DE1188823B

DE1188823B - Vorrichtung zur Stromzufuehrung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung

Info

Publication number: DE1188823B
Application number: DEE24414A
Authority: DE
Inventors: Dr Mathias Oevrom Sem
Original assignee: Elektrokemisk AS
Current assignee: Elektrokemisk AS
Priority date: 1962-03-05
Filing date: 1963-03-01
Publication date: 1965-03-11
Also published as: FR1350296A; CH404012A; ES285693A1; US3322658A; GB992528A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22d

Deutsche Kl.: 40 c-3/12

Nummer: 1188 823

Aktenzeichen: E 24414 VI a/40 c

Anmeldetag: 1. März 1963

Auslegetag: 11. März 1965

Die Erfindung betrifft die Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium, der mit kontinuierlichen und selbstbackenden Anoden arbeitet. In einem derartigen Ofen besteht im allgemeinen die Kathode aus fertiggebrannten Blöcken, welche den Ofenboden bilden. Der Strom wird diesen Blöcken mit Hilfe von eisernen Kontakten, z. B. in Form von Flachstahl zugeführt, die durch die Ofenwandung oder durch den Ofenboden in die Blöcke eingeführt und in diesen festgegossen werden. Der Ofenboden bzw. die Kathode wird nach und nach geschwächt, teils weil das flüssige Aluminium an den Blöcken zehrt und teils weil die Blöcke bersten und zerbröckeln. Letzteres ist den Temperaturschwankungen im Ofen zuzuschreiben, da hierdurch die Eisenkontakte in den Blöcken arbeiten. Das flüssige Aluminium kommt also direkt mit den Eisenkontakten in Berührung und nimmt von ihnen Eisen auf. Der Ofen muß dann zur Erneuerung des Bodens bzw. der Kathode außer Betrieb gesetzt werden. Ein Ofenboden hat im allgemeinen nur eine Lebensdauer von etwa 3 bis 5 Jahren, und die Erneuerung ist durch den Arbeitsaufwand und Produktionsverlust mit erheblichen Kosten verbunden. Man rechnet außerdem damit, daß der Ofenboden 15 bis 25 % der während der Elektrolyse aufgewendeten Fluoridmenge in sich aufnimmt. Es gehen somit bedeutende Mengen wertvoller Fluorverbindungen in den abgebauten Ofenböden verloren.

Es ist bekannt, daß die Lebensdauer der Böden wesentlich verlängert und die Verunreinigungen durch Eisen aus den Bodenkontakten vermieden werden können, wenn man das geschmolzene Aluminium am Ofenboden als Kathode verwendet und diesem den Strom direkt mittels vertikalen aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Kathodenkontakten zuführt. Diese werden nicht nennenswert vom flüssigen Aluminium angegriffen. Hierfür sind beispielsweise Boride oder Karbide aus Titan oder Zirkonium, gegebenenfalls in Mischung, verwendbar. Derartige Stoffe werden auch bei den auftretenden Temperaturen vom geschmolzenen Kryolithbad nicht angegriffen.

Erfindungsgemäß werden vertikale Kathodenkontakte durch die Anode und das Schmelzbad direkt in das flüssige Aluminium am Ofenboden eingeführt. Die Kathodenkontakte müssen selbstverständlich gegenüber der Anode elektrisch isoliert sein. Zur Vermeidung eines Stromüberganges von den Kontaktbolzen an das geschmolzene Bad müssen die Kathodenkontakte mit einer Schicht aus einem elek-Vorrichtung zur Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen
Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung

Anmelder:

Elektrokemisk A/S, Oslo
Vertreter:

Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Annastr. 19

Als Erfinder benannt:

Dr. Mathias övrom Sem, Oslo

Beanspruchte Priorität:

Norwegen vom 5. März 1962 (143 498)

irisch isolierenden Material, z. B. durch Siliciumnitrid gebundenes Siliciumcarbid oder einem anderen geeigneten Material, versehen werden. Bei der Stromzuführung an die Kathode muß dafür Sorge getragen werden, daß stets genügende Mengen von flüssigem Aluminium am Ofenboden vorhanden sind, so daß die Stromkonzentration im Metall nicht zu groß wird. Die Höhe der geschmolzenen Aluminiumschicht soll im allgemeinen etwa 20 cm oder mehr betragen. Da das geschmolzene Aluminium infolge des Pincheffektes um jeden Kontakt herabgepreßt wird, muß die Stromstärke in jedem Kontakt auf z. B. 4000 bis 5000 A begrenzt werden. Demnach werden z.B. in einem 100000-A-Ofen etwa 25 durch die Anode eingeführte Kathodenkontakte vorgesehen.

Die Kathodenkontakte können z. B. mit Hilfe von Aluminiumrohren mit größerem Durchmesser als der der Kontakte durch die Anode eingeführt werden. Die Rohre durchschneiden die Anode und können je nach dem Verbrauch nach oben verlängert werden. Die Rohre können aus z. B. dünnen Aluminiumblechen bestehen. Der ringförmige Raum zwischen

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dem Kontakt und dem Rohr kann mit einem elek- backen, weich und plastisch ist. Aus der Zeichnung trisch isolierenden Verschluß abgedeckt werden. Da ist zu ersehen, wie das Aluminiumrohr 5 unter die keine besonders hohe Temperatur am Kopf der Backzone hinabragt. Der Kontakt 4 ist mit einer Anode entsteht, braucht der Verschluß nicht unbe- isolierenden Schicht versehen, die den Kontakt vom dingt aus feuerfestem Material bestehen. Es können 5 Bade isoliert. Diese Isolation kann z. B. wie eine auch größere Rohre oder Kanäle aus Aluminium- Hülse 7 aus einem widerstandsfähigen Material ausblech, die mehrere Kathodenkontakte führen, ver- geführt sein. 8 deutet Abstandstücke an, die einen wendet werden. Man kann ferner sogenannte per- direkten Kontakt zwischen dem Kathodenkontakt 4 manente Rohre verwenden, die in der Anode fest- und der Anode 1, bzw. dem Rohr 5, verhindern. Der gebacken werden. Diese Rohre werden aus der io Kathodenkontakt kann auch in der Weise von der Anode gelöst und emporgezogen, je nachdem diese Anode isoliert werden, daß der Zwischenraum zwiverbraucht wird, und zwar in dergleichen Weise, wie sehen dem Kontakt 4 und dem Rohr 5 mit Tonerde man vertikale anodische Kontaktbolzen entsprechend angefüllt wird. Hierdurch wird gleichzeitig verhindern Anodenverbrauch löst und hochzieht. In sol- dert, daß Ofengase und Teerdämpfe auf diesem Wege chen Fällen sollten die Rohre aus Eisen hergestellt 15 entweichen. Man kann auch gegebenenfalls Al₂O₃ sein. Der unterste Teil der Rohre kann gegebenen- auf diesem Wege kontinuierlich aufgeben. Die Tonfalls, zur Erleichterung des Losreißens, konisch ge- erde kann mit Fluoriden vermischt werden, so daß sie formt werden. Die Rohre sollen gelöst und gehoben durch die Wärmeeinwirkung sintert. Die Öffnung werden, bevor sie in das Schmelzbad hinabreichen, zwischen dem Kontakt 4 und dem Rohr 5 kann auch vorzugsweise sobald das untere Ende derselben unter ao mit der Gassammelanlage in Verbindung gesetzt werdie Backzone der Anode gelangt ist. Man kann auch den, so daß auf diesem Wege Gas aus dem Ofen die Rohre mit einem Gewinde versehen, so daß sie entfernt werden kann.

in Übereinstimmung mit dem Anodenverbrauch in In F i g. 2 zeigt die rechte Hälfte einen horizonder Anode emporgeschraubt werden können. Um zu talen Schnitt durch eine Anode, die mit Kathodenverhindern, daß die Rohre durch Aufnahme von 25 kontakten 4 gemäß F i g. 1 ausgerüstet ist. Die verKohlenstoff geschwächt oder durch schwefelhaltige tikalen Anodenkontakte 9 tragen die Anode und Gase in der Anode abgezehrt werden, müssen sie an führen ihr gleichzeitig den Strom zu. Durch diese ihrer Außenwand mit Hilfe eines widerstandsfähigen Anordnung können die Kathodenschienen und die Materials, wie Titankarbid geschützt werden. Anodenschienen nebeneinander angebracht werden

Es ist bekannt, horizontale Kathodenkontakte zu 30 bei paralleler oder gemischter Zuleitung. Die entverwenden, die an den Längsseiten der Elektrolyse- gegengesetztgerichteten Ströme bewirken dann, daß öfen direkt in das flüssige Aluminium eingeführt die magnetischen Felder überall im Ofen minimal werden. Bei dieser Anordnung laufen die Kathoden- werden, und die bekannten Aufstauungen von flüssischienen längs der Ofenwanne, wo sie die Arbeit in gern Aluminium werden demzufolge nicht vorkom- und um den Ofen behindern. Durch die Anwendung 35 men. In Fig. 2 ist eine Anode 1 mit zwei Reihen von vertikalen oder annähernd vertikalen Kathoden- von Anodenkontakten 9 dargestellt. Selbstverständkontakten gemäß der Erfindung sind diese längslau- lieh kann die Erfindung mit einer beliebigen Anzahl fenden Schienen nicht erforderlich, wodurch man von Kontaktreihen ausgeübt werden,
leichter an den Ofen herangelangen kann und gleich- Man kann auch die Anodenkontakte als Rohre anzeitig Platz einspart. Nach der Anordnung gemäß 40 fertigen und die Kathodenkontakte in diesen anbrinder Erfindung werden die Kathodenschienen zusam- gen. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 2 angemen mit den Anodenschienen oberhalb des Ofens deutet, in der die Anodenkontakte mit 10 und die angebracht. Hierdurch erzielt man auch erhebliche Kathodenkontakte mit 11 bezeichnet sind. Die Kaelektrotechnische Vorteile, da infolge der parallelen, thoden- und Anodenkontakte müssen selbstverständaber entgegengesetztgerichteten Ströme die magneti- 45 Hch sorgfältig voneinander isoliert werden. Bekanntschen Felder in und um den Ofen verringert werden, lieh beträgt die Spannung in einem Aluminiumofen so daß die ungünstigen Aufstauungen von flüssigem nur etwa 4,5 V. Durch eine derartige Anordnung erAluminium nicht auftreten. zielt man weiterhin verbesserte elektromagnetische

Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch Verhältnisse im Ofen,

veranschaulicht. 50 Fig. 3 zeigt eine Ausführung, wonach mehrere

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Kathodenkontakte 4 in einem gemeinschaftlichen

Kathodenkontakt; Kanal 12 angebracht sind. Sowohl der Kanal wie die

F i g. 2 und 3 zeigen horizontale Schnitte durch eine Kathodenkontakte haben bei der dargestellten AusAnode, die mit vertikalen Kathodenkontakten gemäß führungsform rechteckigen Querschnitt. Der Kanal der Erfindung ausgerüstet ist. 55 kann jedoch jeden beliebigen Querschnitt haben. Die

In den Figuren bezeichnet 1 die Anode. 2 ist das Wandung des Kanals kann beispielsweise aus dünfiüssige Aluminium am Boden des Ofens und 3 ist nen, z. B. etwa 0,3 mm dicken, Aluminiumblechen das geschmolzene Kryolithbad. 4 ist ein Kathoden- bestehen. Die Bleche werden aufgerollt, und die kontakt, der in das flüssige Aluminium 2 hinabragt, Rollen werden über dem Ofen angebracht. Die das die Kathode des Ofens darstellt. 5 ist ein äußeres ^6o Bleche befestigen sich an der Anode während der Rohr, das ein oder mehrere Kathodenkontakte um- Verkokung des Bindemittels und werden dadurch gibt. Dieses Rohr kann, wie erwähnt, aus Aluminium automatisch mit der Elektrode abwärts gezogen, je hergestellt sein. Es wird im Maße, wie es unten ab- nachdem sich diese gegen das Schmelzbad bewegt, schmilzt, oben verlängert. Das Rohr kann mit einer Hierbei wickelt sich das Blech nach und nach von isolierenden Schicht versehen sein, die nicht in der 65 den Rollen ab. In dem Gebiet, wo die Aluminium-Zeichnung gezeigt ist. 6 bezeichnet die Backzone der bleche den weichen ungebackenen Teil der Elek-Anode. Unter derselben ist die Anode fest- und fertig- trode passieren, müssen Absteifer 13 verwendet wergebacken, während der darüberliegende Teil unge- den. Diese Absteifer können eventuell stationär sein.

bezeichnet permanente Formstücke am Ende der Kanäle.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium, der mit einer kontinuierlichen und selbstbackenden Anode ausgerüstet ist und bei dem das geschmolzene Aluminium am Ofenboden als Kathode dient und die Stromzuführung an die Kathode mit Hilfe von Kontaktbolzen erfolgt, die aus einem gut leitenden Material, wie Boriden oder Karbiden insbesondere des Titans oder Zirkoniums, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen (4) vertikal oder annähernd vertikal durch die Anode (1) hindurchgeführt sind und in das die Kathode bildende geschmolzene Aluminium (2) am Ofenboden herabragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen (4) in einem oder mehreren Rohren oder Kanälen (5,12), die die Anode (1) durchqueren, isoliert angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlaufenden Rohre oder Kanäle (5,12) aus Aluminium bestehen, mit der Anode (1) verbunden sind und entsprechend dem Anodenverbrauch nach oben verlängert werden können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mehrere Kathodenkontakte in einem gemeinschaftlichen Kanal angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12) mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist und seine Wandung aus dünnen an der Achse (1) befestigten Aluminiumblechen besteht, wobei die Bleche als Rollen über der Anode angebracht sind und je nach dem Anodenverbrauch automatisch abwärts gezogen werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die durchgehenden Rohre (5) aus Eisen bestehen und sieb durch die Backzone (6) der Anode (1) erstrecken und je nach dem Verbrauch der Anode emporgezogen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eisernen Rohre (5) gleichzeitig Strom an die Anode (1) leiten.

7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eisernen Rohre (5) an ihrer Außenwand mit einer Schicht aus einem gegen die Aufnahme von Kohlenstoff und die Abzehrung durch schwefelhaltige Gase wirkendem Material versehen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eisernen Rohre (5) mit einem Gewinde versehen werden und je nach dem Verbrauch der Anode in derselben emporgeschraubt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenkontakte (4) mittels einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material, das nicht vom Fluoridschmelzbad angegriffen wird, von dem Bad isoliert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen dem Rohr (5) und dem Kathodenkontakt (4) Tonerde aufgegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Schienen für die Kathodenkontakte und die stromführenden Schienen für die Anode parallel und eventuell gemischt zugeleitet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Kathodenkontakten (4) und dem darumliegenden Rohr oder Kanal (5, 12) zum Aufsammeln eines Teiles der Ofengase verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 814 031.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen