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PATENTANSPRÜCHE
1. Mehrteilige Kohleelektroden für die Einführung oder Abnahme von elektrischem Strom in Elektrolysebädern, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode aus mindestens 2 Kohleblöcken zusammengesetzt ist und dass zwischen diesen Kohleblöcken die Zuführungsschienen für den elektrischen Strom und die Aufhängevorrichtungen befestigt sind.
2. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teile durch Klammern aus einem geeigneten Werkstoff zusammengehalten werden.
3. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile durch Stifte zusammengehalten werden, die entweder aus Kohle sind oder aus einem Werkstoff, der die Elektrolyse nicht stört.
4. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile mittels Pech oder einer geeigneten Stampfmasse miteinander verklebt sind.
5. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung aus einer oder mehreren Stangen besteht, und dass deren unteres Ende mit Stampfmasse oder Gussnippeln in dem oder den Befestigungsöffnungen verankert wird.
6. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführungsstangen am unteren Ende mit einem Bund als tragendes Organ versehen sind, der in eine entsprechende Nute der Kohlenblöcke eingreift.
7. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung als eine oder mehrere flache Platten ausgebildet ist, die am unteren Ende jeweils seitlich ausladende Tragleisten haben, die als tragende Teile in entsprechende Nuten der Kohleblöcke eingreifen.
8. Mehrteilige Kohleelektroden nach Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Elektrodenquerschnitt, in dem sich die Aufhängung befindet, auf eine geringere Breite eingezogen ist.
Die Erfindung betrifft mehrteilige Kohleelektroden für die Einführung oder Abnahme von elektrischem Strom in Elektrolysebädern, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode aus mindestens 2 Kohleblöcken zusammengesetzt ist und dass zwischen diesen Kohleblöcken die Zuführungsschienen für den elektrischen Strom und die Aufhängevorrichtungen befestigt sind.
Kohleelektroden für die Zuführung oder Abführung des elektrischen Stroms in Elektrolyseschmelzbäder werden heute zumeist in Form von Blöcken hergestellt. Im Lauf der Entwicklung hat sich die Dimension dieser Blockelektroden, speziell für die Aluminiumelektrolyse stetig vergrössert. Die Standardgrösse solcher Blockelektroden ist heute ca.
50 x 50 x 100 cm lang. Es werden jedoch schon vereinzelt Elektroden von 80 x 80 x 200 cm Länge benützt.
Die Blöcke werden aus einer Mischung von Koks oder anderem Kohlematerial und Pech in hydraulischen Pressen oder Vibrationsformmaschinen geformt und anschliessend in Brennöfen durch Verkoken des Pechanteils bei Temperaturen von ca. 1300"C zu festen und widerstandsfähigen Kohleblöcken gebrannt. Die Abkühlung dieser gebrannten Blöcke muss langsam erfolgen, um Spannungsrisse im Block zu vermeiden.
Diese Abkühlungszeit hängt stark vom Querschnitt der Blöcke ab, der auch die Aufheiz- und die Brennzeit beeinflusst. Je kleiner der kritische Querschnitt einer Blockelektrode ist, um so kürzer ist der Brennzyklus und um so grösser die Kapazität und energiewirtschaftliche Ausbeute eines Ofens.
Erfindungsgemäss wird die Brennzeit dadurch stark verkürzt, dass man die Blockelektrode aus mehreren Teilen mit kleineren Querschnitten zusammensetzt.
Die Erfindung ist in der beiliegenden Skizze dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt einer zweiteiligen Blockelektrode, die mittels Kohlestiften zusammengehalten ist und mit eingegossenen Aufhängestangen.
Fig. 2 Halber Längsschnitt durch Blockelektrode Fig. 1 mit Klebenuten.
Fig. 3 Wie Fig. 2 jedoch ohne Klebenuten.
Fig. 4 Querschnitt durch Blockelektrode mit Bundstangen und Klammern.
Fig. 5 Halbe Ansicht von Blockelektroden Fig. 4
Fig. 6 Halber Längsquerschnitt nach Linien I-II der Fig. 4.
Fig. 7 Querschnitt einer Blockelektrode nach Linien III-IV mit Aufhängung an einen T-Profil.
Fig. 8 Halbe Längsansicht der Blockelektrode Fig. 7
Fig. 9 Halber Längs-Querschnitt nach Linien V-VI der Fig.7
Fig. 10 Querschnitt einer Blockelektrode mit eingezogenem Befestigungsquerschnitt und Aufhängung mit T-Profil
Fig. 11 Querschnitt einer Blockelektrode mit eingezogenem Befestigungsquerschnitt und Aufhängung an Lochplatten mit eingestampfter Befestigungsmasse.
