AT215681B - Stromleitender Träger für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen mit vertikalen Kontaktbolzen sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägers - Google Patents

Description

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   Stromleitender Träger für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen mit vertikalen Kontaktbolzen sowie
Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägers 
Die Träger für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen bestehen heute meist aus Stahl. 



  An ihnen sind Stromzuleitungsschienen aus Reinaluminium befestigt. 



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf einen Träger, der selbst stromleitend und aus einer Aluminiumlegierung stranggegossen ist. Dieser   Stromträger   für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen gestattet die Einsparung von Stahlträgern und von Aufhängungsmitteln und bietet den weiteren erheblichen Vorteil, dass Träger   ausAluminiumlegierung   nicht magnetisch sind ; auch in letzterer Hinsicht sind die anodischen Träger aus stranggegossener Aluminiumlegierung den bisher üblichen, mit Stromleitungsschienen aus Aluminium verbundenen Stahlträgern überlegen, indem sie keine magnetischen Störungen verursachen. 



   Bisher hat man für die Stromzuführung zum anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen mit vertikalen Kontaktbolzen Stromschienen aus   Reinaluminium   verwendet, welche die höchste bei diesem Metall erreichbare elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Bei gleichbleibender Art der Verunreinigungen des   Reinaluminiums   steigt die elektrische Leitfähigkeit mit dem Reinheitsgrad. Man verwendet daher nach Möglichkeit das reinste Hüttenaluminium für die anodische Stromzuführung. 



   Es wurde erkannt, dass es insbesondere bei sehr grossen Ofeneinheiten vorteilhafter ist, die Eisenträger durch stromleitende Träger aus Aluminiumlegierung zu ersetzen, welche Legierung zwar eine etwas niedrigere elektrische Leitfähigkeit als Reinaluminium, aber eine höhere Zugfestigkeit aufweist. Durch die Einsparung an Stahlträgern und an   Aufhangungsmitteln   sowie durch die Beseitigung von störenden magnetischen Einflüssen wird der Verlust an elektrischer Leitfähigkeit mehr als wettgemacht. 



   Der erfindungsgemässe stromleitende Träger besteht aus einer stranggegossenen Aluminiumlegierung und weist eine Zugfestigkeit von mindestens 10 kg/mm2 und eine   elektrischeLeitfähigkeit von   mindestens   28 vorzugsweise von 30 Oh m 2 und darüber auf und wird im Gusszustand, eventuell nach Ohm. mm   Ohm. mm    einer Warmhärtung, verwendet. 



   In Betracht kommen vorteilhaft eutektische oder nahezu eutektische binäre Aluminiumlegierungen, deren Legierungszusatz keinen untragbare Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit hat. 



   Als Zusatzmetall kommen Eisen, Nickel und Kobalt in Frage, also die Elemente der Eisengruppe im periodischen System. Rein theoretisch kämen noch andere Elemente in Frage, die mit Aluminium ein ähnliches Zustandsdiagramm wie die   Eisenmetalle   ergeben, nämlich Gold, Barium, Beryllium, Lanthan, Antimon, Strontium und Tellur. Legierungen mit diesen Zusatzelemente kommen für die Herstellung der   erfindungsgemässen   stromleitenden Träger jedoch praktisch nicht in Frage. 



   Das Eisenaluminiumeutektikum enthält   1, Slo   Fe. Für die Herstellung der erfindungsgemässen Träger darf jedoch der Fe-Gehalt zwischen 1, 5 und   2, 50/0   variieren. Vorzugsweise richtet man es jedoch so ein, dass der Eisengehalt zwischen 1, 75 und   1, 91o   liegt. Eine Unterschreitung des Minimalgehaltes wirkt sich auf die Giessbarkeit ungünstig aus. Die Überschreitung des Maximalgehaltes birgt die Gefahr in sich, dass Ausscheidungen von Aluminiden beispielsweise die   Giessdüsen   verstopfen. 

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 die entsprechenden Werte bei Reinaluminium 99, 5 im Gusszustand 2-3 bzw. 7-8 kg/mm2 sind.

   Die   elektrische Leitfähigkeit der Träger liegt bei 31 m 0. mm   
Das Nickelaluminiumeutektikum enthält   5, 71a Nickel,   Der günstigste   Gattiemngsbereich   liegt   ztn-     schen   5, 5 und   6, 0%.   Es ist aber ein Bereich von 5   bis'7%   noch brauchbar. 



   Bei Kobalt sind die entsprechenden Zahlen die folgenden : 
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<tb> 
<tb> Eutektikum <SEP> 1 <SEP> % <SEP> 
<tb> Günstigste <SEP> Gattierung <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 2% <SEP> 
<tb> Zulässiger <SEP> Bereich <SEP> 0, <SEP> 7-1, <SEP> 5%. <SEP> 
<tb> 
 



   Die binären Aluminiumlegierungen mit Fe, Ni oder Co sind nicht aushärtbar. Nach dem   Stranggiessen   der Träger werden diese daher keiner Warmhärtung unterworfen. 



   Noch günstiger ist ein Träger aus einerwarmhärtbaren Legierung der Gattung AlMgSi, der durch Stranggiessen hergestellt ist, beim Verlassen der Stranggiesskokille abgeschreckt und schliesslich warmgehärtet wurde. 



   Die Legierungen der Gattung AlMgSi sind keine   Gusslegierungen, sondern   ausgesprochene   KnetlegieIl1n. -   gen. Eine davon ist unter dem   markengeschützten   Namen Aldrey bekannt und erthält nach DIN 1725 0, 4 - 0,5% Mg, 0, 5 - 0,6% Si und höchstens   0, 3% Fe. Diese Legierung mrd Nblicherweise   zu Drähten 
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 genden Temperatur abgeschreckt, sodann ohne längeres Lagern auf den gewünschten Enddurchmesser kalt fertiggezogen (wobei die Querschnittsverminderung mindestens 90% beträgt)   md   hierauf bei Temperaturen zwischen 100 und 2500C angelassen wird.

   Es ist jedoch nicht möglich, die besondere Herstellungsweise der Legierung Aldrey bei der Herstellung von stromleitenden Trägern für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen   anzuwenden, welche Träger   beispielsweise einen Querschnitt von 40 x 300 mm aufweisen. 



  Um dennoch eine wesentlich höhere Zugfestigkeit (z. B. von über 14 kg/mm2) und eine wesentlich höhere Streckgrenze (z. B. von über 8 kg/mm2) als bei gegossenen Stromschienen aus   Peinaluminium   bei einer 
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 gemäss der Träger aus einer Legierung der Gattung AlMgSi durch Stranggiessen hergestellt, bei und nach Verlassen der Giessform einer möglichst   kräftigen   Abkühlung unterworfen, die das Abschrecken nach dem Lösungsglühen einigermassen ersetzt, und daraufhin bei Temperaturen zwischen 120-250 C, vorzugsweise zwischen 150 und 200 C, warmgehärtet. 



   Nach dem Erstarren muss der stranggegossene Träger aus alMgSi, wenn nötig, intensiv weitergekühlt werden, bis seine Temperatur über den ganzen Querschnitt auf mindestens   250oC,   vorzugsweise auf 2000C und darunter gesunken ist. Die Warmhärtung soll vorzugsweise 24 Stunden übersteigen (bei Aldrey-Drühten kommt beispielsweise ein Anlassen von nur 4 bis 8 Stunden bei 150 - 1800C in Frage). Besser ist es noch, die Warmhärtungsdauer auf 36 - 48 Stunden auszudehnen. Die Dauer des   Warmhäctens   wird von dem Zeitpunkt an gerechnet, an dem der Träger im   Warmhärteofen   die gewünschte Warmhärtetemperatur erreicht hat. 



   Fig. l zeigt den Verlauf der Brinellhärte (HB) und Fig. 2 den Verlauf der elektrischen   Leitfähigkeit     (k)   in Funktion von   Warmhärtetemperatur   und   Warmhanedauer.   Diese Werte   wurden, bei stranggegossenen   
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 erhalten. 



   Für den erfindungsgemässen stromleitenden Träger aus AlMgSi ist nicht die oben angegebene Zusammensetzung der   markengeschutzten   Legierung Aldrey massgebend. Es ist durchaus möglich, den magnsi- 
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 niedriger ist die elektrische Leitfähigkeit bei gleicher Warmhärtetemperatur und -dauer; je geringer der Siliciumgehalt bei einem bestimmten Magnesiumgehalt, desto höher die elektrische Leitfähigkeit, aber desto niedriger die Zugfestigkeit. Es ist eher zu empfehlen, zwecks Erreichung einer höhere elektrischen Leitfähigkeit, den Magnesiumgehalt auf 0, 4% und darunter zu senken. 



   Mit einem Gehalt von weniger als 0, 2% Magnesium und einem Gehalt   vox weiger   als   0,4cl   Silicium werden nur unbefriedigende Ergebnisse erzielt, weil die gewünschte   Zugfestigkeit : nicht erreicht wird.   Der 

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 te Rolle ; er darf in dieser Beziehung mehrere Zehntelprozente oder gar mehrere Prozente betragen. Allerdings ist es im Hinblick auf eine gute Korrosionsbeständigkeit vorteilhaft, wenn der Eisengehalt unter   0, 5%   liegt.

   Was die andern Verunreinigungen des Hilttenaluminiums betrifft, sollte der Mangan- und der Titangehalt unter   0, 010/0 liegen ; der   Kupfergehalt darf hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit bis 1% betragen, hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit muss er möglichst niedrig sein, vorzugsweise unter 0,   10/0 ;   der Zinkgehalt darf bis 1% betragen. Es kann vorteilhaft sein, der Legierung Bor zuzusetzen (z. B. in einer Menge von   0,     005-0, 05'%0),   das bekanntlich als   Kornverfeinerungsmittel   wirkt und die Gefahr der Bildung von grossen Stengelkristallen bei hohen Giessgeschwindigkeiten herabsetzt.

   Darüber hinaus hat Bor bekanntlich eine günstige Wirkung auf die elektrische Leitfähigkeit, wenn das Aluminium Spuren gewisser Verunreinigungen, wie Chrom, Titan, Vanadin, Zirkonium oder Molybdän, enthält. 



   Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auf einen stromleitenden Träger beliebigen Querschnittes, z. B. rechteckigen, quadratischen, ovalen oder runden Querschnittes. Es kann vorteilhafter sein, ihn z. B. als T- oder H-Profil zu giessen. 



   Wenn der Träger keine grosse Länge, z. B. von nur 4 bis 6 m, haben soll, kann es vorteilhaft sein, insbesondere wenn nicht ein einfacher Querschnitt, sondern beispielsweise ein   T- oder H-Querschnitt   gewünscht wird, ihn vertikal strangzugiessen, z. B. nach dem   Wasselguss- oder   dem Junghans-Verfahren. Handelt es sich jedoch um grössere Längen, so ist es zweckmässiger, das Horizontalstranggiessen anzuwenden, z. B. nach einem der bekannten Verfahren von Hazelett, von Hunter-Douglas oder von der Société d'Electro-Chimie, d'Electro-Métallurgie et des Aciéries Electriques d'Ugine. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Stromleitender Träger für den anodischen Teil von Aluminiumelektrolyseöfen mit vertikalen Kontaktbolzen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer stranggegossenen Aluminiumlegierung hergestellt ist, die im Gusszustand eine Zugfestigkeit von mindestens 10   kg/mm   und eine elektrische Leitfähigkeit 
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 eventuell nach einer Warmhärtung verwendet wird.

Claims (1)

1. 2. Stromleitender Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer eutektischen oder nahezu eutektischen binären Legierung des Aluminiums mit einem Element der Eisengruppe besteht.

   3. Stromleitender Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Legierung des Aluminiums mit 1, 5 - 2. 50/0. vorzugsweise 1. 75-l, 9% Eisen besteht.

   4. Stromleitender Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Legierung der Gattung AlMgSi besteht, die im Strang gegossen und im Gusszustand warmgehärtet worden ist.

   5. Verfahren zur Herstellung eines stromleitenden Trägers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einer warmhärtbaren Legierung der Gattung AlMgSi durch Stranggiessen hergestellt und nach dem Abschrecken warmgehärtet wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kräftige Kühlen nach dem Austritt aus der Stranggiesskokille so lange forgesetzt wird, bis die Temperatur des Trägers über den ganzen Querschnitt auf unter 250 C, vorzugsweise unter 200 C, gesunken ist.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmhärten bei Temperaturen zwischen 120 und 250 C, vorzugsweise zwischen 150 und 200 C, ausgeführt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Warmhärtens 24 Stunden übersteigt und vorzugsweise 36-48 Stunden beträgt.