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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von graphitischem Kohlenstoff
Zur Herstellung von Elektrodenkohlen wird neben anderen Materialien auch Anthrazit
verwendet, der für den elektrischen Strom eine möglichst gute Leitfähigkeit besitzen
soll. Der handelsübliche unbehandelte, gashaltige Anthrazit, der aber bei gewöhnlicher
Temperatur ein schlechter Stromleiter ist, wird desliarb vor der Verwendung calciniert
bzw. graphitiert. Dies erfolgt in gasbeheizten oder elektrischen Ofen, wodurch seine
elektrische Leitfähigkeit wesentlich verbessert wird. Die Graphitierung und Entgasung
des Anthrazits in den elektrischen Ofen erfolgt meistens durch Widerständsheizung,
wobei der Anthrazit als Widerstand dient.
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Führt man den elektrischen Strom dem elektrischen Ofen zum Beispiel
durch zwei nebeneinanderstehende Elektroden zu, so wählt der Strom anfangs den kürzesten
Weg zwischen diesen beiden Elektroden. Nach einigen Tagen erhitzen sich aber auch
die am Ofenrande liegenden Teile des Anthrazits und beteiligen sich am Stromübergang,
so daß nach einer bestimmten Betriebsdauer fast der ganze Strom nur noch am Rande
des Ofens entlang von Elektrode zu Elektrode wandert. Die Folge davon ist, daß das
Ofenfutter allmählich immer höhere Temperaturen annimmt und teilweise durchschmilzt;
außerdem ergeben sich große Wärmeverluste und damit ein hoher Stromverbrauch.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die oben angegebenen
Schwierigkeiten und Nachteile vollständig vermieden werden können, wenn bei der
Herstellung von graphitischem Kohlenstoff, beispielsweise
aus Anthrazit,
durch Erhitzen des Kohlenstoffs mittels elektrischen Stroms durch Widerstandsheizung,
wobei das zu behandelnde Material selbst den Widerstand bildet, direkt unter den
Elektroden durch Einbauten, die aus stromleitendem Material bzw. einer Mischung
aus solchem Material und nichtstromleitendem Material bestehen und waagerecht oder
annähernd-. waagerecht in Richtung der Verbindungslinie zwischen den untersten Elektrodenenden
liegen, eine Stelle ruhenden oder schwach bewegten Materials geschaffen wird, die
durch Abbremsen des Materialstroms unter bzw. zwischen den Elektroden ein Auswandern
des zentralen Heizherdes verhindert, so daß das Material am Ofenrand auf wesentlich
niedrigerer Temperatur als das in der Ofenmitte gehalten wird. Zweckmäßig wählt
man als Material für die Einbauten geformte Kohle, die mit waagerechter Oberfläche
in Richtung der Verbindungslinie der Elektroden mitten unter diesen gelagert wird.
Auf dieser Kohlenunterlage bildet sich eine bald fest werdende Materialauflage,
die durch den Böschungswinkel des ruhenden heißen Materials gegen das strömende
weniger heiße Material bestimmt ist. Die abgeböschte Materialauflage reicht ziemlich
dicht an die Elektroden heran und verlangsamt in ihrer Nähe die Strömungsgeschwindigkeit
des Materials so, daß immer eine außerordentlich heiße, gut leitende, im Zentrum
des Ofens befindliche Strombrücke gesichert ist, während andrerseits die Strömungsgeschwindigkeit
in den Randpartien erhöht wird. Den Einbauten kann selbstverständlich an Stelle
der waagerechten Oberfläche auch eine schalenförmig konkave oder eine etwag geneigte
Oberfläche gegeben werden. Weiterhin können die Einbauten auch aus einem nichtleitenden
Unterbau mit leitender Aufläge, die evtl. das Behandlungsgut selbst sein kann, gebildet
werden. Es besteht auch die Möglichkeit, von vornherein für das Ablenken des herabsinkenden
Behandlungsgutes dachförmige Gebilde mit entsprechender Leitfähigkeit einzubauen.
Durch diese Anordnung gelingt es, dauernd den Ofen in der Mitte heiß und die Außenpartien
kalt zu halten, so daß eine weitgehende Isolation des Ofens möglich ist, die früher
wegen der hohen Temperaturen in der Nähe des Ofenfutters unmöglich war. Das neue
Verfahren läßt sich natürlich auch auf andere Ofenanordnungen, Dreiphasenöfen usw.,
anwenden und kann auch mit einer evtl. Vorwärmung durch Verbrennung des beim Graphitieren
entwickelten Gases im Ofen selber kombiniert werden.
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In der Zeichnung, in der Fig. i a einen Längsschnitt zur Schnittlinie
A-A, Fig. i b einen Grundriß dazu und Fig.2 einen Querschnitt zur Schnittlinie B-B
darstellen, ist das Verfahren näher erläutert. i sind die Elektroden des ovalen
Graphitierofens, 2 der ausgemauerte Ofenkörper. 3 ist die Ofenentleerung, 4 eine
mechanische Austragung. 5 ist der neue, aus Kohle bestehende Einbau, der direkt
unter den Elektroden, und zwar waagerecht in Richtung der Verbindungslinie zwischen
den untersten Elektrodenenden angeordnet ist. 6 ist ein aus Kohle bestehender Einbau,
der senkrecht zu dieser Linie steht und beim ersten Versuch verwendet wurde. Er
sollte eine gleichmäßige Entleerung -des Ofens gewährleisten und dient jetzt als
Auflage für den neuartigen Einbau. 7 ist das auf der Kohlenunterlage 5 aufgeböschte
Material, das eine Strombrücke bildet.
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Der große technische Fortschritt, der durch das vorliegende Verfahren
erzielt wird, ergibt sich deutlich aus zwei Versuchen, die im gleichen Einphasenofen
bei einer Laufzeit von je 8 Monaten ausgeführt worden sind.
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Beim ersten Versuch wurde der Ofen in üblicher Weise gefahren, und
zwar mit Einbauten am Ofenausgang, die quer zur Verbindungslinie der untersten Elektrodenenden
angeordnet waren (s. die Figuren, Kohlekörper 6). Dabei wurden zur Herstellung von
= t entgastem Anthrazit im Durchschnitt über 1200 kWh verbraucht, und das Ofenfutter
war stark angegriffen worden.
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Bei dem zweiten Versuch, der dem neuen Verfahren entspricht und unter
sonst gleichen Bedingungen wie der erste Versuch ausgeführt wurde, war in dem Ofen
über der Kohlenschwelle 6 der neuartige Einbau 5, aus Kohlenstoff bestehend, parallel
zur Verbindungslinie zwischen den beiden untersten Elektrödenenden eingebaut worden
und dadurch unter den Elektroden eine aus ruhendem Anthrazit bestehende Stelle geschaffen
worden. Nach wenigen Betriebstagen bildete sich auf der Kohle aus dem ruhenden Material
eine dachförmige Auflage mit trapezförmigem Längsquerschnitt: Zur Herstellung von
i t entgastem Anthrazit wurden im Durchschnitt aber nur etwa 60o kWh, also nur etwa
die Hälfte der bisher üblichen Strommenge verbraucht und das Ofenfutter war nach
8 Monaten Betriebsdauer praktisch nicht angegriffen worden. Das bedeutet gegenüber
der bisherigen Arbeitsweise einen großen technischen Fortschritt.