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Verfahren zur Herstellung von Kohleteigen In der Technik werden, insbesondere
bei elektrothermischen oder elektrolytischen Arbeitsverfahren aus brikettierter
Kohle bestehende Stromzuführungselektroden verwendet. Bisweilen werden auch Ofenauskleidungen
und Auskleidungen für Elektrolysezellen aus brikettierter Kohle hergestellt.
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Diese brikettierte Kohle wird aus mit einem Bindemittel vermischten
und dann geformten Kohlestäuben gefertigt. Bestimmte Agglomerate werden vor ihrer
Verwendung bei elektrothermischen Arbeitsverfahren oder in Elektrolysezellen in
Spezialöfen gebrannt; in manchen Fällen wird dieses Brennen sogar bis zur Grahhitierung
des Agglomerats getrieben. Manchmal werden die Kohleagglomerate auch, wie z. B.
die kontinuierlichen, sogenannten Söderbergelektroden, in dem elektrothermischen
Ofen oder in der Elektrolvsezelle während des Betriebes gebrannt. , Aber, was auch
immer der Verwendungszweck der Agglomerate sein mag, ihre Qualität hängt wesentlich
von der Qualität der zu ihrer Herstellung benutzten Kohleteige ab.
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Es heißt, daß mehr noch als die Auswahl des körnigen Aufbaus des Kohlematerials
und der Bindemittelart die vollständige Benetzung der Oberfläche der Kohlekörner,
die mit dem verwendeten Bindemittel in Berührung kommen, von Bedeutung ist, um aus
solchen Teigen Elektroden mit den besten Eigenschaften zu erhalten. Nur wenn die
Körner von
dem Bindemittel vollständig benetzt sind, erhält man
in dem Teig die innigste Bindung und kann auf diese Weise mechanische Nachteile
vermeiden, die sich im Gebrauch von Teigen mit ungenügender Bindung ergeben. Es
ist ferner bekannt, daß die gewöhnlich aus einem Gemisch von Körnern verschiedener
Größe bestehende Kohlenrasse, um eine möglichst weitgehende. Benetzung dieser Masse
durch das Bindemittel zu erreichen, vollständig in einen Mischer eingeführt, sodann
auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend das Bindemittel eingeführt,
das Mischungsverfahren durchgeführt und bis zur Erlangung einer homogenen Masse
fortgesetzt wird.
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Dieses allgemein übliche Verfahren hat bestimmte Nachteile.
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Die feinsten Körner bilden mit dem Bindemittel eine beständige Suspension,
die den Gesetzen der nichthomogenen Flüssigkeiten unterliegt und in der die feinen
Körner die Dispersionsphase darstellen. In dem Maße, in dem die Konzentration der
feinen Bestandteile in der Suspension anwächst, erhöht sich deren Viskosität derart,
daß bei einer angemessenen Konzen(ration der feinen Bestandteile in der Suspension
deren Viskosität ein Vielfaclies der Viskosität von Teer ist. Bei der Behandlung
der aus Körnern -von verschiedener Größe zusammengesetzten Kohlemischung mit dem
Bindemittel ruft die Suspension der feinen Bestandteile in dem Bindemittel eine
so große Viskosität hervor, daß dieses die gesamte Oberfläche der Körner zu benetzen
nicht mehr in der Lage ist und die Poren nur noch zum Teil oder überhaupt nicht
mehr ausfüllen kann. Dazu kommt, daß die Poren der Körner von vornherein mit feinen
Körnern gefüllt sind, wodurch das Eindringen des Teers oder der aus feinen Bestandteilen
und Teer bestehenden Suspension verhindert wird. Nur hierauf kann das Vorhandensein
von Körnern in der Masse zurückgeführt werden, die überhaupt nicht benetzt sind.
