DE2425232B1 - Verfahren zum Grafitieren von aus Hartbrandkohle bestehenden Formkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Grafitieren von aus Hartbrandkohle bestehenden Formkörpern, die auf Herdwagen gelagert und in körniges, wärmeisolierendes, kohlenstoffhaltiges Packmaterial eingebettet sind, durch über Stromzuführungselektroden aus Grafit erfolgende Widerstandserhitzung.

Bei einem bekannten zur Ausführung des wie soeben benannten Verfahrens bestimmten Grafitierungsofen besteht der wesentliche Nachteil, daß die gesamte Konstruktion lediglich eine diskontinuierliche Arbeitsweise erlaubt. Das Grafitieren geschieht stationär, d. h. während des Grafitierungsvorganges befinden sich die Herdwagen, das Grafitierungsgut und die für die Stromzuführung geeigneten Elektroden in Ruhestellung.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, zu Grafitierungszwecken ungebrannte Formkörper aus verschiedenartigen grünen Kunstkohlemassen herzustellen, diese zu brennen bzw. einer thermischen Behandlung zwischen 100 und 25O⁰C zu unterziehen. Diese Körper sind dann geeignet, um in einen Grafitierungsofen eingesetzt zu werden. Von der Art und Weise der Grafitierung selbst wird in der Vorveröffentlichung nicht gesprochen.

Schließlich ist es bereits bekannt, einen zusammenhängenden Kohlestrang aus einer Art Söderbergmasse zu erzeugen, der sodann in senkrechter Richtung durch einen Grafitierungsofen geführt wird. Auf diese Weise wird kontinuierlich ein zusammenhängender Strang grafitiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Grafitierungsverfahren von aus Hartbrandkohle bestehenden Formkörpern zu schaffen, das die Nachteile, insbesondere der zuerst genannten bekannten Arbeitsweise, vermeiden läßt. Dies geschieht erfindungsgemäß bei einem wie eingangs erläuterten Verfahren dadurch, daß oberhalb der sich kontinuierlich vorwärts bewegenden Herdwagen ortsfeste, paarweise und in Abstand voneinander angeordnete, vibrierende Elektroden vorgesehen werden, die in das Packmaterial eintauchen.

Auf diese Weise wird es möglich, Formkörper kontinuierlich zu grafitieren.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stromzuführungselektroden aus Grafit durch Vibration in bevorzugt horizontale Schwingungen versetzt werden.

Eine weitere Arbeitsweise gemäß der Erfindung besteht darin, daß die paarig, für die Zu- und Ableitung des Stromes vorhandenen Elektroden aus Grafit in jedem Teil des Paares sowohl neben- als auch hintereinander angeordnet sind.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn die Stromzuführungselektroden oberhalb der Füllmasse bis zu den Elektrodenhalterungen durch eine hitzebeständige Stahlhülse gegen Luftoxydation geschützt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen.

In den F i g. 1 bis 3 ist als Beispiel eine Ausführungsart eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens geeigneten Grafitierungsofens in wesentlichen Ausschnitten dargestellt.

F i g. 1 gibt einen Längsschnitt durch den Ofen wieder, wobei die beiden Enden des Ofens nicht dargestellt sind.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Ofens nach dem Schnitt A-A und

F i g. 3 einen Ausschnitt in der Draufsicht gemäß Schnitt B-B.

Die in diesem Beispiel zu grafitierenden Körper 3 aus Hartbrandkohle haben eine zylindrische Form und sind zur thermischen Isolation in einer körnigen Füllmasse 4 aus Koks eingebettet. Das Grafitierungsgut 3 und die Koksfüllmasse 4 befinden sich in U-förmigen Herdwagen 2, die dicht aneinanderschließend zu einer durchgehenden Reihe gekoppelt sind. Die Herdwagen 2 bewegen sich auf Rädern 9 und einem Schienenstrang 10 in Richtung des Pfeiles 6. Der Boden und die Seitenwände des Herdwagens bestehen außen aus einer warmfesten Stahlkonstruktion und innen aus einer feuerfesten und wärmeisolierenden Auskleidung.

Die Herdwagen 2 werden von einer feuerfesten Dekke 1 überspannt, die sich auf den Säulen 8 abstützt. Der Raum 11 oberhalb der Füllmasse 4 bis zur Decke 1 ist seitlich durch die sandgefüllten Rinnen 12 nach außen abgedichtet. Der elektrische Strom für die Wider-Standserhitzung des Grafitierungsofens wird über die Elektroden 5 aus Grafit zugeführt. Die Stromzuführungselektroden 5 durchragen von oben die Decke 1 und tauchen in die Füllmasse 4 bis nahe über die zu grafitierenden Zylinderkörper 3 ein. Die horizontal und vertikal verschiebbaren, wassergekühlten Halterungen der Elektroden 5 sind oberhalb der Decke 1 angeordnet und in F i g. 1 und 2 nicht eingezeichnet worden.

