DE1122714B

DE1122714B - Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumelektrolyseofens mit selbstbackender, kontinuierlicher Anode

Info

Publication number: DE1122714B
Application number: DEA33948A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmitt
Original assignee: Elektrokemisk AS
Current assignee: Elektrokemisk AS
Priority date: 1956-01-24
Filing date: 1960-02-11
Publication date: 1962-01-25
Also published as: GB870245A; FR1173931A; DE1090435B; US3052619A; US2937980A; CH344219A; GB813216A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

A33948VIa/40c

ANMELDETAG: 11. F E B RU A R 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25. J A N U A R 1962

Im Hauptpatent ist ein Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumelektrolyseofens mit selbstbackender, kontinuierlicher Anode beschrieben, nach welchem die rote Kunstkohlemischung, die auf den oberen, noch ungebackenen Teil der Anode zwecks Ergänzung der letzteren nach Maßgabe deren Verbrauches aufgegeben wird und hauptsächlich aus Kohlenstoff und einem Bindemittel besteht, in Gestalt von mechanisch verfestigten, aber ungebackenen Blöcken aufgegeben wird, die mit Hilfe eines kohlenstoffhaltigen Materials als Bindemittel auf die Oberfläche der Anode und mit ihren Seitenflächen untereinander verklebt werden und bei der Verkokung durch die Ofenwärme ihre Form im wesentlichen beibehalten.

Die Stromzuführung zur Anode kann durch lotrecht angeordnete, runde Stahlbolzen erfolgen, wobei als Löcher für die Bolzen halbzylindrische Ausnehmungen dienen können, die auf den entsprechenden, sich jeweils gegenüberliegenden Vertikalbolzen je zweier nebeneinanderliegender Kohleblöcke ausgespart sind. Im Betrieb haben sich jedoch Schwierigkeiten ergeben, so daß es in der Folge für vorteilhafter gefunden worden ist, den Strom durch waagerechte oder gegenüber der Horizontalen geneigte Metallbolzen der Anode seitlich zuzuführen.

Die Zuführung des Stromes durch seitliche Bolzen bei selbstbackenden Anoden für die Aluminiumelektrolyse ist an sich bekannt. Bei diesen Anoden ist die Elektrodenmasse z. B. in einem Aluminiummantel enthalten, der selbst innerhalb einer gewissen Höhe durch einen Eisenrahmen umfaßt ist. Im Rahmen und im Aluminiummantel sind Öffnungen vorgesehen, durch die hindurch die seitlichen Stromzuführungsbolzen in die noch weiche, ungebackene Elektrodenmasse schräg nach unten eingestoßen werden. Diese Stromzuführungsbolzen bestehen üblicherweise aus Stahl, sind beispielsweise 65 cm lang und von 70 auf 50 mm Durchmesser verjüngt, am vorderen Ende zugespitzt nud am hinteren Ende flach gestaltet und verkupfert. Der flache Teil wird mit Hilfe von biegsamen Aluminiumbändern über eine Stromzuführungsstange (Anodenstange) mit der Stromsammeischiene verbunden. Nur .die beiden untersten Reihen dieser auswechselbaren Bolzen reichen in den gebackenen Teil der Anode und sind an die Stromsammeischiene angeschlossen, die darüberliegenden Reihen nicht. Nach Maßgabe des Abbrennens der Elektrode im Schmelzbad und deren Absenken wird die Verbindung der untersten Bolzen mit der Stromzuführungsstange gelöst; die Bolzen werden sodann aus der Anode gezogen und weiter oben wieder eingesetzt. Die nächste, bisher nicht an-Verfahren zum Betrieb

eines Aluminiumelektrolyseofens

mit selbstbackender, kontinuierlicher Anode

Zusatz zum Patent 1 090 435

Anmelder:
Elektrokemisk A/S, Oslo

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans

und Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwälte,

München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 27. Februar 1959

Johannes Schmitt, Rheinfelden (Bad.),
ist als Erfinder genannt worden

geschlossene Bolzenreihe wird mit der Stromzuführungsstange verbunden. Bei dieser Ausführung wird die Anode am Eisenrahmen aufgehängt; die seitlichen Kontaktbolzen dienen nur zur Stromzuführung.

