DE746195C

DE746195C - Process for improving the properties of used carbon bodies

Info

Publication number: DE746195C
Application number: DES147779D
Authority: DE
Inventors: Lawrence E Moberly
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-11-23
Filing date: 1941-11-22
Publication date: 1944-05-24

Description

Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften gebrauchter Kohlekörper-Die Erfindung .betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften elektrographitierter Kohleteile, insbesondere von Elektrographitbürsten.Process for improving the properties of used carbon body dies Invention. Relates to a method and an apparatus for improving certain Properties of electrographitized carbon parts, in particular of electrographite brushes.

Es hat sich gezeigt, daß die Härte, Dichte und Verschleißfestigkeit von Elektrographitbürsten nicht durch Auswahl entsprechender Ausgangsstoffe oder durch die Behandlung vor der Graphitierung beliebig gesteigert werden kann, da bei der für die Graphitierung notwendigen Temperatur von mehr als zooo° C sich die die Eigenschaften .der Fürste beeinflussenden Beimengungen verflüchtigen'.It has been shown that the hardness, density and wear resistance of electrographite brushes not by selecting the appropriate starting materials or can be increased as desired by the treatment before the graphitization, since with the temperature of more than zooo ° C necessary for graphitization is the same Properties "of the additions influencing the princes evaporate".

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, die Härte, Dichte; Verschleißfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit bereits graphitierter Kohleteile in sehr feiner Abstufung zu verbessern. Dies ist besonders für Kohlebürsten erwünscht, da harte Bürsten reinigend auf den Stromwender wirken und daher weniger zurn Feuern neigen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, :daß die Kohlekörper in Gegenwart von Kohlenwasserstoffgasen einer Hitzebehandlung bei Temperaturen ausgesetzt werden, bei denen die Kohlenwasserstoffgase sich aufspalten und Kohlenstoff in"-"erteilter Form in den Poren des Kohlekörpers abscheiden. Da die genaue ?Tatur des Kohleniederschlages in der Kohle nicht bekannt ist, nimmt man an, daß das Kohlenwasserstoffgas sich innerhalb der Zwischenräume der Kohleteiie aufzuspalten sucht und einen dünnen zusammenhängenden Kohlebeläg bildet. Es zeigt sich hierbei das überraschende Ergebnis, daß Dichte' und Härte des Kohlekörpers entsprechend dem Betrag an abgeschiedener Kohle zunehmen.. Da sich die Menge der aus dem I@ohlen Wasserstoffgas in dem Kohlekörper einzulagernden Kohleteilchen durch Wahl entsprechender Temperaturen und Einwirkungsdauer sehr genau begrenzen läßt, sind feinste. Abstufungen in den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Kohlekörpers möglich.The invention creates the possibility of the hardness, density; Wear resistance and electrical conductivity of already graphitized carbon parts in very fine gradations to improve. This is particularly desirable for carbon brushes, since hard brushes clean act on the commutator and are therefore less prone to fire. According to the invention this is achieved by: that the carbon body in the presence of hydrocarbon gases subjected to heat treatment at temperatures at which the hydrocarbon gases split and carbon in "-" given form in the pores of the carbon body deposit. Since the exact nature of the coal deposit in the coal is not known is assumed that the hydrocarbon gas is within the interstices the coal part seeks to split up and a thin coherent coal coating forms. It shows the surprising result that density 'and hardness of the carbon body increase in accordance with the amount of deposited coal the amount of carbon particles to be stored in the carbon body from the hydrogen gas very precisely by choosing the appropriate temperatures and exposure time leaves, are finest. Graduations in the desired properties of the carbon body to be produced is possible.

In I#ig. i ist eine Platte io dargestellt, die aus grüner Kohlernasse geformt ist und bereits durch Glühen bei einer Temperatur von etwa i floo° bis 22oo° C bis zu einem gewissen Betrag graphitiert sein soll. Die Platte io besteht in der Hauptsache aus feinen Teilchen, die durch ein verkoktes Bindemittel zusammengehalten sind, und besitzt eine Reihe feiner,. .gleichmäßig verteilter Poren. Die Dichte, Härte und Leitfälligkeit der Platte io kann nun dadurch vergrößert werden, daß man sie einer Hitzebehandlung in einem Kohlenwasserstoffgas aussetzt.In I # ig. i a plate io is shown, made from green coal wet is shaped and already by annealing at a temperature of about i floo ° to 22oo ° C should be graphitized up to a certain amount. The plate io consists in the Mainly made up of fine particles held together by a coked binder are, and owns a number of fine,. . Evenly distributed pores. The concentration, Hardness and conductivity of the plate io can now be increased by subjecting it to heat treatment in a hydrocarbon gas.

