Elektrodenmasse für selbstbrennende Elektroden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Masse zur Herstellung von sogena.nnten kon tinuierlichen Elektroden, welche gebrannt werden in dem elektrisichen Ofen, in dem sie Verwendung finden, und Gegenstand der Er findung bildet eine Elektrodenmasse, durch welche man eine Elektrode mit. guten mecha nischen und elektrischen Eigenschaften er reichen kann.
Die gewöhnlichen Kohlenelektroden für elektrochemische Zwecke werden bekanntlich in der Weise hergestellt, dass geglühter An thrazit, Zinders und andere Kohlenmateria lien mit einem Bindemittel gemischt werden, entweder nur Pech mit etwas C>1 oder Pech und Teer, zu einer Masse, die gepresst oder in Formen eingestampft wird, Die geform ten Elektroden werden alsdann in besonderen Brennöfen gebrannt, wo sie langsam erhitzt werden, bis das Bindemittel verkokt- ist, ge wöhnlich bis zu 1100 C.
Es ist eine bekannte Sache, dass gute Elektroden Lebensbedingung für einen elek trischen Schmelzofen sind. Es ist deshalb eine grosse Arbeit niedergelegt worden in dem Suchen der besten Methoden zur Herstellung von Elektroden. Hierdurch ist man an fol gende Grundregeln .gelangt, die befolgt wer den müssen, falls ein erstklassiges Resultat erlangt werden soll: 1. Die rohe Elektrode darf möglichst wenig an flüchtigen Bestandteilen enthalten. Je weniger flüchtige Bestandteile die Elektro- denmasse enthält, je höher wird das spezifi sche Gewicht der Elektrode sein.
2. Das Formen der Elektrode muss mit- telst hohen Druckes oder Schlages erfolgen, wodurch die einzelnen Partikel der Masse zusammengepresst werden und die darin ent haltene Luft. ausgetrieben wird.
Die gewöhnlich benutzte Vorgangsweise und die, welche als die beste angesehen wird, ist das Pressen der Elektroden in hydrau lischen Pressen und unter Verwendung eines Druckes von etwa 300 kb!em2. Die Elektro- denmasse wird diesem hohen Druck während längerer Zeit ausgesetzt, und hierdurch ver schieben sich die Partikel .der Masse langsam im Verhältnis zueinander, und die Luft. wird ausgetrieben.
Auch beim Stampfen hat man gute Elek troden herstellen können. Die Vorgangsweise besteht hier darin, dass die Elektrodenmasse mittelst eines rammblockähnli.chen Sta.mpf- apparates dem Stampfen unterzogen wird. Sowohl in bezug auf den Transport und das Brennen der rohen. Elektroden, als um eine effektive mechanische Behandlung der Masse zu erreichen, muss die Elektrodenmasse eine bestimmte Konsistenz haben. Sie muss mit andern Worten press- und stampffähig sein.
Die Masse muss mechanisch in ider Weise be handelt werden, da.ss ein fester und unelasti scher Elektrodenblock resultiert, der ein spe zifisches Gewicht zeigt entsprechend dem Gewicht, das man in den fertigen Elektro den erreichen würde.
Die Erfinder haben jedoch gefunden, dass die bei Herstellung der sogenannten selbst brennenden Elektroden zu verwendende Nasse eine ganz andere Konsistenz haben muss als gewöhnliche Masse, um ein zufrie- denstellendes Resultat zu ergeben.
Man ist hier nämlich gewöhnlich -daran verhindert, zum Pressen der Masse hohen Druck oder kräftiges Stampfen .anzuwenden und muss sich mit leichterem Stampfen begnügen, ent weder von Hand oder durch kleinere, pneu- inatisehe Stampfapparate. Versucht man auf diese Weise gevöhnlich.e Elektrodenmasse einzustampfen, bekommt man die Masse je doch nicht genügend zus.ammenhepresst,
und es resultiert eine Elektrode mit, xliedrigereni spezifischem Gewicht als gewöhnliche Elek troden, der Zusammenhang und die elektri- sehe Leitfähigkeit werden schlecht.