Es gibt verschiedene andere Ausführungsformen von kontinuierlichen, selbstbackenden Anoden mit seitlicher Stromzuführung für die Aluminiumelektrolyse im Fluoridbad, wie sie jetzt allgemein üblich ist. Es ist auch bekannt, die Elektrode an den seitlichen Kontaktbolzen aufzuhängen, so daß diese das Gewicht der Elektrode tragen.

Erfindungsgemäß werden bei einer kontinuierlichen, selbstbackenden, aus ungebackenen und mechanisch verfestigten Kunstkohleblöcken zusammengesetzten Anode für Aluminiumelektrolyseöfen seitlich eingesteckte, waagerechte oder gegenüber der Horizontalen leicht geneigte Kontaktbolzen verwendet, von denen diejenigen der unteren Reihen oder mindestens der untersten Reihe elektrisch leitend und zugleich mechanisch tragend mit den Stromzuführungsstangen verbunden sind, während diejenigen der darüber befindlichen Reihen, oder z. B. 10 bis 40 cm, vorzugsweise 15 bis 25 cm höher liegenden Reihen lediglich elektrisch leitend mit Hilfe von flexiblen Leitern an die Stromzuführungsstangen angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung ist der

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Umstand berücksichtigt, daß auf einer gewissen Höhe der Anode die Verkokung der Kunstkohlenmasse noch nicht völlig beendet ist. Sind die Kontaktbolzen in dieser Höhe mit den Stromzuführungsstangen starr und daher tragend verbunden, so kann es vorkommen, daß die Bolzenlöcher aufgeweitet werden und der elektrische Kontakt zwischen Kohleblock und Kontaktbolzen beeinträchtigt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht diese Gefahr nicht, da die elektrische Verbindung der Kontaktbolzen mit den Stromzuführungsstangen durch flexible Leiter gewährleistet ist, so daß diese Kontaktbolzen am Tragen der Anode nicht teilnehmen. Als flexible Leiter dienen beispielsweise Bündel von Aluminiumoder Kupferbändern.

Die elektrisch leitende und mechanisch tragende Verbindung der Kontaktbolzen der unteren Reihen bzw. Reihe kann durch Verschraubung der Anodenstangen mit den üblicherweise verkupferten Bolzenköpfen bewerkstelligt werden.

Die Löcher für die Aufnahme der Kontaktbolzen werden vorzugsweise bei der Herstellung der Blöcke aus ungebackener Kunstkohlemasse erzeugt. Zweckmäßigerweise werden in jedem Kohleblock jeweils zwei Bolzenlöcher übereinander angeordnet; es können aber im Kohleblock auch mehr als zwei Bolzenlöcher übereinander oder auch nur ein Bolzenloch je Kohleblock vorgesehen sein. Besonders große Kohleblöcke können z. B. mit vier Bolzenlöchern versehen sein, von denen zwei in der unteren Hälfte und zwei in der oberen Hälfte angeordnet sind.

Im Verlaufe des Absenkens der Anode nach Maßgabe ihres Verbrauches werden die oberen, frisch aufgelegten Blöcke unter dem Einfluß der hohen Temperatur im Aluminiumelektrolyseofen langsam erwärmt. Während dieser Erwärmung wird der Erweichungspunkt der Masse durchschritten. Der Block zerfließt zwar nicht beim Durchschreiten des Erweichungspunktes und behält im wesentlichen seine Form bei. Die Dimensionen der Bolzenlöcher können sich jedoch unter Umständen leicht verändern, so daß die später eingeführten Kontaktbolzen, selbst unter Zuhilfenahme eines Anstriches der Bolzen, z. B. aus einem Gemisch von Graphit und Pech, nicht mehr an den Wandungen der Bolzenlöcher genügend eng anliegen und daher der Stromübergang mangelhaft wird.

