Mischer/Mischtechnik So entscheidet die Mischtechnik über die Produkteigenschaften

Kohlenstoffwerkstoffe finden Anwendung in vielen Bereichen der modernen Industrie. Neben der Auswahl der Rohstoffe ist die Herstellungstechnologie ausschlaggebend für die Eigenschaften der Werkstoffe, die über eine Pech- oder Kunstharzbindung hergestellt werden. Das Untermischen der hochviskosen Bindemittel ist äußerst anspruchsvoll. Deshalb ist dafür weltweit die Mischtechnik von Eirich im Einsatz.

Das Eigenschaftsprofil der Kohlenstoffwerkstoffe, die der keramischen Industrie zugeordnet werden, wird wesentlich bestimmt durch die Gefügestruktur und die Eigenschaften der einzelnen Gefügebestandteile. Im Unterschied zu anderen keramischen Stoffen ist Kohlenstoff jedoch nicht schmelz- oder sinterbar; der Zusammenhalt des Werkstoffgefüges lässt sich nur durch eine zusätzliche Bindemittelmatrix erreichen. Dafür werden Peche oder Kunstharze mit hohem Kohlenstoffgehalt eingesetzt. Typische Bindemittel sind Steinkohlenteerpeche, in kleinerem Umfang auch Petrolpeche und Polymere, z.B. Phenolharze. Die festen Rohstoffe sind Graphite, Kokse und Ruße; alle diese Rohstoffe weisen eine graphitische Kristallstruktur auf, die sich jedoch in der Ausbildung und Größe der einzelnen Kristallite unterscheidet.

Die Ansprüche an die Aufbereitung der Werkstoffe sind groß, gefordert werden eine hohe Gleichmäßigkeit und möglichst hohe Dichten. Dazu braucht es eine intensive und homogene Vermischung der Bindemittel mit den festen Rohstoffen. Das Mischen erfolgt bei Temperaturen bis 300 °C. Für große Bauteile wird die noch heiße Mischung durch Extrusion oder Vibrationsverdichtung in Form gebracht. Für kleinere Bauteile wird die Mischung nochmals aufgemahlen und auf hydraulischen oder isostatischen Pressen zu Grünkörpern geformt. Durch Glühen unter Sauerstoffabschluss bei 600 bis 1200 °C wandelt sich das Bindemittel in Kohlenstoff um; flüchtige Bestandteile entweichen, es entsteht eine Koksmatrix. Daran schließt sich der Graphitierungsprozess an, eine Hochtemperaturbehandlung im Bereich von 1800 bis 3000 °C.

Wichtigstes Einsatzgebiet: Anoden und Kathoden

Mengenmäßig wichtigste Produkte der Kohlenstoffindustrie sind Anoden und Kathoden für die Aluminium- sowie Graphitelektroden für die Stahlherstellung. Daneben gibt es eine Vielzahl spezieller Anwendungen, z.B. Kohlenstoffsteine für Hochöfen. Während bei diesen und bei Elektroden relativ grobkörnige Graphitwerkstoffe eingesetzt werden, interessieren für Kohlebürsten, Lager- und Dichtungsmaterial oder Hochtemperaturanwendungen feinkörnige Spezialwerkstoffe.

Der weltweit größte Verbraucher von Elektroden ist die Aluminiumindustrie. Bei der elektrolytischen Gewinnung von Aluminium bestehen beide Elektroden aus Graphit; die Kathode dient dabei nur der Stromzuführung. An der Anode läuft jedoch ein elektrochemischer Prozess ab, in dessen Folge Graphit verbraucht wird; die Anode muss deshalb ständig erneuert bzw. ausgetauscht werden. In älteren Anlagen sind so genannte Söderberg-Anoden im Einsatz. Hier wird die unverbackene Elektrodenmasse in Bleche gefüllt und die Graphitierung erfolgt durch die hohe Temperatur der Metallschmelze.

Die zweite große Anwendung von Graphitwerkstoffen ist die Herstellung von Stahl aus Schrott oder Eisenschwamm in Lichtbogenöfen. Zwischen Graphitelektroden und Einsatzgut wird ein Lichtbogen gezündet, das Metall schmilzt auf. Die Elektroden sind dabei extremen Temperaturspitzen und Temperaturgradienten ausgesetzt. Die Reduktion von Oxiden am Graphit, die Lösung von Kohlenstoff in der Stahlschmelze sowie die Oxidation des Graphits an der Luft führen auch in dieser Anwendung zu einem kontinuierlichen Verbrauch der Elektroden.

Mischer in der Elektrodenherstellung

Vor etwa 40 Jahren entdeckte die Kohlenstoffindustrie die Vorteile der Eirich-Aufbereitungstechnik, anfangs als Ersatz für langsam laufende Mischer und als Kühlmischer, einem Kneter nachgeschaltet. Schnell erkannten dann die Hersteller die Möglichkeiten der neuen Technik. Für die Anodenfabrikation wurde das EMC-Verfahren (Eirich Mixing Cascade), das Heißmischer und Kühlmischer enthält, eingeführt – verfügbar für Durchsätze von 15 bis 60 t/h, mit 20 Referenzen weltweit.

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