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zuschläge der genannten Metalle in Form ihrer Boride und Silizide.
4. Kohleelektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer den genannten Zuschlägen noch Metalle der Eisengruppe verwendet sind.
5. Kohleelektrode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Zuschlagstoffe die Oberflächenspannung oder Diffusion herabsetzende Stoffe, z. B. mit Fluor- oder Chlorionen und/oder andere salzartige Verbindungen mit CaF2-Gitter in geringen Mengen verwendet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 103 367, 108 548, 110 442, 447 851, 526 626, 493 476, 895149, 882 220; britische Patentschriften Nr. 595 759, 595 765; französische Patentschrift Nr. 800 855; M a n t e 1, » Industrial Carbon «, S. 200 ff.