Der Querschnitt Fig. 1 und die dazugehörigen Längsschnitte Fig. 2 und Fig. 3 zeigen eine Blockelektrode, die aus den Teilen 1 und 2 besteht. Beide Teile sind mit den Stiften 3 zusammengehalten. Diese Stifte 3 sind zweckmässig ebenfalls aus Kohle hergestellt, die entweder vorgefertigt sind oder als Stampfmasse in die Löcher eingebracht werden. Als Variante können beide Blockhälften auch mit einer klebenden Stampfmasse gegeneinander befestigt werden, wobei die Trennflächen zur Aufnahme dieser Stampfmasse auch mit Vertiefungen versehen werden wie sie im Längsschnitt Fig. 2 als Nuten 4 ersichtlich sind im Gegensatz zu der glatten Ausführung der Trennflächen in Fig. 3.
Der erfindungsgemässe Vorteil der mehrteiligen Ausführung der Kohleelektroden wird bereits bei dieser Ausführung ersichtlich. Beim Brennen der einzelnen Teile 1 und 2 sind die Distanzen für die Zuführung und Abführung der Wärme sowie die Diffusionswege für die Abgase beim Verkoken des Pechs etwa halb so gross wie bei der einteiligen Elektrode mit dem hier gezeigten etwa quadratischen Querschnitt. Die Brenn- und Abkühlungszeit wird dadurch wesentlich verkürzt.
Die Aufhängung der Elektrode in Fig. 1 bis 3 entspricht der heute üblichen Ausführung und besteht aus der Zentralstange 5, dem Verbindungsteil 6 sowie den zwei Endstangen 7 und 8, die in entsprechenden Vertiefungen 9 und 10 der Elektrode mit Stampfmasse 11 befestigt sind. Statt mit Stampfmasse können die Endstangen 7 und 8 auch mit flüssigem Gusseisen in der Elektrode vergossen werden. Auch Varianten, zum Beispiel die Ausführung der Vertiefungen 9 und 10 mit Gewinde lassen sich ohne Schwierigkeiten realisieren.
Die Ausführung nach dem Querschnitt Fig. 4 mit der halben Längsansicht Fig. 5 und dem halben Längsschnitt Fig.
6 unterscheidet sich von der Ausführung Fig. 1 bis 3 nur in der Art des Zusammenfügens der beiden Elektrodenteile und ihrer Aufhängung. Die zwei Elektrodenteile 20 und 21 werden durch 2 Klammern zusammengehalten, die an den beiden Endstangen 22 und 23 befestigt sind, aber auch neben
den Endstangen angeordnet sein können. Jede Klammer besteht aus den Teilen 24 und 25, beziehungsweise 26 und 27, die durch Anziehen einer oder mehrerer Schrauben 28, 29 die beiden Elektrodenhälften 20 und 21 zusammenklemmen.
Jede der Endstangen 22 und 23 ist am unteren Ende mit je einem Bund 30 und 31 versehen, die das Gewicht der Elektrode aufnehmen. Beim Zusammensetzen der beiden Elektrodenhälften zur Elektrode ist es jedoch empfehlenswert, auch hier zwischen den Endstangen und den Elektrodenteilen eine elektrisch leitende Stampf- oder Vergussmasse einzubringen.
Bei der Elektrode Fig. 7, 8 und 9 die im Querschnitt Fig. 7 nach Linie III-IV der Fig. 8, der halben Längs-Ansicht Fig. 8 und dem halben Längs-Schnitt Fig. 9 nach Linie V-VI der Fig. 7 dargestellt ist, besteht die Aufhängung der beiden Elektrodenhälften 40 und 41 aus der Zentralstange 44 mit der Platte 45, die am unteren Ende einen umgekehrten T-Querschnitt hat. Der Querbalken 46 greift hierbei mit seinen beiden ausladenden Enden in die Nuten 42 und 43 der beiden Elektrodenhälften ein. An den beiden Stirnenden der Platte 45 sind die Klammern 47, 48 und 51, 52 angeordnet. Die beiden Elektrodenhälften werden mittels der Schrauben 49, 50 und 53, 54 zusammengeklemmt. Für die Demontage und Montage der Elektroden können die Klammern hochgeklappt werden, wie in Fig. 9 gezeigt.
Ein besonderer Vorteil der Elektrodenaufhängung an einer Platte, statt an runden Endstangen, ist die Möglichkeit, die Elektrode an dem Aufhängequerschnitt schmaler auszubilden, wie dies in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigt ist. Der Elektrodenabfall wird hierdurch wesentlich kleiner und damit die laufende Herstellung billiger.
Fig. 10 zeigt eine Ausführung mit einer Aufhängung ähnlich Fig. 7, 8 und 9. Die beiden Elektrodenhälften 60 und 62 sind an den oberen Enden 61 und 63 zu einem schmalen Querschnitt eingezogen, in dem die Aufhängeplatte 64 mit Querbalken 65 eingeschlossen ist. Die Klammern zum Zusammenhalten der beiden Elektrodenhälften sind nicht gezeigt. Sie entsprechen der Konstruktion in Fig. 7, 8 und 9.
In Fig. 11 ist die Aufhängeplatte 74 mit einer Anzahl von Löchern 75 versehen und die beiden Elektrodenhälften 70 und 72 mit den eingezogenen Aufhängungsquerschnitten 71 und 73 so ausgeführt, dass nach Klammern der beiden Elektrodenhälften zu beiden Seiten der Platte 74 eine Stampfmasse 76 eingebracht werden kann. Die Stampfmasse presst sich hierbei durch die Löcher 75 und gewährleistet nach der Verfestigung die sichere Verbindung zwischen der Platte 74 und den beiden Elektrodenhälften.
Die hier geschilderten Elemente der Aufhängung und der gegenseitigen Befestigung der Elektrodenteile können in beliebiger Art miteinander kombiniert werden.
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PATENT CLAIMS
1. Multi-part carbon electrodes for the introduction or removal of electrical current in electrolysis baths, characterized in that each electrode is composed of at least 2 coal blocks and that the supply rails for the electrical current and the suspension devices are fastened between these coal blocks.
2. Multi-part carbon electrodes according to claim 1, characterized in that the individual parts are held together by clips made of a suitable material.
3. Multi-part carbon electrodes according to claim 1, characterized in that the parts are held together by pins that are either made of coal or of a material that does not interfere with the electrolysis.
4. Multi-part carbon electrodes according to claims 1 to 3, characterized in that the parts are glued together by means of pitch or a suitable ramming compound.
5. Multi-part carbon electrodes according to claims I to 4, characterized in that the power supply consists of one or more rods, and that the lower end is anchored with ramming compound or cast nipples in the or the fastening openings.
6. Multi-part carbon electrodes according to claims 1 to 5, characterized in that the power supply rods are provided at the lower end with a collar as a supporting member which engages in a corresponding groove of the carbon blocks.
7. Multi-part carbon electrodes according to claims 1 to 6, characterized in that the power supply is designed as one or more flat plates which each have laterally protruding support strips at the lower end, which engage as supporting parts in corresponding grooves of the carbon blocks.
8. Multi-part carbon electrodes according to claims 1 to 7, characterized in that the upper electrode cross-section, in which the suspension is located, is drawn in to a smaller width.
The invention relates to multi-part carbon electrodes for the introduction or removal of electrical current in electrolysis baths, characterized in that each electrode is composed of at least 2 coal blocks and that the supply rails for the electrical current and the suspension devices are fastened between these coal blocks.
Coal electrodes for the supply or discharge of electrical current in electrolytic molten baths are now mostly produced in the form of blocks. In the course of development, the dimension of these block electrodes has increased steadily, especially for aluminum electrolysis. The standard size of such block electrodes is approx.
50 x 50 x 100 cm long. However, electrodes of 80 x 80 x 200 cm length are already used occasionally.
The blocks are formed from a mixture of coke or other coal material and pitch in hydraulic presses or vibration molding machines and then fired in kilns by coking the pech part at temperatures of approx. 1300 "C to solid and resistant coal blocks. The cooling of these burned blocks must take place slowly to avoid stress cracks in the block.
This cooling time strongly depends on the cross-section of the blocks, which also affects the heating and burning time. The smaller the critical cross-section of a block electrode, the shorter the firing cycle and the greater the capacity and energy efficiency of an oven.
According to the invention, the burning time is greatly reduced by assembling the block electrode from several parts with smaller cross sections.
The invention is shown in the accompanying sketch.
Show it:
Fig. 1 cross section of a two-part block electrode, which is held together by carbon pins and with cast-in suspension rods.
Fig. 2 Half longitudinal section through block electrode Fig. 1 with adhesive grooves.
Fig. 3 Like Fig. 2 but without adhesive grooves.
Fig. 4 cross section through block electrode with collar rods and brackets.
5 half view of block electrodes FIG. 4
6 half longitudinal cross section along lines I-II of FIG. 4th
Fig. 7 cross section of a block electrode according to lines III-IV with suspension on a T-profile.
8 half longitudinal view of the block electrode FIG. 7
Fig. 9 Half longitudinal cross-section along lines V-VI of Fig.7
Fig. 10 cross section of a block electrode with retracted fastening cross section and suspension with T-profile
Fig. 11 cross section of a block electrode with retracted fastening cross section and suspension on perforated plates with stamped fastening compound.
The cross section Fig. 1 and the associated longitudinal sections Fig. 2 and Fig. 3 show a block electrode, which consists of parts 1 and 2. Both parts are held together with the pins 3. These pins 3 are expediently also made of coal, which are either prefabricated or introduced into the holes as ramming paste. As a variant, both block halves can also be fastened to one another with an adhesive ramming compound, the separating surfaces for receiving this ramming compound also being provided with depressions as can be seen in the longitudinal section in FIG. 2 as grooves 4, in contrast to the smooth design of the separating surfaces in FIG. 3 .
The advantage according to the invention of the multi-part design of the carbon electrodes can already be seen in this design. When the individual parts 1 and 2 are fired, the distances for the supply and dissipation of the heat and the diffusion paths for the exhaust gases when the pitch is coked are approximately half as large as for the one-piece electrode with the approximately square cross section shown here. This significantly reduces the burning and cooling time.
The suspension of the electrode in Fig. 1 to 3 corresponds to the usual design today and consists of the central rod 5, the connecting part 6 and the two end rods 7 and 8, which are fastened in corresponding recesses 9 and 10 of the electrode with ramming compound 11. Instead of tamping, the end rods 7 and 8 can also be cast in the electrode with liquid cast iron. Variants, for example the design of the recesses 9 and 10 with thread, can also be implemented without difficulty.
4 with half the longitudinal view of FIG. 5 and half the longitudinal section of FIG.
6 differs from the embodiment of FIGS. 1 to 3 only in the manner of joining the two electrode parts and their suspension. The two electrode parts 20 and 21 are held together by 2 clamps which are attached to the two end rods 22 and 23, but also next to
the end rods can be arranged. Each clamp consists of the parts 24 and 25, or 26 and 27, which clamp the two electrode halves 20 and 21 together by tightening one or more screws 28, 29.
Each of the end rods 22 and 23 is provided at the lower end with a collar 30 and 31, which absorb the weight of the electrode. When assembling the two electrode halves to form the electrode, however, it is recommended that an electrically conductive ramming or potting compound be introduced between the end rods and the electrode parts.
7, 8 and 9, the cross-section of FIG. 7 along line III-IV of FIG. 8, half the longitudinal view of FIG. 8 and half the longitudinal section of FIG. 9 along line V-VI of FIG 7, the suspension of the two electrode halves 40 and 41 consists of the central rod 44 with the plate 45, which has an inverted T-section at the lower end. The crossbar 46 engages with its two protruding ends in the grooves 42 and 43 of the two electrode halves. At the two ends of the plate 45, the brackets 47, 48 and 51, 52 are arranged. The two electrode halves are clamped together by means of the screws 49, 50 and 53, 54. For the disassembly and assembly of the electrodes, the clips can be folded up, as shown in Fig. 9.
A particular advantage of the electrode suspension on a plate instead of on round end rods is the possibility of making the electrode narrower on the suspension cross-section, as is shown in FIGS. 10 and 11. As a result, the electrode waste becomes much smaller and the current production is cheaper.
Fig. 10 shows an embodiment with a suspension similar to Fig. 7, 8 and 9. The two electrode halves 60 and 62 are drawn in at the upper ends 61 and 63 to a narrow cross section in which the suspension plate 64 is enclosed with crossbar 65. The clips for holding the two electrode halves together are not shown. They correspond to the construction in FIGS. 7, 8 and 9.
In Fig. 11, the suspension plate 74 is provided with a number of holes 75 and the two electrode halves 70 and 72 with the retracted suspension cross-sections 71 and 73 are designed such that a ramming compound 76 can be introduced on both sides of the plate 74 after the two electrode halves have been clamped . The ramming mass presses itself through the holes 75 and, after solidification, ensures the secure connection between the plate 74 and the two electrode halves.
The elements of the suspension and the mutual fastening of the electrode parts described here can be combined with one another in any manner.