Dies führt dazu, da.ss die Elektroden weniger Ctrombelastun@- vi-rtragen als erstklassige Elektroden und kann sogar in vielen Fällen zu Elel#:
troclenbrüchen führen, weil die Elek trode nicht stanz genug ist, die auftretenden Beanspruchungen zu vertragen. Insbesondere tritt dieses Verhällnis bei der Herstcllun@"- selbst.brennender Elektroden hervor, die mit einer Eisen- oder ;Metallarmierung versehet:
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sind. <SEP> Solche <SEP> Elektroden <SEP> bestehen <SEP> gewöhnlich
<tb> aus <SEP> einem <SEP> Eisenmantel <SEP> mit <SEP> nach <SEP> innen <SEP> ge 11ichteten <SEP> radialen <SEP> längsgehenden <SEP> Rippen. <SEP> und
<tb> diese <SEP> Armierung <SEP> umfasst <SEP> die <SEP> Elektroden masse <SEP> und <SEP> ist <SEP> massgebend <SEP> für <SEP> deren <SEP> Form.
<tb> In <SEP> dem <SEP> untern, <SEP> gegen <SEP> den <SEP> Ofen <SEP> wendenden
<tb> Teil <SEP> ist <SEP> die <SEP> Elektrodenmasse <SEP> fertig <SEP> gebrannt:
<tb> in <SEP> dem <SEP> obern <SEP> Teil <SEP> ist <SEP> sia <SEP> vollständig <SEP> roh.
<tb> Die <SEP> Rippen <SEP> vermitteln <SEP> den <SEP> Stromübergang
<tb> vom <SEP> Elektrodenhalter <SEP> auf <SEP> den <SEP> gebrannten
<tb> Elektrodenrest <SEP> und <SEP> halten <SEP> diesen <SEP> fest, <SEP> wes halb <SEP> sie <SEP> mit <SEP> ausgebogenen <SEP> Stücken <SEP> oder <SEP> ähn lichem <SEP> versehen <SEP> sind <SEP> zur <SEP> Vermeidung, <SEP> dass
<tb> die <SEP> harte, <SEP> gebrannte <SEP> Elektrode <SEP> sieh <SEP> im <SEP> Ver liä.ltnis <SEP> zu <SEP> den <SEP> Rippen <SEP> bewegt.. <SEP> Eine <SEP> solche
<tb> kontinuierliche <SEP> Elclz-trode <SEP> ist <SEP> gewöhnlich <SEP> I
<tb> bis <SEP> ( <SEP> Meter <SEP> lang.
<tb>
Selbst <SEP> wenn <SEP> es <SEP> unter <SEP> Verwenching <SEP> ge wöhnlicher <SEP> Elektrodenmasse <SEP> für <SEP> derartige
<tb> Elektroden <SEP> bei <SEP> einem <SEP> peinlich <SEP> genauexi
<tb> Mampfen <SEP> möglich <SEP> wäre, <SEP> das <SEP> richtige <SEP> spezifi sche <SEP> Gewicht. <SEP> der <SEP> Elektrode <SEP> zu <SEP> erreichen, <SEP> so
<tb> würden <SEP> sich <SEP> ,jedoch <SEP> keine <SEP> betric)lsicher@
<tb> Elektroden <SEP> ergeben. <SEP> Bei <SEP> besonderen <SEP> Bean spruchungen <SEP> werden <SEP> Elektrodenbriiehe <SEP> ein treten. <SEP> Die <SEP> Elelztrode <SEP> zerteilt <SEP> sich <SEP> in <SEP> Stücke
<tb> von <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 9(1 <SEP> @ciri <SEP> L < iwnge <SEP> und <SEP> f"-i,111 <SEP> in <SEP> den
<tb> Ofen <SEP> hinah, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> Eiseitarmiening <SEP> abge schmolzen <SEP> ist.