In hig. 2 ist ein Apparat 12 dargestellt, der für die Ausführung der Hitzebehandlung bestimmt ist und aus einem Gehäuse 14 und einem - inneren Gehäuse 16 besteht, zwischen denen sich eine Wärmeisolierung 18 befindet. Das Gehäuse soll vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, sein, der bis zu Temperaturen von iooo°C hitzebeständig ist. Nach abnehmen des Deckels 2o, der mittels Schraubbolzen 22 befestigt ist, kann die Kohleplatte io in den Behälter 12 eingesetzt werden. Die geeignete Tctnperatur in dein Behälter 12 wird mit Hilfe eines elektrischen Heizelementes 24 erreicht, dessen durch die Isolatoren 28 hindurchgeführte Anschlußleitutig mit 26 bezeichnet ist. Die Kohleplatten 1o werden an lhreln Ende. auf Traggcstelle 3o aus wärmefestem Werkstoff volleinander getrennt aufgestellt, so daß gleichzeitig eine größere Anzahl von Platten io in ' dem Behälter der Wärmebehandlung unterzogen werden und das Kohlenwasserstoffgas gleichmäßig in alle Teile der Platten io eindringen kann. Die Kohlenwasserstoffgase -%\-erden durch den Einlaß 32, der durch das '\Tentil 34 gesteuert wird, zugeleitet und über den durch das Ventil 38 gesteuerten Auslaß 36 abgesaugt. An Stelle der elektrischen Widerstandsbeheizung des Behälters kann auch eine andere Beheizung angewendet werden.In hig. 2 shows an apparatus 12 which is intended for carrying out the heat treatment and consists of a housing 14 and an inner housing 16, between which there is a thermal insulation 18. The housing should preferably be made of a material that is heat-resistant up to temperatures of 100 ° C. After the cover 2o, which is fastened by means of screw bolts 22, has been removed, the carbon plate 10 can be inserted into the container 12. The suitable temperature in the container 12 is achieved with the aid of an electrical heating element 24, the connection line of which is denoted by 26 through the insulators 28. The carbon plates will be at your end. Set up completely separated from each other on support point 3o made of heat-resistant material, so that at the same time a larger number of plates io are subjected to the heat treatment in the container and the hydrocarbon gas can penetrate evenly into all parts of the plates io. The hydrocarbon gases -% \ - are fed in through the inlet 32, which is controlled by the valve 34, and sucked off via the outlet 36 controlled by the valve 38. Instead of the electrical resistance heating of the container, another type of heating can also be used.

