DE1120704B

DE1120704B - Kontinuierliche Kohleanode fuer Aluminiumelektrolyseoefen

Info

Publication number: DE1120704B
Application number: DEP20878A
Authority: DE
Inventors: Paul Morel; Georges Yelnik
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1957-06-18
Filing date: 1958-06-16
Publication date: 1961-12-28
Also published as: GB891154A; FR1183034A; US3053748A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P20878VIa/40c

ANMELDETAG: 16. JUNI 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 28. DEZEMBER 1961

Elektrolyseöfen, insbesondere solche, die mit hohen Stromstärken betrieben werden, wie die bei der Aluminiumherstellung benutzten Öfen, sind mit Anoden aus sehr reinem Kohlenstoff ausgerüstet, die bei der Elektrolyse verbraucht werden. Lange Zeit hindurch hat man als Anoden durch Pech zusammengehaltene Kohleblöcke benutzt, die in besonderen Öfen bei hohen Temperaturen verbacken worden waren. Diese Anoden, die verhältnismäßig kleine Dimensionen aufwiesen, mußten laufend ersetzt werden und konnten wegen der daran angeordneten Stromzuführungsbolzen nie vollständig aufgebraucht werden. Es ergab sich so die Notwendigkeit, die stets teilweise verunreinigten Anodenrückstände der Verwendung wieder zuzuführen.

Seit etwa 30 Jahren benutzt man in den Elektrolyseöfen zur Herstellung von Aluminium kontinuierliche Söderberg-Anoden. Sie bestehen aus einem Gemisch aus Kohlepulver und Pech, das im Rohzustand in eine Metallhülse eingedrückt wird und werden unter Verwendung der Abwärme aus dem Elektrolyseofen selbst verbacken, wodurch sich ein besonderer Ofen zum Verbacken erübrigt.

Zur Herstellung von Söderberg-Anoden von guter Beschaffenheit muß man jedoch einen verhältnismäßig hohen Anteil Pech verwenden, der in der Größenordnung von etwa 30°/o liegt. Die Notwendigkeit zur Führung der Paste in einer Metallhülse erhöht die Baukosten für den Ofen. Endlich muß, wenn die Stromzuführungsbolzen seitlich an den Anoden angeordnet sind, die Metallhülse durch profilierte Stahlteile verstärkt werden, die, wenn sie in die Nähe des Bades kommen, abgenommen und an das obere Ende der Anode gerückt werden müssen, was eine umständliche und kostspielige Prozedur darstellt.

Man hat auch schon versucht, kontinuierliche Anoden aus vorgebackenen Teilen aufzubauen, die übereinander angeordnet und an der horizontalen Berührungsfläche mittels einer besonderen Paste verklebt sind. Für hohe Stromstärken müssen mehrere solcher Anoden nebeneinander verfügbar sein, zwischen denen Lücken bestehen. Der Gang des Ofens läßt sich daher nicht so leicht steuern wie bei der Verwendung einer einzigen kontinuierlichen Söderberg-Anode. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Seitenflächen benachbarter Anoden in Brand geraten. Schließlich sind immer noch besondere Öfen zum Verbacken der Anoden notwendig.

Bei den in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Erfindung beschriebenen selbstbackenden Anoden ist das gesamte Kohlepaket durch einen eisernen Kontinuierliche Kohleanode
für Aluminiumelektrolyseöfen

Anmelder:

PECHINEY Compagnie de Produits
Chimiques et Electrometallurgiques, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 18. Juni 1957 (Nr. 741164)

Paul Morel, Hermillon, Savvie,

und Georges Yelnik, Riouperoux, Isere (Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

Rahmen eingefaßt, in dem es im Ganzen aufwärts oder abwärts gleiten kann. Im Zusammenhang mit der Verwendung eines Rahmens sind die Stromzuführungsbolzen vertikal angeordnet, und zwar praktisch zwischen zwei geformten Kohleblöcken aus roher Paste. Ferner ist die Verwendung eines Bindemittels unerläßlich.

Die Anoden nach der Erfindung besitzen demgegenüber alle Vorteile der bekannten bzw. früher erfundenen Anoden, ohne deren Nachteile aufzuweisen.

