WO2020043314A1

WO2020043314A1 - Verfahren zur herstellung eines verkokungsprodukts

Info

Publication number: WO2020043314A1
Application number: PCT/EP2018/073509
Authority: WO
Inventors: Max Aicher; Klaus Krüger; Andre Van Bennekom
Original assignee: Max Aicher GmbH and Co KG
Current assignee: Max Aicher GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: ES2915668T3; PL3810726T3; EP3810726B1; EP3810726A1; RU2762192C1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verkokungsprodukts (VK), bei dem ein Behälter (2,202,302) bereitgestellt wird, der einen Innenraum (3) umgrenzt und eine Einfüllöffnung sowie eine Heizeinrichtung (10,210,310) zum Erwärmen des in den Innenraum (3) des Behälters (2,202,302) gefüllten Kohlenstoffträgermaterials (K) umfasst. Das über die Einfüllöffnung in den Innenraum (3) eingebrachte fließ- oder schüttfähige Kohlenstoffträgermaterial (K) wird über die Einfüllöffnung in den Behälter (2) eingebracht und umfasst eine flüssige oder aufschmelzbare, verkokbare Kohlenstoffkomponente sowie optional eine feste verkokbare Kohlenstoffkomponente und ebenso optional ein Additiv, welches zur Einstellung der Eigenschaften des Kohlenstoffträgermaterials (K) dient. Das in den Innenraum (3) gefüllte Kohlenstoffträgermaterial wird mittels der Heizeinrichtung (10,210,310) auf eine Verkokungstemperatur erwärmt, wobei das erwärmte Kohlenstoffträgermaterial (K) jeweils so lange bei der Verkokungstemperatur gehalten wird, bis es durch Verkokung zu dem Verkokungsprodukt (VK) verfestigt ist, wobei Gas (G), welches während des Erwärmens und Haltens aus dem Kohlenstoffträgermaterial (K) entweicht, aus dem Behälter (2,202,302) abgeleitet wird. Das derart erzeugte Verkokungsprodukt (VK) wird dann aus dem Behälter (2,202,302) entnommen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verkokungsprodukts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verkokungsprodukts.

Verkokungsprodukte der erfindungsgemäß hergestellten und beschaffenen Art werden beispielsweise als Anoden bei der Erzeugung von Aluminium oder als Elektroden bei der Erschmelzung oder metallurgischen Behandlung von Stählen in Elektrolichtbogenöfen sowie in Reduktionsöfen eingesetzt.

Eine Übersicht über den derzeitigen Stand der Technik im Bereich der

Herstellung von Elektroden für die metallurgische Behandlung von Metallen oder Metalllegierungen findet sich in dem von Rick Adams, Wilhelm Frohs, Hubert Jäger und Keith Roussel verfassten und von der American Carbon Society im Jahr 2007 veröffentlichten Artikel„Graphite Electrode and Needle Coke Development“, der unter der URL http://acs.omnibooksonline.com/data/ papers/ 2007_D031 (K).pdf zum Download bereitsteht.

Demnach wird für die Herstellung von Verkokungsprodukten der hier in Rede stehenden Art Kohlenstoff in fester Form, typischerweise als Koks,

bereitgestellt. Die Herstellung des Koks erfolgt dabei in der an sich bekannten Weise in der Regel aus Rückständen, die bei der Raffinierung von Erdöl oder anderen petrochemischen Verfahren anfallen. Dabei werden verkokbare Kohlenstoffträger, wie beispielsweise bei der Destillation von Erdöl oder vergleichbaren Kohlenstoffträgern anfallende Rückstände, einem

Verkokungsprozess unterzogen. Alternativ kommt Steinkohleteerpech als Ausgangsprodukt für die Verkokung zum Einsatz. Erforderlichenfalls durchläuft der sog. grüne Koks noch einen Kalzinierungsprozess, um die insbesondere in Petrolkoksen noch vorhandenen flüchtigen Kohlenwasserstoffe zu beseitigen.

Für Anwendungen, bei denen höchste Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitig minimierter Wärmeausdehnung gestellt werden, wie beispielsweise bei der Erschmelzung oder metallurgischen Behandlung von Stahl in einem Elektrolichtbogenofen, wird üblicherweise so genannter

Nadelkoks verwendet. Dieser stellt die höchste Qualitätsstufe dar und kann nur mit erhöhtem Aufwand hergestellt werden (DE 10 2004 035 934 A1 ). Für Einsatzzwecke, bei denen geringere Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit oder das thermische Ausdehnungsverhalten gestellt werden, kann der teure Nadelkoks teilweise oder vollständig durch eine kostengünstigere Kokssorte oder einen der anderen Kohlenstoffträger (z.B. Anthrazitkohle) ersetzt werden.

Der Koks wird zu einer schüttfähigen Körnermenge zermahlen, aus der durch Sieben typischerweise acht Kornfraktionen separiert werden. Üblicherweise wird Koks unterschiedlicher Kornfraktionen zu einer Kokskörnermischung mit einer im Hinblick auf die einzustellenden Eigenschaften des Graphitelements als optimal angesehene Korngrößenverteilung vermischt. Typischerweise werden dabei Mischungen erzeugt, die zu einem Drittel aus Staub und zu zwei Drittel aus Korn bestehen, um eine ausreichende Dichte zu gewährleisten. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Koksstaub die zwischen den Kokskörnern vorhandenen Lücken füllt. Der jeweiligen Mischung können Additive, wie beispielsweise Eisenoxid, zugegeben werden. Eisenoxid bewirkt eine Minimierung der irreversiblen thermischen Ausdehnung des Kokses („Puffing“), welche bei den anschließenden Wärmebehandlungen eintritt, wenn im Koks noch vorhandener Schwefel aus dem Kohlenstoffgitter ausgetrieben wird.

Die typischerweise zur Verkürzung der Prozesszeiten vorgewärmte

Körnermischung wird mit einem Bindemittel, wie beispielsweise Teerpech, Stearinsäure oder Mischungen aus diesen Bindern, zu einer plastisch verformbaren, pastösen homogen durchmischten Masse vermengt, deren Binderanteil typischerweise 20 - 24 Gew.-% beträgt. Die erhaltene Kohlenstoff- Binder-Masse, die in der Fachsprache auch als„grüne Masse“ bezeichnet wird, wird nun durch Pressen, Extrudieren, Rütteln oder Stampfen zu einem so genannten„Grünling“ geformt. Während dieses Formvorgangs liegt die

Temperatur unterhalb der Mischtemperatur, so dass zu diesem Zeitpunkt eine zähe, sehr hochviskose Masse vorliegt.

Die Grünlinge werden anschließend unter Ausschluss von Sauerstoff langsam auf eine Temperatur von typischerweise 800 bis 950 °C erwärmt. Während dieses Brennprozesses zersetzt sich ein Teil des Binders zu Gas, welches aus dem Grünling entweichen muss. Diese Gasentwicklung bedingt eine langsam fortschreitende Erwärmung, weil es andernfalls in Folge von im Grünling entstehendem Gasdruck zu einer Rissbildung und damit einhergehender Instabilität des herzustellenden Kohlenstoff- respektive Graphitelements kommen könnte.

Abhängig vom verwendeten Bindersystem geht etwa ein Drittel der Masse des verwendeten Binders während des Brennprozesses verloren. Der aus dem Grünling entgasende Binder hinterlässt im nach dem Brennen erhaltenen Zwischenprodukt Hohlräume, durch die das Zwischenprodukt eine verringerte Dichte aufweist. Diese reicht in der Regel für die Herstellung von Kohlenstoff- bzw. Graphitelementen nicht aus, von denen eine hohe elektrische Leitfähigkeit und hohe Festigkeiten gefordert werden, wie beispielsweise von

Graphitelektroden für die Stahlerschmelzung oder -behandlung. Daher wird das nach dem ersten Brennen erhaltene Zwischenprodukt vor der

Weiterverarbeitung typischerweise einem so genannten„Imprägnieren“ unterzogen. Hierzu wird ein erwärmtes Imprägniermittel, das eine geringere Viskosität als das ursprünglich eingesetzte Bindemittel aufweist, typischerweise Teerpech, in das Zwischenerzeugnis gepresst, um dort vorhandene Poren zu füllen. Anschließend wird das Zwischenerzeugnis erneut gebrannt. Dabei verflüchtigt sich wiederum ein Teil des zuvor eingepressten Imprägniermittels mit der Folge, dass das Zwischenprodukt auch nach einem Imprägnierschritt jeweils unvermeidbar offene, nicht mit Kohlenstoff gefüllte Poren aufweist.

Dementsprechend muss der Imprägniervorgang erforderlichenfalls wiederholt werden, bis das Zwischenprodukt die für seine Weiterverarbeitung geforderte Dichte aufweist.

Für die Weiterverarbeitung zu einem Graphitelement höchster Güte wird das Zwischenprodukt einem Graphitierprozess unterzogen. Dabei wird der im Zwischenprodukt enthaltene Kohlenstoff durch Erwärmung auf ca. 2800 °C in Graphit umgewandelt, der sich durch eine zunehmend dreidimensionale

Ordnung der Kohlenstoffatome auszeichnet. Üblicherweise kommen hier der so genannte„Acheson-Prozess“ oder der ökonomischere„Castner-Prozess“, die sogenannte Längsgraphitierung (LWG), zum Einsatz. Durch einen möglichst niedrigen Schwefel- und Stickstoffgehalt des Vormaterials und die damit reduzierte Puffing-Neigung können Ablauf und Erfolg der Graphitierung unterstützt werden. Die negative Wirkung von im Zwischenprodukt noch enthaltenem Stickstoff und Schwefel können, wie erwähnt, auch durch geeignete Zusätze wie Eisenoxid oder eine gezielte Temperaturführung während der Graphitierung gemindert werden.

Verfahren, die auf dem so genannten„Söderberg prozess“ (siehe beispielsweise US 1 ,440,724 A, US 1 ,640,735 A) aufbauen, vermeiden den bei der Herstellung von Graphitelektroden mit dem Formen eines Grünlings, mit dem Brennen des Grünlings zu einem Zwischenprodukt und mit dem Graphitisierungsprozess verbundenen Aufwand.

