1. ROHSTOFFE
Cola (ca. 75-80%iger Anteil)
Petrolkoks
Petrolkoks ist der wichtigste Rohstoff und tritt in einer Vielzahl von Strukturen auf, von stark anisotropem Nadelkoks bis hin zu nahezu isotropem Fluidkoks. Der stark anisotrope Nadelkoks ist aufgrund seiner Struktur unverzichtbar für die Herstellung von Hochleistungselektroden für Elektrolichtbogenöfen, die eine sehr hohe elektrische, mechanische und thermische Belastbarkeit erfordern. Petrolkoks wird fast ausschließlich durch das Delayed-Coking-Verfahren hergestellt, einem schonenden, langsamen Verkokungsverfahren von Rohöldestillationsrückständen.
Nadelkoks ist die gebräuchliche Bezeichnung für eine spezielle Koksart mit extrem hoher Graphitisierbarkeit, die auf einer stark bevorzugten parallelen Ausrichtung ihrer turbostratischen Schichtstruktur und einer besonderen physikalischen Form der Körner beruht.
Bindemittel (ca. 20-25 % des Inhalts)
Kohlenteerpech
Bindemittel dienen dazu, die Feststoffpartikel miteinander zu verklumpen. Durch ihre hohe Benetzungsfähigkeit wird die Mischung so in einen plastischen Zustand überführt, der für das anschließende Formen oder Extrudieren geeignet ist.
Steinkohlenteerpech ist eine organische Verbindung mit einer ausgeprägten aromatischen Struktur. Aufgrund seines hohen Anteils an substituierten und kondensierten Benzolringen weist es bereits die charakteristische hexagonale Gitterstruktur von Graphit auf und begünstigt somit die Bildung geordneter Graphitdomänen während der Graphitisierung. Pech erweist sich als äußerst vorteilhaftes Bindemittel. Es ist der Destillationsrückstand von Steinkohlenteer.
2. MISCHEN UND EXTRUSION
Der gemahlene Koks wird mit Steinkohlenteerpech und einigen Zusatzstoffen zu einer homogenen Paste vermischt. Diese wird in den Extrusionszylinder gegeben. Zunächst wird die Luft durch Vorpressen entfernt. Anschließend erfolgt die eigentliche Extrusion, bei der die Mischung zu einer Elektrode mit dem gewünschten Durchmesser und der gewünschten Länge extrudiert wird. Um das Mischen und insbesondere den Extrusionsprozess zu ermöglichen (siehe Abbildung rechts), muss die Mischung viskos sein. Dies wird durch Halten bei einer erhöhten Temperatur von ca. 120 °C (abhängig vom verwendeten Pech) während des gesamten Herstellungsprozesses erreicht. Diese zylindrische Grundform wird als „Grünelektrode“ bezeichnet.
3. Backen
Es werden zwei Arten von Backöfen verwendet:
Hier werden die extrudierten Stäbe in zylindrische Edelstahlbehälter (Sagger) gefüllt. Um eine Verformung der Elektroden während des Erhitzungsprozesses zu vermeiden, werden die Sagger zusätzlich mit einer schützenden Sandschicht gefüllt. Die Sagger werden auf Waggons verladen und in mit Erdgas befeuerte Öfen gerollt.
Ringofen
Hier werden die Elektroden in einer steinernen Hohlkammer im Boden der Produktionshalle platziert. Diese Hohlkammer ist Teil eines Ringsystems aus über zehn Kammern. Die Kammern sind zur Energieeinsparung durch ein Heißluftzirkulationssystem miteinander verbunden. Die Zwischenräume zwischen den Elektroden sind mit Sand gefüllt, um Verformungen zu vermeiden. Beim Brennvorgang, bei dem das Pech karbonisiert wird, muss die Temperatur sorgfältig kontrolliert werden, da bei Temperaturen bis zu 800 °C eine rasche Gasbildung zu Rissen in der Elektrode führen kann.
In dieser Phase haben die Elektroden eine Dichte von etwa 1,55 – 1,60 kg/dm3.
4. SCHWANGERSCHAFT
Die gebrannten Elektroden werden mit einem speziellen Pech (flüssiges Pech bei 200°C) imprägniert, um ihnen die höhere Dichte, mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, die sie benötigen, um den rauen Betriebsbedingungen im Inneren der Öfen standzuhalten.
5. Wiederholen
Ein zweiter Backvorgang, auch „Nachbacken“ genannt, ist erforderlich, um die Pechimprägnierung zu verkohlen und verbleibende flüchtige Bestandteile zu entfernen. Die Temperatur beim Nachbacken erreicht fast 750 °C. In dieser Phase können die Elektroden eine Dichte von etwa 1,67–1,74 kg/dm³ erreichen.
6. GRAPHITISIERUNG
Acheson-Ofen
Der letzte Schritt bei der Graphitherstellung ist die Umwandlung von gebranntem Kohlenstoff in Graphit, die sogenannte Graphitisierung. Während der Graphitisierung wird der mehr oder weniger vorgeordnete Kohlenstoff (turbostratischer Kohlenstoff) in eine dreidimensional geordnete Graphitstruktur umgewandelt.
Die Elektroden werden in Elektroöfen, umgeben von Kohlenstoffpartikeln, zu einer festen Masse verpackt. Durch das Leiten eines elektrischen Stroms im Ofen wird die Temperatur auf etwa 3000 °C erhöht. Dieser Prozess wird üblicherweise mit einem Achesonofen oder einem Lengthwise-Ofen (LWG) durchgeführt.
Bei einem Acheson-Ofen werden die Elektroden im Batch-Verfahren graphitiert, während bei einem LWG-Ofen die gesamte Säule gleichzeitig graphitiert wird.
7. BEARBEITUNG
Die Graphitelektroden werden (nach dem Abkühlen) auf exakte Maße und Toleranzen bearbeitet. Dieser Arbeitsschritt kann auch die Bearbeitung und das Anbringen eines Gewindebolzens (Nippel) an den Elektrodenenden (Sockeln) umfassen.
Veröffentlichungsdatum: 08.04.2021