Verfahren zur Herstellung von Kunstkohlenkörpern. Körper aus Kunstkohle stellt man für ver schiedene industrielle Zwecke her, z. B. als Elektroden- für Lichtbogenöfen, als Anoden für die elektrolytische Aluminiumerzeugung, als Formkohlen für Sohlen elektrometallurgi scher Ofen und dergleichen. Die- Herstellung dieser Körper besteht im wesentlichen darin, dass man einen hauptsächlich aus Kohlen stoff bestehenden Rohstoff (z.
B. zerkleiner ten Koks) mit einem Bindemittel (z. B. Steinkohlenteer) vermischt und gegebenen falls nach Pressung bei hoher Temperatur backt. Die Rohstoffe werden gut durchge mischt und dabei meistens auch geknetet. 3e nach der Zusammensetzung ist die Mischung bei Zimmertemperatur krümelig oder zäh flüssig.
Im allgemeinen wird sie im warmen Zustande etwa zwischen 60 und 200 durch Pressen, Stampfen oder Giessen in die ge wünschte Gestalt gebracht. Hierauf erfolgt das Brennen, das mehrere Stunden oder Tage beansprucht und bei welchem Temperaturen bis beispielsweise 1200 erreicht werden. Während dieser Behandlung verkokt das Bindemittel und der amorphe Kohlenstoff kann sich, wenn genügend hohe Temperatu ren angewandt werden, nach und nach in Grafit verwandeln, wobei sich der Aschen gehalt vermindert.
Wenn die Formgebung durch Giessen, erfolgt, kann es: zweckmässig sein, die Mischung vor dem Brennen mecha nischen Schwingungen einer Frequenz von mehreren tausend/min. nach dem Schweizei Patent Nr. 221732 zu unterwerfen. Nach einem bekannten Verfahren werden die Formstücke durch Pressen erzeugt, aua der Form herausgenommen und in noch hei ssem Zustande m einen Brennofen gebracht.
Bei diesem Verfahren ist es zweckmässig, die warmen Formkörper vor dem Einbringen in den Brennofen oberflächig zu verkoken, indem man sie auf glühende Eisenplatten legt, wo bei ssie in Papier eingeschlagen werden, um eine unmittelbare Berührung mit dem glü henden Metall zu verhindern.
Nach einem andern Verfahren schüttet man zerkleinerte, noch baekfähig.e, d. h. noch gar nicht oder nur unvollkommen verkokte Mineralkohle in einen Behälter, in welchem sie bis zur vollständigen Verkokung erhitzt wird.
Nach einem weiteren Verfahren werden die Kohlenkörper in einer Form unter Druck und bei dunkler Rotglut gebildet, worauf man sie aus der Form auspackt und einer weiteren Erhitzung so lange unterwirft, bis praktisch sämtlicher Kohlenstoff in Grafit umgewandelt ist. Ein solches Verfahren eignet sich vor allem für die Herstellung von Kunstkohlen von verhältnismässig kleinen Ausmassen.
Vielfach verwendet man für das Brennen der geformten Kohlenkörper gasbeheizte Ringöfen. Man kann aber auch elektrische Widerstandsöfen benützen, die wie die gas beheizten ein Füllpulver enthalten, in welches die fertig geformten Kunstkolhlenkörper ein gebettet werden; im Füllpulver können metal- lische Leiter angeordnet sein, die als Heiz- leiter dienen.
Die vorliegende Erfindung bezieht - sich nun auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunstkohlenkörpern, das gegenüber den be kannten Verfahren wesentliche Vereinfachun gen aufweist und daher wirtschaftlicher ist. Erfindungsgemäss wird die hauptsächlich aus Kohlenstoff, z. B. zerkleinertem Koks, und einem Bindemittel, z. B.
Steinkohlenteer, be stehende Kunstkohlenmischung, zweckmässig im warmen und breiigen Zustand, in den Brennofen so eingebracht, dass sie dort die gewünschte Form der herzustellenden Kunst- kohlenkörper erhält;
hierauf werden die von Füllpulver umgebenen Kunstkohlenkörper ohne Lageveränderung fertig gebrannt, gege benenfalls bis zur praktisch völligen Grafi- tierung. In elektrischen Widerstandsbrenn- öfen, in, welchen die Wärme im Innern der Kohlenmasse oder des Füllpulvers oder in beiden erzeugt wird, richtet man es am zweckmässigsten so,ein,
dass die entstehenden gunstkohlenkörper eine Reihe ohne Zwi schenräume bilden.
