DD145843A3 - Verfahren zur herstellung einer un oesbaren kontaktverbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf sprengplattierte Kontaktverbindungen, insbesondere zwischen Stahl- oder NE-Metallelektroden der Unterleitung und den aus NE-Metallen bestehenden Anschluessen fuer die Anodenstromzufuehrung. Zur Reduzierung der Uebergangswiderstaende im Stromuebertragungssystem sowie zur Kosten- und Materialeinsparung sind die Kanten der Stahl- oder NE-Metallelektroden vor dem Sprengplattieren mit Radien von 12% ihres Durchmessers oder einem Fasenwinkel von 45 Grad zu versehen.Die erforderliche Qualitaet der einen positiven Anstellwinkel aufweisenden Kontaktverbindung setzt voraus, dasz die volle Auflage der Stahl- oder NE-Metallelektrodenenden vor dem Sprengplattieren, z.B. auf Sand, und das um mehr als das 4,5fache ihrer Blechdicke betragende Masz des Ueberragens der mittels Abstandhaltern parallel zu den Elektrodenseiten angeordneten Auflagebleche gewaehrleistet wird und die Sprengladung auf letzteren mittels eines Rahmens so angeordnet wird, dasz sie in einem Abstand von nicht mehr als 10 bis 40% der Auflageblechdicke zwischen Vorderkante der Elektrode und diesem Rahmen endet.

Description

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Verfahren zur Herstellung einer unlösbaren Kontaktverbindung

Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer sprengplattierten Kontaktverbindung, insbesondere zwischen Stahl- oder ITE-Metallelektroden und dem aus NE-Metalle (in der Regel Kupfer oder Aluminium) bestehenden Anschlüssen im Stromübertragungssystem von Aluminiumelektrolyseöfen»

Der durch die Kontaktverbindungen im Stromübertragungssystem (Schienen, Anschlüsse, Leitungen) von Aluminiumelektrolyseöfen entsprechend der jeweiligen Größe des Übergangswiderstandes eintretende Spannungsabfall beeinflußt wesentlich die Energie- _s Material- und Instandhaltungskosten derartiger Anlagen« Die Gewährleistung einer optimalen Zellenspannung setzt daher die Vermeidung von Energieverlusten voraus_e Die Vielzahl von Kontaktstellen erfordert besondere Aufmerksamkeit ο Die dafür bekannten Verbindungen der Leitungen untereinander als auch zur Elektrolysezelle

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sind in lösbarer und unlösbarer Ausführung bekannt, wobei wiederum das gewählte Material sowie- der regelmäßige Wartungsaufwand auf das Ausmaß der Oxidation und den Übergangswiderstand der Kontaktverbindung erheblichen Einfluß haben. Dies ist insofern problematisch, v/eil bekanntlich Kupfer fließendem Strom geringen V/iderstand, bietet, aber bei Erhitzung und aggressiven Gasen unbeständig ist, während Aluminium als Leiter höheren Widerstand aufweist, aber wegen geringer Oxidationsgeschwindigkeit bei Erwärmung für Kontaktverbindungen 'vorteilhafter als Kupfer ist« Lösbare Kontaktverbindungen unter Verwendung von Schrauben müssen zur Gewährleistung des erforderlichen Kontaktdruckes regelmäßig nachgezogen werden« Unterbleibt dies, treten durch das Lockern der Schrauben hohe Übergangswiderstände und damit vermeidbare Energieverluste auf. Da anstelle großer Querschnitte für wenige Anschlußleitungen in der Regel die Stromversorgung von Aluminiumelektrolyseöfen über zahlreiche parallele Anschlüsse erfolgt» ist der Wartungsaufwand bei verschraubten Kontakten entsprechend hoch,, Nachteilig sind ferner materialbedingte elektrochemische Korrosionsauswirkungen, die schon nach relativ kurzer Zeit den Einbau neuer Anodenstromträger notwendig machen.