Der Grafitierungsofen in F i g. 1 läßt sich in die fünf Zonen a, b, c, d und e einteilen. In der Zone a erfolgt eine Vorwärmung des Herdwageninhalts durch die Abgase, die in Richtung des Pfeiles 7 über die Gashaube 13 abgesaugt werden. In den Zonen b und d wird der elektrische Strom zu- bzw. abgeführt. In der Zone c findet die Grafitierung statt. Der elektrische Strom fließt von der Zone b zur Zone d zum größten Teil durch die in diesem Beispiel einschichtige Lage der zylindrischen Körper 3 aus Hartbrandkohle. Die Schicht der zu grafitierenden Körper 3 weist im Verhältnis zur

ORIGINAL INSPECTED

umgebenden Füllmasse 4 aus Kokskörnung einen wesentlich niedrigeren elektrischen Widerstand auf. Um den Stromfluß in der Lage der zu grafitierenden Körper 3 von vornherein zu konzentrieren, werden die Zwischenräume zwischen den Körpern 3 mit einem gut leitenden grafitischen Kornmateriai ausgefüllt. In den Zonen d und e liegen die zylindrischen Körper 3 im grafitierten Zustand vor. In der Zone e wird der Herdwageninhalt abgekühlt

Zur Verteilung des Stromeintritts in die Schicht der Körper 3 aus Hartbrandkohle sind in den Zonen b und ebenso d jeweils drei Elektroden hintereinander angeordnet. Durch die aufgeteilte, in diesem Beispiel dreistufige Stromzuführung in der Zone b wird eine nicht zu schroffe Aufheizung der zu grafitierenden Körper 3 erzielt. Die Zahl der in Serie zu schaltenden Stromzuführungselektroden in den Zonen b und d richtet sich nach der Ofengröße und dem zu grafitierenden Einsatzgut. Ferner können die Stromzuführungselektroden auch mehrfach nebeneinander vorgesehen werden. In dem vorliegenden Beispiel sind, wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, jeweils zwei Stromzuführungselektroden nebeneinander installiert.

Ein besonderes Problem des erfindungsgemäßen Grafitierungsverfahrens besteht darin, die Elektroden 5 durch die Koksfüllmasse 4 hindurchgleiten zu lassen, ohne daß der Staudruck vor den eintauchenden Elektroden zu groß wird. Diese Aufgabe wurde in der Weise gelöst, daß an den nicht dargestellten Elektrodenhalterungen Vibratoren angebracht sind, die bewirken, 3» daß die Elektroden 5 in bevorzugt horizontale Schwingungen versetzt werden. Die Füllmassekörner, von denen die Eintauchenden der Elektroden 5 unmittelbar umgeben sind, werden durch die Vibration zu Zitterbewegungen angeregt und in ihrer Packung gelockert. Die Folge dieser Maßnahme ist, daß sich die Elektroden 5 ohne merklichen Widerstand bzw. Staudruck durch die Koksfüllmasse 4 bewegen lassen. Sollten sich in der Grafitierungszone c Verkrustungen oder Zusammenballungen der Füllmasse bilden, werden diese durch die vibrierenden Elektroden ohne starke Biegebeanspruchung durchdrungen. Die Vibration sorgt auch dafür, daß die Körnung der Füllmasse hinter den Elektroden wieder gut zusammenfließt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es mög-Hch, in die Herdwagen 2 nicht nur eine, sondern auch mehrere Lagen der zu grafitierenden Körper aus Hartbrandkohle einzubetten.

In dem dargelegten Beispiel gemäß F i g. 1 bis 3 sind die Herdwagen 2 nach oben durch eine sich auf Säulen 8 abstützende feuerfeste Decke 1 abgeschirmt. In die Decke der Vorwärmzone a ist die Gasabsaugung 13 eingebaut. Von der Vorwärmseite her wird ein Luftzutritt durch Planabstreifer, die an der Decke 1 befestigt sind und auf der Füllmasse 4 aufliegen, weitgehend verhindert.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß sich die Abdeckung 1 nicht über die gesamte Abkühlungszone e erstreckt. Die Abkühlung der Herdwagen kann im letzten unbedeckten Teil der Zone e durch Anblasen mit Luft oder durch Besprühen mit Wasser beschleunigt werden.