Wenn die noch ungebrannten Kunst kohlenkörper im Ofen eine genügende Höhe einnehmen, was z. B. bei grossen Elektroden der Fall ist, kann man beim elektrischen Brennen mit Wärmeerzeugung im Innern beobachten, dass die untern Lagen der Be schickung wesentlich wärmer sind als die obern, weil die obern. weniger zusammenge- presst sind und daher dem Stromdurchgang einen grösseren Widerstand entgegensetzen als die untern Lagen,
und weil die Wärmever luste oben grösser sind, wenn man nicht einen besonders gut gegen Wärmedurchgang iso- lierten Deckel aufsetzt. Infolgedessen tritt ein fortschreitendes Backen von unten nach oben ein, und es findet ein Setzen der Masse während des Backvorganges stakt, was sich in einer grösseren Dichte des, gebrannten Kör pers sehr günstig auswirkt. Bei geringer Höhe der Kunstkohlenkörper tritt diese Erschei nung nicht ein,
weil die Wärmeunterschiede in lotrechter Richtung zu klein sind. Bei gas beheizten Öfen wird die Wärme nicht im Innern, der Kunstkohlenmasse oder des Füll pulvers erzeugt, sondern von aussen zugeführt, so dass das günstige Setzen nicht vor sich gehen kann;
das Backen schreitet vielmehr allseitig von aussen nach innen fort, und es entstehen je nach den Umständen Innenlunker oder zu einem Bersten der Körper führende Innendrücke.
Nach einer besonders zweck mässigen Ausführungsart der Erfindung wird daher das Brennen in einem elektrischen Widerstandsofen durchgeführt und die Höhe der KunGtkohlenkörper im Ofen so gewählt., dass derartige Temperaturunterschiede zwi schen dem untei@i und dem obern Teil der Körper entstehen, dass das Backen von unten nach oben fortschreitet.
Man kann das Füllpulver so- zurichten, dass es die notwendigen Räume zur Aufnahme der Kunstkohlenmas se aufweist; in diesem Falle spielt es die Ralle des Sandes beim Giessen von Metallen in Sandformen.
Eine sehr praktische und vorteilhafte Ar- beitsweise besteht darin, dass man auf die Ofensohle, die mit einer Schicht von Füll pulver bedeckt ist, Blechformen ohne Boden, also nur mit Seitenwänden versehen, stellt und die entstehenden Zwischenräume zwi- hcsen den Blechformen und der Ofenwan dung mit Füllpulver beschickt.
Hierauf giesst man die Kunstkohlenmass e in die Blechfor men, zieht diese nach oben heraus und be deckt das Ganze noch mit einer Schicht Füll pulver. Die Blechformen stehen sofort zum Wiedergebrauch bereit.
Zur Verhinderung eines Zusammenbackens der Kunstkohlenkör- p,er an den Flächen, mit denen sie sich gegen- seitig berühren, sowie mit dem Füllpulver kann man, die Blechformen vor der Be schickung mit der Kunstkohlenmasse mit Pa pier bedecken. Beim Herausziehen der Blech formen bleibt das Papier zurück. und bildet eine Trennschicht, die beim nachherigen Brennen verkohlt,
ein Zusammenkleben der Kunstkohlenkörper verhindert und ausserdem an der Oberfläche derselben eine harte Schicht zurücklässt, welche bewirkt, dass sich das Füllpulver von -dien gebrannten Kohlenkör pern sehr leicht lösen lä.sst. Die Blechformen bestehen zweckmässigerweise aus Eisenblech, können selbstverständlich auch aus anderem Metall bestehen. Man kann sie nach dem Ein füllen der Kunstkohlenmasse im Ofen belas sen, wenn man keinen Wert auf ihre Rück gewinnung legt.
Eiserne Formen werden selbstverständlich bei den hohen Temperatu ren stark verändert; sie werden aufgekohlt und erhalten dadurch einen niedrigeren Schmelzpunkt. Je nach der erreichten Brenn temperatur schmelzen dann die Formen und kommen für ein zweites Brennen nicht mehr in Frage. Bleche aus Aluminium würden schon bei bedeutend niedrigerer Temperatur wegschmelzen.
Am zweckmässigsten ist es, die Kunst- kahlenmasse, die schon für das Mischen und Kneten z. B. .auf 140-200 erhitzt wird, unter möglichst geringem ZVärmeverlust zum Brennofen zu bringen und in die Farm zu giessen. Dadurch wird Wärmeenergie gespart und die Brenndauer verkürzt.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, die warme, gut durchgemischte Kunst kohlenmasse zunächst in Brikettformen zu giessen und die erstarrten Briketts gegebenen falls nach erneuter Aufheizung erfindungs gemäss in den Ofen einzubringen, etwa wie man !es bei Sö@derbergelektroden tut. Diese Briketts werden vor dem Backen im Ofen wieder breiig, und dann nimmt die Kunst kohlenmasse die Form der herzustellenden Körper an. In diesem Falle können z. B. an Stelle von Blechformen Formen aus dünnem Holz oder aus Pappe verwendet werden.
Man kann das Brennen z. B. in gasbe heizten Ringöfen durchführen. Besser eignen sich aber, wie bereits erwähnt, elektrische Widerstandsöfen; dabei wird der Widerstand durch die zu backende Kohle gebildet. Da die frischeingefüllte Kunstkohlenmasse den elektrischen Strom anfänglich nur schlecht leitet, kann zu Beginn desi Brennens die Wärme in besonderen Heizleitern erzeugt werden.
Hierbei benützt man zweckmässiger weise das Füllpulver ganz oder teilweise als Heizleiter. In diesem Falle spielt das Füll pulver eine dreifache Rolle; es@ hält die Kunst- kahlen in der gewünschten Form, es nimmt die austretenden flüchtigen Bestandteile der backenden Kohle auf oder lässt sie entweichen und leitet den elektrischen Strom. Es besteht für diesen Zweck vorteilhafterweise aus Koks. Als Füllpulver kommen sonst in Be tracht z. B. Mischungen von Koksgriess und Bauxitpulver, Grafit, Anthrazit, Tonerde.
Nach dem Brennen ist das Füllpulver mei stens zusammengebacken und muss gebrochen werden. Dae Loslösen von der Kunstkohle geht mit Leichtigkeit vor sich.
Die Kunstkohlenmasse kann vor oder nach dem Giessen in bekannter Weise Schwingungen hoher Frequenz unterworfen werden.
Das erfindungsgem@ss@e Verfahren emp fiehlt sich besonders bei der Herstellung von mehreren Elektroden gleichzeitig in einem und demselben Ofen. Man kann selbstver ständlich aber auch Kunstkohlenkörper ein zeln herstellen. Das Verfahren eignet sich ganz besonders für die Herstellung von gro ssen Elektroden, die beliebige Farmen haben können. Selbst Rillen oder Zapfenlöcher las sen sich z. B. durch Einlegen von Ilolzstük- ken, deren verkohlte Überreste nach dem Brennen entfernt werden können, herstellen.
Process for the production of carbon bodies. Charcoal bodies are used for various industrial purposes, e.g. B. as electrodes for electric arc furnaces, as anodes for electrolytic aluminum production, as carbon molds for soles elektrometallurgi shear furnace and the like. The production of these bodies consists essentially in the fact that a raw material consisting mainly of carbon (e.g.
B. Zerkleiner th coke) mixed with a binder (z. B. coal tar) and baked if necessary after pressing at high temperature. The raw materials are mixed well and mostly kneaded. 3e according to the composition, the mixture is crumbly or viscous liquid at room temperature.
In general, it is brought into the desired shape in the warm state between about 60 and 200 by pressing, tamping or casting. This is followed by the firing, which takes several hours or days and at which temperatures up to 1200, for example, are reached. During this treatment, the binder cokes and the amorphous carbon can, if sufficiently high temperatures are used, gradually turn into graphite, with the ash content being reduced.
If the shaping is done by casting, it can: be expedient to mix the mixture with mechanical vibrations at a frequency of several thousand / min before firing. subject to Swiss Patent No. 221732. According to a known method, the shaped pieces are produced by pressing, taken out of the mold and placed in a furnace while they are still hot.
In this process, it is advisable to coke the surface of the warm moldings before they are introduced into the kiln by placing them on red-hot iron plates where they are wrapped in paper to prevent direct contact with the glowing metal.
Another method is used to pour crushed, still baekbaren.e, d. H. Mineral charcoal that has not yet been coked at all or is only incompletely coked is placed in a container in which it is heated until it is completely coked.
According to a further process, the carbon bodies are formed in a mold under pressure and with a dark red heat, whereupon they are unpacked from the mold and subjected to further heating until practically all the carbon has been converted into graphite. Such a method is particularly suitable for the production of artificial carbon of relatively small dimensions.
Gas-heated ring furnaces are often used for firing the formed coal bodies. But you can also use electric resistance furnaces which, like the gas-heated ones, contain a filling powder in which the finished, shaped Kunstkolhlenkkörper be embedded; Metallic conductors, which serve as heating conductors, can be arranged in the filling powder.
The present invention relates - now to a method for the production of charcoal bodies, which compared to the known methods has substantial simplifications and is therefore more economical. According to the invention, the mainly composed of carbon, for. Crushed coke, and a binder, e.g. B.
Coal tar, existing charcoal mixture, expediently in a warm and pulpy state, introduced into the kiln in such a way that it receives the desired shape of the charcoal body to be produced;
Then the carbon bodies surrounded by the filling powder are completely burned without changing their position, if necessary until they are practically completely graphed. In electric resistance kilns, in which the heat is generated inside the coal mass or the filling powder or both, it is most expedient to set up
that the resulting carbon bodies form a row without gaps.
If the still unfired art carbon bodies in the furnace occupy a sufficient height, which z. B. is the case with large electrodes, one can observe with electrical burning with heat generation inside that the lower layers of loading are significantly warmer than the upper ones because the upper ones. are less compressed and therefore offer greater resistance to the passage of current than the lower layers,
and because the heat losses are greater at the top if you don't put on a cover that is particularly well insulated against the passage of heat. As a result, a progressive baking occurs from the bottom up, and there is a setting of the mass stakt during the baking process, which has a very beneficial effect in a greater density of the burned Kör pers. This phenomenon does not occur if the carbon bodies are low,
because the heat differences in the vertical direction are too small. In gas-heated ovens, the heat is not generated inside, the charcoal mass or the filling powder, but supplied from the outside, so that the favorable setting cannot take place;
rather, the baking proceeds from the outside inwards on all sides, and, depending on the circumstances, internal cavities or internal pressures that lead to the body bursting arise.
According to a particularly expedient embodiment of the invention, the firing is therefore carried out in an electric resistance furnace and the height of the charcoal bodies in the furnace is selected so that such temperature differences arise between the lower part and the upper part of the body that baking from below progresses upwards.
The filling powder can be prepared in such a way that it has the necessary spaces to accommodate the artificial carbon mass; in this case it plays the role of sand in casting metals in sand molds.
A very practical and advantageous way of working is to place sheet metal molds without a bottom, i.e. only provided with side walls, on the furnace base, which is covered with a layer of filling powder, and the resulting gaps between the sheet metal molds and the furnace wall filled with filling powder.
The charcoal is then poured into the tin molds, pulled out upwards and the whole thing covered with a layer of filling powder. The sheet metal forms are immediately ready for reuse.
To prevent the carbon bodies from sticking together, the surfaces with which they touch each other and the filling powder can be used to cover the sheet metal molds with paper before loading them with the carbon mass. When the sheet metal forms are pulled out, the paper remains behind. and forms a separating layer that charred during subsequent firing,
prevents the charcoal bodies from sticking together and also leaves a hard layer on the surface of the same, which causes the filling powder to be very easily detached from the charcoal bodies. The sheet metal forms expediently consist of sheet iron, but can of course also consist of other metal. You can leave them in the furnace after filling the charcoal mass if you do not want to recover them.
Iron forms are of course greatly changed at the high temperatures; they are carburized, giving them a lower melting point. Depending on the firing temperature reached, the molds then melt and can no longer be used for a second firing. Sheets made of aluminum would melt away at a significantly lower temperature.
It is most expedient to use the artificial kahlen mass that is already used for mixing and kneading, e.g. B.. Is heated to 140-200, brought to the kiln with the least possible loss of heat and poured into the farm. This saves thermal energy and shortens the burning time.
Under certain circumstances it can be useful to first pour the warm, well-mixed synthetic carbon mass into briquette molds and, if necessary, after re-heating, to bring the solidified briquettes into the furnace according to the invention, as is done with soil electrodes. These briquettes become mushy again before baking in the oven, and then the carbon mass takes on the shape of the body to be produced. In this case, for. B. instead of sheet metal forms can be used from thin wood or cardboard.
You can burn z. B. perform in gasbe heated ring furnaces. However, as already mentioned, electrical resistance furnaces are better suited; the resistance is formed by the charcoal to be baked. Since the freshly filled charcoal mass does not conduct electricity well at first, the heat can be generated in special heating conductors at the beginning of the burning process.
In this case, it is expedient to use the filling powder in whole or in part as a heating conductor. In this case, the filling powder plays a triple role; es @ keeps the artificial baldness in the desired shape, it absorbs the volatile constituents of the charcoal or lets them escape and conducts the electrical current. It is advantageously made of coke for this purpose. As a filling powder otherwise come into consideration z. B. Mixtures of coke grits and bauxite powder, graphite, anthracite, clay.
After firing, the filling powder is usually caked together and has to be broken. Detachment from the charcoal goes on with ease.
The charcoal mass can be subjected to high frequency vibrations in a known manner before or after casting.
The method according to the invention is particularly recommended for the production of several electrodes at the same time in one and the same furnace. You can of course also produce carbon bodies individually. The process is particularly suitable for the production of large electrodes that any farms can have. Even grooves or mortises can be z. B. by inserting Ilolzstük- ken, whose charred remains can be removed after firing.