Die Erfindung sieht eine kontinuierliche Kohleanode, die nicht in einem Rahmen bzw. einer Hülse angeordnet ist, mit seitlichen Stromzuführungsbolzen für Aluminiumelektrolyseöfen vor, wobei die Anode aus geformten Blöcken aus roher Kohlepaste zusammengesetzt ist, deren Oberflächen während des Verbackens nicht deformiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Pechanteil in den Anodenblöcken so gewählt, daß die rohen Blöcke nicht nur längs ihrer Horizontalflächen aneinanderhaften, sondern längs aller Flächen, die überhaupt miteinander in Berührung stehen, wobei keine Notwendigkeit besteht, ein besonderes Bindemittel zu verwenden. Die in Berührung kommenden Oberflächen können aber auch mit einer kleinen Menge warmen flüssigen Pechs bestrichen werden.

109 757/526

Der zur Anfertigung der für die erfindungsgemäße kontinuierliche Kohleanode verwendeten Rohblöcke notwendige Pechanteil hängt natürlich von der Korngröße des Kohlepulvers, der Art der verwendeten Kohle und dem Herstellungsverfahren für diese Rohblöcke ab. Der Pechgehalt liegt vorzugsweise zwischen etwa 17 und 23°/o des Gesamtgewichtes der Kohlepaste.

Die zum Aufbau der Anode nach der Erfindung dienenden Rohblöcke können auf bekannte Weise hergestellt werden, z. B. durch Verpressen, Ausstoßen aus Öffnungen, durch die Vibrationsmethode oder durch Stampfen, wobei die letztgenannten beiden Arbeitsweisen gegebenenfalls kombiniert werden können. Die Dimensionen der Rohblöcke können in sehr beträchtlichem Umfang schwanken. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Länge der einzelnen Blöcke der Breite der fertigen Anode. Für Anoden, die zur Ausrüstung eines Reduktionsofens mit hoher Stromstärke bestimmt sind, kann die Blocklänge bzw. Anodenbreite etwa 1 bis 1,5 m betragen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in jeden einzelnen Block eine oder mehrere Stromzuführungsbolzen einzuarbeiten. Sie können beispielsweise die Form von Stahlstiften haben, die während des Stampfoder Vibrationsprozesses eingebracht werden können oder nach Fertigstellung der Blöcke in eigens dazu vorgesehene Löcher eingeführt werden können.

Fig. 1, die ein zur größten Länge des Ofens senkrechter Schnitt ist, zeigt den Elektrolyseofen als Ganzes einschließlich der mit Stromzuführungsbolzen versehenen Anode.

Fig. 2 zeigt den gleichen Ofen im Längsschnitt, parallel zu seiner größten Länge. Die Stromzuführungsbolzen sind nur an den Blöcken der linken Reihe dargestellt und bei den anderen Reihen weggelassen. Die einzelnen Blöcke nach Fig. 1 und 2 haben einen rechteckigen Querschnitt und sind derart übereinandergeschichtet, daß sich eine Anode ergibt, bei der sich die Verschweißungsrillen regelmäßig kreuzen.

Fig. 3 und 4 zeigen andere Arten des Anodenaufbaus, wobei die einzelnen Blöcke im wesentlichen die gleiche Form aufweisen wie in Fig. 1 und 2.

Fig. 5 zeigt Blöcke mit hexagonalem Querschnitt.

Fig. 6 stellt als Beispiel eine andere Form der Blöcke dar, wie sie ebenfalls zum Aufbau der Anoden nach der Erfindung benutzt werden können.

In den Figuren bedeutet 1 die Wanne des Elektrolyseofens, 2 die geschmolzene Elektrolytschicht, 3 das unter dieser Schicht liegende flüssige Metall, 4 die rohen Einzelblöcke, aus denen die Anode aufgeschichtet ist, und 5 die Stahlstifte als Stromzuführungsbolzen, über die den Blöcken Strom zugeführt wird. In der Zeichnung sind je Einzelblock zwei bzw. (Fig. 6) vier Stromzuführungsbolzen vorgesehen, jedoch ist diese Anzahl beliebig.