<SEP> Der <SEP> CTrund <SEP> liit-rzu <SEP> ist <SEP> der, <SEP> dass
<tb> die <SEP> Elektrodetimasse <SEP> während <SEP> des <SEP> Stampfens
<tb> immer <SEP> härter <SEP> wird, <SEP> je <SEP> nachdem <SEP> Kohlen partikel <SEP> zusammen.-Esarbeitet <SEP> werden. <SEP> Die
<tb> harte, <SEP> une'.astische <SEP> ,Masse, <SEP> die <SEP> sich <SEP> erbt,
<tb> wird <SEP> fitierf. <SEP> im <SEP> Verll:
illnis <SEP> zti <SEP> den <SEP> Rippi,n
<tb> der <SEP> @isenarmi.@@run,r, <SEP> iveli@llr@ <SEP> sie <SEP> liniscllliesst,
<tb> wie <SEP> zu <SEP> rlen <SEP> übrigen <SEP> Triacxi <SEP> der <SEP> Eisenarmie rung, <SEP> ,k <SEP> wcils <SEP> tiaeli <SEP> .1liniitziiiig <SEP> der <SEP> Elektrode
<tb> im <SEP> Schmelzoff,n <SEP> wird <SEP> rlie <SEP> Arinierung <SEP> mit <SEP> der
<tb> Elehtrorlennlasse <SEP> hin@-sain <SEP> na.cli <SEP> unten <SEP> bewegt
<tb> werden. <SEP> Etwa:
<SEP> üN-r <SEP> dem <SEP> Ofen <SEP> wird <SEP> die
<tb> Elektrode <SEP> bis <SEP> auf <SEP> Brennl-empisratur <SEP> erhitzt
<tb> lind <SEP> die <SEP> Masse <SEP> schrumpft <SEP> ein, <SEP> indem <SEP> die
<tb> Bindemittel <SEP> verkokt <SEP> -erden. <SEP> Die <SEP> Eisenarmie rung <SEP> erivritert <SEP> sich <SEP> dagegen <SEP> als <SEP> eine <SEP> Folge
<tb> der <SEP> Temperat.ursteigeruilg, <SEP> und <SEP> die <SEP> an <SEP> die
<tb> Armierunc <SEP> fixiert(- <SEP> Elektrodenmasse <SEP> wird
<tb> einer <SEP> Zugbeanspruchung <SEP> ausgesetzt, <SEP> noch <SEP> be vor <SEP> die <SEP> Masse <SEP> mechanisch <SEP> fest <SEP> ist, <SEP> was <SEP> darin resultieren kann, dass sie in Stücke zer fällt,
deren Länge mit dem Elektrodendurch- messer und den Temperaturverhältnissen va: riiert.
Die Erfinder haben jetzt gefunden, dass man auch diese Schwierigkeiten überwinden kann, und zwar dadurch, dass man die Masse unter Verwendung von so viel Bindemittel herstellt, da,ss die resultierende Masse in war mem Zustande nicht stampflähig ist und eine so niedrige Viskosität hat, dass. die Masse während des Erhitzens und Brennens im Me tallmantel zusammensinkt und somit ein ho hes spezifisches Gewicht im gebrannten Teil gibt ohne Anwendung von hohem Druck oder kräftigen Schlägen während der Einfüllung der Masse in den Metallmantel.
Das Bren nen findet im Metallmantel statt, wobei die Masse dem Druck der oberhalb liegenden Massensäule ausgesetzt ist. Eine geeignete Konsistenz erreicht man, indem man den In halt der Masse an flüssigen Bestandteilen noch steigert. Die gewöhnliche Elektroden masse für grosse Elektroden enthält. allge mein eine Mischung von Teer und Pech (zum Beispiel im Verhältnis 3 Teer :
1 Pech), die 10 bis 11 % der Masse bildet, und lässt sich zu einem harten Block zusammenstampfen. Wenn man die Teer-Pechmenge nun steigert, wird die Masse bei .der Eins.tampf-Tem,pera- tur klebriger und deshalb schwerer mit der Stumpfmaschine zu bearbeiten. Bei 18 bis 22 % Teer-Pechinhalt lä.sst er sich überhaupt nicht mehr stampfen. Eine Bearbeitung einer Partie der Massenoberfläche mittelst Massen werkzeugen, z.