Die Gase, -\velche für die Behandlung der Kohleplatten geeignet sind, können aus irgendeinem Kohlenwasserstoffgas bestehen, das bei Erhitzung zerfällt und Kohle innerhalb der Platten abscheidet. Geeignete Gase für diesen Zweck sind Metan, Propan, Butan u. ä. Auch flüssige Kohlenwasserstoffe, wie z. 13. (51, Petroleurn, Wachs usw., die sich bei der in dein Apparat herrschenden Temperatur verflüchti-g r 11, können für das Verfahren benutzt werden. e . Es sei darauf hingewiesen, daß die verschiedenen . Kohlenwasserstoffgase bei gegel>enen Temperaturen oder unter bestimmteil Bedingungen verschieden reagieren. Als ein Beispiel der Wirkung, die durch zwei , verschiedene GaAe erreicht wird. in welchen Kohleplatten unter den gleichen Bedingungen von Temperatur und Zeit behandelt 'Verden, gibt die folgende: Talelle Aufsehluß: Tabelle I Vor der ßehamdlung ;, Nach der Behandlung Spezifischer Dichte Gewichts- . Spezifischer Widerstand i zunahme in ° o Widerstand Dichte GP 2 0,0025 1,46 17,5 o,oo16 ' 1,67 GA 1 0,0023 1,48 9,2 0,0018 1,61 In beiden Beispielen nach der Tabelle I wurden die Kohleltörper in einem Schamotterohr erhitzt, durch welches das Kohlenwasserstoffgas laufend hindurchströmte. Das Rohr wurde schnell auf etwa 6oo ° C erhitzt; danach wurde die Temperatur innerhalb i Stunde. von 35 auf 95o ° C vergrößert. Nach Erreichen der Temperatur von 95o ° C wurde die Temperatur über 2 Stunden lang konstant gehalten, dann wurden die Kohlekörper abgekühlt. Der Kohlekörper GP, wurde .in einem Propangas erhitzt, während der Kohlekörper GA, in einem pensylvanischen Naturgas erhitzt wurde. Bei gleichen Zeit- und Temperaturbedingungen vergrößert das Propangas die Dichtigkeit erheblich mehr als das Erdgas. Die erhaltenen Ergebnisse hängen von der Temperatur, Zeit und Konzentration der .Kohlenwasserstoffe ab, die in dem Gas enthalten sind. Es wurde festgestellt, daß bei Temperaturen unter 5oo° C der gewünschte Prozeß ziemlich langsam verläuft und daß wirksamere und besser beherrschbare Ergebnisse erzielt werden, wenn bei Temperaturen von 6oo bis iooo ° C und höher gearbeitet wird.The gases suitable for treating the carbon plates can be any hydrocarbon gas which, when heated, decomposes and deposits carbon within the plates. Suitable gases for this purpose are metane, propane, butane and the like. 13. (51 Petroleurn, wax, etc., engaged in the ruling in your apparatus temperature verflüchti- g r 11, can be used for the procedure. E. It should be noted that the various. Hydrocarbon gases at Gegel> enes temperatures or react differently under certain conditions. As an example of the effect achieved by two different GaAs, in which carbon plates are treated under the same conditions of temperature and time, the following gives: Talelle conclusion: Table I. Before treatment;, after treatment Specific density by weight. More specific Resistance i increase in ° o Resistance density GP 2 0.0025 1.46 1 7.5 o, oo 16 '1.67 GA 1 0.0023 1.48 9.2 0.0018 1.61 In both examples according to Table I, the carbon bodies were heated in a fireclay pipe through which the hydrocarbon gas flowed continuously. The tube was heated rapidly to about 600 ° C; thereafter the temperature rose within 1 hour. enlarged from 35 to 95o ° C. After reaching the temperature of 95o ° C, the temperature was kept constant for 2 hours, then the carbon bodies were cooled. The carbon body GP, was heated in a propane gas, while the carbon body GA, was heated in a pensylvanic natural gas. With the same time and temperature conditions, the propane gas increases the tightness considerably more than the natural gas. The results obtained depend on the temperature, time and concentration of the hydrocarbons contained in the gas. It has been found that the desired process proceeds rather slowly at temperatures below 500.degree. C. and that more effective and easily controllable results are achieved when working at temperatures of 600 to 100.degree. C. and higher.

Die Platten io werden zunächst schnell auf 6oo ° erhitzt und anschließend einer weiteren Temperatursteigerung ausgesetzt, die stündlich etwa um 25' C zunimmt. Während der Anfangserwärmung der Platten ist es wün-. -sehenswert, .den Sauerstoff durch einen Stickstoffstrom von den Kohleplatten fernzuhalten. Sobald die Reaktionstemperaturen erreicht sind, kann das Kohlenwasserstoffgas durch den Eirilaß 32 eingeleitet werden. - Wenn die Kohleplatten bei Temperaturen von etwa 950 bis iooo ° C behandelt werden sollen, ist es vorteilhaft, den .Anteil an Kohlenwasserstoffgas zu verringern und. eine gewisse Menge von Stickstoff zuzumischen. Dies ermöglicht eine genaue Kontrolle des Betrages an Kohle, die sich innerhalb eines bestimmter Zeitabschnittes in den Platten abscheidet.The plates are first heated quickly to 600 ° and then subjected to a further increase in temperature, which increases by about 25 ° C. every hour. During the initial heating of the plates it is warm. - worth seeing to keep the oxygen away from the carbon plates by means of a stream of nitrogen. As soon as the reaction temperatures are reached, the hydrocarbon gas can be introduced through the Eirilaß 32. - If the carbon plates are to be treated at temperatures of about 950 to 100 ° C, it is advantageous to reduce the .Anteil of hydrocarbon gas and. to mix in a certain amount of nitrogen. This enables precise control of the amount of coal that is deposited in the plates within a certain period of time.

