DE934520C

DE934520C - Verfahren zur Herstellung von Kohleformkoerpern

Info

Publication number: DE934520C
Application number: DEF13588A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Peter
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1953-12-31
Filing date: 1953-12-31
Publication date: 1955-10-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Kohleformkörpern Es ist bekannt, vorgebrannte Kohle- oder Graphit-Formkörper, die durch die besondere Art ihrer Herstellung stets porös sind, dadurch zu verdichten, daß man sie mit Teer, Pech oder Harzen imprägniert und das eingedrungene Imprägniermittel durch eine anschließende Hitzebehandlung verkokt. Unter vorgebrannten Kohleformkörpern sind solche zu verstehen, die auf eine Temperatur von wenigstens 750° langsam erhitzt worden sind. Neben einer starken Herabsetzung des Porenvolumens und der damit verbundenen Verminderung der Durchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten wird durch die Imprägnierung mit nachfolgender Verkokung eine erhebliche Steigerung der mechanischen Festigkeit erzielt. Mit der Verminderung des Porenvolumens geht Hand in Hand eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und eine Erhöhung der Oxydations-Beständigkeit. Um diesen Effekt zu erzielen, wurde bisher wie folgt verfahren: In der ersten Phase des Verfahrens läßt man flüssiges Pech unter Zuhilfenahme des Vakuums in die Poren des vorgebrannten Imprägniergutes eindringen. Im allgemeinen arbeitet man dabei so, daß unter Einhaltung geeigneter Temperaturen das Pech auf das evakuierte Imprägniergut gegeben und das Eindringen des flüssigen Imprägniermittels durch Anwendung von Druck beschleunigt wird. Bei gut verlaufender Imprägnierung sind die zugänglichen Poren des Formkörpers zu 96 bis 98 °% mit dem Imprägniermittel gefüllt. Sodann wird das Imprägniergut in einen Elektroden-Brennofen eingesetzt, um das in die Poren eingedrungene Pech zu verkoken. Der bei diesem Brennprozeß unter reduzierenden Bedingungen entstandene Koks stützt das Gefüge des Formkörpers ab und bewirkt eine Erhöhung der Festigkeitswerte gegenüber, nicht imprägniertem Material um 25 bis 401110. Da die Abscheidung de: Kokses nicht ausschließlich- an den Porenwandungen erfolgt, sondern auch Zellwände neu gebildet werden, die den Porenraum unterteilen, so geht die Verkleinerung der einzelnen Poren unter Umständen weit über den aus dem Volumen des sich abscheidenden Kokses zu errechnenden Betrag hinaus. Die Imprägnierung und anschließende Verkokung kann wiederholt werden, wobei der jeweils erzielte Verdichtungsgrad mit jeder Behandlung geringer wird.
Die Imprägnierung von graphitierten Formkörpern geschieht in der gleichen Weise. Je nach dem Verwendungszweck wird das in die Poren eingelagerte Pech entweder im Brennofen nur verkokt oder anschließend noch graphitiert:- Verkokung und Graphitierung des Imprägnierungsmittels können auch in einem einzigen Gang im Graphitierungsofen erfolgen.
