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Verfahren zum Brennen von geformten Gebilden, insbesondere von Elektroden
aus Kohlenstoff Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Brennen
und Graphitieren geformter Gebilde aus, Kohlenstoff, das besonders beim Graphitieren
von Ofenelektroden brauchbar ist. Die Erfindung wird vor ,allem in bezug ,auf das
Graphitieren von Ofenelektroden beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Verwendungsart
beschränkt.
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Gewöhnlich werden nicht gebrannte Elektroden aus Kohlenstoff und einem
Bindestoff in einem gasbeheizten Brennofen bei einer Temperatur von 700 bis rooo°
gebrannt und dann nach dem Kühlen in einen elektrischen Ofen gebracht und in tein
körniges, kohlenstoffhaltiges, den elektrischen Strom leitendes Material gepackt,
d:as ,als Widerstandselement wirkt. Die vargebrannten Elektroden werden in dem elektrischen
Ofen ,auf etwa 27oo° erhitzt, so, daß der Kohlenstoff der Elektroiden sich in Graphit
umwandelt. Diese Ausführungsart ist in der Technik als Diuplex-Verfahren bekannt.
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Ein anderes Verfahren, das vorgeschlagen wurde, umgeht das vorhergehende
Brennen in dem gasbeheizten Ofen. Die nicht gebrannten Elektroden werden in ;einem
elektrischen Ofen in deiner Operation auf Graphitiertemperaturerhitzt. Auch hier
wird als Widerstandselement in dem elektrischen Ofen körniges, kohlenstoffhaltiges,
den elektrischen Strom leitendes Material verwendet. Dias bei diesem Verfahren häufig
auftretende Platzen der Elektroden isst ,ein Nachteil, wenn das Verfahren auch auf
der anderen Seite gewisse Vorzüge, wie Ersparnis an Brennstoff, Zeit und Apparaturen,
aufweist.
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Dias körnige, kohlenstoffhaltige, den Strom leitende Füllmaterial,
wie es als Widerstand in elektrischen Öfen verwendet wird, besitzt einen negativen
thermischen
Widerstandskaef$zienten"d. h. sein ielektrischer Widerstand nimmt mit steigender
Temperatur ab. Wenn aus irgendwelchem Grund ein Teil des Ofens heißer wird als ;andere
Teile, nimmt der (elektrische Stram in diesem- Teil zu, wodurch die Wärmeentwicklung
noch weiter steigt. Die Wärmeentwicklung im Ofen, vor allem bei Temperaturen, unter
etwa. 7oo°, erfolgt nicht gleichmäßig. Die große Anzahl an geplatzten Elektroden
bei dem einfachen Heizverfahren hängt damit zusammen, daß ungebrannte Elektroden
ein ungleichmäßiges Erhitzen im elektrischen Ofen nicht vertragen. Die vorgebrannten
Elektroden. werden beim Erhitzen nach dem Dup@lex-Verfahren im elektrischen Ofen
kräftiger -und gegen ungleichmäßiges Erhitzen widerstandsfähiger. -- -- --- - -
-Die Erfindung bezweckt zunächst ein Verfahren zu schaffen, durch das geformte Gebilde.
aus Kohlenstoff, wie z. B. ungebrannfie -Elektroden, in einer einzigen Heizoperation
in einem elektrischen Ofen,ohne wesentlichen Bruch ,auf Graphitiertemperaturenerhitzt
werden können.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zurr Brennen von Gebilden aus Kohlenstoff bei Temperaturen zu schaffen, die niedriger
;als die liegen, die zur Umbildung in Graphit erforderlich sind. Im besonderen sieht
die Erfindung sein Verfahren. zum Brennen von Gebilden aus Kohlenstoff bei Temperaturen
, vor; die höher als die Temperaturen liegen, die .gewvöhnlich in einem gasbeheizten
Brennzofen verhalten werden können, aber nicht hoch genug ,sind, um die Gebüde aus
Kohlenstoff zu graphitieren.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum, Brennen von
geformten. Gebilden aus. Kohlenstoff. Erfindungsgemäß werden diese Gebilde in leih
körniges, kohlenstoffhaltiges Material mit einem negativen thermischen Widerstandskoeffizienten
eingehüllt, in das !ein elektrischer Hilfswiderstand, z. B. in. Formeines metallischen
Gitters,, eingebettet ist, der leinen positiven thermischen, elektrischen Wiiderstandsköeffizienten
und einen medrigemn elektrischen Widerstand besitzt als das körnige Material bei
Temperaturen unter 400°, anschließend dann durch den elektrischen Strom der Hilfswiderstand
und das gekörnte Material sioerhitzt, daß das gekörnte Material und die erwähnten
Gebilde ;aus Kohlenstoff gleichmäßig (eine Temperatur erreichen, bei dernoch der
elektrische Widerstand des Hilfswiderstandes niedriger Tals -der :des gekörnten
Materials ist, und schließlich das Erhitzen bis zu ,einer Temp;eratur, vorzugsweise
über 6o0°, fortgesetzt, bei der der elektrische Widerstand des; Hilfswiderstandes
höher ist als der des körnigen Materials.
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Nicht gebrannte Elektroden"die graphitiert werden. sollen, werden
in. leinen elektrischen. Ofen gebracht, der in seinem körnigen., kohlenstoffhaltigen,
den Strom leitenden, Füllmaterial als Hilfswiderstand ein metallisches Gitter eingebetie
enthält. Im ailgenieinen besitzt der Hilfswiderstand bei Temperaturen bis zu etwa
6oo° einen niedrigeren Widerstand als 'das- körnige Füllmaterial und besitzt auch
einen positiven thermischen Widerstandskoeffizienten, dh. sein (elektrischer Widerstand
erhöht sich mit zunehmender Temperatur. Bis zu dem Zeitpunkt, wo die Temperatur
des Ofens etwa 6oo° erreicht, läuft der elektrische Strom überwiegend durch den
Hilfswiderstand, Wenn aber irgendein Teil desselben heißer als der übrige Teil des
Widerstandes wird, erhöht sich dessen Widerstand; der Strom wird damit zu kühleren
Zonen geleitet und eine gleichmäßigere Hitze entwickelt. Sobald die Temperatur im
Ofen etwa 6oo° erreicht hat, läuft der Strom überwiegend durch das Füllmaterial.
Somit werden die Elektroden gleichmäßigauf Graphitiertemperatur ohne übermäßigen
Bruch gebracht. -Die, Zeichnung erläutert die Art und Weise, wie sich die Erfindung
praktisch durchführen läßt. In der Zeichnung stellt Fig. i den Grundriß eines elektrischen
Ofens dar, von dem ein Teil abgenommen ist und dessen Elektroden erfindungsgemäß
auf _ Graphitiertemperaturen erhitzt werden, und Fig. 2 eine Ansicht von der Linie
2-2 der Fig. i laus.
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vor dem Erhitzen werden die ungebrannten Elektroden i i, am besten
aufrecht, in den elektrischen Ofen 12 eingeführt. Darauf werden die Elektroden .
i i mit einem körnigen, kohlenstoffhaltigen Füllmaterial 13, wie - z. B. Grubenkoks,
umgeben, in dem Metallgitter 14 -eingebettet sind, wie z. B. grobe Drahtnetze. Dias
körnige Füllmaterial 13 steht in nahem Kontakt mit den Elektroden i i und den Elektroden
des Ofens 15. Die Metallgitter 14 sind etwa so groß wie die Länge des Ofens 12 und
reichen fast bis an die Ofenelektroden 15. Die besten Ergebnisse werden erzielt,
wenn eine Graphitstange oder -stob 16 mit den Enden des Gitters 14 verbunden wird;
wie z. B. durch Kupfernieten 17. Die Verbindung der Graphitstäbe :oder @stangen
16 mit den Gittern 14 erleichtert den Stromdurchlauf von den Ofenelektroden 15 zu
den Gittern 14. Jedoch kann. auch seine wundere Anordnung getroffen werden.
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Die Anzahl und Anordnung der, Gitter 14 hängt zum Teil von der Größe
des Ofens 12 ebenso wie von der Verteilung und Größe der zu graphitierenden Elektroden
i i ab. In den meisten Fällen. eanpfvehlt ges sich, die Gitter 14 über und uunter
sowie an beiden Seiten der Elektroden i i, wie aus, der Zeichnung hervorgeht, anzubringen.
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zier Widerstand der Gitter i-4 soll bei Temperaturen bis au 6oo° ,am
besten geringer als der des Füllmaterials 13 sein. zier Widerstand,der Gitter 14
muß bei Temperaturen unter 400° geringer als der des Füllmaterials 13 sein,
da sonst ,die Anzahl der geplatzten Elektroden zu groß sein würde. Im
all-
gemeinen eignet sich :als. Gitter ein Drahtnetz mit 5o bis 65 Löchern
pro Meter und einem Drahtdurchmesser von o; 2 5 bis i mm. -Sobald die Elektroden
i i, .das körnige, kohlenstoffhaltige Füllmaterial 13 und die Metallgitter 14 im
Ofen 12, wie oben beschrieben, angebracht sind, wird der Strom ;eingeschaltet. Der
gesamte Strom läuft zunächst durch die Gitter 14, die sich-erhitzen und damit das
benachbarte Füllmaterial. 13 und die Elektroden i i mit erwärmen. Sowie die
Temperatur
im Ofen ansteigt, erhöht sich der Widerstand der Gitter
14 und er des Füllmaterials 13 nimmt ab. Bei einer Temperatur, bei der der Widerstand
der Gitter 14 größer ,als der des Füllmaterials 13 wird, etwa bei 60o', geht der
.größte Teil des Stroms durch das Füllmaterial 13. Von diesem Zeitpunkt an
dient das Füllmaterial als erste Heizquelle im Ofen, bis die Graphitierung der Elektroden
i i reinsetzt. Der Strom wird dem Ofen so lange zugeführt, bis die Graphitierungstemperatur
von etwa 2700° erreicht ist.
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Bei einem typischen Graphitierversuch, bei dem die erste Erhitzungsstufe
bis zu iooo° geführt wurde, betrug die Zeit, um den Ofen auf diese Temperatur zu
bringen, etwa 25o Stunden. Die Graphitierstufe, bei der die Temperatur bis zu etwa
270o° gesteigert wurde, erforderte etwa 65 Stunden.
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Andere geformte Gebilde, die sich @erfindungsgemäß graphitieren lassen,
sind z. B. Kohleelektroden für Motorgeneratorenbürsten und -zylinder sowie Stäbe
für Quecksilberdampfgleichrichter und Graphitstangen für Elektrolytzellen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Graphitierung von
Gebilden aus Kohlenstoff beschränkt, sondern läßt sich auch zum Brennen von Gebilden
aus Kohlenstoff bei niedrigeren als Graphitiertemperaturen anwenden. Es wurde z.
B. gefunden, daß sich unsere Erfindung besonders vorteilhaft beim Brennen von Gebilden
bei Temperaturen über i 50o°, die in einem gasbeheizten Ofen schwer oder gar nicht
zu erhalten sind, anwenden läßt.