Wie die Versuche gezeigt haben, kann auf eine feuerfeste Überdeckung der Herdwagen 2 unter Umständen gänzlich verzichtet werden, wenn eine genügend dicke Schicht der Koksfüllmasse 4 über den zu grafitierenden Körpern 3 zur Wärmeisolation vorhanden ist. Die Koksfüllmasse 4 wird an der Oberfläche nicht glühend. An Stelle der Decke 1 wird in diesem Falle über den Zonen b, c und d nur eine Vorrichtung zur Absaugung der sich im Laufe der Grafitierung entwickelnden Gase angeordnet.

Die Stromzuführungselektroden 5 können infolge starker Eigenerwärmung bis zu Glühtemperaturen über den Abschnitt zwischen der gekühlten Elektrodenhalterung und der Oberfläche der Koksfüllmasse einen Luftabbrand erleiden. Um eine Oxydation der Grafitelektroden 5 in diesem Abschnitt zu vermeiden, werden die Elektroden mit einer Hülse aus hitzebeständigem Stahl umgeben. Die Schutzhülse aus Stahl ist oben mit der wassergekühlten Elektrodenhalterung verbunden und taucht unten ein Stückchen in die Kokskornschüttung ein. Über die Elektrodenhalterung wird die Schutzhülse ebenso wie die Grafitelektrode 5 zur Vibration angeregt.

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Grafitierungsverfahren ist auch sehr gut dazu geeignet, ein reines teilgrafitiertes Koksmaterial zu erzeugen, falls dieses als Füllmasse in den Herdwagen verwendet wird. Ein bevorzugtes Einbettungs- und Isolationsmaterial ist kalzinierter Anthrazit, der im Vergleich zu anderen Kokssorten zum einen als Kornpackung einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist und sich zum anderen schlechter grafitieren läßt. Außer Anthrazit können ebenso andere reine Koksmaterialien, wie Petrolkoks, Pechkoks oder Zechenkoks, eingesetzt werden. Die angegebenen Beispiele sollen nicht ausschließen, daß auch andersartige Isolationsmassen, die Siliciumcarbid oder Sand-Koks-Gemische enthalten, Verwendung finden.

Bei dem Grafitierungsofen nach den F i g. 1 bis 3 müssen die entladenen Herdwagen zur Beladestation leer zurückgefahren werden. Das kann mit Schiebetischen und einem parallel geführten Gleis bewerkstelligt werden. Die Rückfahrtlinie kann zum Vorbereiten und Beladen der Herdwagen genutzt werden. Für kleine Grafitierkapazitäten und kleinformatige Grafitprodukte kann ein ringförmiger Grafitierungsofen mit den erfindungsgemäßen Merkmalen Vorteile bieten. Beim ringförmigen Grafitierungsofen kann auf die Unterteilung in einzelne Herdwagen verzichtet werden. Diese Ofenvariante besteht im Prinzip aus einem sich drehenden U-förmigen Ring, der sich unter einem feststehenden Elektrodenpaar herumbewegt.

Zur Grafitierung kann sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom verwendet werden. Während der Acheson-Grafitierungsofen sich bezüglich seiner Leistungsaufnahme praktisch nur von der elektrischen Anlage her regeln läßt, erlaubt der erfindungsgemäße Grafitierungsofen zusätzlich mechanische Steuerungsmöglichkeiten. Einerseits läßt sich der Abstand der Elektrodenpaare gegeneinander verändern, da verschiebbare Elektrodenaufhängungen sowie verrückbare Deckendurchführungen vorgesehen sind. Durch die Verstellung des Elektrodenabstandes kann der elektrische Widerstand in beachtlichem Umfange variiert werden. Andererseits kann in engen Grenzen durch Heben und Senken der Elektroden die Wärmeerzeugung in den Stromzuführungszonen beeinflußt werden. Eine weitere verfügbare Variationsmöglichkeit ist die Fahrgeschwindigkeit der Herdwagen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Grafitieren von aus Hartbrandkohle bestehenden Formkörpern, die auf Herdwagen gelagert und in körniges, wärmeisolierendes, kohlenstoffhaltiges Packmaterial eingebettet sind, durch über Stromzuführungselektroden aus Graphit erfolgende Widerstandserhitzung, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der sich kontinuierlich vorwärts bewegenden Herdwagen ortsfeste, paarweise und in Abstand voneinander angeordnete, vibrierende Elektroden vorgesehen werden, die in das Packmaterial eintauchen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselektroden aus Grafit durch Vibration in bevorzugt horizontale Schwingungen versetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die paarig, für die Zu- und Ableitung des Stromes vorhandenen Elektroden aus Grafit in jedem Teil des Paares sowohl neben- als auch hintereinander angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselektroden oberhalb der Füllmasse bis zu den Elektrodenhalterungen durch eine hitzebeständige Stahlhülse gegen Luftoxydation geschützt werden.