Bei den bekannten Verkokungsverfahren wird das Gut im Brennofen in ein Pulver aus Koks eingebettet und einem mehrere Wochen dauernden Brennprozeß unterworfen. Aus dem erreichten Imprägnierungsgrad und dem Verkokungswert des verwandten Imprägnierungsmittels läßt sich die zu erwartende Menge des in den Poren sich ablagernden Kokses errechnen. Es hat sich gezeigt, daß die Zahlen der Praxis stets hinter den errechneten Werten zurückbleiben, d. h. mit anderen Worten, daß ein großer Teil des mühsam in die Poren gepreßten Peches-bei der üblichen Art der Verkokung verlorengeht. Dieser Verlustanteil ist beträchtlich und liegt im allgemeinenbei 25bis3o ° 10, im ungünstigen Falle sogar bei 500[0 der aufgenommenen Pechmenge. Diese Verluste sind fast ausschließlich darauf zurückzuführen, daß beim Erhitzen im Ringofen das Pech sich ausdehnt und aus den Poren herausquillt. Bei Temperaturen über 15o° ist das zum Imprägnieren verwandte Pech zudem so dünnflüssig, daß es aus größeren Poren der Randpartie auch ohne jeden Expansionsdruck wieder herausläuft und im Schüttpulver aufgesogen wird. Das mit Pech getränkte Schüttpulver verbackt beire Verkoken zu einer festen Masse, die sich von den Kohleformstücken schwer entfernen läßt.
Abgesehen von dem Verlust an wertvoller Kohlesubstanz ist die hierdurch verursachte Minderung des mit der Imprägnierung beabsichtigten Effektes ein großer Nachteil der bekannten . Arbeitsweise. Der Anteil des aus den Poren wieder auslaufenden Imprägnierungsmittels wird um so höhere Werte annehmen, je niedriger der Erweichungspunkt und damit die Zähigkeit der - benutzten Pechsorte ist und je größer die Porengänge des zu imprägnierenden Formlings sind. Unter sonst gleichen Bedingungen wird dieser Verlust -stark abhängig sein von dem Verhältnis Oberfläche zu Rauminhalt des zu imprägnierenden Körpers. Bei düninen Plättchen und Rohren kann es vorkommen, daß nur etwa die Hälfte des ursprünglich eingelagerten Peches innerhalb der Poren selbst verkokt wird.
Es hat sich nun gezeigt, daß man die Herstellung von Kohle- oder Graphit-Formkörpern durch Imprägnieren der vorgebrannten Formkörper und Brennen bis zum Verkoken des Imprägniermittels unter Vermeidung der =aufgezeigten Nachteile durchführen kann, wenn erfindungsgemäß die Formkörper während der Verkokung von flüssigem Pech umhüllt gehalten werden.
Die Behandlung erfolgt dabei zweckmäßig in der Weise, daB die Körper in einem Bad aus flüssigem Pech eingehüllt sind.
Das im Stadium der Wiedererweichung befindliche Pech kann bei der Arbeitsweise gemäß der Erfindung nicht mehr ausfließen, da es durch den hydrostatischen Druck des umgebenden flüssigen Peches daran gehindert wird. Auf diese Weise wird gerade die Verdichtung der Randpartien, auf die es zur Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit besonders ankommt, am besten gewährleistet. Beim Herausnehmen der verkokten- Formkörper aus dem sie umgebenden Koksrückstand des im Überschuß angewandten Weichpeches ergibt sich, daß die Körper entgegen jeder Erwartung leicht herauszulösen sind und keiner weiteren Putzarbeit bedürfen. Der hierbei anfallende Pechkoks ist ein vorzügliches Rohmaterial, das sich unmittelbar für die Herstellung von Elektroden verwenden läßt.
In der folgenden Tabelle sind einige physikalische Kennzahlen von Formstücken aus Kohle, die nach der Imprägnierung mit Pech einmal in der üblichen Weise unter Schüttpulver und einmal nach dem neuen Verfahren in einem Pechbad verkokt wurden, gegenübergestellt..