Ein solcher Teig stellt keine möglichst weitgehende Bindung dar und ergibt nach
dem Brennen keine Formkörper mit besten Eigenschaften. Die unvollständige Benetzung
der Kornoberflächen oder das Vorhandensein von Körnern, die überhaupt nicht benetzt
sind, ruft mit Bildung von Kohlestaub bezeichnete Verluste hervor, die man während
der Verwendung von aus solchen Massen hergestellten Elektroden beobachtet.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es, diese Nachteile zu
vermeiden. Es wird hierbei in folgender Weise vorgegangen. Die Kohlenrasse, die
durch Zerkleinerung in aus 'Mischungen ven Körnern verschiedener Größe bestehenden
Kohlestaub übergeführt worden ist, wird in zwei Fraktionen unterteilt, und zwar
eine gröbere und eine feinere Fraktion. Die gröbere Fraktion, deren Menge 3o bis
75°/r, des Gesamtgewichts des Staubes erreichen kann, wi- für sich allein mit dem
Bindemittel gemischt, bis sämtliche Körner von dem Bindemittel gut benetzt sind;
darauf fügt man den Rest der Kohlenrasse zu, deren Körner feiner sind, und setzt
das Mischen fort, bis man die größtmögliche Homogenität der Mischung erhält.
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Die verwendete Kohlenrasse ist entsprechend der gewünschten Qualität
des Teiges variabel; P,-trol-und Pechkoks, die zur hlerstellung von Elektroden von
großer Reinheit verwendet werden, ergeben nach der Zerkleinerung Körner, deren Poren
verhältnismäßig groß, z. B. 0,3 mm groß, sind und noch größer sein können. Wenn
man gemäß dem Verfahren der Erfindung unter Verwendung solcher Kokse als Kohlenrasse
arbeitet, wird die Trennung des Staubes in zwei Fraktionen in der Weise durchgeführt,
c'aß die kleinsten Körner der -groben Fraktion dieselbe Abmessung haben wie die
Poren der größten Körner. W,3nn man dagegen als Kohlenrasse metallurbischen Koks
oder Anthrazit verwendet, die nach der Zerkleinerung Körner mit sehr kleinen Poren
ergeben, wird die Teilung des Staubes in zwei Fraktionen in der Weise bewerkstelligt,
daß die kleinsten Körner der groben Fraktion eine Abmessung von o,2 mm haben; denn
wenn rnan diese Grenze überschreitet, hat die Suspension, die sich mit den Körnern
während des Mischvorganges bildet, eine solche Viskosität, daß eine vollständige
Benetzung der Körner nicht gewährleistet ist. Die später zugesetzten feinen Bestandteile
sättigen das Bindemittel, inc'em sie eine Suspension bilden, unct es entsteht auf
diese Weise ein Teig, in dem die Körnerporen und die Zwischenräume zwischen den
Körnern vollständig ausgefüllt sind und in dem die Oberfläche sämtlicher Körner
vollständig benetzt ist. Mai; erhält so einen Teig, der so innig wie möglich gebunden
ist und eine Struktur hat, die so regelmäßig wie nur möglich ist, und die nach dem
Brennen einen Formkörper mit optimalen Eigenschaften ergibt.
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Die grobe Fraktion des Kohlcstaubs kann auch zuerst mit nur einem
Teil der erforderlichen Bir,demittelmenge benetzt werden; der Rest des Bindemittels
wird alsdann mit der Fraktion des feineren Staubs zugesetzt. Das Bindemittel kann
im flüssigen Zustand zugefügt werden, wodurch der Mischvorgang beschleunigt wird;
man kann es aber auch im festen Zustand zusetzen. Das ist manchmal der Fall, wenn
man beispielsweise trockenes Pech zufügt; c'ie Benetzung der Körner kann in solchen
Fällen mir nach einer Verflüssigung des Pechs durch Erhitzung verwirklicht werden.
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Wenn man das Verfahren gemäß der Eifindung anwendet, um einen zur
Herstellung von Elel°troc'en bestimmten Teig zu erhalten, stellt man fest, Caß es
zur Herstellung eines gut fließenden Teigs notwendig ist, i bis 3°/o an Bindemittel,
z. B. Teer, mehr zuzusetzen, wen,n man zuerst die Körner ohne feine Bestandteile
mit dem Bindemittel mischt und die feinen Bestandteile erst am Ende des Mischvorgangs
zugibt, als wenn man nach dem üblichen Verfahren die gesamten Körner gleichzeitig
mit dem Bindemittel mischt.
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Diese Feststellung läßt sich mir durch sie Tatsache erklären, daß,
wenn man nach dem üblichen Verfahren die Gesamtheit der Körner mit dem Bindemittel,
z. B. Teer, behandelt, nicht c'ie gesamte Oberfläche sämtlicher Körner durch das
Bindemittel benetzt wird, daß sie dagegen viel besser benetzt wird, wenn man Igemäß
dem Verfahren der Er tim-lung vorgeli t.
Beispiel I Die für die
Herstellung eines Söderbergteigs erforderliche Kohlemasse besteht aus Kokskörnern
und hat beisliielsweise folgende Körnungszusamniensetzuns::
| 3 bis 5 mm 1,7% |
| 2 - 3 mm 1,80/, |
| I - 2 mm 8,20/, |
| 0,2 - I mm 31,2)/o |
| 0,075 - 0,2 mm 10,50/0 |
| 0 - 0,075 mm 46,60/0 |
Der Söderbergteig, der aus Körnern dieser Beschaffenheit nach dem gewöhnlichen Mischverfahren
hergestellt wird, muß einen Teergehalt von 280/0 haben, um eine gute Viskosität
zu errreichen.
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Das Körnergemisch wird gemäß der vorliegenden Erfindung in folgender
Weise mit dem Bindemittel, in diesem Fall mit Hartpech, das heißt mit Pech, dessen
Erweichungstemperatur, gemessen nach der Methode Kramer-Sarnow, bei 70' C
liegt, beha:idelt Man mischt zunächst die 'o,2 bis 5 mm großen Körner mit dem Hartl)ech,
bis die Poren der Körner gefüllt sind und die Oberfläche sämtlicher Körner benetzt
ist. Alsdann mischt man die Körner von einer Korngröße von weniger als 0,2 mm zu
und setzt den Mischvorgang fort, bis man eine homogene Masse erhält. Der Söderbergteig,
der auf diese @Veis2 entsteht, muß, um eine gute Viskosität zu haben, 2950/0 Pech
enthalten, d. h. r,50/0 mehr als bei dem üblichen Mischverfahren.
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Man erhält auf diese Weise einen Sö lerbergte1g, der nach <lern
Brennen folgende Eigenschaften im Vergleich zu den Eigenschaften eines nach dem
üblichen Mischverfahren hergestellten Teigs hat
| Nach dem |
| üblichen Gemäß der |
| Misch- Erfindung |
| verfahren hergestellte |
| hergestellte Elektrode |
| Elektrode |
| Scheinbare Wichte .. .. ... .. 1,42 1,36 |
| Porosität 0/0 .............. 25,3 28,4 |
| 2 |
| Widerstand iti Ohm mm- .. m 84 59 |
| Druckfestigkeit in kg/cm2... 26S 290 |
Anstatt das Bindemittel, z. B. Teer, im flüssigen Zustand der körnigen Kohlemasse
zuzufügen, kann . man es auch im festen Zustand zusetzen. 1,i diesem Falle werden
zunächst die 0,2 bis 5 mm großen Körner mit dem im festen Zustand vorliegenden Bindemittel
gemischt, während dieses Mischverfahrens erhitzt man, bis das Bincemittel flüssig
wird, und nach einer vollständigen Benetzung dieser groben Körner durch das Bindemittel
wird die K%:hlemasse, deren Körner kleiner als 0,2 mm sind, zugefügt und das '4lischverfahren
fortgesetzt, bis man die größtmögliche Homogenität des Gzmisches- erreicht hat.
Beispiel Il Vorher gebrannte, bei der clektroly-tischen Herstellung von Aluminium
gebräuchliche Elektroden können unter Verwendung eines Kohleteigs hergestellt werden,
dem Petrolkoks zugrunde liegt, dessen Porengröße zahlenmäßig den Wert von rund
0,3 mm erreicht und dessen körnige Zusammensetzung folgende ist
| 3,33 bis 2,76 mm 70/, |
| 2,76 - I,77 mm 9 0/0 |
| 1 ,77 - 0,76 mm 16 0/0 |
| 0,76 - 0,29 mm 15 0/0 |
| 0,29 - o,16 mm 13 0/0 |
| o,16 - 0,075 mm 17 0/0 |
| 0,075 - 0 mm 23 0/, |
Gemäß der Erfindung befeuchtet man zuerst die Körner von einer Korngröße von 3,33
bis 0,29 mm mit dem Bindemittel, z. B. Hartpech; alsdann wird der Rest des Kohlestaubs,
Körner von o bis 0,29 mm Größe, zugefügt. Man erhält auf diese, Weise nach dem Brennen
eine Elektrode, deren charkteristischen Eigenschaften im Vergleich zu denen einer
anderen, nach dem bekannten Knetverfahren hergestellten Elektrode die folgenden
sind:
Beispiel III Der zur inneren Auskleidung von Ofen verwendete Teig besteht z. B.
aus einem Gemisch von 250/0 Anthrazit und 750/0 metallurgischem Koks, das folgende
körnige Zusammensetzung hat
Der Anthrazit ist nicht porös, und die Poren des metallurgischen Kokses sind kleiner
als 0,2 mm.
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Gemäß der Erfindung benetzt man zuerst die 5,54 bis o,19 mm großen
Körner mit dem Bint'emittel, z. B. Weichpech, d. h. Pech, dessen Erweichurgspunkt
zwischen 40 und 5o' C liegt; dann fügt man die o bis o,19 mm großer Körner zri und
mischt i:@nig. Beispiel IV Die Teigmassen der Elektroden, Cie für elektrcthermische
Herstcllurgsvcrfaliren bestimmt sind, können aus einem Gemisch von 7o0/0 Anthrazit
und 3o0/0 metalluigischEni Koks bestehen und folgence körnige ZusarMmensetzuna haben,
| 25,4 bis 11,9 mm 6 0/0 |
| 11,9 - 554 mm 7 0/0 |
| 5,54 - 2,67 mm 17 0/0 |
| 2,67 - I,77 mm 5 0/0 |
| 1 ,77 - 0,99 mm 4 0/0 |
| 0,99 - 0,45 mm 4 0/0 |
| 0,45 - 0,19 mm 8 0/0 |
| o,19 - o,o9 nim 22 0/0 |
| 0,09 - o mm 2 7 0/ |
| 0 |
Der Anthrazit ist nicht porös, die feinen Körner, deren Größe unter
o,16 mm liegt, bestehen aus metallurgischem Koks. Gemäß der Erfindung werden zuerst
die 25,4 bis o,19 mm großen Körner mit Hilfe des Bindemittels, z. B. eines Gemisches
von Hartpech und Steinkohlenteer, benetzt; alsdann setzt man die o bis o,19 mm großen
Körner zu und mischt innig. Man erhält auf diese Weise einen Elektrodenteig, der
nach dem Formen und Brennen folgende Vergleichsresultate ergibt:
| Nach dem |
| üblichen Gemäß der |
| Verfahren Erfindung |
| hergestellte hergestellte |
| Elektrode Elektrode |
| Widerstand in Ohm g'ma .. 61 51 |
| Druckfestigkeit in kg/cmz .. . 295 375 |
Beispiel V Der für die Herstellung von graphitierten Elektroden bestimmte Kohleteig
besteht z. B. aus Petrolkoks, der folgende körnige Zusammensetzung hat
| 1,3o bis o,62 mm. 22 0/0 |
| o,62 - 0,29 mm 21 % |
| o,29 - o,16 mm 7 °/o |
| o,16 o,io mm 18 °/o |
| 0,10 - 0,075 mm 40/, |
| 0,075 - 0,058 mm 4% |
| 0,058 - 0,05o mm 40/, |
| 0,030 - 0 mm 2o 0/0 |
Die Größe der Poren erreicht zahlenmäßig den Wert von rund ö,3 mm. Gemäß der Erfindung
werden zuerst die 1,3 bis 0,29 mm großen Körner mit dem Bindemittel, z. B. Hartpech,
benetzt; dann setzt man die o bis o,25 mm großen Körner zu und mischt innig. Man
erhält auf diese Weise einen Elektrodenteig, der folgendes Vergleichsresultat ergibt:
| Nach dem |
| üblichen Gemäß der |
| Verfahren Erfindung |
| her- her- |
| gestellter gestellter |
| Teig Teig |
| Scheinbare Wichte .. . . .. .. . 1,675 I,7I8 |