Aus diesem Grunde werden nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung in die Bolzenlöcher der ungebackenen Blöcke Füllkörper aus geeignetem Werkstoff eingesetzt. Zu diesem Zweck haben sich Füllkörper aus Aluminium sehr gut bewährt. Diese Füllkörper dienen dazu, die Form des Bolzenloches zu erhalten, bis die Verkokung weit fortgeschritten ist. Ist dieser Zustand erreicht, bei dem sich weder die Form des Blockes noch diejenige des Bolzenloches mehr ändern kann, werden die Füllkörper herausgenommen und an ihrer Stelle die Kontaktbolzen eingesetzt. Diese bestehen meistens aus Stahl und haben einen abgeflachten, verkupferten Anschlußkopf, der erfindungsgemäß zunächst mit Hilfe von biegsamen Leitern an die Stromzuführung angeschlossen und später, wenn die Bolzenreihe die unterste Lage erreicht hat, mit den Stromzuführungsstangen elektrisch leitend und mechanisch tragend verbunden wird.

Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen zwei Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Anschlußteile in zwei senkrecht zueinander stehenden Ansichten dargestellt sind, in Fig. 2 und 4 teilweise im Schnitt. Die Anode ist nur teilweise dargestellt. Es sind die Anodenblöcke 1, 2 und 3 erkennbar, ebenso die Klebestellen 4. In den oberen Bolzenlöchern stecken Füllkörper 5 aus Aluminium, die mit der Seitenfläche der Blöcke bündig abschließen und an ihrem Kopfende Stege 6 aufweisen, die den Ansatzpunkt für ein Werkzeug bilden, mit dessen HiKe die Füllkörper später herausgedreht werden. In Fig. 2 sind die Füllkörper 5 wie auch die Stahlbolzen 7, 8 und 9 nicht in ihrer ganzen Länge von z. B. 65 cm gezeichnet. Sie dringen z. B. 40 cm tief in die Anodenblöcke. Im unteren Bolzenloch des Blockes 2 sind bereits Kontaktbolzen 7 an Stelle des Aluminium-Füllkörpers 5 eingesetzt. Diese Kontaktbolzen 7 sind jedoch noch nicht elektrisch angeschlossen, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist. Die Kontaktbolzen 8 bilden die zweitunterste Reihe und sind mit Hilfe von aus Aluminiumbändern bestehenden biegsamen Leitern 11 an die Stromzuführungs- und Aufhängungsstangen elektrisch angeschlossen, aber mit diesen nicht tragend verbunden. Dagegen sind die Kontaktbolzen 9 der untersten Reihe starr und daher sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch tragend mit den Stromzuführungsstangen 12 verschraubt; letztere sind oben an die Stromsammeischiene angeschlossen. Die Anode wird daher mit Hilfe der Kontaktbolzen 9 und der Stromzuführungsstangen 12 getragen. Erst wenn die Anode so weit verbraucht ist, daß die Kontaktbolzen 9 herausgezogen und weiter oben an Stelle von AIuminium-FüUkörpern eingesteckt werden müssen, werden die Kontaktbolzen 8, deren Reihe nun die unterste Lage erreicht hat, mit dem untersten Ende der Stromzuführungsstangen 12 mechanisch tragend verbunden, während die Kontaktbolzen 7 an die flexiblen Stromleiter 11 angeschlossen werden.

Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform der Verbindung der Kontaktbolzen. Die Kontaktbolzen 8 werden mit Hilfe von flexiblen Stromleitern 13 an die Stromzuführungsstange 14 elektrisch leitend angeschlossen, aber mit dieser nicht tragend verbunden, während die Kontaktbolzen 9 das Gewicht der Anode tragen.