B. eines Pressluftstampfers, re sultiert nur darin, dass .diese Partie hinab gedrückt wird und die umliegenden Partien steigen. Die Konsistenz der Masse erinnert an die Konsistenz von Brotteig, und der Zweck des Stampfens ist daher bei dieser Masse auch nicht, die Masse zu einem hohen spezifischen Gewicht zusammen zu stampfen, das man bei gewöhnlichen gepressten oder ge stampften Elektroden erreicht, sondern nur die einzelnen Massenportionen miteinander in enge Verbindung zu 'bringen und grössere Luftblasen zu entfernen. 'Untersuchungen haben gezeigt,
dass eine solche Masse in dem untern Teil der kontinuierlichen Elektroden ein höheres Eigengewicht besitzt als entspre chend dem Eigengewicht von frisch einge stampfter Masse in .dem obern Teil der Elek trode. Proben einer fertig gebrannten Elek trode, aus dem untern Ende einer selbstbren nenden Elektrode entnommen, haben dasselbe spezifische Gewicht wie die besten gepressten Handelselektroden. Dies zeigt, :da,ss, ein lang sames Zusammensinken der Masse stattfin det, während sie in .der Elektrode liegt, der Hitze des Schmelzofens ausgesetzt und mit dem Gewicht der oberhalb liegenden Masse belastet.
Der Unterschied zwischen stumpffähiger und nichtstampffähiger Masse ist sehr auf fallend. Sta.mpffähige Masse, einer Reihe von Schlägen von einem Stumpfkopf ausge- setzt, wird mit jedem Schlag härter. Zuletzt schlägt der Stumpfkopf mit einem Knall ge gen die Masse an, als olb er an einen ganz festen und unelastischen Körper gestossen würde.
Bei nicht stumpffähiger Masse wird diese Festigkeit nie erreicht. Um näher klar zu machen, wie die Konsistenzän.derung ein tritt, wenn man die Menge der flüssigen Bindemittel steigert, wurden vergleichbare Viskositätsmessungen in einer Reihe von Mi schungen feingepulverten Anthra.zites und eines flüssigen Bindemittels ausgeführt.
Die Viskosität wurde in der Weise festgelegt, .dass man die Sekundenzahl notierte, die ein Stab von näher bestimmtem Gewicht benö tigte, um sich durch eine Massenschicht einer bestimmten Stärke zu bewegen. Die Resul tate sind in der unten angegebenen Tabelle zusammengestellt: Bei 24<B>%</B> Bindemittel war die Bewegung des Stabes nicht merkbar.
Bei 25 % Bindemittel war die Bewegung merkbar, die Zeit der Bewegung dauerte je doch länger als eine Stunde.
Bei 26 % Bindemittel war die Bewegung etwas schneller, di.e Zeit jedoch immer noch mehr als eine Stunde.
Bei 27 % Bindemittel Zeit immer noch mehr als eine Stunde. Bei folgenden Bindemitteln: 27,:i %-28 %-28,5 %-29 %-30 %-32 Zeit: 760, 100, 65, 58, 39, 20 Sek. Stellt man die Resultate in Kurvenform auf. wird man ersehen, dass die Kurve bei ?7.5 bis 28 % Bindemittel eine scharfe Bie- blln; macht.
Diese plötzlich eintretende Än derung der Beweglichkeit der 1VZasse ent- spricht offenbar einem solchen Inhalt von flüssigem Stoff, dass die festen Kohlenpar tikel der Masse nicht mehr miteinander in direkter Berührung sind, sondern auf dem Schmiermittel gleiten. Die bei der Elektro- denherstellung verwendeten Bindemittel sind nämlich bleichzeitig ausgezeichnete Schmier mittel.
Das absolute Prozentverhältnis, bei wel chem die Stampffähigkeit der Masse aufhört, hängt von der Feinstoffmenge der Elektro- denmasse und von der Beschaffenheit des Feinstoffes ab und lä.sst sich nicht von vorn herein feststellen. In den oben zitierten Un tersuchungen findet man den "Knielzpuill#.t" der Kurve bei ca. 27.-5 % Bindemittel. Dies ist natürlich nur der Fall bei einer Mischung einer bestimmten Feinsubstanz mit einem be stimmten Bindemittel.
