DE1471422C - Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenstanden aus Kohlenstoff - Google Patents

Description

Die Anwendungen von Kohlenstoff ih 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 Agenden 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 einerTemperatur von wenigstens 500⁰C. Man erhält leichte, poröse, aus Kohlenstoff bestehende Endprodukte 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°C/Std.) und die bei einem Brand bei 500⁰G bereits sehr starke Schwindung. Diese Schwindung, die sich beim Brand bei Temperaturen oberhalb von 500⁰C verstärkt, erreicht solche Werte, daß das Volumen des gebrannten Produkts nur noch die Hälfte oder ein Drittel des Volums der ursprünglichen Form beträgt. Dies entspricht einer linearen Schwindung von 20 bis 30%. die außerdem allgemein ein Hauptgrund für Risse ist. Die beschriebenen Verfahren führen in jedem Fall zu Produkten, die ohne Bearbeitung nicht verwendbar sind.

Weitenhin ist aus der deutschen Patentschrift 295.491 ein Verfahren zum Brikettieren porösen Materials, wie Koksklein, Torf usw., bekannt. Ziel des Verfahrens ist jedoch, auch die innersten Poren der zu brikettierenden Masseteilchen mit Bindemittel zu füllen, um ein Brikett möglichst geringer Porosität zu erhalten. Dies wird durch Imprägnierung des porösen Brikettiergutes mit feinverteilten, staubförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Bindemitteln im luftverdünnten Raum erreicht. Ein kurzzeitiges Erwärmen auf eine Temperatur, die gerade über dem Erweichungspunkt des festen Bindemittels liegt, wird nicht vorgenommen, zudem sind die Briketts dazu bestimmt, verbrannt und nicht, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, zu porösen Körpern aus Kohlenstoff gebrannt zu werden.

Auch die deutsche Patentschrift 294 661 beschreibt ein Verfahren, bei dem Kohlenstoffsteine mit möglichst geringer Porosität hergestellt werden sollen. Um diesem Kohlcnsloffstein ein äußerst inniges Gefüge zu geben, wird eine wäßrige Emulsion von organischen Körpern, wie Teer, mit gemahlenem Koks gepreßt und im geschlossenen Ofen verkokt. Das gleiche gilt für die deutsche Patentschrift 873 386, die eine synthetische Kohle, bestehend aus verkohltem Flachs oder Baumwollmaterial, Nesselkohle und Ton, beschreibt. Hier sollen Brennstoffe hergestellt werden, die im IuIIc der deutschen Patentschrift 873 386 zwingend Ton erhalten.

Weiterhin ist aus den deutschen Patentschriften 1 113 214 und 1 158 895 die Herstellung von Graphit mit geringer Gasdurchlässigkeit, beschrieben. Ausgangsmaterial sind hierbei faserige Kohlehydrate, z. B. Zellstoff, die karbonisiert und graphitiert werden. Diese beiden Verfahrensschritte erfolgen ohne Zusatz von Bindemittel und ohne..y.orh,erige Verformung und Erhitzung. Hierbei handelt es sich ebenfalls nicht um die Herstellung von porösen Gegenständen aus Kohlenstoff, so daß den erwähnten Patentschriften keinerlei

ίο Hinweis auf die Herstellung derartiger poröser Gegenstände entnommen werden kann.

Das gleiche gilt für die allgemein üblichen Maßnahmen bei der Herstellung von Kohlekörpern, wie sie in dem Buch von M an tell »Industrial Carbon«, ■ 1947, S. 242 bis 260 und S. 193 ff., wo die Herstellung von Elektroden, d. h. von Gegenständen aus Kohlenstoff, die so wenig porös wie möglich sein sollen, beschrieben wird. Zur Herstellung dieser bekannten Produkte geringer Porosität wird ein Gemisch von Koks und Bindemittel zunächst in der Hitze gründlich gemischt, um jedes Koksteilchen mit einem möglichst dünnen Bindemittelfilm zu versehen und dann unter hydraulischem Druck in eine Form gepreßt. Nach dem Abkühlen wird das Gemisch mit einem Temperatiiranstieg in der Größenordnung von 100⁰C pro Tag gebrannt. Auch dieses Verfahren gibt keinerlei Hinweis darauf, wie man poröse Kohlekörper herstellen kann, da das Eindringen des Bindemittels in den porösen Koks nicht vermieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenständen aus Kohlenstoff zu entwickeln, bei dem fast keine Schwindung der geformten Gegenstände beim Brand auftritt. Weiter soll der. bisher übliche langsame Brand sowie das Brennen der geformten Gegenstände in Formen vermieden werden. .

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenständen aus Kohlenstoff, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein verkoktes Material pflanzlichen Ursprungs mit einem festen, gemahlenen kohlenstoffhaltigen Bindemittel¹ gemischt wird, daß die Mischung geformt, in der Form kurzzeitig auf eine gerade über dem Erweichungspunkt des Bindemittels liegende Temperatur erhitzt und wieder abgekühlt wird, und daß der so erhaltene Rohling aus der Form genommen und mit einem Temperaturanstieg von 100 bis 200°C/Std. gebrannt wird. . ' .