Gegenüber lösbaren Kontaktverbindungen mittels Schrauben sind unlösbare Schweißverbindungen als vorteilhafter zu betrachten. Y/erden jedoch Metalle mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verschweißt, wie ζ* B, Stahl und Nichteisenmetall, so ergeben sich durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit thermische Spannungen, Gemäß DE-AS 2 248 269 wurde zur Vermeidung dieser Nachtelle swar eine Lösung zur Verbindung flexiblen Aluminiumbandes mit einem Eisenflachstück unter Anwendung des Stumpf-Abbrenn-Schweißverfahrens offenbart, wobei jedoch mit einer weiteren Schweißung

das Aluminiumband mit der fest montierten Aluminiumschiene zu verbinden ist. Obwohl am Einsatzort dann zusätzlich nur Aluminium mit Aluminium und Stahl mit Stahl zu verschweißen sind, ist dieser Aufwand recht erheblich. Mittels Zwischenschichten aus handelsüblichem Lot oder Al-Si-Legierungen konnte weder der Material- noch der Zeitaufwand für derartige Metallverbindungen reduziert werden* Vielmehr stellte sich heraus, daß die Zwischenschichten hohe Sprödigkeit aufwiesen, wodurch Risse beim Schrumpfen der aufgebrachten Schweißnaht eintraten.

Das Kaltpreßschweißen ermöglicht zwar, mit nur einem wenn auch zeitaufwendigen - Verfahren Edel- oder NE-Metalle ohne Gratbildung und Querschnittsreduzierung mit anderem Material in kaltem Zustand durch Druck und eine zusätzliche Komponente (horizontale Tangentialkraft) zu verbinden, jedoch tritt an den Verbindungsstellen auch dabei ein beträchtlicher Spannungsabfall ein. Auch die dazugehörige,-diesem Verfahren angepaßte Vorrichtung (L)D-WP 119 152) entspricht nicht voll den Anforderungen der Praxis. Diese Feststellungen wurden gleichermaßen mit einem Verbundgußstück aus Stahl Aluminium gemacht,, Hierbei stellte sich heraus, daß die gußbedingte Kontaktfähigkeit des Verbindungselemente über die stromleitenden Verbindungsflachen nicht immer im erforderlichen Umfang gewährleistet werden konnte.

Das Sprengplattieren gemäß DE-AS 1 229 821 läßt demgegenüber durch Anwendung von Temperatur und Druck ein solches Verbinden von Aluminium bzw. Kupfer mit Stahl zu, daß bei der praktischen Benutzung diese Metallschichten weder bei Blechen, Bändern, Rohren, Stangen und Drähten noch bei sonstigen Profilen wieder voneinander getrennt werden können. Aus der DE-OS 2 349 151 ist entnehmbar, daß aus der-

artig plattiertem Verbundmaterial die' gewünschten Abmessungen -herausgeschnitten und dann der Kupfer- bzw» Aluminium-Anteil mit der entsprechenden Stromsuführungsschiene aus Aluminium bzw. Kupfer und der aus Stahl bestehenden Stromleiter z_e B. durch Schweißen verbunden werden. Für hohen Temperaturen (bis 350 ⁰C) ausgesetzte Verbindungen soll gemäß DE-AS 2 131 211 die.Verwendung von Zwischenschichten aus Titan beim Explosionsschweißen vorteilhafter sein* DD-WP 126 203 offenbart eine Lösung zur homogenen und keine Zwischenschichten mehr enthaltende Verbindung zwischen Stahl und einem Nichteisenmetall an Anoö ens tr oin trägern von Aluminiumelektrolyseöfen, In der Praxis zeigte es sich aber₅ daß unter bestimmten Bedingungen beim Sprengplattieren an den Berührungsflächen der au verbindenden Metalle spröde Zonen oder Phasen entstehen. Diese können durch ein in DE-AS 1 900 erläutertes Verfahren, welches speziell durch Berücksichtigung eines bestimmten Aufschlagwinkels, Einhaltung einer vorgegebenen Kollisionsgeochwindigkeit und einer vorgegebenen Sprengmittelmenge und -schichtdicke gekennzeichnet ist, vermieden werden. Obwohl hierbei erkannt wurde, daß zur Bindung des zu plattierenden Metalls an den Kanten die Sprengstoffschicht auf der Auflage um das 2- bis 4,5-fache der Dicke der Auflage über den Grundwerkstoff überstehen muß_s stellte es sich in der Praxis heraus, daß der überstehende Teil dieser Auflage, der beim Einbau in die Aluminiumelektrolyseöfen als Anschlußfahne dienen soll, meist abschert oder insbesondere mit zunehmender Dicke der Auflage infolge des darauf gezündeten Sprengstoffs zum Grundwerkstoff hin abgebogen wird;- Dieses Biegen des überstehenden Auflagebleches (einseitig oder zweisei tig) an einem Ende des Stromtragers erfordert vordem Einbau ein zusätzliches Richten, wobei Risse an

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,der Verbindungsstelle entstehen, die' wiederum Randbindungen lösen und damit zu steigenden Übergangswiderständen bzw«, Spannungsverlusten führen* Die vorgegebene Einhaltung eines bestimmten Abstand.es der Sprengstoffmenge zwischen Auflage und Grundwerkstoff - das 1- bis 6-fache der Dicke der von der Sprengstoffschicht überdeckten Auflage ζτ/ingt bei dicken Auflageblechen zu relativ großen Abständen und zu großen Auftreffgeschwindigkeiten, wodurch ein Abscheren oder Deformieren des Auflagebleches mit den vor~ erwähnten nachteiligen Auswirkungen eintritt«, Allgemein bekannte Merkmale des Sprengplattieren^ sind Abstandhalter zur parallelen Anordnung des Auflagebleches zu einer meist aus Sand bestehenden Unterlage und. Rahmen zur Aufnahme der jeweiligen Sprengladung«.

Z₁IeI_- der jgrjfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten, dem Stand, der Technik entsprechenden Nachteile bei der Herstellung und beim Einsatz .von nicht lösbaren Kontaktver~ bindungen aus Stahl und einem Nichteisenmetall oder NE-Metallen untereinandere Bisher zu verzeichnende Übergangswiderstände sollen um ca, 30 % reduziert unddamit der Verbrauch und die Kosten für Elektroenergie sowie die Instand« haltung erheblich gesenkt werden«,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stahl- oder NE-Metallelektrode als Ganzes an einem Ende ein- oder mehrseitig, gleichzeitig oder nacheinander mit den Auflageblechen durch das an sich bekannte Sprengplattierverfaliren verbunden wird»

Ira Gegensatz zu bisherigen Erkenntnissen muß dabei jedoch das Auflagebloch (Anschlußfahne) über die Stahl- oder IiE-IvIe tall elektrode um mehr als das 2 »fache, max«, das 8«' bis 12-fache, der Auflagenblechdicke, herausragen* Unabdingbare Voraussetzung einer gleich-

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bleibend einwandfreien Qualität der Sprengplattierung verschiedener Metalle ist es ferner, daß die Sprengladung in einem Abstand von 10 bis 40 % der Dicke des Auflageblech.es vor der von demselben überragten Kante der Stahl» oder TJE-Metallelektrode endet und diese wie ein Träger auf zwei Stützen auf eine Unterlage, z_e B_e aus Sand, gebettet wird« Vorteilhaft ist es_s die Kanten der Stahl- oder lTE~Metallelektroden abzurunden,und zwar mit Radien von 12 % der Seitenlänge des quadratischen Elektrodenquerochnitts oder maximal betragenden Fasen zu versehen« Bei genauer Einhaltung dieser Parameter steht eine homogene Kontaktverbindung aus Stahl und einem Nichteisenmetall oder aus NE-Metallen untereinander in Form eines Stromträgers für Aluminiumschmelsflußelaktrolyseöfen zur Verfügung, bei* dem das bisher notwendige stahl» bzw« EE-Metallseitige Schweißen mit der Stahl- oder ME-Metallelektrodo und das Verschweißen der Aluminiumfahne mit dem NE-Metall entfallen^ Damit ist gleichzeitig ein Senken hoher Übergangswiderstände sowie dos Material» und Energieeinsatzes und damit der Produktions«· und Instandhaltungskosten verbunden.