Wie bei allen kontinuierlichen Anoden, werden die Stahlstifte 5 entfernt, wenn auf Grund des Verbrauches der Anode Gefahr besteht, daß sie mit der geschmolzenen Elektrolytschicht 2 in Berührung

ίο kommen.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die kontinuierliche Anode nach der Erfindung viele Vorzüge aufweist: Sie wird durch die sonst verlorengehende Wärme des Ofens selbst verbacken, wodurch sich besondere Öfen vermeiden lassen. Dennoch müssen die Nachteile früherer Anoden nicht in Kauf genommen werden. So wird die erfindungsgemäße Anode mit dem vorgesehenen Pechanteil beim Verbacken nicht deformiert, obwohl hier die Blechhülse bzw. der bewegliche Rahmen der Söderberg-Anoden in Wegfall kommt. Die Stromzuführungsbolzen können an den Seiten der Anoden angebracht und, wenn sie tiefer herunterkommen, herausgezogen werden, da man nicht, wie bei den Söderberg-Anoden, durch den Rahmen behindert ist. Dies bedeutet eine Verbesserung des mittleren Spannungsabfalls in der Anode, wodurch deren Wirkungsgrad verbessert ist. Durch die erfindungsgemäße seitliche Anordnung der Stromzuführungsbolzen an den Anodenblöcken kann der Kontakt trotz des NichtVorhandenseins eines Rahmens nicht unterbrochen werden, während bei dem früheren Vorschlag mit vertikalen Stromzuführungsbolzen zwischen zwei geformten Blöcken ein Metallrahmen unerläßlich ist. Diese verschiedenen Merkmale führen zu einer beträchtlichen Einsparung an Gestehungskosten. Ferner kann man erfindungsgemäß durch einfaches Verkleben der aufeinandergeschichteten oder ineinandereingreifenden Blöcke eine einheitliche Anode aufbauen, woraus sich eine besonders leichte Steuerbarkeit ergibt. Die Verwendung eines Bindemittels ist nicht erforderlich, was ein weiterer Vorteil ist.

Um die nach außen gerichteten Anodenoberflächen in der heißen Zone gegen das Verbrennen mit Luft zu schützen, können diese mit einem Überzug aus Aluminiumpulver versehen sein.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.

-₀ Beispiel 1

8150 kg kalziniertes Petrolkokspulver mit einem spezifischen Gewicht von 1,98 und folgender Körnung:

15

3,33

Maschenöffnung in mm
1,70 I 0,83 1

0,36

0,16

0,089

Ausgesiebter Anteil in % 15

werden sorgfältig mit 1850 kg eines Steinkohlenpechs vermischt, das die folgenden Werte aufweist:

Erweichungstemperatur 82° C

Verkokungsrückstände 52%

Benzollösliche und in Anthrazenöl unlösliche Harze 24,4%

Verkokungsrückstand der Harze 91,3%

Das Vermischen wird bei 150^D C durchgeführt.

11

12

10

25

Zur Herstellung der einzelnen Anodenblöcke werden etwa 384 kg der obigen Paste in eine rechteckige Form von 1,20 m Länge, 0,50 m Breite und 0,40 m Höhe eingedrückt, die auf der Platte eines Vibrationsapparates angeordnet ist. Nach der Vibration erhält man einen rohen Anodenblock von 1,20 · 0,50 ■ 0,40 m.

Werden die Blöcke in einer Anordnung gemäß Fig. 3 zum Aufbau der Anode benutzt, so haften sie

an allen Seiten ausgezeichnet aneinander, werfen sich in dem Erweichungsbereich nicht und lassen sich ohne jede Metallhülse verwenden.

Beispiel 2

Zur Herstellung von Einzelblöcken gemäß Beispiel 1 verwendet man eine Pechkohle vom spezifischen Gewicht 1,96, die auf den gleichen Körnungsgrad wie im Beispiel 1 zerkleinert ist. Der Pechanteil beträgt 17,5 °/o des Gesamtgewichtes der Paste.

Herstellung der Einzelblöcke und Zusammenbau der Anode erfolgt wie im Beispiel 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kontinuierliche Kohleanode, die nicht in einem Rahmen bzw. einer Hülse angeordnet ist, mit seitlichen Stromzuführungsbolzen für Aluminiumelektrolyseöfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus geformten Blöcken aus roher Kohlepaste zusammengesetzt ist, deren Oberflächen während des Verbackens nicht deformiert werden.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohblöcke an ihren Oberflächen, die mit den benachbarten Elementen in Berührung stehen, verklebt sind.

3. Anode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pechgehalt 17 bis 23% des Gesamtgewichtes der Kohlepaste beträgt.

ίο 4. Anode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der einzelnen Rohblöcke der Breite der fertigen Anode entspricht.

5. Anode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohblock eine oder mehrere seitliche Stromzuführungsbolzen trägt.

6. Anode nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichteten Anodenoberflächen in der heißen Zone mit einem Überzug aus Aluminiumpulver versehen sind.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1090 435.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen