DE1471422A1

DE1471422A1 - Verfahren zur Herstellung von poroesen Gegenstaenden aus Kohlenstoff

Info

Publication number: DE1471422A1
Application number: DE19631471422
Authority: DE
Inventors: Georges Hoynant
Original assignee: Societe des Electrodes et Refractaires Savoie SA
Current assignee: Societe des Electrodes et Refractaires Savoie SA
Priority date: 1962-07-12
Filing date: 1963-07-11
Publication date: 1969-06-19
Also published as: BE633026A; NO117013B; US3246999A; NL294746A; GB1057045A; FR1335629A; DE1471422B2; NL140823B; LU43826A1

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DR. EGGERT DIPL-PHYS. GRAVE

KÖLN!, DEICHMANNHAUS

Köln, den 8.7.I965 Eg/Ax

Soclete des Electrodes et Refractaires "Savoie", 12, rue du General Foy, Paris (8e) (Frankreich).

Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenständen aus

Kohlenstoff

Die Anwendungen von Kohlenstoff in agglomerierter Form als feuerfestes Material in neutraler oder reduzierender Atmosphäre sind zahlreich und wohlbekannt. Man nutzt hierbei die Eigenschaften dieses Materials aus, das sehr hohen Temperaturen und zahlreichen chemischen Agentien widersteht.

Poröse feuerfeste Agglomerate von geringer Dichte und demzufolge geringer Wärmeleitfähigkeit sind ebenfalls bekannt.

Bei den üblichen Herstellungsverfahren geht man von zusammendrückbaren oder elastischen Stoffen aus (z.B. pflanzlichen Stoffen), die sich schlecht für die am meisten verwendeten mechanischen Formgebungsverfahren, wie Strangpressen, Pressen usw., eignen.

Um diese Schwierigkeit der Formung zu überwinden, wird gewöhnlich ein pastenartiges Gemisch von festen, porösen Kohlehydraten pflanzlichen Ursprungs und einer wäßrigen Suspension von Kohlehydraten, die ein Gel zu bilden vermögen, in Formen gebrannt. Dieser Brand erfolgt sehr langsam bis zu einer Temperatur von wenigstens 500°. Man erhält leichte, poröse, aus Kohlenstoff bestehende Endprodukte

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von sehr geringer Wärmeleitfähigkeit, die sich mit einfachen Holzverarbeitungswerkzeugen bearbeiten lassen.

Die Hauptnachteile dieser Verfahren sind der langsame Brand (Temperaturerhöhung mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 50°/Std.) und die bei einem Brand bei 500° bereits sehr starke Schwindung. Diese Schwindung, die sich beim Brand bei Temperaturen oberhalb von 500° verstärkt, erreicht solche Werte, daß das Volumen des gebrannten Produkts nur noch die Hälfte oder ein Drittel des Volumens der ursprünglichen Form beträgt. Dies entspricht einer linearen Schwindung von 20 - 30$, die außerdem allgemein ein Hauptgrund für Risse ist. Die beschriebenen Verfahren führen in jedem Fall zu Produkten, die ohne Bearbeitung nicht verwendbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem man von einem verkokten Material pflanzlichen Ursprungs, das also porös und hinsichtlich der Schwindung stabil ist, und von einem festen, gemahlenen, kohlenstoffhaltigen Bindemittel ausgeht, die Bestandteile mischt, die Mischung durch kurzzeitiges Erhitzen auf eine unmittelbar oberhalb der Erweichungstemperatur des kohlenstoffhaltigen Bindemittels liegende Temperatur in einer Form zu Rohlingen verarbeitet, die für die weitere Behandlung fest genug sind, die Formlinge kühlt, aus der Form nimmt und bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit brennt, die über 100°/Std. liegen kann.

Man geht von einem Produkt pflanzlichen Ursprungs aus, das man bei einer so hohen Temperatur verkokt, daß bereits der größte Teil der Schwindung eintritt. Man mahlt das Produkt zu einem Pulver, wobei leichte, poröse und stabilisierte Körner erhalten werden. Vorzugsweise verwendet man Koks von Sägespänen oder Holzmehl. Der zweite Bestandteil ist ein festes, Kohlenstoff enthaltendes, hartes und bei gewöhnlicher Temperatur sprödes Bindemittel, das fein gemahlen wird. Zur Vermeidung einer Entmischung der Bestandteile

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kann es vorteilhaft sein, eine Flüssigkeit oder ein Gel zuzusetzen. Dieses Gemisch wird in einer Form unter einem mechanischen Druck ausgeformt, der gerade genügt, um die Form gut zu füllen, aber nicht so hoch ist, daß Einschnürungen gebildet werden, deren Aufhebung während des Brandes zu Rissen führen könnte. Man erhitzt das Gemisch kurzzeitig auf eine Temperatur, die gerade oberhalb des Erweichungspunktes des kohlenstoffhaltigen Bindemittels liegt. Hierbei verkleben die Körner des weich gewordenen Bindemittels zwischen sich die Kokskörner, wodurch dem Formling der gewünschte innere Zusammenhalt verliehen wird. Das Erhitzen kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise nach

dem Verfahren, das Gegenstand des deutschen Patents

. „ Herstellung von

(Patentanmeldung Verfahren zur »»ks^i-ie*

porösen Gegenständen „ _ . . ™r o. _·«.__,.__._ «■« j« _v 8.7.65) der Anmelde-

rin ist- Nach der Abkühlung wird der poröse Rohling aus der Form genommen. Er ist für die weitere Handhabung fest genug und kann nun gebrannt werden. Der Brand wird beispielsweise in einem Tunnelofen mit schnellem Temperaturanstieg, der 100 bis 200°C/Std. erreichen kann, vorgenommen. Die anschließenden Fabrikationsschritte (Abkühlung, Reinigung usw.) werden in klassischer Weise durchgeführt.

Dieses Verfahren hat u.a. den Vorteil der im Vergleich zu bekannten Verfahren schnellen Durchführung. Ein weiterer Vorteil ist die Herstellung hoher Stückzahlen von Formungen, die für die weitere Verarbeitung fest genug sind und vor dem Brand aus der Form genommen werden können. Hierdurch wird die Beschaffung einer großen Zahl von Formen und ihr Verschleiß im Brennofen vermieden. Ein weiterer Vorteil ist schließlich die sehr geringe Schwindung während des Brandes: Sie liegt linear unter 1% und ist umso geringer, je höher die Verkokungstemperatur des pflanzlichen Ausgangsmaterials ist.Sie kann bis zu 2% gesenkt werden. Schließlich sind die erhaltenen Formlinge rißfrei. Die Schwindung ist beim gleichen Ausgangsgemisch so konstant, daß die Formlinge

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nach dem Brand die üblichen Maßtoleranzen von + 1% aufweisen. Es ist also im allgemeinen unnötig, sie einer Nachbearbeitung zu unterwerfen.

Die erhaltenen Produkte haben im Durchschnitt folgende Eigenschaften:

Dichte: unter 0,5

Mechanische Festigkeit: 10 kg/cm Wärmeleitfähigkeit: unter 0,5 kcal/m²/Std./°C/m

Die Produkte können als feuerfeste, isolierende Leichteteine und zur Herstellung poröser Elektroden verwendet werden. Im letzteren Fall geht man jedoch bei Berücksichtigung aller Stufen des Verfahrens von etwas anderen Produkten aus.

Beispiel

Als Ausgangsmaterialien dienten feines Sägemehl und ein Pech mit einem Erweichungspunkt von 125°, ermittelt nach der Kramer-Sarnow-Methode. Das Sägemehl wurde bei 700° calciniert und zu Pulver gemahlen. ]58,5# dieses Pulvers, 58,5# gemahlenes Pech und 2J>% Wasser wurden kalt gemischt. Das Gemisch wurde auf eine Temperatur von l40° erhitzt, bei der das Pech weich wurde und die verkokten Holzteilchen untereinander verklebte. Anschließend wurde die Temperatur wieder auf 100° gesenkt. Hierbei verfestigte sich das Pech so weit, daß ein für die weitere Handhabung genügend fester Formling erhalten wurde. Die aus der Form genommenen Formlinge wurden in neutraler oder reduzierender Atmosphäre im Tunnelofen bei einer Temperatur bis zu 1200° (die in 8 Stunden erreicht wurde) gebrannt. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

Mittlere lineare Schwindung beim Brand: 5>4# Dichte: 0,35

Mechanische Festigkeit: 10 kg/cm²

.2 /a j. j /O₁

Wärmeleitfähigkeit: 0,3 kcal/mVStd./°C/m

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Es ist möglich, Formlinge von höherer Dichte herzustellen, indem man entweder den Formdruck steigert oder Ausgangsstoffe verwendet, die eine höhere Dichte haben als Sägemehl Beispielsweise wurden bei Verarbeitung eines Gemisches aus 25$ calciniertem Sägemehl, 15# feingemahlenem Koks, kO% Pech mit einem Erweichungspunkt von 125° und 20$ Wasser unter den gleichen Bedingungen Formkörper erhalten, die eine Dichte von 0,62 und eine mechanische Festigkeit von 54 kg/cm hatten.

Im Falle der vorstehenden beiden Beispiele ist die lineare Schwindung konstant, und man kann jegliche Nachbearbeitung der gebrannten Formkörper vermeiden, wenn die geforderten Maßtoleranzen in der Größenordnung von + 1% liegen.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenständen aus Kohlenstoff, daduroh gekennzeichnet, daß man ein verkoktes Material und ein festes gemahlenes kohlenstoffhaltiges Bindemittel misoht, die Mischung durch kurzzeitiges Erhitzen auf eine oberhalb der Erweichungstemperatur des kohlenstoffhaltigen Bindemittels liegende Temperatur in einer Form zu Rohlingen verarbeitet, die abgekühlten Rohlinge aus der Form nimmt und brennt.

2.) Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohlinge bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit über 1OO°/Std. gebrannt werden.

3·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verkokte Material pflanzliohen Ursprungs ist.

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