Ein erfiiidungogemäßes Auaführungsbeispiel ist aus den Figuren 1 bis 3'ersichtlich, wobei

1; den Längsschnitt einer Kontaktverbindung in Form eines Stromträgers vor dem Sprengplattieren»,

Fig«. 2: den Querschnitt des sprengplattierten Strom trägers nach Fig* 1 mit abgerundeten Kanten . und

Figo 3: den Längsschnitt eines Stromträ.gers nach Fig* 1 nach as ta Sprengplattieren

darstellte

Die Stahlelektrode 1 (Einlegeeisen) .mit Abmessungen, z_e B» von 120 mm χ 120 mm χ 2000 mm, wird an den zu plattierenden Seiten mit abgerundeten Kanten versehen., deren Radien jeweils 12 % der Seitenlange des quadratischen Elektrodenquerschnitts aufweisen - oder einen 'Fasenwinkel 8 von max. 45° - und auf eine Unterlage, z_e B_e aus Sand 6, so gebettet, daß das vordere und hintere Ende der Stahlelektrode 1 voll - also wie ein Träger auf zwei. Stützen « aufliegt« Über die Stahlelektrode 1 wird in einem von Abstandhaltern 3 bestimmten Maß - bei den hier beispielhaft gewählten Abmessungen der Stahlelektrode genau 5 mm betragend - das aufzuplattierende Auflage blech. 2 der Abmessung 20 mm χ 160 mm χ 400 mm ange«· ordnete Dabei muß das Auflageblech 2 über ein Ende der Stahlelektrode 1 um mehr als das 4,5«fache der Auflagenblechdicke - im AusfUhrungsbeispiel sind es 220 mm hinausragen· Die erforderliche Sprengladung 4 erhält dabei mittels Rahmen 5 eine solche Placierung auf dem Auflageblech. 2, daß sich zwischen den Vorderkanten der Stahlelektrode 1 und des Rahmens 5, also in einem Abstand 7$ der nicht mehr als 1O bis 40 % der Dicke des Auflage·» bleches 2 betragen darf, keinerlei Sprengstoff befindet» Im Ergebnis einer derartig vorbereiteten Sprengplattierung entsteht nach der Detonation eine Kontaktverbindung zwischen Stahl und. einem Nichteisenmetall in Form eines Stromträgers aev aus Stahlelektrode 1 und dem Auflageblech 2 in unlösbarer Zusammenfügung besteht» Das Auflageblech 2 bildet dabei gegen die Längsrichtung der Stahlelektrode 1 einen Anstellwinkel 10 von 9°·

Claims (2)

1. 20995? -β-

   Verfahren zur Herstellung einer unlösbaren Kontaktverbindung zwischen eier Elektrode von Aluminiumschmelzflußelektrolyse— öfen und. einem Auflageblech durch Sprengplattierung, bei dem der eine Verbindungepartner auf eine Unterlage gebettet wird, zwischen den Verbindungspartnern abstandhaltende Stutzen angeordnet sind und die Sprengladung in einem sie umfassenden Rahmen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der zu plattierenden Elektrodenflächen mit Radien von 12 % der Seitenlänge des quadratischen Elektrodenquerschnitts oder max. 45° betragenden Fasen versehen werden und das auf zwei Stützen gelagerte Auflageblech eine solche Lage erhält, daß es mit mehr als dem 4,5-fachen der Auflageblechdicke die eine Vorderkante der Elektrode überragt, wobei die Sprengladung irjs einem 10 - 40 % der Auflageblechdicke betragenden Abstand von dieser Vorderkante auf dem Auflageblech angeordnet wird»

   In. Betracht gezogene Druckschriften:

   DE-AS 2248079 (B 23 K_r 21/00)
   GB-PS 1383312 (B 23 P, 3/09)

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen