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Verfahren zur Herstellung von 'Steinkohlefiormkörpern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern direkt aus Steinkohlen
bestimmter Herkunft und Kornform durch unmittelbares Sintern der gepreßten Formkörper
zu graphitierten Körpern bisher unbekannter Sinterstruktur.
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Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Formkörper für
Elektroden, feuerfeste Tiegel und andere technische Gebrauchsgegenstände ist man
bisher auf Ausgangsstoffe angewiesen gewesen, die sich auf Grund ihrer genetischen
Vorgeschichte, wie Graphite und Anthrazite, oder thermischen Vorbehandlung, wie
Petrol-, Pech-und andere Kokse, Ruß usw., bei der Sinterbehandlung der Formlinge
genügend resistent verhalten, so daß die Formlinge zwar nicht mehr deformieren,
jedoch auch keine eigene Bindekraft mehr besitzen und nur von dem aus dem Bindemittel.
durch dessen Zersetzung entstehenden graphitierten Hilfsgerüst verkittet und verfestigt
werden. Unter diesen Verfahren befinden sich auch Vorschläge von A ch e s o n jun.,
Steinkohlenpulver unbestimmter Herkunft und Kornform mit Graphit und anderen üblichen
Zusätzen zu mischen.
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Je feinkörniger bei diesen Herstellungsarten das Ausgangsmaterial
ist, um so mehr muß an Bindemittel zugesetzt werden, um alle Teilchen zu verkitten.
Meist ist jedoch das Ausgangsmaterial grobkörnig; da eine Aufmahlung von Koks zu
Feinstaub technisch und wirtschaftlich begrenzt ist.
Mit dieser
zwangläufigen Grobkörnigkeit sind jedoch wiederum andere, ebenfalls bekannte Nachteile
verbunden, wie ungenügende Homogenisierungs-und Hochverdichtungsmöglichkeit, unbefriedigende
Oberflächenstruktur und mechanische Bearbeitbarkeit usw.
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Nach einem neuen, in die Technik noch nicht eingegangenen Vorschlag
lassen sich erfindungsgemäß Formkörper gewinnen, die nur aus Steinkohlen zu bestehen
brauchen und die-ohne Bindemittel verpreßt - in freier Sinterung verfestigt werden
können.
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Dieses neue- Verfahren zur Gewinnung von Formkörpern aus Steinkohle
besteht darin, Steinkohlenstaub, dessen Teilchen vorteilhaft alle kleiner sind als
q.o ,u, von dem Anteil mit geringerer Wichte als 1,32 und zweckmäßig auch. leichter
als 1,34 zu befreien, durch Pressen in die gewünschte Form zu bringen und anschließend
formtreu zu sintern. Bei dieser Aufbereitungsart werden weitgehend von Vitrit und
Fusit befreite, duritische Schwerefraktionen mit besonderen Eigenschaften gewonnen;
u. a. zeichnen sie sich durch ihre Backfähigkeitszahl o (nach K a t t w i n k e
1) und durch einen besonderen Reichtum an graphitischen Keimen aus.
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Wie aus der Beschreibung des Verfahrens näher hervorgeht, treten dank
des besonderen Charakters der erfindungsgemäß gewonnenen Duritkonzentrate während
des Sinterns der Preßlinge keine Schmelz-, Bläh- und Treibeffekte auf, dafür entsteht
jedoch in Verbindung mit der Hochverdichtung und Feinststruktur unter weitgehender
Änderung des inneren Feinbaues ein neuartiges Graphitbrückenskelett, das zu Festigkeiten
führt, wie sie bisher bei Kohlekörpern nicht erzielt werden konnten.
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Dieser für Steinkohlenstaub neuartige Sinterungsprozeß entspricht
völlig der_Sinterung von Metallpulvern und unterscheidet sich sehr wesentlich sowohl
von der üblichen Verkokung unter Schmelzkoksbildung als auch von der bisherigen
Herstellungsweise von Kohle- bzw. Graphitkörpern aus meist grobkörnigem, schon weitgehend
vorgraphitiertem Material in Gegenwart von Bindemitteln.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß diese Sinterverfestigung von
Preßlingen aus Steinkohlenfeinstpulvern gar nicht an die vorgeschlagenen Duritkonzentrate
gebunden ist, sondern sich Flözkohlen direkt - ohne Zerlegung- in ihre petrographischen
Bestandteile -eignen.
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So konnten z. B. aus Feinststäuben der Flözkohlen Girondelle, Finefrau
und Sonnenschein ungeachtet ihres hohen Vitritgehalts (über 500/a) Preßlinge hergestellt
und sinterverfestigt werden, die zu Kohlenkörpern vollkommen neuartiger Merkmale
führten.
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Ungeachtet des hochentwickelten Erkenntnisstandes über Verkokungs-
und Sintcrvorgänge konnte keineswegs vorausgesehen werden, daß sich aus Feinststäuben
der Magerkohlenreihe, angefangen von der oberen Anthrazitgrenze bis zur unteren
Fettkohlengrenze (etwa 12 bis 19% flüchtiger Bestandteile), Preßlinge herstellen
ließen, die formhaltig sinterverfestigt werden konnten. Von den unteren Magerkohlen
war bisher bekannt, daß sie sich nicht ohne Bindemittel verfestigen ließen, während
von den oberen Magerkohlen anzunehmen war, daß sie sich infolge ihres angenäherten
Kokskohlencharakters und Bitumengehalts nicht formhaltig frei sintern lassen sollten.
Es wurde jedoch erkannt, daß sich gerade und nur Feinststäube aus Magerkohlen eignen,
da einmal ihre Verkokungseigenschaften im .ganzen gerade noch hinreichend sind,
einen vorher unverdichteten Preßling durchzuverkoken bzw. zu graphitieren, zum anderen
infolge des besonderen Charakters ihres Bitumens im Zusammenhang mit der hohen Kornfeinheit
während des freien Sinterns des Preßlings keine Schmelz-, Treib- und Blähvorgänge
mehr auftreten, durch die der Sinterling deformieren könnte.
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Unter der unumgänglichen Voraussetzung genügender Kornfeinheit von
wenigstens o bis 6o ,u, vorteilhaft o bis 40 ,u und feiner, bei einer Formung und
Pressung bis zu etwa 2ooo kg/cm2 entstehen durch thermisches Vergüten bis auf zweckmäßig
looo bis 2ooo° graphitierte Sinterlinge von neuartiger Feinststruktur und Eigenschaften,
wie sie Kohle- bzw. Graphitkörper bisher nicht hatten.
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Die derart gewonnenen Formkörper zeichnen sich insbesondere durch
bisher nicht gekannte Homogenität, Feinstkörnigkeit, Feinstporigkeit, metallisch
glänzende, vollkommen glatte Oberflächen und ebensolche Schnittflächen bei mechanischer
Bearbeitung und im gesetzmäßigen Zusammenhang mit der Korngröße und Kristallverankerung
durch ungewöhnliche Härte und Festigkeit und hohe thermische Beanspruchungsmöglichkeit
aus.
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Besonders vorteilhaft ist jedoch, daß durch entsprechende Auswahl
der Magerkohlen bzw. durch Herstellung von Mischungen gewünschte Eigenschaften,
z. B. elektrische und mechanische, willkürlich gezüchtet werden können. In Mischungen
mit Magerkohlen lassen sich sogar anthrazitische Kohlen und Fettkohlen zusetzen
und ihrem Charakter entsprechend besondere Eigenschaften erzielen. Der Gehalt an
Fettkohlen kann noch dadurch gesteigert bzw. die obere Grenze der Sinterkohlen in
das Fettkohlengebiet hineingetragen werden, daß die Feinststäube thermischen oder
chemischen Alterungsprozessen unterworfen werden.
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In allen Fällen ist es möglich, für höhere Ansprüche chemisch entaschte
Kohlen einzusetzen. Der Vorteil, ein derart breites Kohlenband mit gänzlich unterschiedlichem
Graphitierungsvermögen zur Züchtung bestimmter Eigenschaften einsetzen zu können,
gegenüber den bisher zur Verwendung gekommenen, meist .schon vongraph itierten und
daher nicht mehr so stark unterschiedlichen Kohlen und auch gegenüber den bereits
voirgeschlagenen Duritkonzentraten, ,ist offensichtlich.
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Darüber hinaus ist es möglich, auch schon zu stark inkohlte, nicht
mehr sinterfähige anthraziti;sche Kohle nach vorheriger Feinstmahlung mit bekannten
Bindemitteln zu verpressen und in gleicher Weise zu sintern. Der Vorteil gegenüber
den bekannten Verfahren besteht in diesem Fall
darin, daß bei der
gewählten Feinheit und Hochverdichtung noch eigene Bindekräfte durch Graphitbrückenbildung
auftreten und entsprechend weniger Bindemittel zugesetzt zu werden brauchten bzw.
größere Härte und Festigkeit erzielt werden kann.
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Da bei der Neuartigkeit des Verfahrens noch geeignete Teste über die
Sintereignung der Steinkohlenstäube fehlen, hatte es sich als zweckmäßig erwiesen,
kleine Versuchspreßlinge auf iooo bzw. i5oo° zu sintern und sie auf Formhaltigkeit
und Durchhärtung zu prüfen; hierbei ergab zu stark inkohltes Material keine Verfestigung,
zu stark bitumenhaltiges Material führte zur Deformation der Preßlinge.
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Die Wesensart der Erfindung sei an einigen Beispielen kurz gekennzeichnet.
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i. Ein aus einer Magerkohle mit 15,6% Asche, 14,7% flüchtigen Bestandteilen,
einer Backfähigkeit von ioo (nach Kattwinkel), durch Aufmahlung auf ein Grenzkorn
von 6o c4 (ioo% unter 6o /t, 95 % unter 40,a, 85 % unter 30y, 63,3 0/0 unter 2o,u
und 30'10 unter io,u) gewonnener Kohlenstaub wird ohne jeden Zusatz unter einem
Druck von 2ooo kg/cm2 verdichtet. Durch thermische Vergütung bis i2oo° wurden Sinterkörper
gewonnen, die bereits hohen Festigkeitsansprüchen genügen.
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2. 6o% eines aus einer Magerkohle mit 8,2% Asche, 17,2% flüchtigen
Bestandteilen, einer Backfähigkeit von 25o durch Aufmahlung auf ioo% unter 40,u
(unter 30/,t 981/o, unter 2o ,u 92%, unter 10,u 40'/0) gewonnener Kohlenstaub wird
mit etwa 40% eines Anthrazitkohlenstaubes von 8% Asche und i i % flüchtigen Bestandteilen,
einer Backfähigkeit o vermischt und ohne jeden Zusatz unter einem Druck von iooo
kg/cm2 verdichtet. Durch thermische Vergütung bei Temperaturen bis iooo° wurden
Sinterkörper gewonnen, die sich sehr gut mechanisch bearbeiten lassen und eine metallisch
glatte Schnittfläche liefern.
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3. 8o % Magerkohle mit 63% Asche, 13,70/0 flüchtigen Bestandteilen,
einer Backfähigkeit 5o werden mit 2o % eines Fettkohlenstaubes von 210/0 flüchtigen
Bestandteilen, 8% Asche, einer Backfähigkeit 400 vermischt und unter einem Druck
von 200o kg/cm2 verdichtet. Durch thermische Vergütung bis i5oo° wurden Sinterkörper
gewonnen, die höchsten Ansprüchen genügen..
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4. Der aus der im Beispiel i angeführten Magerkohle gewonnene Feinststaub
wurde auf einen Restaschegehalt von o,5 % chemisch entascht. Hieraus unter einem
Druck von 2ooo kg/cm2 gewonnene Preßlinge wurden anschließend bis 2ooo° gesintert.
Die erhaltenen Sinterkörper zeichneten sich durch glasartige Härte und höchste Wärmebeständigkeit
aus.