Bei verlustfreiem Arbeiten errechnet sich für einen Formkörper mit einem Anfangs-Porenvolumen von 18 bis 2o °/o bei vollständiger Imprägnierung und unter Zugrundelegung eines: - Verkokungswertes von 6o % für das verwandte Pech eine Abnahme des Porenvolumens von 6,5 bis 7 % absolut. Da in dem obigen Beispiel das Porenvolumen der unter Pech verkokten Stücke um 2,7 °/o absolut niedriger liegt, so beträgt die erzielte Verbesserung 40 ° /9 im relativen Maße.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Arbeitsweise zur Verkokung läßt sich einmal auf Kohleformkörper anwenden, die in einem 'besonderen Arbeitsgang in einer Vakuum-Druckapparatur imprägniert worden sind. Sie bringt den Vorteil einer vermehrten Kokseinlagerung mit einer entsprechenden Gütesteigerung des Produktes.

Man kann aber auch das Verfahren gemäß der Erfindung so ausgestalten, daß Imprägnierung und Verkokung in einem einzigen Prozeß vereinigt sind. Dies stellt eine verfahrenstechnisch besonders einfache Lösung dar. Man setzt zu diesem Zweck die vorgebrannten, noch nicht imprägnierten Formkörper in flüssiges Pech ein und berechnet die Pechmenge so, daß nach vollständiger Füllung des Porenraumes das imprägnierte Gut noch mit Pech bedeckt bleibt. Da die Temperatursteigerung in den Elektroden-Brennöfen sehr langsam erfolgt, ist dem flüssigen Pech genügend Zeit gegeben, um in die Poren einzudringen. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht auch noch darin, daß abgesehen von den eisernen Gefäßen zur Aufnahme des Imprägniergutes und des Peches keine umständlichen Druck- und Vakuum-Apparaturen erforderlich sind. Durch die Ausnutzung der langsamen Vorerhitzungs-Periode des Ringofenbrandes für den Imprägnierungsvorgang werden außerdem Lohn-, Transport- und Energie-Kosten gespart. Für Kohleformteile, die in einer ihrer Dimensionen eine nur geringe Ausdehnung haben, wie dünnwandige Rohre, Ringe, dünne Scheiben oder Stäbe mit kleinem Durchmesser, hat sich das bekannte Verfahren als unzulänglich erwiesen. Dagegen gelingt die Imprägnierung und verlustfreie Verkokung nach dem neuen Verfahren ohne Schwierigkeit.

Insbesondere gestaltet sich die Verdichtung von Kohle- und Graphit-Tiegeln nach dem Verfahren gemäß der Erfindung insofern einfach, als die vorgebrannten Tiegel mit flüssigem oder auch erkaltetem Pech gefüllt und in den Brennofen eingesetzt werden. Da die Tiegel selbst als Gefäße dienen, sind besondere Behälter nicht erforderlich. Die Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens beschränken sich nicht in seiner Anwendung auf dünne Plättchen und schwachwandige Rohre. Auch bei größer dimensionierten Körpern werden gleich gute Eigenschaften erreicht. Folgende Vergleichswerte lassen die Überlegenheit des Verfahrens gemäß der Erfindung auch hinsichtlich der Festigkeitswerte erkennen.

Nicht In der Vakuum- Unter flüssigem Pech in

Art des Probematerials behandelte Probe Druckapparatur unter einem Gang imprägniert

Packmasse verkokt und verkokt

Biegefestigkeit kg/cm2

Gebrannte nicht graphitierte Kohle ...... I 193 246 263

Stabmaterial 40 X 40 mm Querschnitt ... 1I 198 251 277

In manchen Fällen kann die Füllung der mit dem imprägnierten Gut beschickten Gefäße unter Vakuum von Vorteil sein. Um das Eindringen des Imprägniermittels zu erleichtern, ist es bei zylindrischen Körpern zweckmäßig, die Brennhaut in dünner Schicht abzudrehen oder, falls es sich um prismatische Formkörper handelt, durch Einritzen in bestimmten Abständen für das Pech durchlässiger zu machen. Zur Schonung der Imprägniergefäße geht man zweckmäßig nicht über eine Verkokungstemperatur von 85o bis goo° hinaus, was in den Fällen ausreicht, in denen sich eine Hochtemperatur-Behandlung im Graphitierungsofen anschließt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Kohle oder Graphitformkörpern durch Imprägnieren der vorgebrannten Formkörper und Brennen bis zum Verkoken des Imprägnierungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper während der Verkokung von flüssigem Pech umhüllt gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung und Verkokung in einem Arbeitsgang erfolgt, indem der zu imprägnierende Körper in ein Bad mit Pech eingesetzt wird und im Brennofen sowohl imprägniert als auch anschließend verkokt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Pech unter Vakuum in das Gefäß mit dem Imprägniergut eingesaugt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennhaut der Kohleformkörper vor der Imprägnierung teilweise oder ganz entfernt wird. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 851759.