Stromzuführung und Elektrodenhalterung für Zellen zur Schmelzflußelektrolyse
Zur elektrolytischen Herstellung oder Raffination von hochschmelzenden Metallen,
wie Titan, Zirkonium, Chrom, Uran oder Thorium verwendet man im allgeneinen Elektrolysezellen,
in denen die Metalle an einer in das Salzbad zu tauchenden Elektrode abgeschieden
werden. Es lassen sich nach diesem Verfahren sehr reine, besonders sauerstoffarme
Metalle erzeugen, wobei jedoch die auf hoher Temperatur befindlichen Salzbäder vor
dem Eindringen von Luftsauerstoff und Luftfeuchtigkeit geschützt werden müssen.
Im allgemeinen hält man über den Bädern eine Atmosphäre von Argon mit geringem Überdruck
aufrecht.Power supply and electrode holder for cells for melt flow electrolysis
For the electrolytic production or refining of refractory metals,
like titanium, zirconium, chromium, uranium or thorium, electrolysis cells are generally used,
in which the metals are deposited on an electrode to be immersed in the salt bath
will. This process can be used to produce very pure, particularly low-oxygen
Generate metals, however, the salt baths located at high temperature before
must be protected from the ingress of atmospheric oxygen and humidity.
In general, an atmosphere of argon with a slight overpressure is maintained over the baths
upright.
Bei einem anzustrebenden kontinuierlichen Betrieb der Zelle muß die
jeweils mit kristalliner Metallabscheidung voll belegte Kathode aus der Zelle entfernt
und durch eine neue ersetzt werden, ohne die Schutzgasatmosphäre im Zelleninneren
aufzuheben. Man löst diese Aufgabe durch auf die Zelle aufgesetzte, mit Sperrschiebern
vom eigentlichen Badraum abteilbare Kühltürme. Die als Träger für die Kathode und
gegebenenfalls für die Anode dienenden Stangen müssen wegen der notwendigen vertikalen
Bewegungsmöglichkeit in gasdichten Führungen beweglich sein, die im allgemeinen
mit Dichtungsringen versehen sind. Voraussetzung für einen störungsfreien Dauerbetrieb
ist eine Oberflächengüte der elektrodentragenden Stangen auch bei den in Betracht
kommenden Raumbetriebsverhältnissen und hohen Temperaturen. Als zweckmäßig haben
sich beispielsweise nahtlose Rohre aus Chromnickelstahl erwiesen. Derartige Rohre
von relativ geringer Wandstärke haben jedoch einen relativ hohen Widerstand für
den in den Zellen für den Elektrolysevorgang benötigten Strom. Man könnte zur Erzielung
eines größeren Leitungsquerschnittes gegebenenfalls auch Stangen aus Vollmaterial
verwenden, jedoch besitzen auch diese noch einen relativ hohen Eigenwiderstand,
so daß die durch die Stangen zu leitende Strommenge sehr begrenzt ist. Es wurde
bereits vorgeschlagen, für die Bewegung der Elektrode und den Stromtransport zentrisch
ineinandergeschobene Rohre zu verwenden, wobei durch den Zwischenraum zur Kühlung
Preßluft oder Wasser geleitet wird. Eine derartige Anordnung ist jedoch für den
technischen Betrieb einer Elektrolyseanlage zu kompliziert und störanfällig, da
auch ein nur kurzfristiges Versagen der Kühlung den Ausfall der ganzen Zelle zur
Folge haben kann.In the case of a continuous operation of the cell that is to be striven for, the
each cathode fully covered with crystalline metal deposition is removed from the cell
and replaced by a new one without the protective gas atmosphere inside the cell
to cancel. This task is solved by means of locking slides placed on the cell
Cooling towers that can be separated from the actual bathroom. As a carrier for the cathode and
possibly for the anode serving rods must because of the necessary vertical
Ability to move in gas-tight guides, which in general
are provided with sealing rings. Prerequisite for trouble-free continuous operation
a surface quality of the electrode-carrying rods is also taken into account for the
coming room operating conditions and high temperatures. Have as expedient
For example, seamless tubes made of chrome-nickel steel have been found. Such pipes
of relatively small wall thickness, however, have a relatively high resistance for
the electricity required in the cells for the electrolysis process. One could achieve
a larger cable cross-section, if necessary, rods made of solid material
use, but they also have a relatively high inherent resistance,
so that the amount of current to be conducted through the rods is very limited. It was
already proposed, centric for the movement of the electrode and the current transport
To use nested tubes, with through the gap for cooling
Compressed air or water is passed. However, such an arrangement is for the
technical operation of an electrolysis plant too complicated and prone to failure because
even a short-term failure of the cooling system leads to the failure of the entire cell
Can have a consequence.
Weiterhin sind Zellen zur Schmelzflußelektrolyse bekannt, bei denen
die Kathode an einem Stab aus Kupfer befestigt ist. Derartige Kupferstäbe haben
sich in der Praxis nicht bewährt, da sie den hohen thermischen und chemischen Beanspruchungen
in einer Elektrolysezelle nicht gewachsen sind.Furthermore, cells are known for melt flow electrolysis in which
the cathode is attached to a copper rod. Have such copper rods
has not proven itself in practice, as it can withstand the high thermal and chemical loads
have not grown in an electrolytic cell.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Zelle zur Schmelzflußelektrolyse,
deren besondere Merkmale darin bestehen, daß zur Stromzuführung und Elektrodenhalterung
in einem Rohr aus zunderbeständigem Stahl ein Innenleiter aus einem gut leitenden
Metall, insbesondere aus Kupfer liegt, der an seinem unteren Ende mit dem Rohr und
mit einem Träger für die Elektrode verbunden ist. Bei einer derartigen Ausführung
bleiben die guten thermischen Eigenschaften des Stahles erhalten, während durch
den gut leitenden Innenleiter eine große Strommenge der Elektrode ohne stärkeren
Spannungsabfall zugeführt werden kann. Dadurch, daß der Innenleiter nur an seinem
unteren Ende mit dem Rohr verbunden ist, wird erreicht, daß auch bei hoher thermischer
Belastung keine mechanischen Spannungen auftreten, die vor allem dadurch verursacht
werden, daß der Innenleiter und das Außenrohr einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
besitzen.The subject matter of the present invention is a cell for fused flux electrolysis,
whose special features are that for power supply and electrode holder
in a tube made of non-scaling steel, an inner conductor made of a highly conductive one
Metal, in particular made of copper, is at its lower end with the tube and
is connected to a carrier for the electrode. With such an implementation
the good thermal properties of the steel are retained while through
the well-conducting inner conductor a large amount of current of the electrode without stronger
Voltage drop can be supplied. Because the inner conductor is only on his
lower end is connected to the tube, it is achieved that even at high thermal
Load no mechanical stresses occur, which are mainly caused by this
be that the inner conductor and the outer tube have a different coefficient of expansion
own.
Vorzugsweise ist hierbei dieser Kupferstab mit einem Endteil der Elektrodenstange
aus Edelstahlvollmaterial verschraubt. Die Anordnung ist vakuum-und druckdicht,
es bleibt hierbei auch möglich, den Spalt zwischen dem Stahlrohr und dem Kupferinnenleiter
für eine Kühlung auszunützen.In this case, this copper rod is preferably connected to one end part of the electrode rod
screwed from solid stainless steel. The arrangement is vacuum and pressure tight,
the gap between the steel pipe and the copper inner conductor remains possible
to be used for cooling.
In der Abbildung ist eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen
Elektrodenhalterung dargestellt.In the figure is an example embodiment of the invention
Electrode holder shown.
Der untere Teilll der Elektrodenstange besteht aus Edelstahlvolhnaterial
und ist an beiden Enden mit einem Innengewinde versehen. Das untere Gewinde 12 dient
zur Befestigung der in das Bad tauchenden Kathode bzw. Anode, das obere Gewinde
13 zur Befestigung des Kupferinnenleiters. Das Endteil 11 aus Vollmaterial ist mit
einem Rohr 14 aus zunderbeständigem Stahl von gleichem Durchmesser verschweißt,
wobei die Oberfläche dieser Teile poliert
gewährleistet ist. Der
Innenleiter 15 wird am oberen Ende des Rohres 14 durch einen Messingring 16 derart
zentriert, daß innerhalb des Außenrohres ein gleichmäßiger Ringspalt entsteht. Auf
das obere Ende des Innenleiters 15 ist ein Konus 17 aufgeschraubt, der z. B. aus
Messing besteht und über eine passende Haube 18 mit der Stromzuführungsleitung verbunden
ist. Zum Einbau der Elektrode wird in das Oberteil einer Elektrolysezelle ein Deckel
19 eingebaut, der eine Öffnung besitzt; durch die die Halterungs- und Stromzuführungsstange
hindurchtritt. Auf der dem Zelleninneren abgewandten Seite ist dieser Deckel mit
Dichtungsringen versehen.The lower part of the electrode rod is made of solid stainless steel and is provided with an internal thread at both ends. The lower thread 12 is used to attach the cathode or anode immersed in the bath, the upper thread 13 to attach the copper inner conductor. The end part 11 made of solid material is welded to a tube 14 made of scale-resistant steel of the same diameter, the surface of these parts being guaranteed to be polished. The inner conductor 15 is centered at the upper end of the tube 14 by a brass ring 16 in such a way that a uniform annular gap is created within the outer tube. A cone 17 is screwed onto the upper end of the inner conductor 15, which z. B. consists of brass and is connected to the power supply line via a suitable hood 18. To install the electrode, a cover 19 is installed in the upper part of an electrolytic cell, which has an opening; through which the support and power supply rod passes. On the side facing away from the inside of the cell, this cover is provided with sealing rings.