Wird die Qualität oder Feinheit der Feinsubstanz geändert, wird der Knickpunkt verrückt werden. Unter allen Umständen bekommt man aber eine Viskositä tskurve, die einen Knickpunkt gibt bei demjenigen Inhalt an Bindemitteln, .wo die Masse merkbar "flüssig" wird.
Gewöhnlich benutzt man in Elektroclen- masse für grosse Elektroden ca. "Grobstoff, <B>das</B> heisst ein Kohlenmaterial, z. B. geglüh- tes Anthrazit, in Form von nussgrossen Stiik- ken. Die 2;.; der Masse sind Feinstoff und Bindemittel. Der Grobstoff erfordert sehr ,wenig Bindemittel. um feucht zu werden.
Die Stücke der Masse sind all allen Seiten von Feinstoff umgeben, und die Konsistenz des Feinstoffes ist für clie Konsistenz der Masse massgebniid. Praktische Versuche in grossem Massstabe zeigen jetzt, dass die cha- rakteristische Konsistenzä.nderung unter Ver- w endung desselben Materials wie in dem früher beschriebenen Versuche, jedoch mit ca.
1;'@ Grobstoff, bei ca. 18 % Bindemittel eintritt., und bei 20 % ist die Masse sehr be weglich. Diese Zahlen stimmen mit den oben erhaltenen gut überein, wenn man berücl@- siclitigt, dass 'I;, der Masse auf sehr wenig Bindemittel Beschlag legt. Wenn man mehr Grobsubstanz verwendet, tritt. die Änderung bei geringerem Bindemittelinhalt ein.
Die lasse wird in inier :ehr heilt bearbeitet, 0-u. wöhnlich bei Temperaturen zwischen 60 und 100'. Die in clier Praxis verwendete Mi schung von Bindemitteln ist dann flüssig.
Wenn man der Masse einen geniigend hohen Inhalt an flüchtigen Bestandteilen und Bindemitteln gibt, kann man das Stamp fen der Masse giinzlicll vermeiden, und die Erzeugung der l@ontinuiF@rlichen Elektroden bekommt dann zunächst den Charakter eine Eingiessens.
Man erreicht jedoch auch in solchen Fällen eine ausgezeichnete Leitfähig keit und spezifisches Gewicht in den fertigen Elektroden, und dies ist den ausserordentlich günstigen Brennbedingungen zuzuschreiben. Wie oben erwähnt. wird der Eisenmantel mit der Elektrodennia.#zse langsam gegen den Ofenkrater hinab bewegt, und die Tempera tur der Masse geht hierbei gleichmässig und langsam in -die Hölle von ca.<B>60'</B> his zur hellsten Weissglut an der Elektrodenspitze. Bei ca.
200 beginnt die erste Destillation der fliichtigsten Bestandteile in der Masse. und diese entweichen in Dampfform. Bei ca.<B>700'</B> sind die Bindemittel in hochmole kulare Kohlenstoffverbindungen überführt, die langsam in einen immer härteren Koks umgewandelt wurden. Hierdurch steigt die Porösität der Elektrode.
Die rolle Masse ist bei der Einsta.mpfung noch etwas luftlialtir, w < ilirend der La@-erun- in der Elektrode ent weicht aber ein Teil der Luft und die Porö- sil;i.t sinkt auf etwa 5 /o herab.
In der voll ständig gebrannten Elektrode beträgt sie meistens 15 bis 20 %. Während der Destilla tion und Verkokung uircl der Überschuss an Bindemiieln mit den Destillationsprodulden zusammen nach unten durch den bereits ge brannten und daher porösesten Teil der Elektrode zu entweichen suchen, da:
aber ge- ra,de dieser Teil glühend ist, werden immer neue Mengen Kohlenwass-erstoffe hier abge baut werden unter Ablagerung von Koks in den Poren .der Elektrode. Die Kohlenpartikel werden deshalb immer mehr und mehr zu sammengekittet, wodurch das Gewicht und die Leitfähigkeit der Elektrode steigen.