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 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

Claims (1)

1. ■ ' ■·; ■ . 3 ■ . . ■.-'-■'':'■■'■-"■' 4 . ■ ■ · ■ ■
   Körner des weich gewordenen Bindemittels die Koks- . ermittelt nach der Kramer-Sarnow-Methode. Das körner zwischen sich, wodurch dem Formling der Sägemehl wurde bei 700⁰C calciniert und zu Pulver gewünschte innere Zusammenhalt verliehen wird. Das gemahlen. 38,5% dieses Pulvers, 38,5% gemahlenes Erhitzen kann auf verschiedene Weise erfolgen, Pech und 23% Wasser wurden kalt gemischt. Das beispielsweise nach dem Verfahren der französischen 5 Gemisch wurde in einer Form unter einem mechani-Patentschrift 1336 299., wonach in der Form durch . "sehen Druck ausgeformt und anschließend in der Einblasen von Dampf unter Druck eine oberhalb des · Form auf eine Temperatur von 140⁰C erhitzt, bei der Erweichungspunktes des kohlenstoffhaltigen Binde- . das Pech weich wurde und die verkokten Holzteilchen mittels liegende Temperatur erzeugt und anschließend untereinander verklebten. Danach wurde die Tempeder Dampf schlagartig entspannt wird. 16 ratur wieder auf 100⁰C gesenkt. Hierbei verfestigte

   Nach der Abkühlung wird der poröse Rohling aus sich das Pech so weit, daß ein für die weitere Handder Form" genommen. Er ist für die weitere Hand- habung genügend fester Formling erhalten wurde, habung fest genug und kann nun gebrannt werden. Die aus der Form genommenen Formlinge wurden in Der Brand wird beispielsweise in einem Tunnelofen neutraler oder reduzierender Atmosphäre im Tunnelmitschnellem Temperaturanstieg, der 100 bis 200° C/ 15 ofen bei einer Temperatur bis zu 1200⁰C (die in Std. erreichen kann, vorgenommen. Der schnelle.· 8 Stunden erreicht wurde) gebrannt. Folgende Ergeb-Temperaturanstieg führt zu einer Zersetzung und nisse wurde erhalten: '
   Verkokung des Bindemittels, ohne daß dieses hierbei .

   in die Poren des porösen verkokten Materials ein- Mittlere lineare Schwindringt. 20 dung beim Brand 5,4%

   Die anschließenden Fabrikationsschritte (Abküh- Dichte ., 0,35 g/cm³

   lung, Reinigung usw.) werden in klassischer Weise . Mechanische Festigkeit .. 10 kg/cm²

   durchgeführt. Wärmeleitfähigkeit 0,3 kcal/m · h· ⁰C

   Dieses Verfahren hat unter anderem den Vorteil der

   im Vergleich zu bekannten Verfahren schnellen Durch- 25 Es ist möglich, Formlinge von höherer Dichte

   führung. Ein weiterer Vorteil ist die Herstellung hoher hexzustellen, indem man entweder den Formdruck

   Stückzahlen von Formungen, die für die weitere Ver- steigert oder Ausgangsstoffe verwendet, die eine höhere

   arbeitung fest genug sind und vor dem Brand aus der Dichte haben als Sägemehl. Beispielsweise wurden bei

   Form genommen werden können. Hierdurch wird die Verarbeitung eines Gemisches aus 25% calciniertem

   Beschaffung einer großen Zahlvon Formen und ihr 30 Sägemehl, 15% feingemahlenem Koks, 40% Pech mit

   Verschleiß im Brennofen vermieden. Hinzu kommt einem Erweichungspunkt von 1.25°C und 20% Wasser

   schließlich die sehr geringe Schwindung während des unter den gleichen Bedingungen Formkörper erhalten,

   Brandes Sie liegt linear unter 7% ^und ist um so die eine Dichte von 0,62 g/cm³ und eine mechanische

   geringer, je höher die Verkokungsternperatur des Festigkeit von 54 kg/cm² hatten. .

   pflanzlichen Ausgangsmaterial ist. Sie kann bis zu 35 Im Falle der vorstehenden beiden Beispiele ist die

   2% gesenkt werden. Schließlich sind die erhaltenen lineare Schwindung konstant, und man kann jegliche

   Formlinge rißfrei. Die Schwindung ist beim gleichen Nachbearbeitung der gebrannten Formkörper vermei-

   Ausgangsgemisch so konstant, daß die Formlinge den, wenn die geforderten Maßtoleranzen in der

   nach dem Brand die üblichen . Maßtoleranzen von Größenordnung von ±1% liegen.

   ±1% aufweisen. Es ist also im allgemeinen unnötig, 40 ■ , , . .
   sie einer Nachbearbeitung zu unterwerfen. '

   Die erhaltenen Produkte haben im Durchschnitt
   folgende Eigenschaften: .

   Dichte ........ unter 0,5 g/cm³ .- ■ :

   Mechanische Festigkeit 10 kg/cm² «' . ,Verfahren zur Herstellung von porösen Gegen-

   ■ Wärmeleitfähigkeit unter 0,5 kcal/m · h · ⁰C ständen aus Kohlenstoff, d a d u rc h gekenn- ·.■■;.< " zeichnet, daß ein verkoktes Material pflanz-

   Die Produkte können als feuerfeste, isolierende liehen Ursprungs mit einem festen, gemahlenen

   Leichtsteine und zur Herstellung poröser Flektroden kohlenstoffhaltigen Bindemittel gemischt wird, daß

   verwendet werden. Im letzteren Fall geht man jedoch 50 die Mischung geformt, in der Form kurzzeitig

   bei Berücksichtigung aller Stufen des Verfahrens von _v auf eine gerade über dem Erweichungspunkt des

   etwas anderen Produkten aus: ' Bindemittels liegende Temperatur erhitzt und

   . . wieder abgekühlt wird, und daß der so erhaltene

   '■ Beispiel Rohling aus der Form genommen und mit einem

   Als Ausgangsmaterialien dienten feines Sägemehl 55 Temperaturanstieg von 100 bis 200⁰C pro Stunde

   und ein Pech mit einem Erweichungspunkt von 125° C, gebrannt wird.