DE1069887B - Verfahren zum Schutz von Kohleelektroden für elektrische Schmelzofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem Kohleelektroden, insbesondere bei der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse verwendeten Elektroden, während ihrer Herstellung ein Stoff beigemischt wird, der die Elektroden gegen Verluste beim Brennen widerstandsfähiger macht und der einen verringerten Verbrauch der Kohleelektroden bewirkt, während gleichzeitig die anderen Eigenschaften der Elektroden nicht ungünstig beeinflußt werden. Außerdem kann durch dieses Verfahren ein Aluminium mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden.

Zum Schutz von Kohleelektroden für elektrische Schmelzöfen sind schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. Diese Verfahren haben gemeinsam, daß die Elektrode auf der Oberfläche oder in der äußeren Schicht mit einem Überzug versehen ist. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Anoden mit Lösungen von Phosphaten anzustreichen. Es ist ferner ein Verfahren bekannt, gemäß welchem die Elektrode mit einem Überzug versehen wird, der Borverbindungen, ζ. B. Borsäure, enthält. Alle diese bekannten Verfahren sind besonders wichtig für vorgebrannte Elektroden.

Die Anordnung solcher Überzüge auf den Elektroden bezweckt, die Oxydation zu verhindern oder zu verzögern, welche durch die Verbrennung des Kohlenstoffs der Elektrode bewirkt wird, der mit dem Sauerstoff der Luft bei den üblichen hohen Temperaturen in Berührung kommt, denen die Elektrode beim Gebrauch ausgesetzt ist. Dieser Verlust an Kohlenstoff tritt im wesentlichen an jenen Teilen der Elektrode auf. die nicht in die flüssige Schmelze, z. B. das geschmolzene Aluminium, eingetaucht sind. Der Überzug behindert aber auch den Zutritt von Luft und soll ferner ein Abblättern und ähnliche Wirkungen während der Handhabung, Verwendung und Lagerung der Elektroden vermeiden. Bei den bekannten Vorschlägen, die einen äußeren Überzug der Elektrode betreffen, ist es infolgedessen an sich unwesentlich, woraus dieser Überzug besteht, solange derselbe nur hinreichend undurchlässig gegen Sauerstoff ist und solange er hinreichend fest an der Oberfläche haftet, was jedoch nicht immer der Fall ist. Es besteht die Gefahr, daß sich der Überzug lockert und abfällt, so daß der angestrebte Schutz aufhört.

Selbstverständlich ist die Verwendung solcher Überzüge auf vorgebrannte Elektroden beschränkt.

Außerdem ist auch ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Aluminium bekannt, bei dem bei der Schmelzflußelektrolyse dem Elektrolyten Borverbindungen zugesetzt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das auf fortlaufende, sich selbst brennende Elektroden anwendbar ist. das aber auch bei der Herstellung von vorgebrannten Elektroden verwendet werden kann.

von Kohleelektroden für elektrische

Schmelzöfen

Anmelder:
A/S Ärdal og Sunndal Verk._f Oslo

Vertreter: Dr.-Ing. A. ν. Kreisler

und Dr.-Ing. K. Schönwald, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
Norwegen vom 7. August 1956

Rolf Jörgensen, Ärdalstangen (Norwegen),
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezweckt nicht nur einen Schutz der Elektrode während ihres Gebrauchs, der eine wesentliche Verringerung des Kohlenstoff Verbrauchs der Elektrode ergibt, sondern bei Verwendung der Elektrode zur Herstellung von Metallen, insbesondere von Aluminium, soll durch die Erfindung auch ein gleichmäßig geregelter Zusatz eines gewünschten Stoffes zum elektrolytischen Bad ermöglicht werden, um dadurch eine zweckmäßige Behandlung des ausgefällten Aluminiums zu erzielen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch Mischen der Rohmaterialien für die Herstellung der Elektrode mit einer Borverbindung, vorzugsweise Borsäure, ein zufriedenstellenderer Schutz der Elektrode erzielbar ist als lediglich durch Verwendung eines Überzuges. Es wurde· gefunden, daß die Borverbindung auf die in der Elektrode vorhandenen kleinen Mengen von Metallen oder Metallverbindungen, insbesondere Vanadiumoxyd, derart einwirkt, daß die schädliche katalytische Wirkung dieser Verunreinigungen auf die Verbrennung des Kohlenstoffs verzögert oder verhindert wird, was wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die Borverbindung, insbesondere Borsäure, mit den Metalloxyden Verbindungen eingeht und beispielsweise Vanadiumborid bildet.

Es wurde durch Versuche im technischen Maßstab gefunden, daß durch die Verwendung von Elektroden, die gemäß der Erfindung Borverbindungen enthalten, nicht nur der äußerst wichtige Vorteil erreicht wird,

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daß der Verbrauch der Elektrodenmasse verringert wird, sondern daß auch eine wesentliche Verringerung des Vanadiumgehalts des Aluminiums erzielt wird, was deshalb von Bedeutung ist, weil das Vorhandensein auch nur geringer Mengen von Vanadium die Leitfähigkeit des Aluminiums herabsetzt. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß es durch die Erfindung möglich ist, den Vanadiumgehalt von etwa 0,025 auf etwa 0,005°/» zu verringern.

Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, ist es wichtig, eine innige Mischung der Rohmaterialien der Elektrode und der Borverbindung zu bewirken. Zu diesem Zweck wird die Borverbindung den genannten Rohmaterialien zugesetzt, die beispielsweise aus Graphit. Anthrazit, Petroleumkoks, Pechkoks oder Schlacke bestehen können. Diese Materialien werden zermahlen. Die Borverbindung wird auf diese Weise mit den Materialien vor dem Absieben gemischt, das normalerweise angewendet wird. Die Borverbindung kann jedoch auch mit den gesiebten Materialien gemischt werden, bevor diese in die Mischmaschine gelangen, oder auch noch während des Erhitzens der Materialien auf Temperaturen zwischen 100 und 170° C.

Auf diese Weise wird eine innige und gleichmäßige Beimischung der Borverbindung zur Elektrodenmasse erzielt. Borsäurekristalle sind sehr spröde, so daß sie rasch zermahlen und in der Masse verteilt werden. Das Bindemittel, das gewöhnlich aus Steinkohlenteerpech besteht, wird in Mengen von 20 bis 30% zugesetzt. Das Mischen wird fortgesetzt, bis eine möglichst gleichmäßige und homogene Masse oder Paste hergestellt ist. Die Masse, die auf diese Weise beispielsweise Borsäure enthält, kann sowohl bei der Herstellung vorgebrannter Elektroden als auch bei der Verwendung fortlaufender, sich selbst brennender Elektroden Anwendung finden.

Bei der Herstellung vorgebrannter Elektroden wird die Masse in Formen in die gewünschte Größe und Form gepreßt und dann in einem Brennofen bei etwa 1300° C gebrannt, worauf die Elektroden gebrauchsfertig sind.

Bei der Verwendung für sich selbst brennende Elektroden wird die Masse in bekannter Weise in das Gehäuse oder die Hülse der Elektrode eingeführt, so daß das Brennen in der Elektrode selbst nach und nach erfolgt in dem Maße, in dem die Masse in den heißen Teil des Ofens eintritt. Die Brenntemperatur entspricht in diesem Falle der für das betreffende Schmelzverfahren angewendeten Temperatur. Bei der Elektrolyse von Aluminium beträgt sie gewöhnlich 950 bis 1000° C.

Es wurde gefunden, daß Borsäure für das vorliegende Verfahren die besten Ergebnisse liefert. Es können aber auch andere Borverbindungen verwendet werden, wie z. B. Borax, oder es kann den Rohmaterialien Bor zugesetzt werden in Form von Alkaliborat, Ammoniumborat oder in Form von organischen Borverbindungen, wie z. B. Methylborat.

Die Borsäure oder Borverbindung wird der Elektrodenmasse in Mengen zugesetzt, die von der chemischen Analyse der für die Elektrodenmasse verwendeten Rohmaterialien abhängig sind. Es wurde gefunden, daß Mengen von 0,2 bis 1 Gewichtsprozent der Elektrodenmasse in den meisten Fällen gute Ergebnisse liefern. Unter normalen Bedingungen haben sich Mengen von 0,2 bis 0,3 %> als zweckmäßig erwiesen. Bei Verwendung größerer Mengen von beispielsweise mehreren Prozent ergeben sich Nachteile, indem die physikalischen Eigenschaften der Elektrode, wie z. B. ihre Dichte oder Festigkeit, ungünstig beeinflußt werden. Größere Mengen als 1 % sollen daher normalerweise nicht verwendet werden. Dies gilt insbesondere für die Elektrodenmasse mit dem üblichen Gehalt von Vanadium, z.B. von 0,03%Vanadium. Wenn die Masse einen beträchtlich höheren Vanadiumgehalt aufweist, wie z. B. von 0,05% oder mehr, können größere Mengen der Borverbindung in Betracht kommen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann verwendet werden für Elektroden für alle Arten von elektrischen Lichtbogenofen, für elektrolytische öfen und für andere Zwecke, bei welchen es wichtig ist, den Verlust durch Brennen zu verringern.

Durch Anwendung der Erfindung auf die Anodenmasse für die Aluminiumelektrolyse ergibt eine solche Anodenmasse einen gleichmäßigen geregelten Zusatz von Bor zum elektrolytischen Bad, der von Bedeutung ist, wenn gewünscht wird, eine Borbehandlung des ausgefällten Aluminiums zu erzielen.

Claims (3)

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zum Schutz von Kohleelektroden für elektrische Schmelzofen zwecks Verhinderung von Verlusten beim Brennen, insbesondere zum Schutz von Anoden bei der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß den Kohlenstoff enthaltenden Rohmaterialien für die Elektrode eine Borverbindung zugesetzt wird, die mit den Rohmaterialien innig gemischt und in denselben gleichmäßig verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Borverbindung Borsäure, ein Alkaliborat, Ammoniumborat oder eine organische Borverbindung verwendet wird.

3. A^erfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Borverbindung in einer Menge von 0,2 bis 1 Gewichtsprozent der Elektrodenmasse, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5%, verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Fulda, W., und Ginsberg, H., »Tonerde und Aluminium«, II. Teil, »Das Aluminium«, 1953, S. 88.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 029 168.

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