Bei einer in der US 3,365,533 A beschriebenen Ausgestaltung dieses Verfahren wird ein pastöses Kohlenstoffträgermaterial, das aus einer Mischung von körnigem Koks und als Binder dienendem flüssigen Teerdestillat besteht, in ein rohrförmiges Gehäuse einer Elektrode gefüllt, die mit ihrem einen Ende in den Ofenraum eines Reduktionsofens (Lichtbogenofens) zur Erschmelzung/Reduktion von beispielsweise Phosphor, Tantal oder

Ferromangan aus Erzen geführt ist. Das Gehäuse der Elektrode besteht aus einem elektrisch leitfähigen Kohlenstoffstahl. An das Gehäuse der Elektrode wird ein Strom angelegt, der auf das in das Gehäuse gefüllte

Kohlenstoffträgermaterial übertragen wird. Auf diese Weise zündet in dem Ofenraum ein Lichtbogen, durch den die Temperaturen im Bereich des in den Ofenraum reichenden Endes der Elektrode auf bis über 2000 °C ansteigen. In Folge dessen entsteht in dem im Gehäuse der Elektrode enthaltenen

Kohlenstoffträgermaterial ein Temperaturgefälle, durch das das pastöse

Kohlenstoffträgermaterial im oberen Bereich der Elektrode bei etwa 200 °C schmelzflüssig gehalten wird. In Richtung des dem Ofenraum zugeordneten Endes der Elektrode steigt die Temperatur des Kohlenstoffträgers kontinuierlich an. Dabei zerfallen im Temperaturbereich von 400 °C bis 600 °C die im

Kohlenstoffmaterial enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen. Die dadurch frei werdenden Gase sollen in Richtung des in den Ofenraum ragenden oberen Endes der Elektrode entweichen können. Gleichzeitig soll der aus den

Kohlenwasserstoffverbindungen stammende Kohlenstoff die Freiräume zwischen den Kokskörnern füllen. Mit zunehmender Annäherung an die in den Ofenraum ragende Spitze der Elektrode setzt sich dieser Prozess fort, bis aus dem Kohlenstoffträgermaterial die als fester, kompakter Körper in den

Ofenraum ragende Spitze der Elektrode entstanden ist. Im Schmelzenbetrieb verzehrt sich die Elektrode und muss von oben nachgeschoben werden, um den Lichtbogen im Ofenraum aufrechtzuerhalten.

Bei einer in der DE 600 01 106 T2 beschriebenen anderen Variante des

Söderberg-Prozesses wird in einem Ofen zur Erschmelzung einer

Stahllegierung ebenfalls eine Elektrode mit einem zylindrischen Behältnis angeordnet, das mit seinem oberen offenen Ende durch die Ummauerung des Ofens geführt ist. Das Behältnis ist aus einem leitfähigen Edelstahl geformt. Über sein offenes oberes Ende wird das Behältnis mit einer nicht eingebrannten stückigen Elektrodenmasse beschickt. Auf ihrem Weg zum ebenfalls offenen unteren Endes des Behältnisses wird die Elektrodenmasse durch Wärmezufuhr, die über erhitzte, in einem mittleren Bereich um das Behältnis der Elektrode geführte Luft erfolgt, verflüssigt, bis sie in den Bereich einer angrenzend an die untere Austrittsöffnung des Behältnisses positionierten plattenförmigen

Anordnung zur Ankopplung eines elektrischen Stroms gelangt. In Folge der im Bereich der in den Ofenraum reichenden Spitze der Elektrode herrschenden hohen Temperaturen wird die Elektrodenmasse dort ebenfalls„in situ“ gebrannt. Der so aus der Elektrodenmasse gebrannte feste Elektrodenstrang wird kontinuierlich aus der unteren Austrittsöffnung des Behältnisses in den

Ofenraum gefördert und dient als Elektrode für die Zufuhr der elektrischen Energie, über die der Lichtbogen und damit der Schmelzenprozess im Ofen in Gang gehalten wird. Das Problem der Gewährleistung einer bestimmten Dichte des auf diese Weise erzeugten Graphitelements wird auch hierbei ebenso wenig angesprochen, wie die Einstellung bestimmter mechanischer oder sonstiger Eigenschaften, die für den Einsatz von Verkokungsprodukten, mit denen sich die Erfindung beschäftigt, von Bedeutung sind.

Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu nennen, mit dem sich kostengünstig ein Verkokungsprodukt erzeugen lässt, das aufgrund seiner hohen Dichte für den unmittelbaren Einsatz bei der Erzeugung von Metallen, Metalllegierungen und metallurgischer Produkte oder als Zwischenprodukt für die Herstellung von entsprechenden Graphitelementen dienen kann, an deren Eigenschaften höchste Anforderungen gestellt werden.

Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene

Verfahren gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verkokungsprodukts umfasst demnach folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Behälters, der einen Innenraum umgrenzt und eine

Einfüllöffnung zum Einfüllen eines fließ- oder schüttfähigen

Kohlenstoffträgermaterials in den Innenraum sowie eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des in den Innenraum des Behälters gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials umfasst;

b) Einbringen des Kohlenstoffträgermaterials über die Einfüllöffnung in den Innenraum des Behälters, wobei das Kohlenstoffträgermaterial eine verflüssigbare, verkokbare Kohlenstoffkomponente sowie optional feste, insbesondere verkokbare Kohlenstoffkomponenten und ebenso optional Additive umfasst, welche zur Einstellung der Eigenschaften des

Kohlenstoffträgermaterials dienen;

c) Erwärmen des in den Innenraum des Behälters gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials mittels der Heizeinrichtung auf eine

Verkokungstemperatur, wobei das auf die jeweilige Verkokungstemperatur erwärmte Kohlenstoffträgermaterial jeweils so lange bei der

Verkokungstemperatur gehalten wird, bis das auf der Verkokungstemperatur gehaltene Kohlenstoffträgermaterial durch Verkokung zu dem

Verkokungsprodukt verfestigt ist und

d) wobei Gas, welches während des Erwärmens und Haltens (Arbeitsschritt c)) aus dem Kohlenstoffträgermaterial entweicht, aus dem Behälter abgeleitet wird;

e) Entnehmen des Verkokungsprodukts aus dem Behälter.

Um die durch Absolvieren der erfindungsgemäß notwendig durchlaufenen

Arbeitsschritte a) - e) erfindungsgemäß hergestellten Verkokungsprodukte weiter zu veredeln, insbesondere die Qualität der graphitierten Produkte zu erhöhen, können sie nach dem Arbeitsschritt e) jeweils optional auch noch die folgenden Arbeitsschritte durchlaufen:

f) Brennen des Verkokungsprodukts;

g) Imprägnieren des Verkokungsprodukts mit einem flüssigen

kohlenstoffbasierten Füllmittel und anschließendes erneutes Brennen des imprägnierten Verkokungsprodukts;

h) Erzeugen eines Graphitprodukts durch Graphitieren des

Verkokungsprodukts.

Anders als bei den konventionellen Verfahren, bei denen ein körniges

Ausgangsprodukt eingesetzt wird, das durch Vermengung mit einem Binder in eine formbare Masse überführt wird, um einen Grünling zu formen, der dann einer Verkokungsbehandlung unterzogen wird, geht das erfindungsgemäße Verfahren von einem fließfähigen Ausgangsprodukt aus, nämlich einem

Kohlenstoffträgermaterial, dessen wesentliche Komponente ein flüssiger bzw. verflüssigbarer Kohlenstoffträger ist, wobei das Kohlenstoffträgermaterial auch feste Kohlenstoffkomponenten und andere feste oder flüssige Bestandteile (Additive) enthalten kann, ohne dabei jedoch seinen flüssigen Charakter zu verlieren.

Als Additive kommen dabei beispielsweise Eisenoxid oder Titanoxid zur Verminderung des Puffing-Effektes, eine Bor-Quelle, wie reines Bor oder Borkarbid, zur Verbesserung der Kristallstruktur und dadurch Verminderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, oder Kohlenstoff- oder Graphitfasern zum Einsatz, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und ebenfalls zur Reduzierung des Wärmeausdehnungskoeffizienten beitragen.

Um ein Verkokungsprodukt zu erzeugen, dessen mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften höchsten Anforderungen genügen, wird somit als Kohlenstoffträgermaterial ein kohlenstoffreiches, verkokbares Produkt genutzt, das bereits bei Raumtemperatur flüssig ist oder durch Erwärmung und damit einhergehender Aufschmelzung in den fließfähigen Zustand gebracht wird, jedenfalls aber während des Verkokungszugangs flüssig ist.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Kohlenstoffträgermaterialien fallen typischerweise bei der Verarbeitung von Erdöl aus der schweren Fraktion, als Rückstände bei der Destillation von Erdöl, aus Steinkohleteerderivaten, aus der Flüssigphasenpyrolyse (andere fließfähige organische Komponenten) an.

Ebenso ist der Einsatz von Produkten aus der Verarbeitung von Biomasse, wie Zellulose, Zucker oder Stärke, denkbar. Dabei sind die voranstehend

genannten Materialien hier nur beispielhaft erwähnt. Es können

selbstverständlich auch andere kohlenstoffhaltige Stoffe, die in flüssiger oder durch Aufschmelzen verflüssigbarer Form vorliegen und verkokbar sind, für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendet werden. Dementsprechend besteht die flüssige oder verflüssigbare Kohlenstoffkomponente des

Kohlenstoffträgermaterials insbesondere aus mindestens einer Komponente der folgenden Gruppe:„Rückstände aus der Destillation von Erdöl und der

Verwertung von Kohle anfallenden Produkte wie beispielsweise Teere und deren Derivate, Pech, fließfähiges Bitumen, Harze oder Produkte aus der Verarbeitung von Biomassewie Zellulose, Zucker und Stärke".

Als feste Kohlenstoffkomponente kann mindestens eine Komponente der folgenden Gruppe im erfindungsgemäß verwendeten Kohlenstoffträgermaterial vorhanden sein:„in körniger Form vorliegender Koks, Kohle, Bitumen in fester Form, Ligniten, Anthrazitkohle, Graphit, Stoffe aus dem Recycling von

Kohlenstofffasern“, wobei auch diese Materialien nur beispielhaft genannt sind und selbstverständlich auch andere kohlenstoffhaltige Reststoffe, die in fester Form vorliegen und verkokbar sind, für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendet werden können.

Erfindungsgemäß erzeugte Verkokungsprodukte können als

Kohlenstofflieferanten direkt für solche Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sie als Reaktionspartner bzw. Elektroden für chemische und elektrochemische Reaktionen dienen. Ein wichtiges Einsatzfeld hier ist die Verwendung in Anlagen zur Erzeugung von Aluminium, bei denen sich erfindungsgemäß erzeugte Verkokungsprodukte als Anoden oder Kathoden, insbesondere als Anoden, einsetzen lassen, ohne dass sie weiteren

Arbeitsschritten zur Veränderung ihrer Struktur oder Dichte unterzogen werden müssen.

Werden höhere mechanische, elektrische und insbesondere thermische Anforderungen an die erfindungsgemäßen Verkokungsprodukte gestellt, so können im Anschluss an die Arbeitsschritte a) - e) des erfindungsgemäßen Verfahrens die oben schon genannten optionalen Arbeitsschritte f) - h) absolviert werden. Auf diese Weise lassen sich erfindungsgemäß erzeugte Verkokungsprodukte als Zwischenprodukt für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Graphitelementen nutzen, wie sie beispielsweise als Elektroden bei der Erschmelzung oder bei der metallurgischen Behandlung von Stählen in einem Elektrostahlwerk benötigt werden.

Indem die Erfindung als Ausgangsprodukt ein aus überwiegend flüssigen oder verflüssigbaren Bestandteilen bestehendes Kohlenstoffträgermaterial einsetzt, gelingt es, ein Verkokungsprodukt mit geringer Porosität herzustellen. Hierbei wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise sichergestellt, dass eine geringstmögliche Menge an Gasblasen in dem erhaltenen Verkokungsprodukt eingeschlossen ist. Die Abmessungen des die Form des erfindungsgemäß erzeugten Verkokungsprodukts bestimmenden Behälters können dabei so gewählt werden, dass sie unter Berücksichtigung eines gegebenenfalls erforderlichen Bearbeitungsaufmaßes dem für den jeweiligen Einsatzzweck angepassten Endmaß entsprechen.

Der erfindungsgemäß bereitgestellte Behälter kann in an sich bekannter Weise aus einem ausreichend temperaturbeständigen Stahlblech gefertigt sein. Um im Arbeitsschritt e) das Entnehmen des fertigen Verkokungsprodukts aus dem Behälter zu erleichtern, kann der Behälter an seinen den Innenraum des Behälters umgrenzenden Innenflächen zumindest abschnittsweise mit einer Gleitschicht belegt sein. Hierzu kann in den Innenraum des Behälters ein dicht an der Innenfläche des Behälters anliegender, separat vorgefertigter Liner eingebracht werden oder es kann eine aus einem geeigneten Material bestehende Beschichtung direkt auf die betreffende Innenfläche aufgebracht werden. Als Material für die Gleitfläche kommt ein Leichtmetallwerkstoff, insbesondere ein Aluminiumwerkstoff, aber auch ein dünnes Stahlblech in Frage.

Im Arbeitsschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das fließfähige Kohlenstoffträgermaterial über die Einfüllöffnung des Behälters in den

Innenraum des Behälters eingebracht. Dabei kann die Einfüllöffnung durch ein Füllrohr oder desgleichen gebildet sein, dass durch eine Abdeckung, eine Wandung oder einen Deckel des Behälters in den von ihm umgrenzten

Innenraum geführt ist.

Um die Fließfähigkeit der erfindungsgemäß in den Behälter gegebenen flüssigen oder aufschmelzbaren Kohlenstoffkomponente zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, die Kohlenstoffkomponente für sich oder das gesamte Kohlenstoffträgermaterial vor dem Einfüllen in den Innenraum des Behälters vorzuwärmen. Die Vorwärmung wird dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass die gegebenenfalls vorhandene, der flüssigen Komponente zuzurechnende aufschmelzbare Kohlenstoffkomponente bereits verflüssigt ist, wenn sie in den Behälter gelangt. Jedoch kann auch die Erwärmung im Behälter so erfolgen, dass zunächst ein optimal flüssiger Zustand des Kohlenstoffträgermaterials hergestellt wird und dann der Verkokungsprozess einsetzt.

Gemäß einer ersten Variante kann die Befüllung dabei in der Art erfolgen, dass die zu verkokende Gesamtmenge an Kohlenstoffträgermaterial zunächst in den Behälter gefüllt (Arbeitsschritt b)) und erst nach dem Befüllen die Erwärmung auf die Verkokungstemperatur und das Halten bei der Verkokungstemperatur durchgeführt wird (Arbeitsschritt c)), also die Erwärmung des

Kohlenstoffmaterials erst beginnt, nachdem das Einfüllen des

Kohlenstoffträgermaterials (Arbeitsschritt b)) abgeschlossen ist.

Gemäß einer zweiten Variante ist es auch möglich, mit der Erwärmung eines in den Behälter gefüllten Teilvolumens der für die Erzeugung des

Verkokungsproduktes benötigten Gesamtmenge an Kohlenstoffträgermaterial (Arbeitsschritt c)) bereits zu beginnen, während weiteres

Kohlenstoffträgermaterial noch in den Innenraum eingefüllt wird (Arbeitsschritt b))-

Während die erste Variante eine vereinfachte Prozessführung ermöglicht, ermöglicht die zweite Variante die Herstellung besonders dichter, qualitativ hochwertiger Verkokungsprodukte mit minimierter Porosität.

Die erfindungsgemäß während des Verkokungsprozesses (Arbeitsschritt c)) eingestellten Verkokungstemperaturen liegen typischerweise bei 450 - 900 °C, wobei bei Verkokungstemperaturen von mindestens 600 °C innerhalb einer praxisgerechten Verkokungsdauer auch bei großvolumigen

Verkokungsprodukten eine im technischen Sinne vollständige Verkokung sicher erzielt werden kann.

Gleichzeitig wird durch Einstellung der Verkokungstemperatur im Bereich von 450 - 900 °C gewährleistet, dass im Prozess stets ausreichend fließfähiges Kohlenstoffträgermaterial zur Verfügung steht, um die in den jeweils in der Verkokung befindlichen Teilvolumina des Kohlenstoffträgermaterials durch die Entgasungsprozesse entstehenden Poren selbsttätig durch nachfließendes Kohlenstoffträgermaterial zu füllen. Durch das nachdrängende fließfähige Kohlenstoffträgermaterial, das die vom bei der Verkokung unvermeidbar entstehenden Gas zurückgelassenen Öffnungen und Hohlräume füllt, wird erfindungsgemäß eine optimal hohe Dichte des erhaltenen Verkokungsprodukts gewährleistet.

Dabei hat sich gezeigt, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren über die Einstellung der Verkokungstemperatur die elektrische Leitfähigkeit der erfindungsgemäß erzeugten Produkte direkt beeinflusst werden kann. So nimmt die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Verkokungstemperatur zu. Durch Einstellung hoher Verkokungstemperaturen lassen sich daher schon am erfindungsgemäß erzeugten Verkokungsprodukt elektrische Leitfähigkeiten erzielen, welche eine direkte Graphitierung oder einen anderen unmittelbaren Einsatz dieser Produkte nach dem erfindungsgemäßen Verkokungsprozess erlauben. So können erfindungsgemäß erzeugte Produkte beispielsweise direkt als Anoden oder Kathoden, insbesondere als Anoden, bei der Erzeugung von Aluminium eingesetzt werden.

Bei einer Verkokungstemperatur von mindestens 650 °C, insbesondere mindestens 700 °C, tritt eine weitere signifikante Reduzierung des elektrischen Widerstands ein, wobei sich optimal niedrige Widerstände von 10 - 50 Ohm und eine damit einhergehend optimale elektrische Leitfähigkeit bei

Verkokungstemperaturen von mindestens 800 °C ergeben. Dabei kann durch eine geeignete Einstellung der Verkokungstemperatur von üblicherweise mindestens 800 °C eine Längsgraphitierbarkeit des Verkokungsprodukts schon im Zuge des erfindungsgemäßen Prozesses erzielt werden.

Bei einer oberhalb von einer Obergrenze von 1200 °C liegenden

Verkokungstemperatur stellt sich keine Verbesserung der Leitfähigkeit mehr ein, so dass der Bereich der Verkokungstemperatur in der Praxis auf höchstens diese Obergrenze begrenzt werden kann.

Um sicher zu stellen, dass so wenig Gasblasen wie möglich im Koks gefangen werden, sieht die Erfindung ein geeignetes Temperatur- und Mengenregime, insbesondere beim Durchlaufen des Temperaturbereichs von 450 - 600 °C, vor, um a) sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge an flüssigem

Kohlenstoffträgermaterial vorhanden ist, um eine automatische Nachfüllung der entstandenen Poren zur gewährleisten, b) gleichzeitig die Menge an flüssigem Kohlenstoffträgermaterial so gering wie möglich zu halten, um Ausgasung und Abtransport der sich bildenden Gasblasen zu begünstigen, c) den Verkokungsvorgang zügig ablaufen zu lassen und d) ein spontanes Verkoken und damit einhergehend ein„Einfrieren“ von

Gasblasen zu vermeiden.

Die Verkokungsdauer, über die das Kohlenstoffträgermaterial auf der jeweiligen Verkokungstemperatur gehalten wird, ist unmittelbar abhängig vom jeweils erwärmten Volumen. Jedenfalls ist die Verkokungsdauer so zu bemessen, dass das jeweils bei der Verkokungstemperatur gehaltene Kohlenstoffträgermaterial nach Ende der Verkokungsdauer im technischen Sinne vollständig verkokt ist. Die Verkokungsdauer ist vom zu verkokenden Volumen und im Fall des sukzessiven Füllens vom Fortschritt des Füllvorgangs abhängig. Typische Verkokungsdauern für großvolumigere Verkokungsprodukte, wie Elektroden, liegen hier in der Praxis bei 6 h bis 96 h. Bei der Erzeugung von

Verkokungsprodukten mit kleinerem Volumen oder kleinen Querschnitten kann die Verkokungsdauer auch weniger als eine Stunde dauern.

Um den Austritt des bei der Verkokung entstehenden Gases aus dem

Kohlenstoffträgermaterial zu unterstützen, kann die im Innenraum des Behälters vorhandene Atmosphäre abgesaugt werden. Dadurch entsteht im Innenraum des Behälters oberhalb des in ihn eingefüllten Kohlenstoffträgermaterials ein Unterdrück, der bis zum Vakuum reichen kann. Ein hierzu geeigneter

Absolutdruck liegt im Bereich von 1 bis 50 hPa.

Die Art und Weise der Formfüllung (Arbeitsschritt b)) und der Erwärmung (Arbeitsschritt c)) kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von den Anforderungen gewählt werden, die an die Dichteverteilung des

erfindungsgemäß erzeugten Verkokungsprodukts gestellt werden. Besteht beispielsweise die Anforderung, dass in den äußeren Randbereichen der Verkokungsprodukte über eine ausreichende Dicke eine maximale Dichte vorliegen soll, wogegen im zentralen Kernbereich eine gewisse Restporosität akzeptiert wird, kann es ausreichen, wenn an einem feststehenden Behälter eine stationäre, das in den Behälter gefüllte Gesamtvolumen an fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial erfassende Heizeinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall schreitet der Verkokungsprozess ausgehend von dem an die Innenfläche des Behälters angrenzenden Randbereich des Kohlenstoffträgermaterials, der zuerst und am intensivsten von der von der Heizeinrichtung erzeugten Wärme erfasst wird, in Richtung des Kernbereichs des Kohlenstoffträgermaterials fort. Die bei der Verkokung entstehenden Gasblasen können dabei über den über längere Zeit noch flüssigen Kernbereich des Kohlenstoffträgermaterials entweichen. Gleichzeitig drängt aus dem flüssigen Kernbereich flüssiges Kohlenstoffträgermaterial in die von den Gasblasen im jeweils schon verkokten Randbereich hinterlassenen Poren, so dass sich beim fertig hergestellten Verkokungsprodukt ein optimal dichter Randbereich beträchtlicher Dicke einstellt. Lediglich im letzten Stadium der Verkokung, nämlich dann, wenn auch der zentrale Kernbereich verkokt wird, kann es dazu kommen, dass dort Gasblasen gefangen werden. Jedoch ist der Durchmesser des von der dadurch verursachten Porosität betroffenen Kernbereichs im Vergleich zur Dicke der optimal dichten Randschicht des so erfindungsgemäß erzeugten Verkokungsprodukts so klein, dass er bei Anwendungen, wie beispielsweise Elektroden für Reduktionsöfen, vernachlässigbar ist.

Eine über den gesamten Querschnitt des erfindungsgemäß hergestellten Verkokungsproduktes minimierte Porosität und damit einhergehend optimierte Dichte lässt sich dadurch erzielen, dass während des Arbeitsschritts c) eine längs der Längsachse der Form ausgerichtete Relativbewegung zwischen dem jeweils erwärmten Kohlenstoffträgermaterial und der von der Heizeinrichtung erzeugten Heizzone stattfindet. Diese Relativbewegung kann kontinuierlich oder schrittweise ablaufen. Bei einer kontinuierlichen Relativbewegung kann die Geschwindigkeit dieser Bewegung zudem in Abhängigkeit vom Fortschritt der Verkokung des Kohlenstoffträgermaterials variiert werden. Genauso kann bei einer schrittweise erfolgenden Relativbewegung, bei der die Heizzone oder der Behälter jeweils für eine bestimmte Verweildauer an einer Position verharrt, bis die Heizzone oder der Behälter sich zur nächsten Position bewegen, die

Einwirkdauer der Wärme auf das jeweils von der Heizzone erfasste Volumen an Kohlenstoffträgermaterial über eine Einstellung der Verweildauer gesteuert werden.

Indem die Heizzone relativ zum Kohlenstoffträgermaterial oder das

Kohlenstoffträgermaterial relativ zur Heizzone bewegt wird, lässt sich erreichen, dass der Verkokungsprozess nicht nur wie bei der voranstehend erläuterten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vom äußeren Rand zum zentralen Kernbereich des jeweils von der Wärme der Heizeinrichtung erfassten

Volumens des in den Innenraum des Behälters gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials fortschreitet, sondern gleichzeitig auch in Richtung der Relativbewegung. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiges Anwachsen des jeweils verkokten Volumens des Kohlenstoffträgermaterials über den gesamten Querschnitt erreicht und damit einhergehend sichergestellt werden, dass auch im Kernbereich des erfindungsgemäß erhaltenen Verkokungsproduktes eine hohe Dichte vorliegt. Gemäß einer ersten Variante dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst die von der Heizeinrichtung in der Heizzone abgegebene Wärme jeweils nur ein sich über einen bestimmten Teilabschnitt der Höhe des Innenraums des Behälters erstreckendes Teilvolumen des in den Innenraum gefüllten Kohlenstoffträgermaterials, wobei das in den Innenraum gefüllte Kohlenstoffträgermaterial während der Erwärmung (Arbeitsschritt c)) stillsteht, wogegen die von der jeweiligen Heizeinrichtung erzeugte Heizzone ausgehend von dem in Schwerkraftrichtung unten angeordneten Boden entgegen der Schwerkraftrichtung in Richtung des oberen Endes des Behälters bewegt wird. Die aus dem von der Heizeinrichtung auf Verkokungstemperatur erwärmten Teilvolumen des im Innenraum des Behälters enthaltenen

Kohlenstoffträgermaterials austretenden Gasblasen können bei dieser

Ausgestaltung durch das flüssige Kohlenstoffträgermaterial, das über dem jeweils im Verkokungsprozess (Arbeitsschritt c)) befindlichen, von der Hitze der Heizeinrichtung erfassten Teilvolumen des Kohlenstoffträgermaterials austritt, entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben entweichen, während gleichzeitig aufgrund der Schwerkraftwirkung flüssiges Kohlenstoffträgermaterial mit gravitationsbedingtem Druck in die im bereits verkokten

Kohlenstoffträgermaterial von den Gasblasen zurückgelassenen Öffnungen und Hohlräume drängt und diese füllt, so dass selbsttätig ein insgesamt dichtes, weitestgehend porenfreies Verkokungsprodukt erhalten wird.

Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren die Befüllung des Behälters und die Erwärmung des im Behälter jeweils enthaltenen Volumens an Kohlenstoffträgermaterial zeitlich parallel erfolgen kann. Auf diese Weise lässt sich die Menge an fließfähigem

Kohlenstoffträgermaterial, das während der Verkokung des jeweils von der Hitze der Heizeinrichtung erfassten Teilvolumens über diesem Teilvolumen steht, so steuern, dass einerseits die von den Gasblasen durch das noch flüssige Kohlenstoffträgermaterial zurückgelegte Strecke optimal kurz ist, andererseits aber auch die auf dem bereits verkokten Kohlenstoffträgermaterial lastende Säule von fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial so groß ist, dass stets eine ausreichende Menge an fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial über dem schon verkokten Kohlenstoffträgermaterialteilvolumen vorhanden ist und optimalerweise das Nachdrängen des fließfähigen Kohlenstoffträgermaterials in die Poren des schon verkokten Kohlenstoffträgermaterials durch das

Eigengewicht des noch flüssigen Kohlenstoffträgermaterials unterstützt wird.

Bei ortsfest montiertem Behälter kann eine Relativbewegung zwischen der Heizzone und dem im Behälter enthaltenen Kohlenstoffträgermaterial dadurch bewerkstelligt werden, dass die die Heizzone erzeugende Heizeinrichtung längs des Behälters bewegt wird.

Alternativ ist es aber auch möglich, eine ortsfest montierte, sich über die gesamte Länge des in den Behälter gefüllten Volumens an

Kohlenstoffträgermaterial erstreckende Heizeinrichtung vorzusehen, die in Längsrichtung des Behälters in mehrere Heizsegmente unterteilt ist. Diese können dann aufeinanderfolgend aktiviert und deaktiviert werden, so dass eine kontinuierliche oder schrittweise Bewegung der von den Heizsegmenten der Heizeinrichtung erzeugten Heizzone entlang des Behälters erreicht wird.

Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst die von der Heizeinrichtung in der Heizzone abgegebene Wärme ebenfalls jeweils nur ein sich über einen bestimmten Teilabschnitt der Höhe des Innenraums des Behälters erstreckendes Teilvolumen des in den Innenraum gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials, wobei hier jedoch die Heizeinrichtung ortsfest angeordnet ist, während das in den Behälter gefüllte Kohlenstoffträgermaterial relativ zur von der Heizeinrichtung erzeugten Heizzone bewegt wird.

Grundsätzlich kann dazu der Behälter mit dem in ihn gefüllten

Kohlenstoffträgermaterial entlang der feststehenden Heizeinrichtung bewegt werden. Bei einer besonders produktiven Ausgestaltung dieser auf einer feststehenden Heizeinrichtung beruhenden Verfahrensvariante, die zudem optimal

beschaffene Verkokungsprodukte ergibt, ist jedoch der Behälter ortsfest montiert, wobei im Boden des Behälters eine Abzugsöffnung vorgesehen ist, über die das Verkokungsprodukt als aus dem jeweils verfestigten

Kohlenstoffträgermaterial gebildeter Strang kontinuierlich aus dem Behälter entnommen wird (Arbeitsschritt e)). Bei dieser Ausgestaltung ist also der Behälter nach Art einer Gießkokille ausgebildet. Gleichzeitig ist die

Heizeinrichtung so an dem Behälter montiert und die Abzugsgeschwindigkeit, mit der das fertig verkokte Verkokungsprodukt als Strang laufend aus dem Behälter entnommen wird, so gewählt, dass das im fließfähigen Zustand in den Behälter gefüllte Kohlenstoffträgermaterial auf seinem Weg zu der

Abzugsöffnung im technischen Sinne vollständig verkokt und dementsprechend verfestigt ist. Neben der erhöhten Produktivität besteht auch hier der besondere Vorteil, dass das Volumen an fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial, das jeweils über dem schon verkokten Teilvoiumen des Kohienstoffträgermateriais im Behälter steht, so eingestellt werden kann, dass einerseits der Weg, der von den aus dem im Verkokungsprozess (Arbeitsschritt c)) befindlichen Teilvolumen austretenden Gasblasen zurückgelegt werden muss, kurz ist und andererseits stets ausreichend viel flüssiges Kohlenstoffträgermaterial zur Verfügung steht, um die von den Gasblasen zurückgelassenen Poren im schon verkokten Kohlenstoffträgermaterial zu füllen. Das als Strang aus dem Behälter abgezogene Verkokungsprodukt kann optional beschleunigt abgekühlt werden, um eine zügige Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Von dem erhaltenen Verkokungsprodukt-Strang können Verkokungsprodukte der jeweils

gewünschten Länge abgeteilt werden.

Bei den Ausführungsvarianten, bei denen eine Relativbewegung zwischen dem Kohlenstoffträgermaterial und der Heizquelle stattfindet, hängt die

Geschwindigkeit der Relativbewegung vom Durchmesser oder Querschnitt des zu erzeugenden Produkts ab. Dabei nimmt die Geschwindigkeit mit zunehmender Durchmesser- oder Querschnitsgröße wegen der zur Verkokung des jeweils von der Heizzone erfassten Volumens an Kohlenstoffträgermaterial proportional ab. Bei der Erzeugung von zylindrischen Elektroden mit für die Praxis typischen Durchmessern liegt die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Heizzone und dem im Behälter enthaltenen

Kohlenstoffträgermaterial typischerweise im Bereich von 0,025 - 1 ,5 m/h, insbesondere 0,05 - 0,5 m/h.

Das Entgasen (Arbeitsschritt d)) des im Verkokungsprozess (Arbeitsschritt c)) aus dem in Verkokung befindlichen Kohlenstoffträgermaterial entweichenden Gases kann dadurch unterstützt werden, dass das im Behälter enthaltene Kohlenstoffträgermaterial zumindest zeitweise in Bewegung versetzt wird.

Hierzu kann beispielsweise eine Vibrationseinrichtung oder desgleichen vorgesehen sein, die das im Behälter enthaltene Kohlenstoffträgermaterial insgesamt oder bereichsweise zu Schwingungen anregt, die idealerweise im Bereich von 0,5 Hz bis 50 kHz liegen.

Die zur Erwärmung des Kohlenstoffträgermaterials erfindungsgemäß

eingesetzte Heizeinrichtung kann so ausgelegt sein, dass sie ein bestimmtes Temperaturprofil innerhalb des im Behälter enthaltenen, von der Wärme der Heizeinrichtung jeweils erfassten Kohlenstoffträgermaterials bewirkt. So kann es insbesondere bei den Verfahrensvarianten, bei denen eine Relativbewegung zwischen der von der jeweiligen Heizeinrichtung erzeugten Heizzone und dem Kohlenstoffträgermaterial stattfindet, beispielsweise zweckmäßig sein, die Heizeinrichtung so zu betreiben, dass das jeweils neu in den Wirkbereich der Heizeinrichtung gelangende Kohlenstoffträgermaterial-Teilvolumen langsam auf die jeweilige Verkokungstemperatur gebracht wird, dass also die Heizleistung, die auf das jeweilige Teilvolumen an Kohlenstoffträgermaterial wirkt, zunimmt, je weiter das jeweilige Teilvolumen in den Wirkbereich der Heizeinrichtung einfährt und je länger es der von der Heizeinrichtung abgegebenen Wärme ausgesetzt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Verkokungsprodukte, die bereits beim Verkoken eine endabmessungsnahe Geometrie erhalten. Damit entfallen die bei der Herstellung von Elektroden herkömmlichen Arbeitsschritte

Koksaufbereitung, Mischen, Formgebung und Erstbrand und es eröffnet sich die Möglichkeit, auch auf ein Imprägnieren und einen Zweitbrand des

erfindungsgemäß erzeugten Verkokungsprodukts für die Erzeugung eines vollständig graphitisierten Endprodukts zu verzichten. So liefert das

erfindungsgemäße Verfahren bereits ohne eine Imprägnierung ein

Verkokungsprodukt hoher Festigkeit und Dichte. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine mittlere Dichte von mindestens 1 ,4 g/cm³ aufweisen, wobei Dichten von mindestens 1 ,5 g/cm³ regelmäßig erreicht werden.

Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren bereits im

Verkokungsprozess eine monolithische, endabmessungsnahe Struktur realisiert wird, zeichnet sich diese durch eine hohe mechanische Festigkeit aus.

Weiterhin kann durch die gezielte Wärmebringung die räumliche Ausprägung der physikalisch-chemischen Kokseigenschaften gesteuert werden.

Insbesondere lassen sich damit eine hohe elektrische Leitfähigkeit in

Längsrichtung sowie ein geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient einstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figuren 1a - 1d eine erste Vorrichtung zur Herstellung eines

Verkokungsprodukts zu vier zeitlich in gleichen Abständen beabstandeten Betriebszeitpunkten jeweils in einem Schnitt längs der Längsachse der Vorrichtung; Figuren 2a - 2d eine zweite Vorrichtung zur Herstellung eines

Verkokungsprodukts zu vier zeitlich in gleichen Abständen beabstandeten Betriebszeitpunkten jeweils in einem Schnitt längs der Längsachse der Vorrichtung;

Fig. 3 eine dritte Vorrichtung zur Herstellung eines

Verkokungsprodukts in einem Schnitt längs der Längsachse der Vorrichtung;

Fig. 4a eine vierte Vorrichtung zur Herstellung eines

Verkokungsprodukts in einem Schnitt längs der Längsachse der Vorrichtung;

Fig. 4b ein in der in Fig. 4a dargestellten Vorrichtung erzeugtes

Verkokungsprodukt in einem Längsschnitt.

Die in den Figuren 1a - 1d gezeigte Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Verkokungsproduktes VK umfasst einen mit seiner Längsachse L vertikal ausgerichteten, nach Art eines Zylinderrohres geformten Behälter 2, der aus einem wärmebeständigen Material, wie einem zu diesem Zweck marktüblichen Stahl, gefertigt ist. Der Behälter 2 umgrenzt einen Innenraum 3, der sich in einem oberen Abschnitt 4 in Richtung des oberen Rands des Behälters 2 trichterförmig erweitert.

Die schlanke, zylindrische Form des Innenraums 3 ist so gewählt, dass das in der Vorrichtung 1 erzeugte Verkokungsprodukt VK am Ende des in der Vorrichtung 1 absolvierten Verkokungsprozesses eine ebenso schlanke zylindrische Form aufweist, die optimal angenähert ist an die Form, die das Verkokungsprodukt VK oder ein daraus erzeugtes Graphitprodukt aufweisen soll. Dabei können die Abmessungen des Verkokungsprodukts VK ein

Bearbeitungsaufmaß umfassen, welches für eine abschließende Bearbeitung benötigt wird, um dem Verkokungsprodukt VK oder einem daraus erzeugten Graphitprodukt seine vorgeschriebene Maßhaltigkeit oder

Oberflächenbeschaffenheit zu verleihen. So entspricht hier die durch den Innenraum 3 des Behälters 2 abgebildete Zylinderform in ihrer Gestalt und in ihren Abmessungen der Form, die Graphitelektroden aufweisen müssen, um in Lichtbogenöfen von Stahlwerken eingesetzt werden zu können. Genauso können durch die Form des Innenraums 3 andere Formen von

Verkokungsprodukten, wie beispielsweise aus verkoktem

Kohlenstoffträgermaterialien gebildete Blöcke oder desgleichen, abgebildet werden. Deren Form kann dann beispielsweise optimal an die Gegebenheiten in Anlagen zur Erzeugung von Aluminium angepasst sein, erforderlichenfalls ebenfalls jeweils einschließlich des benötigten Bearbeitungsaufmaßes.

Die den Innenraum 3 umgrenzenden Innenflächen des Behälters 2 können als Trennschicht mindestens abschnittsweise mit einer dünnen, beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff bestehenden Gleitschicht 5 belegt sein, die in Form eines vorgefertigten und in den Innenraum 3 eingesetzten Liners oder durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren in an sich bekannter Weise direkt auf die betreffenden Abschnitte der innenflächen aufgebracht ist.

Die an der Oberseite des Behälters 2 vorhandene Öffnung ist durch einen abnehmbaren Deckel 6 verschlossen.

Durch den Deckel 6 ist ein Füllrohr 7 zum Füllen des Innenraums 3 des

Behälters 2 mit einem fließfähigen Kohlenstoffträgermaterial K geführt.

Zusätzlich ist durch den Deckel 6 ein Absaugrohr 8 geleitet, das an eine hier nicht gezeigte Evakuierungseinrichtung angeschlossen ist, über die im

Innenraum 3 ein Unterdrück zum Absaugen von im Innenraum 3 vorhandenen Gasen erzeugt werden kann.

Mit seiner Unterseite steht der Behälter 2 auf einem Bodenelement 9, das den Behälter 2 an dessen Unterseite verschließt. Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren eine elektrisch betriebene, regelbare Heizeinrichtung 10, die mit ihren Heizwendeln 11 ringförmig und mit Spiel um die Außenfläche 12 des Behälters 2 gelegt ist. Die Höhe H10 der

Heizeinrichtung 10 entspricht einem kleinen Bruchteil der Höhe H3 des

Innenraums 3 des Behälters 2. Beispielsweise kann die Höhe H3 bis zu 15 m betragen, wogegen die Höhe H10 typischerweise nur 1 m beträgt.

Die Heizeinrichtung 10 ist von einer Stelleinrichtung 13 getragen, die in an sich bekannter Weise dazu eingerichtet ist, die Heizeinrichtung 10 in vertikaler Richtung V längs des Behälters 2 zu bewegen. Hierzu kann die Stelleinrichtung 13 eine achsparallel zur Längsachse L ausgerichtete Linearführung 14 aufweisen, entlang der die Heizeinrichtung 10 mittels eines Linearantriebs 15 der Stelleinrichtung 13 verfahrbar ist.

Die Vorrichtung 1 umfasst darüber hinaus eine Einrichtung 16, die dazu vorgesehen ist, das in den Innenraum 3 des Behälters 2 gefüllte flüssige Kohlenstoffträgermaterial K mit Vibrationen im Bereich von 0,5 Hz bis 50 kHz zu beaufschlagen. Um eine möglichst intensive Wirkung auf das jeweils noch flüssige, unverkokte Volumen des Kohlenstoffträgermaterials K zu erzielen, kann die Vibrationseinrichtung 16 ebenfalls von der Stelleinrichtung 13 getragen und während des Verkokungsprozesses mit der Heizeinrichtung 10 entlang des Behälters 2 bewegt werden. Dabei sitzt die Vibrationseinrichtung 16

vorzugsweise oberhalb der Heizeinrichtung 10, um eine möglichst optimale Wirkung der durch sie ausgelösten Bewegung des noch fließfähigen

Kohlenstoffträgermaterials K zu bewirken.

Zur Herstellung eines säulenartigen Verkokungsproduktes VK wird der

Innenraum 3 des Behälters 2 über das Füllrohr 7 mit fließfähigem

Kohlenstoffträgermaterial K befüllt, bis der Spiegel SK des in dem Innenraum 3 enthaltenen Kohlenstoffträgermaterials K sich etwa im Bereich des Übergangs zwischen dem trichterförmigen oberen Abschnitt 4 und dem darunter liegenden zylindrischen Teil des Innenraums 3 befindet. Die Heizeinrichtung 10 ist während des Füllvorgangs in einer Ausgangsposition am unteren Ende des Behälters nahe dem Bodenelement 9 positioniert.

Nachdem der Behälter 2 mit dem fließfähigen Kohlenstoffträgermaterial K gefüllt ist, wird die Heizeinrichtung 10 mit beispielsweise elektrischer Energie beaufschlagt, so dass das jeweils im Wirkbereich der von der Heizeinrichtung 10 erzeugten Heizzone liegende Teilvolumen des Kohlenstoffträgermaterials K schrittweise auf eine Verkokungstemperatur von 450 - 900 °C, insbesondere 650 - 850 °C, erwärmt wird. In Folge der Erwärmung setzen im so beheizten Teilvolumen Zersetzungsprozesse ein, durch die im noch fließfähigen

Kohlenstoffträgermaterial K Gase freigesetzt werden, die in Form von

Gasblasen G entgegen der Wirkrichtung SR der Schwerkraft in dem

Kohlenstoffträgermaterial K aufsteigen. Der durch die Zersetzungsprozesse im Kohlenstoffträgermaterial K frei werdende Raum wird durch in Folge der

Schwerkraftwirkung selbsttätig nachdrängendes fließfähiges

Kohlenstoffträgermaterial K der im Innenraum 3 des Behälters 2 vorhandenen Kohlenstoffträgermaterial-Säule ersetzt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das von der Heizeinrichtung 10 in der von ihr erzeugten Heizzone jeweils erwärmte Teilvolumen im technischen Sinne vollständig verkokt und eine feste Form angenommen hat. Da sämtliche durch die Gasbildung frei gewordene

Hohlräume jeweils unmittelbar durch nachdrängendes fließfähiges

Kohlenstoffträgermaterial K gefüllt worden sind, beträgt die Dichte des so verkokten Teilvolumens des Kohlenstoffträgermaterials K mindestens 1 ,4 g/cm³.

Das Herauslösen der Gasblasen G aus dem Kohlenstoffträgermaterial K wird zum einen mechanisch unterstützt durch die Vibrationen, die über die

Einrichtung 16 in das Kohlenstoffträgermaterial K induziert werden. Zum anderen wird der Abzug der Gasblasen G aus dem Kohlenstoffträgermaterial K dadurch gefördert, dass über das Absaugrohr 8 im Innenraum 3 des Behälters 2 ein Unterdrück aufrechterhalten wird, der bis zum Vakuum reichen kann. Da die Verkokung durch symmetrische Erwärmung von den Seiten des

Innenraums her ausgeht, läuft die Verkokung von außen nach innen ab. Bei der Verkokung der äußeren Schicht ist sowohl im Kernbereich, als auch in der darüber befindlichen Lage flüssiges, zunächst niederviskoses

Kohlenstoffträgermaterial K vorhanden, über welches die Gasblasen G entweichen können und so mögliche Poren geschlossen werden. Dies ermöglicht eine hohe Dichte des erhaltenen Verkokungsprodukts. Bei der Verkokung des Kernbereichs kann Kohlenstoffträgermaterial K aus in der darüber befindlichen Lage nachfließen. Auch hier werden so die Poren geschlossen.

Sollten dennoch kleinere Gasbläschen im Kernbereich KB des

Verkokungsprodukts VK gefangen sein, so hat dies nur eine geringe

Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften, da die neutrale Achse der jeweils säulenförmigen Verkokungsprodukte VK entlang des betreffenden Kernbereichs verläuft und dieser Bereich somit im Einsatz nicht mit erhöhten Zug- oder Druckspannungen belastet ist.

Nachdem das an das Bodenelement 9 angrenzende Teilvolumen des

Kohlenstoffträgermaterials K verkokt ist, werden die nach wie vor im Heizbetrieb gehaltene Heizeinrichtung 10 und mit ihr die ebenfalls weiterhin aktive

Vibrations-Einrichtung 16 mittels der Stelleinrichtung 13 entgegen der

Wirkrichtung SR der Schwerkraft mittels des Linearantriebs 15 in einer kontinuierlichen Bewegung entlang der Linearführung 14 in Richtung des oberen Endes des Behälters 2 verschoben.

Die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung der Heizeinrichtung 10 und der mit ihr verkoppelten Vibrations-Einrichtung 16 ist dabei so bemessen, dass das jeweils im Wirkbereich der von der Heizeinrichtung 10 erzeugten Heizzone sich befindende Teilvolumen des Kohlenstoffträgermaterials K schrittweise erwärmt und anschließend über eine Verkokungsdauer auf der jeweiligen

Verkokungstemperatur gehalten wird, die für eine im technischen Sinne vollständige Verkokung und damit einhergehende vollständige Verfestigung ausreicht. In der Praxis sind hierfür Fördergeschwindigkeiten der

Heizeinrichtung 10 typischerweise im Bereich von 0,025 - 1 ,5 m/h,

insbesondere 0,05 - 0,5 m/h, vorgesehen.

Die Bewegung der Heizeinrichtung 10 wird fortgesetzt, bis auch der obere, an den Spiegel SK des Kohlenstoffträgermaterials K angrenzende Abschnitt des Kohlenstoffträgermaterials K verkokt ist. Der Spiegel SK des

Kohlenstoffträgermaterials K ist dabei aufgrund des aus dem

Kohlenstoffträgermaterials K entwichenen Gases und des damit

einhergehenden Volumenverlustes gegenüber dem Zustand bei Neubefüllung des Innenraums 3 des Behälters 2 abgesunken.

Nachdem auch der obere, an den Spiegel SK angrenzende Bereich BP des Kohlenstoffträgermaterials K verkokt ist und eine feste Form angenommen hat, wird der Behälter 2 geöffnet und das in dessen Innenraum 3 gebildete

Verkokungsprodukt VK aus dem Innenraum 3 entnommen. Die auf den

Innenraum 3 begrenzenden Innenflächen des Behälters 2 vorhandene Liner- oder Gleitschicht 5 erleichtert dabei das Entnehmen des Verkokungsprodukts VK.

Stellt sich heraus, dass im oberen Bereich BP des Verkokungsprodukts VK die geforderte Dichte von mindestens 1 ,4 g/cm³ nicht erreicht worden ist, weil dort während der Verkokung nicht mehr ausreichend fließfähiges

Kohlenstoffträgermaterial K zur Verfügung stand, um die von den sich bildenden Gasblasen G zurückgelassenen Hohlräume zu füllen, wird der betreffende Bereich BP abgetrennt. Er kann einer Wiederverwendung zugeführt werden, indem er zu feinen Partikeln zermahlen wird, die als feste

Kohlenstoffkomponenten dem Kohlenstoffträgermaterial K zugegeben werden können, die für die Herstellung weiterer Verkokungsprodukte VK in der

Vorrichtung 1 bereitgestellt werden. Das so erhaltene Verkokungsprodukt VK wird zur Herstellung einer

Graphitelektrode, wie sie in einem Elektrostahlwerk benötigt wird, einem üblichen Graphitierungsprozess unterzogen, um ihm eine graphitische Struktur zu verleihen. Aufgrund der mit der Vorrichtung 1 in der voranstehend

beschriebenen Weise nach dem ersten Verkoken bereits erhaltenen

monolithischen, endabmessungsnahen Geometrie, sind die beim

konventionellen Verfahren üblichen Mahl-, Misch- und Formgebungsprozesse ebenso hinfällig wie der zugehörige Erstbrand. Je nach erreichter Dichte des Produktes kann auch der Imprägnierschritt entfallen. Stellt sich heraus, dass die Dichte des erhaltenen Verkokungsprodukts VK nicht ausreicht, kann vor der Weiterverarbeitung des Verkokungsprodukts VK zu dem Graphitprodukt, d.h. zu der Graphitelektrode, auch in konventioneller Weise eine Imprägnierung zur Erhöhung der Dichte durchgeführt werden.

Die in den Figuren 2a - 2d gezeigte Vorrichtung 101 zur Herstellung eines Verkokungsproduktes VK entspricht in ihrem Aufbau der in den Figuren 1a - 1d dargestellten Vorrichtung 1 mit dem Unterschied, dass bei der Vorrichtung 101 an Stelle des bei der Vorrichtung 1 vorgesehenen fest montierten Fülirohrs 7 ein lanzenartig in den Innenraum 3 des Behälters 2 der Vorrichtung 101 einführbares und herausziehbares Füllrohr 107 vorgesehen ist. Die maximale Einführlänge des Füllrohrs 107 ist dabei so bemessen, dass das Füllrohr 107 im voll in den Innenraum 3 eingeführten Zustand knapp oberhalb der Höhe H10 endet, über die sich die von der Heizeinrichtung 10 erzeugte Heizzone in der Ausgangsposition der Heizeinrichtung 10 erstreckt (Fig. 2a). Auf diese Weise werden negative Auswirkungen von Spritzern vermieden, die während des Verkokungsprozesses ausgelöst werden können.

Zur Herstellung eines säulenartigen Verkokungsproduktes VK wird bei der Vorrichtung 101 der Innenraum 3 des Behälters 2 über das Füllrohr 107 mit einem Teilvolumen von fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial K befüllt, bis der Spiegel SK des in dem Innenraum 3 enthaltenen Kohlenstoffträgermaterials K oberhalb der Höhe H10 endet, über die sich die von der Heizeinrichtung 10 in ihrer Ausgangsposition erzeugte Heizzone erstreckt (Fig. 2a).

Anschließend wird dieses den unteren Abschnitt des herzustellenden

Verkokungsprodukts VK bildende Teilvolumen des Kohlenstoffträgermaterials K in der für die Vorrichtung 1 schrittweise und gesteuert auf

Verkokungstemperatur gebracht.

Mit dem Einsetzen der Verkokung wird über das um einen entsprechenden Höhenbetrag angehobene Füllrohr 107 quasi-kontinuierlich weiteres

fließfähiges, erforderlichenfalls zur Verflüssigung vorgewärmtes

Kohlenstoffträgermaterial K zugeführt und die Heizeinrichtung 10 mit der mit ihr verkoppelten Vibrations-Einrichtung 16 mittels der Stelleinrichtung 13 in der für die Vorrichtung 1 bereits beschriebenen Weise entlang des Behälters 2 bewegt. Die Bewegung des über eine hier nicht gezeigte Stelleinrichtung

höhenverstellbaren Füllrohrs 107 und der Heizeinrichtung 10 sind dabei so miteinander koordiniert, dass der vertikale Abstand zwischen der

Heizeinrichtung 10 und dem freien, in das Kohlenstoffträgermaterial K ragenden Ende des Füllrohrs 107 konstant bleibt. Dabei bleibt das freie Ende des

Füllrohrs 107 stets nahe des Spiegels SK des in den Behälter gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials K, bis der maximale Füllpegel im Behälter 2 erreicht ist.

Die Höhe des Spiegels SK des Kohlenstoffträgermaterials K wird dabei so gehalten, dass oberhalb des in der Verkokung befindlichen Teilvolumens des Kohlenstoffträgermaterials K stets eine ausreichende Menge an fließfähigem Kohlenstoffträgermaterial K zur Verfügung steht, um die Hohlräume zu füllen, die von den Gasblasen G hinterlassen werden, die aus dem auf die

Verkokungstemperatur erwärmten und bei der Verkokungstemperatur gehaltenen Teilvolumen des Kohlenstoffträgermaterials K austreten. Der Weg, den die Gasblasen G dabei durch das flüssige Kohlenstoffträgermaterial K zurücklegen müssen, ist kürzer als bei der Vorrichtung 1 , so dass eine noch weiter optimierte Dichte des Verkokungsprodukts VK erzielt werden kann.

In Figur 3 ist eine Vorrichtung 201 zur Herstellung eines Verkokungsprodukts VK gezeigt, bei der im Gegensatz zu den Vorrichtungen 1 und 101 eine an der Vorrichtung 201 vorgesehene Heizeinrichtung 210 ortsfest montiert ist, also während des Betriebs stillsteht, wogegen das zu verkokende

Kohlenstoffträgermaterial K entlang der Heizeinrichtung 210 bewegt und auf diesem Weg entlang der Heizeinrichtung 210 zu einem festen

Verkokungsprodukt VK verkokt wird, das nach Art eines kontinuierlichen

Stranggussprozesses kontinuierlich aus der Vorrichtung 201 abgezogen wird.

Die Vorrichtung 201 weist dazu einen Behälter 202 auf, der einen Innenraum 3 umgrenzt, der sich, wie die Innenräume 3 der Vorrichtungen 1 ,101 , in einem oberen Bereich trichterförmig erweitert und von einem Deckel 206

abgeschlossen ist. Durch den Deckel 206 sind hier, wie bei den Deckeln 6 der Vorrichtungen 1 ,101 , ein Absaugrohr 208 und ein nach Art des Füllrohrs 7 der Vorrichtung 1 angeordnetes Füllrohr 207 geführt.

Der unter dem trichterförmigen oberen Bereich angeordnete zylindrische Bereich 217 des Innenraums 203 ist nach Art einer Kokille nach unten offen ausgebildet und wesentlich kürzer als bei den Vorrichtungen 1 , 101. Der den Bereich 217 umgrenzende Abschnitt des Behälters 202 sitzt dabei in der ringförmigen Heizeinrichtung 210, die sich über einen wesentlichen Teil der Höhe des Bereichs 217 erstreckt. Dabei sind die Heizwendel 211 der

Heizeinrichtung 210 segmentweise regelbar, um ein optimales Temperaturprofil in dem jeweils im Wirkbereich der von der Heizeinrichtung 10 erzeugten

Heizzone befindlichen Teilvolumens des Kohlenstoffträgermaterials K zu ermöglichen.

Zum Herstellen eines Verkokungsproduktes VK wird die untere Austrittsöffnung des kokillenartigen Bereichs 217 des Innenraums 203 zunächst mit einem Stopfen verschlossen und über das Füllrohr 207 ein erstes Teilvolumen an Kohlenstoffträgermaterial K in den Innenraum 203 des Behälters 202 gefüllt.

Mittels der stationären Heizeinrichtung 210 wird das im Wirkbereich der von der Heizeinrichtung 210 erzeugten Heizzone befindliche Kohlenstoffträgermaterial K schrittweise gesteuert, auf die Verkokungstemperatur erwärmt und dort so lange gehalten, bis es im technischen Sinne vollständig verkokt ist und eine feste Form angenommen hat.

Im Verlauf des Verkokungsprozesses wird das so verkokte

Kohlenstoffträgermaterial K als Strang mittels des Stopfens über dessen untere Öffnung kontinuierlich aus dem kokillenartigen Bereich 217 des Innenraums 203 des Behälters 202 gezogen. Gleichzeitig wird ebenso kontinuierlich neues, ggf. vorgewärmtes Kohlenstoffträgermaterial K über das Füllrohr 207 in den Behälter 202 gefüllt. Der untere Öffnungsbereich 218 des Bereichs 217 kann sich dabei in Schwerkraft richtung SR trichterförmig erweitern, um das

Ausziehen des strangförmigen Verkokungsprodukts VK zu erleichtern. Die Auszugskräfte sind dabei so bemessen, dass das Verkokungsprodukt trotz des im Behälter 202 über dem in ihn eingefüllten Kohlenstoffträgermaterials anstehenden UnterdrucksA/akuums kontinuierlich aus dem Behälter 202 abgezogen wird.

Der Prozess des Abziehens und des Nachfüllens erfolgt dabei synchron zueinander so langsam, dass die Verweildauer, über die das die

Heizeinrichtung 210 passierende Kohlenstoffträgermaterial K bei der

Verkokungstemperatur gehalten wird, der Verkokungsdauer entspricht, die für seine im technischen Sinne vollständige Verkokung erforderlich ist.

Wie bei der Vorrichtung 101 wird dabei die Höhe des Spiegels SK des fließfähigen Kohlenstoffträgermaterials K über dem schon in Folge der

Verkokung verfestigten Kohlenstoffträgermaterial K so eingestellt, dass einerseits die Gasblasen G, die aus dem sich in der Verkokung befindenden Kohlenstoffträgermaterial K austreten, nur einen kurzen Weg durch das fließfähige Kohlenstoffträgermaterial K zurücklegen müssen, bis sie nach Austritt aus dem Kohlenstoffträgermaterial K über das Absaugrohr 208 abgesaugt werden, andererseits aber auch eine stets ausreichende Menge an flüssigem Kohlenstoffträgermaterial K zur Verfügung steht, um durch in das sich verfestigende Kohlenstoffträgermaterial K nachdrängende flüssige

Kohlenstoffträgermaterial K die von den Gasblasen G zurückgelassenen Poren zu füllen. Auch mit einer Vorrichtung der in Fig. 3 dargestellten Art lassen sich somit optimal dichte Verkokungsprodukte mit optimal homogener

Eigenschaftsverteilung erzeugen.

Das Ausgasen der Gasblasen G kann durch eine Vibrations-Einrichtung 216 unterstützt werden, die, wie bei den Vorrichtungen 1 ,101 , oberhalb der

Heizeinrichtung 210 angeordnet ist, jedoch hier, entsprechend der festen Anordnung der Heizeinrichtung 210, stationär montiert ist. Wie schon erwähnt, kann dabei auch der nach Art einer Kokille funktionierende Behälter 202 im Bereich oberhalb des in ihn eingefüllten Kohlenstoffträgermaterials K mit einem Unterdruck/Vakuum beaufschlagt werden, um das Ausgasen der sich im

Verkokungsprozess bildenden Gase G aus dem Kohlenstoffträgermaterial K im Behälter 202 zu unterstützen.

Das als Strang kontinuierlich aus der Vorrichtung 201 abgezogene

Verkokungsprodukt VK durchläuft nach Austritt aus dem Behälter 202 eine Kühlstrecke 219, in der es beschleunigt auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Anschließend werden in einer Ablängeinrichtung 220 von dem Strang

Verkokungsprodukte VK mit der jeweils gewünschten Länge in an sich bekannter Weise abgeteilt.

Wie beim Strangguss von Metallschmelzen können an einen hier nicht gezeigten zentralen Verteiler, der die kokillenartigen Behälterbereiche 217 mit Kohlenstoffträgermaterial K speist, zwei oder mehr solcher kokillenartigen Behälterbereiche 217 mit jeweils einer daran angeordneten Heizeinrichtung 210 und einer ebenso daran montierten Vibrations-Einrichtung 216 vorgesehen sein, um eine maximale Produktivität zu erzielen.

Figur 4a zeigt eine Vorrichtung 301 zur Herstellung eines Verkokungsproduktes VK, die einen aus einem geeigneten Stahlmaterial gefertigten, topfförmigen Behälter 302 umfasst, der durch einen Deckel 306 verschlossen ist. Durch den Deckel 306 ist ein Absaugrohr 308 geführt, das zum Evakuieren des von dem Behälter 302 umgebenen Innenraum 303 an eine hier nicht gezeigte

Absaugeinrichtung angeschlossen ist. Der Behälter 302 sitzt in einer

Heizeinrichtung 310, deren stationär angeordnete, ringförmige Heizwendel 311 sich über die gesamte Höhe des Behälters 302 erstrecken, so dass von der Heizeinrichtung 310 eine entsprechend sich über die gesamte Höhe des Behälters 302 erstreckende Heizzone erzeugt werden kann.

Zur Herstellung eines blockförmigen Verkokungsproduktes VK (Figur 4b) wird der Deckel 306 von dem Behälter 302 abgenommen und fließfähiges

Kohlenstoffträgermaterial K in den Innenraum 303 des Behälters 302 gefüllt. Anschließend wird der Behälter 302 durch Aufsetzen des Deckels 306 geschlossen und das in dem Behälter 302 enthaltene Kohlenstoffträgermaterial K auf eine Verkokungstemperatur von 450 - 900 °C gebracht. Mit Erreichen der Verkokungstemperatur beginnt von den seitlichen Innenflächen des Innenraums 303 her die Verkokung und Verfestigung des Kohlenstoffträgermaterials K. Dabei bleibt der Kernbereich KB des Kohlenstoffträgermaterials K über eine lange Zeitdauer hoch fließfähig, so dass dorthin gelangende Gasblasen G, wie die aus den sich in der Verkokung befindlichen Teilvolumina des

Kohlenstoffträgermaterials K austretende Gasblasen G, sich noch lange entgegen der Schwerkraft in Richtung des Spiegels SK des im Behälter enthaltenen Kohlenstoffträgermaterials K bewegen.

Ist der Verkokungsprozess so weit vorgeschritten, dass auch der Kernbereich KB verkokt, so kann es dazu kommen, dass im inneren Kernbereich KB kleinere Gasblasen G gefangen werden. Die in Folge dessen dort vorhandene Porosität ist jedoch unschädlich, da Verkokungsprodukte der in der Vorrichtung 301 hergestellten Art üblicherweise für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen insbesondere im Bereich der äußeren Randabschnitte des

Verkokungsproduktes VK höchste Anforderungen an die Leitfähigkeit und Stabilität gestellt werden, während die Qualität des Kernbereichs KB nur eine untergeordnete Rolle spielt. Derartige Anforderungsprofile ergeben sich beispielsweise in Anlagen für die Erzeugung von Aluminium, wenn dort

Verkokungsprodukte VK der erfindungsgemäß erzeugten Art als Anoden oder Kathoden, insbesondere als Anoden, eingesetzt werden sollen.

Das in den Vorrichtungen 1 , 101 , 201 , 301 zur Herstellung des jeweiligen Verkokungsproduktes VK eingesetzte fließfähige Kohlenstoffträgermaterial K besteht jeweils aus bei der Destillierung von Erdölprodukten und der

Verwertung von Kohle anfallenden Produkten, wie beispielsweise Teere und deren Derivate, Pech, fließfähiges Bitumen, Harze sowie Produkte aus der Verarbeitung von Biomasse, wie Zelluloseprodukte, Zucker und Stärke oder anderen Produkten, die verkokbar sind. Dieses Kohlenstoffträgermaterial K ist optional mit körnigem Koks oder Graphit mit einer Korngröße von maximal 10 mm sowie gegebenenfalls einem oder mehreren Additiven, wie Eisenoxid zur Verminderung des Puffing-Effektes, einer Bor-Quelle, wie Borkarbid, zur Verminderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten oder zur Verbesserung der erzeugten Kristallstruktur, oder Kohlenstoff- oder Graphitfasern, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und ebenfalls zur Reduzierung des Wärmeausdehnungskoeffizienten beitragen, vermischt. Dabei ist das jeweils eingesetzte Kohlenstoffträgermaterial K bei Prozesstemperatur derart flüssig beschaffen, dass es unter Wirkung der Schwerkraft in den vom Behälter 2, 102, 202, 302 jeweils umgrenzten Innenraum 3, 103, 203, 303 fließt. BEZUGSZEICHEN

Figuren 1 , 2

1 Vorrichtung

2 Behälter der Vorrichtung 1

3 Innenraum des Behälters 2

4 oberer Abschnitt des Innenraums 3

5 Gleitschicht

6 Deckel des Behälters 2

7 Füllrohr (Einfüllöffnung)

8 Absaugrohr

9 Bodenelement

10 Heizeinrichtung

11 Heizwendel der Heizeinrichtung 10

12 Außenfläche des Behälters 2

13 Stelleinrichtung

14 Linearführung der Stelleinrichtung 13

15 Linearantrieb Stelleinrichtung 13

16 Vibrations-Einrichtung

101 Vorrichtung zur Herstellung eines Verkokungsproduktes

107 Füllrohr

BP an den Spiegel SK angrenzender Bereich des Kohlenstoffträgermaterials K H10 Höhe der Heizeinrichtung 10

H3 Höhe des Innenraums 3

Figur 3

201 Vorrichtung zur Herstellung eines Verkokungsprodukts

202 nach Art einer Kokille ausgebildeter Behälter

203 Innenraum des nach Art einer Kokille ausgebildeten Behälters 202

206 Deckel

207 Füllrohr (Einfüllöffnung)

208 Absaugrohr

210 Heizeinrichtung

211 Heizwendel der Heizeinrichtung 210

216 Vibrations-Einrichtung

217 unterer nach unten offener zylindrischer Bereich des Innenraums 203 des Behälters 202

218 unterer trichterförmig erweiterter Öffnungsbereich des Bereichs 217

219 Kühlstrecke

220 Ablängeinrichtung Figuren 4a, 4b

301 Vorrichtung zur Herstellung eines Verkokungsproduktes VK

302 Behälter

303 Innenraum des Behälters 302

306 Deckel

308 Absaugrohr

310 Heizeinrichtung

311 Heizwendel der Heizeinrichtung 310

KB Kernbereich des Kohlenstoffträgermaterials K

Allgemein G Gasblasen

K fließfähiges Kohlenstoffträgermaterial

L Längsachse der Vorrichtung 1

SR Wirkrichtung der Schwerkraft

SK Spiegel des im Innenraum 3 des Behälters 2, 202, 302 jeweils enthaltenen Kohlenstoffträgermaterials K

V vertikale Richtung

VK Verkokungsprodukt

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur Herstellung eines Verkokungsprodukts (VK), umfassend folgende Arbeitsschritte:

a) Bereitstellen eines Behälters (2,202,302), der

- einen Innenraum (3) umgrenzt

und

- eine Einfüllöffnung zum Einfüllen eines fließfähigen

Kohlenstoffträgermaterials (K) in den Innenraum (3)

sowie

- eine Heizeinrichtung (10,210,310) zum Erwärmen des in den

Innenraum (3) des Behälters (2,202,302) gefüllten

Kohlenstoffträgermaterials (K)

umfasst;

b) Einbringen des fließ- oder schüttfähigen Kohlenstoffträgermaterials (K) über die Einfüllöffnung in den Innenraum (3) des Behälters (2,202,302), wobei das Kohlenstoffträgermaterial (K) mindestens eine flüssige oder aufschmelzbare, verkokbare

Kohlenstoffkomponente sowie optional mindestens eine feste verkokbare Kohlenstoffkomponente und ebenso optional mindestens ein Additiv umfasst, welches zur Einstellung der Eigenschaften des Kohlenstoffträgermaterials (K) dient; c) Erwärmen des in den Innenraum (3) des Behälters (2,202,302) gefüllten Kohlenstoffträgermaterials (K) mittels der Heizeinrichtung (10,210,310) auf eine Verkokungstemperatur, wobei das auf die jeweilige Verkokungstemperatur erwärmte Kohlenstoffträgermaterial (K) jeweils so lange bei der Verkokungstemperatur gehalten wird, bis das auf der Verkokungstemperatur gehaltene

Kohlenstoffträgermaterial (K) durch Verkokung zu dem

Verkokungsprodukt (VK) verfestigt ist und

d) wobei Gas, welches während des Erwärmens und Haltens

(Arbeitsschritt c)) aus dem Kohlenstoffträgermaterial (K) entweicht, aus dem Behälter (2,202,302) abgeleitet wird;

e) Entnehmen des Verkokungsprodukts (VK) aus dem Behälter

(2,202,302).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige oder aufschmelzbare Kohlenstoffkomponente des Kohlenstoffträgermaterials (K) aus mindestens einer Komponente der folgenden Gruppe besteht:„Rückstände aus der Destillation von Erdöl, bei der Verwertung von Kohle anfallende Produkte, Teere und deren Derivate, Pech, fließfähiges Bitumen, Harze sowie Produkte aus der Verarbeitung von Biomasse, Zelluloseprodukte, Zucker und Stärke".

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffträgermaterial (K) eine feste Kohlenstoffkomponente enthält, die aus mindestens einer

Komponente der folgenden Gruppe besteht:„in körniger Form

vorliegender Koks, Kohle, Bitumen in fester Form, Ligniten,

Anthrazitkohle, Graphit, Produkte aus dem Recycling von

Kohlenstofffasern“.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffträgermaterial (K) ein Additiv aus folgender Gruppe enthält:„Eisenoxid, Titanoxid, Bor und Borverbindungen“.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des

Kohlenstoffträgermaterials (K) (Arbeitsschritt c)) erst beginnt, nachdem das Einfüllen des Kohlenstoffträgermaterials (K) (Arbeitsschritt b)) abgeschlossen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch

gekennzeichnet, dass die Erwärmung des

Kohlenstoffträgermaterials (K) (Arbeitsschritt c)) beginnt, während das Kohlenstoffträgermaterial (K) (Arbeitsschritt b)) in den Innenraum (3) eingefüllt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkokungstemperatur im

Arbeitsschritt c) 450 - 900 °C beträgt.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkokungsdauer im Arbeitsschritt c) bis zu 96 h beträgt.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Innenraum (3) des Behälters (2,202,302) vorhandene Atmosphäre abgesaugt wird, um das aus dem auf die Verkokungstemperatur erwärmten Kohlenstoffträgermaterial (K) entweichende Gas aus dem Behälter (2,202,302) forciert abzuleiten (Arbeitsschritt d)).

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Arbeitsschritts c) eine längs der Längsachse des Behälters (2,202,302) ausgerichtete

Relativbewegung zwischen dem jeweils erwärmten

Kohlenstoffträgermaterial (K) und der Heizeinrichtung (10,210,310) stattfindet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die von der Heizeinrichtung (10,210,310) abgegebene Wärme jeweils nur ein sich über einen bestimmten Teilabschnitt der Höhe des Innenraums (3) des Behälters (2,202,302) erstreckendes Teilvolumen des in den Innenraum (3) gefüllten Kohlenstoffträgermaterials (K) erfasst, dass das in den Innenraum (3) gefüllte Kohlenstoffträgermaterial (K) während des Arbeitsschritts c) stillsteht und dass die Heizzone

(10,210,310) ausgehend von dem in Schwerkraftrichtung unten angeordneten Boden entgegen der Schwerkraftrichtung in Richtung des oberen Endes des Behälters (2,202,302) bewegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Heizeinrichtung (10,210,310) abgegebene Wärme jeweils nur ein sich über einen bestimmten Teilabschnitt der Höhe des Innenraums (3) des Behälters (2,202,302) erstreckendes Teilvolumen des in den Innenraum (3) gefüllten Kohlenstoffträgermaterials (K) erfasst, dass die Heizeinrichtung (10,210,310) ortsfest angeordnet ist und dass das in den Behälter (2,202,302) gefüllte Kohlenstoffträgermaterial (K) relativ zur Heizeinrichtung (10,210,310) bewegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden des Behälters (2,202,302) eine Abzugsöffnung vorgesehen ist, über die das Verkokungsprodukt (VK) als aus dem jeweils verfestigten Kohlenstoffträgermaterial (K) gebildeter Strang kontinuierlich aus dem Behälter (2,202,302) entnommen wird

(Arbeitsschritt e)).

14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffträgermaterial (K) innerhalb des Behälters (2,202,302) zumindest zeitweise in Bewegung versetzt wird.

15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des aus dem Behälter (2,202,302) entnommenen Verkokungsprodukts (VK) mindestens

1 ,4 g/cm³ beträgt.