Die folgende Tabelle veranschaulicht dif Änderungen, die hervorgerufen werden, wenr die Zeit der Hitzebehandlung der Platten be: gleicher Atmosphäre und unter gleichen An. fangsbedingungen geändert wird. Tabelle II ' Vor der Behandlung @'-- --------_ Nach- der Behandlung @---`-----_- Beispiele Spezifischer , Dichte Gewichts- Spezifischer Dichte ' Widerstand Zunahme in °;'a Widerstand GP 2 o,0026 1,45 f ' I 0,0022 4,$ 1,51 GA 1 0,0023 z,48 7,4 o,oolg 1,57 Erwähnt sei, daß die Gewichtszunahme nicht völlig proportional der Behandlungszeit ist. Die Ahscheidung der Kohle beträgt ungefähr nur 500/a während der zweiten Stunde im Vergleich zu der Abscheidung während der ersten Stunde.The following table illustrates the changes caused when the time of the heat treatment of the panels is: same atmosphere and under the same type. catch conditions is changed. Table II ' Before treatment @ '- --------_ After- treatment @ --- `-----_- Examples Specific, density by weight-specific density 'Resistance increase in °;' a resistance GP 2 o.0026 1.45 f 'I 0.0022 4, $ 1.51 GA 1 0.0 0 23 z.48 7.4 o, oolg 1 , 57 It should be mentioned that the weight gain is not entirely proportional to the treatment time. The deposition of the coal is only about 500 / a during the second hour compared to the deposition during the first hour.

Die Zunahme der Härte, die durch die Hitzebehandlung in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffgases erreicht wird, läßt sich nur schwer in Härtegraden eines gewöhnlichen IIä rteprüfapparates bestimmen. Es zeigt sich jedoch beim Zerschneiden der behandelten Platten io in entsprechende Größe, die für ,Bürsten 4o entsprechend Fig. 3 geeignet ist, claß bei der Bearbeitung mit Hilfe einer Spezialsäge erhebliche Unterschiede in der Härte bemerkbar sind. Die Platten der Tabelle II sind vor der Behandlung mit Hilfe einer Säge, bei der die Zähne mit Harz befestigt sind, leicht zersäghar, während die Platten io nach der Gasbehandlung außerordentlich hart sind und nur nter größten Schwierigkeiten mit Hilfe deogleichen Säge zerschnitten werden können.The increase in hardness caused by the heat treatment in the presence of a hydrocarbon gas is difficult to achieve in degrees of hardness using a normal IIärcheckapparate determine. However, it shows up when cutting of the treated plates io in corresponding size that for, brushes 4o accordingly Fig. 3 is suitable, claß considerable when processing with the help of a special saw Differences in hardness are noticeable. The plates of Table II are before the Treatment with the help of a saw with the teeth fixed with resin is easy sawn up, while the plates are extremely hard after the gas treatment and only in the greatest difficulty can be cut with the help of a deogeic saw can.

Durch Änderung der Gasbehandlungsdäuer können die Härfe, Dichte und elektrische Leitfähigkeit der Bürsten bis zu einem bestimmten Grad vergrößert- werden: Auf diese Wreise ist es möglich, praktisch jede gewünschte Härte und Leitfähigkeit der Bürste zu erzielen-und Unterschiede in den Eigenccliaften der fertil' P-ebrannten Kohleteile aus-Zugleichen, so daß sich die Verluste an Ausschuß verringern.By changing the gas treatment duration, the hardness, density and electrical conductivity of the brushes can be increased to a certain degree: In this way it is possible to have practically any desired hardness and conductivity the brush to achieve - and differences in the Eigenccliaften the fertile 'P-paved Coal parts equalize so that the loss of rejects is reduced.

Erwähnt sei, daß das Verfahren nicht auf die Herstellung von Kohlebürsten der in Fig.3 dargestellten Art beschränkt. sondern auch für andere Kohlekörper, wie z. B. für Graphittiegel, verwendbar ist.It should be mentioned that the process does not apply to the production of carbon brushes the type shown in Figure 3 limited. but also for other carbon bodies, such as B. for graphite crucibles, can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for improving the properties of fired Carbon bodies, characterized in that the carbon bodies are in the presence of hydrocarbon gases , be subjected to heat treatment at temperatures at which the hydrocarbon gases split and carbon in distributed form in the pores of the carbon body deposit.

2. Device for performing the method according to claim i, marked by means of a heated container (i6) that can be closed by a lid (2o) with an adjustable inlet and outlet pipe socket for the inlet and outlet of the Gases for treating the coal particles placed in the container. For demarcation the subject of the application from the state of the art are not in the grant procedure Pamphlets have been considered -