Die unteren Kontaktbolzen werden üblicherweise dann aus der Anode herausgezogen, wenn ihr Abstand vom Schmelzbad nur noch wenige Zentimeter beträgt.

Es sind immer mehrere übereinanderliegende Kontaktbolzenlagen an die Stromzuführungsstangen (Anodenstangen) gut elektrisch leitend angeschlossen, wobei mindestens eine Lage lediglich elektrisch leitend angeschlossen ist und eine oder mehrere darunter befindliche Lagen die Anode tragen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Blöcke in der Höhe so gegeneinander versetzt anzuordnen, daß der eine Block gegenüber dem benachbarten um eine halbe Blockhöhe höher bzw. niedriger angeordnet ist. Bei. dem Aufstocken jeder neuen Blocklage bleibt diese zinnenartige Anordnung der Anodenoberfläche jeweils erhalten.

Es wird z. B. in dem Augenblick aufgestockt, wenn die Anode unten so weit abgebrannt ist, daß nur noch vier bis fünf Blocklagen vorhanden sind.

Bei dem Pressen der Blöcke aus ungebackener Masse werden vorteilhafterweise in jeden Block zwei, vier oder noch mehr Bolzenlöcher in der vorgesehenen Anordnung miteingepreßt, z. B. genau in der Mitte

der unteren Hälfte und in der Mitte der oberen Hälfte. Infolgedessen werden die Kontaktbolzen jeder Reihe auf gleiche Höhe zu liegen kommen, da zu einer Strombolzenreihe abwechselnd der Kontaktbolzen des unteren Loches eines Blockes zum Kontaktbolzen des oberen Loches des benachbarten Blockes gehört und umgekehrt. Auf diese Weise wird erreicht, daß immer nur die waagerechte Fuge bei jedem zweiten Block dem Schmelzfluß ausgesetzt ist, wenn die untere Fläche der Anode bis zur Fuge abgebrannt ist. Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen diese Verhältnisse. Aus Fig. 6 geht hervor, wie weit die Bolzen in die Kohleblöcke beispielsweise hineinreichen. Außerdem erkennt man, daß in diesem Beispiel die Kohleblöcke auch waagerecht gegeneinander versetzt sind.

Selbstverständlich kommen auch Blöcke in Frage, welche die gesamte Breite oder die gesamte Länge der Anode einnehmen; bei rechteckigen Anoden mit länglichem Querschnitt, wie sie üblich sind, können die Stromzuführungsbolzen entweder nur an den beiden Längsseiten oder aber zusätzlich auch an den Stirnseiten angeordnet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 2$

1. Verfahren zum Betrieb eines Aluminiumelektrolyseofens mit selbstbackender, kontinuierlicher Anode nach Patent 1 090 435, wobei der elektrische Strom durch seitliche Kontaktbolzen der selbstbackenden Anode zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen der unteren Reihen oder mindestens der jeweils untersten Reihe elektrisch leitend und zugleich mechanisch tragend mit den Stromzuführungsstangen verbunden werden, während die Kontaktbolzen der jeweils darüber befindlichen Reihen oder Reihe lediglich elektrisch leitend mit Hilfe von biegsamen nichttragenden Leitern an die Stromzuführungsstangen angeschlossen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kunstkohleblöcke mit zwei oder mehr übereinanderliegenden seitlichen Löchern für die Aufnahme der Kontaktbolzen verwendet werden, wobei die Löcher bereits in den Blöcken aus ungebackener Kunstkohlemasse vorhanden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstkohleblöcke in der Höhe gegeneinander versetzt angeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Füllkörper die Löcher in den Kunstkohleblöcken ausfüllen, bis die Kunstkohlemasse so weit gebacken ist, daß eine Deformation der Löcher unter dem Druck der darüber befindlichen Anode nicht mehr eintreten kann, worauf die Füllkörper herausgezogen und an ihre Stelle die Kontaktbolzen eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Füllkörper aus Aluminium verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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