DE443907C - Masse fuer Elektroden, die erst in dem Ofen gebrannt werden, in dem sie verwendet werden - Google Patents

Description

in Oslo.

Die Erfindung betrifft Elektrodenmassen für die sogenannten kontinuierlichen Elektroden, welche erst in dem elektrischen Ofen, in dem sie Verwendung finden, gebrannt werden.

Die gewöhnlichen Kohlenelektroden für elektrothermische Zwecke werden bekanntlich in der Weise hergestellt, daß geglühter Anthrazit, Cinders und andere Kohlematerialien mit einem Bindemittel — entweder nur Pech mit etwas Öl oder Pech und Teer — zu einer Masse gemischt werden, die gepreßt oder in Formen eingestampft wird. Die geformten Elektroden werden alsdann in besonderen Brennofen gebrannt, wo sie langsam erhitzt werden, bis das Bindemittel verkokt ist, gewöhnlich bis auf iioo°C.

Bekanntlich sind gute Elektroden Lebensbedingung für einen elektrischen Schmelzofen. Das Auffinden der besten Verfahren zur Herstellung von Elektroden ist daher das Ziel vieler Versuche gewesen. Hierbei haben sich die folgenden Grundregeln ergeben, die befolgt werden müssen, wenn ein erstklassiges Ergebnis erzielt werden soll:

i. Die rohe Elektrode soll möglichst wenig an flüchtigen Bestandteilen enthalten. Je weniger flüchtige Bestandteile dieElektrodenmasse enthält, je höher wird das spezifische Gewicht der Elektrode sein.

2. Das Formen der Elektrode muß mittels hohen Druckes oder kräftigen Stampfens erfolgen, wodurch die einzelnen Teilchen der Masse zusammengepreßt werden und die darin enthaltene Luft ausgetrieben wird.

Die gewöhnlich benutzte Arbeitsweise, die auch als die beste angesehen wird, ist das Pressen der Elektroden in hydraulischen Pressen unter Verwendung eines Druckes von etwa 300 kg/qcm. Die Elektrodenmasse wird diesem hohen Druck längere Zeit hindurch ausgesetzt. Hierdurch verschieben sich die Teilchen der Masse langsam im Verhältnis zueinander, und die Luft wird ausgetrieben.

Auch durch Stampfen hat man gute Elektroden herstellen können. Die Arbeitsweise besteht hier darin, daß die Elektrodenmasse mittels eines rammblockähnlichen Stampfapparates dem Stampfen unterworfen wird, so Mit Rücksicht auf den Transport und auf das Brennen der rohen Elektroden sowie um eine wirksame mechanische Bearbeitung der Masse zu ermöglichen, miuß die Elektrodenmaese eine bestimmte Konsistenz haben. Sie muß mit anderen Worten preß- und stampffähig sein. Die Masse muß mechanisch in der Weise behandalt werden, daß ein fester und unelastischer Elektrodenblock entsteht.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bei Her-

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stellung der sogenannten selbstbrennenden Elektroden zu verwendende Masse eine ganz andere Konsistenz haben muß als gewöhnliche Masse, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen. Man kann hier nämlich gewöhnlich nicht zum Pressen der Masse hohen Druck oder kräftiges Stampfen anwenden und muß sich mit leichterem Stampfen begnügen, entweder durch Hand- oder durch kleinere, ίο pneumatische Stampfapparate. Versucht man auf diese Weise gewöhnliche Elektrodenmasse einzustampfen, so bekommt man die Masse nicht genügend zusammengepreßt, und es entsteht eine Elektrode von niedrigerem spezifischen Gewicht, als gewöhnliche Elektroden haben; der Zusammenhang und die elektrische Leitfähigkeit werden schlecht. Dies führt dazu, daß die Elektroden weniger Strombelastung vertragen als erstklassige Elektroden, und es kann sogar in vielen Fällen zu Elektrodenbrüchen führen, weil die Elektrode nicht stark genug ist, die auftretenden Beanspruchungen zu vertragen. Insbesondere tritt dieser Übeletand bei der Herstellung solcher selbstbrennender Elektroden hervor, die mit einer Armierung aus Eisen oder einem anderen Metall versehen sind. Derartige Elektroden bestehen gewöhnlich aus einem Eisenmantel mit radial nach innen gerichteten längsgehenden Rippen. Diese Armierung umfaßt die Elektrodenmasse und ist maßgebend für deren Form. In dem unteren, gegen den Ofen sich wendenden Teil ist die Elektrodenmasse fertiggebrannt;-in dem oberen Teil ist sie vollständig roh. Die Rippen vermitteln den Stromübergang vom Elektrodenhalter auf den gebrannten Elektrodenteil und halten diesen fest, weshalb sie mit ausgebogenen Stücken oder ähnlichem versehen sind, um zu vermeiden, daß die harte, gebrannte Elektrode sich im Verhältnis zu den Rippen bewegt. Eine solche kontinuierliche Elektrode ist gewöhnlich 4 bis 7 m lang.

Selbst wenn es unter Verwendung gewöhnlicher Elektrodenmasse für derartige Elektroden bei einem peinlich genauen Stampfen möglich wäre, das richtige spezifische Gewicht der Elektrode zu erreichen, so würden sich doch keine betriebssicheren Elektroden ergeben. Bei besonderen Beanspruchungen werden Elektrcderibrüche eintreten. Die Elek- ■ trode teilt sich in Stücke von 30 bis 90 cm · Länge und fällt in den Ofen hinab, wenn die Eisenarmierung abgeschmolzen ist. Der Grund hierzu liegt darin, daß die Elektrodenmasse während des Stampfens immer härter wird in dem Maße, wie die Kohleteilchen zusammengearbeitet werden. Die harte, unelastische Masse, die sich ergibt, wird im Verhältnis zu den Rippen der Eisenarmierung, welche sie umschließt, wie zu den übrigen Teilen der Eisenarmierung fixiert. Je nach Abnutzung der Elektrode im Schmelzofen wind die Armierung mit der Elektrodenmasse langsam nach unten bewegt werden. Etwas über dem Ofen wird die Elektrode bis auf Brenntemperatur erhitzt, und die Masse schrumpft ein, indem die Bindemittel verkokt werden. Die Eisenarmierung erweitert sich dagegen als eine Folge der Temperatursteigerung, und die an die Armierung fixierte Elektrodenmasse wird einer Zugbeanspruchung ausgesetzt, noch bevor die Masse mechanisch fest ist, was zur Folge haben kann, daß sie in Stücke zerfällt, deren Länge mit dam Elektrodendurchmesser und den Temperaturverhältnissen wechselt.

Es hat sich nun gezeigt, daß man auch diese Schwierigkeit überwinden kann, und zwar dadurch, daß man der Masse eine Konsistenz von genügend niedriger Viskosität gibt, so daß sich die Masse während der Erhitzung in der Elektrode »setzen« kann. Um das richtige spezifische Gewicht und die damit zusammenhängende elektrische Leitfähigkeit und mechanischenEigenschaften zu erreichen, muß die Masse während des Brennens zusammensinken können. Das Brennen findet in einer Masse statt, die dem Druck der oberhalb liegenden Massensäule ausgesetzt ist. Eine geeignete Konsistenz erreicht man, indem man den Inhalt der Masse an flüssigen Bestandteilen steigert. Die gewöhnliche Elektrodenmasse für große Elektroden enthält allgemein eine Mischung von Teer und Pech (z. B. im Verhältnis 3 Teer : 1 Pech), die 10 bis 11 Prozent der Masse bildet; sie läßt sich zu einem harten Block zusammenstampfen. Wenn man die Teer-Pech-Menge nun steigert, wird die Masse bei der Ein-Stampftemperatur klebriger und ist deshalb schwerer mit der Stampfmaschine zu bearbeiten. Bei 18 bis 22 Prozent Teer-Pech-Inhalt läßt sie sich überhaupt nicht mehr stampfen. Eine Bearbeitung eines Teiles der Massen· oberfläche mittels Massenwerkzeuge, z. B. eines Preßluftstampfers, bewirkt lediglich, daß dieser Teil hinabgedrückt wird und die umliegenden Teile steigen. Die Konsistenz der Masse erinnert an die Konsistenz von Brotteig. Das Stampfen bezweckt daher bei dieser Masse auch nicht, die Masse zu einem hohen spezifischen Gewicht zusammenzustampfen, das man bei gewöhnlichen gepreßten oder gestampften Elektroden erreicht, sondern nur die einzelnen Massenteile miteinander in enge Verbindung zu bringen und größere Luftblasen zu entfernen. Untersuchungen haben gezeigt, daß eine derartige Masse in dem unteren Teil der kontinuierlichen Elektroden ein höheres Eigengewicht besitzt, als dem Eigengewicht von frisch eingestampfter

Masse in dem oberen Teil der Elektrode entspricht. Proben einer fertig gebrannten Elektrode, aus dem unteren Ende einer selbstbrennenden Elektrode entnommen, zeigen dasselbe spezifische Gewicht wie die besten gepreßten Handelselektroden. Dies zeigt, daß ein langsames Zusammensinken der Masse stattfindet, während sie in der Elektrode liegt, der Hitze des Schmelzofens ausgesetzt und

ίο mit dem Gewicht der oberhalb liegenden Masse belastet ist.

Der Unterschied zwischen stampffähiger und nichtstampffähiger Masse ist sehr auffallend. Stampf fähige Masse, einer Reihe von Schlägen mit einem Stampfkopf ausgesetzt, wird mit jedem Schlag härter. Zuletzt schlägt der Stampfkopf mit einem Knall gegen die Masse an, als ob er an einen ganz festen und unelastischen Körper gestoßen wird. Bei nicht stampffähiger Masse wird diese Festigkeit niemals erreicht.

Zum besseren Verständnis, wie die Konsistenzänderung eintritt, wenn man die Menge der flüssigen Bindemittel steigert, wurden vergleichende Viskositätsmessungen in einer Reihe von Mischungen fein gepulverten Anthrazits mit einem flüssigen Bindemittel ausgeführt. Die Viskosität wurde in der Weise bestimmt, daß man die Sekundenzahl notierte, die ein Stab von näher bestimmtem Gewicht benötigte, um sich durch eine Massenschicht einer bestimmten Stärke zu bewegen. Die Ergebnisse sind in der unten angegebenen Tabelle zusammengestellt:

Bei 24 Prozent Bindemittel war die Bewegung des Stabes nicht merkbar.

- 25 - - - war die Bewegung merkbar, die Zeit der Bewegung

dauerte jedoch langer als 1 Stunde.

- 26 - war die Bewegung etwas schneller, die Zeit jedoch

immer noch mehr als 1 Stunde.

- 27 - - war die Zeit immer noch mehr als 1 Stunde.

Bei Bindemittelmengen von 27,5 28 28,5 29 30 32 Prozent, Zeit 760 100 65 58 39 20 Sekunden.

Stellt man die Ergebnisse in Kurvenform auf, so zeigt sich, daß die Kurve bei 27,5 bis 28 Prozent Bindemittel eine scharfe Biegung macht. Diese plötzlich eintretende Änderung der Beweglichkeit der Masse entspricht offenbar einem solchen Gehalt von flüssigem Stoff, daß die festen Kohlenpartikeln der Masse nicht mehr miteinander in direkter Berührung sind, sondern auf dem Schmiermittel gleiten. Die bei der Elektrodenherstellung verwendeten Bindemittel sind nämlich gleichzeitig ausgezeichnete Schmiermittel.

Das absolute Prozentverhältnis, bei welchem die Stampffähigkeit der Masse aufhört, hängt von der Feinst off menge der Elektrodenmasse und von der Beschaffenheit des Feinstoffes ab und läßt sich nicht von vornherein angeben. Bei den oben angeführten Untersuchungen findet man den Knickpunkt der Kurve bei etwa 27,5 Prozent Bindemittel. Dies ist natürlich nur der Fall bei einer Mischung einer bestimmten Feinsubstanz mit einem bestimmten Bindemittel. Wird die Qualität oder Feinheit der Feinsubstanz geändert, so wird der Knickpunkt verschoben werden. Unter allen Umständen bekommt man aber eine Viskositätskurve, die einen Knickpunkt gibt bei dem Gehalt an Bindemitteln, bei welchem die Masse merkbar »flüssig« wird.

Gewöhnlich benutzt man bei Elektroden^ masse für große Elektroden etwa ¹J₃ GiObstoff, d. h. ein Kohlenmaterial, z. B. geglühten Anthrazit, in Form von nußgroßen Stücken.

Die anderen zwei Drittel der Masse sind Femstoff und Bindemittel. Der Grobstoff erfordert go sehr wenig Bindemittel, um feucht zu werden. Die Stücke der Masse sind an allen Seiten von Feinstoff umgeben, die Konsistenz des Feinstoffes ist für die Konsistenz der Masse maßgebend. Praktische Versuche in großem Maßstäbe zeigen jetzt, daß die charakteristische Konsistenzänderung unter Verwendung desselben Materials wie in dem früher beschriebenen Versuche, jedoch mit etwa ¹Z₃ Grobstoff, bei etwa 18 Prozent Bindemittel eintritt und bei 20 Prozent die Masse sehr beweglich ist. Diese Zahlen stimmen mit den oben erhaltenen gut üb er ein, wenn man berücksichtigt, daß ein Drittel der Masse nur sehr wenig Bindemittel braucht. Wenn man mehr Grobsubstanz verwendet, tritt die Änderung bei geringerem Bindemittelgehalt ein. Die Masse wird stets heiß bearbeitet, gewöhnlich bei Temperaturen zwischen 60 und ioo°. Die in der Praxis verwendete Mischung von Bindemitteln ist dann flüssig. Wenn man der Masse einen genügend hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und Bindemitteln gibt, kann man das Stampfen der Masse gänzlich vermeiden. Die Erzengung der kontinuierlichen Elektroden bekommt dann zunächst den Charakter eines Eingießens. Man erreicht jedoch auch in solchen Fällen eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und spezifisches Gewicht in den fertigen Elektroden. Dieser Effekt ist den außerordentlich günstigen Brennbedingungen zu-

zuschreiben. Wie oben erwähnt, wird der Eisentnantel mit der Elektrodenmasse langsam gegen den Ofenkrater hinabbewegt, und die Temperatur der Masse geht hierbei gleichmäßig und langsam in die Höhe von etwa 6o° bis zur hellsten Weißglut an der Elektrodenspitize. Bei etwa 2oo° beginnt die erste Destillation der flüchtigsten Bestandteile in der Masse, die in Dampf form entweichen. Bei etwa 700⁰ sind die Bindemittel in hochmolekulare Kohlenstoffverbindunigen übergeführt, die langsam in einen immer härter werdenden Koks umgewandelt werden. Hierdurch steigt die Porosität der Elektrode. Die rohe Masse ist bei dem Einstampfen noch etwas lufthaltig, während der Lagerung in der Elektrode entweicht aber ein Teil der Luft, und die Porosität sinkt auf etwa 5 Prozent herab. In der vollständig gebrannten Elektrode beträgt sie meistens 15 bis 20 Prozent. Während der Destillation und Verkokung wird der Überschuß an Bindemitteln mit den Destillationsprodukten zusammen nach unten durch den bereits gebrannten und daher porösesten Teil der Elektrode zu entweichen suchen, da aber gerade dieser Teil glühend ist, werden immer neue Mengen Kohlenwasserstoffe hier zerstört werden unter Ablagerung von Koks in den Poren der Elektrode. Die Kohlenteilchen werden deshalb immer mehr zusammengekittet, wodurch das Gewicht und die Leitfähigkeit der Elektrode steigen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Masse für Elektroden, die erst in dem Ofen gebrannt werden, in dem sie verwendet werden, gekennzeichnet durch einen Gehalt von so viel Bindemittel, daß sie in warmem Zustande eine derart niedrige Viskosität hat, daß sie in der Elektrode während des Erhitzens und Brennens zusammensinkt und ein hohes spezifisches Gewicht im gebrannten Teil liefert ohne Anwendung von hohem Druck oder kräftigen Schlägen während des Einfüllens der Masse.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Masse während des Einfüllens so niedrig ist, daß sie in der Elektrode ohne Einstampfen zusammenfließt.

3. Masse nach Anspruch 1, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß die rohe Elektrodenmasse mindestens 14 Prozent Teer-Pech als Bindemittel enthält.