DE2405461B2

DE2405461B2 - Verankerung für einen Stromleit-Barren in einer Nut einer aus einem Kohleblock gebildeten Elektrode

Info

Publication number: DE2405461B2
Application number: DE2405461A
Authority: DE
Inventors: Werner K. Venthone Fischer; Raoul Dipl.-Masch.-Ing. Zollikerberg Jemec
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1980-02-21
Also published as: FR2217071B1; DE2405461C3; NL176377B; AT327580B; CH544578A; JPS5550119B2; JPS49112818A; DE2405461A1; FR2217071A1; GB1431622A; NL7401770A; CA1022880A; ATA101774A; NO137508B; ZA74766B; US3867562A; IT1007268B; AU6532274A; YU33074A; YU35821B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verankerung für einen Stromleit-Barren in einer Nut einer aus einem Kohlenblock gebildeten Elektrode, wobei in die Räume zwischen den Wänden des Barrens und der Nut zur Verankerung desselben Grauguß eingegossen wird.

Die Kohleauskleidung des Bodens einer in einem Ofen zur Schn.Jzflußelektrolyse angeordneten Elektrolysezeile wurde vor mehreren Jahrzehnten, als die Elektrolysezelle;! noch verhäi ,,risniäBig klein waren, vorwiegend durch Stampfen eine - grünen Kunstkohlemasse hergestellt, die aus Kt.-ksgrieß und einem verkokbaren Bindemittel bestand und über die bereits in der Zelle angeordneten stromleitenden eisernen Kathodenbarren gegeben wurde. Vor der Inbetriebnahme der Zelle mußte die so hergestellte Kohlenauskleidung des Bodens der Zelle gebacken (gebrannt) werden.

Bei größeren Elektrolysezellen, zum Beispiel bei solchen von 40 000 A an, ging man dazu über, die Kohleauskleidung aus vorgebackenen Kunstkohleblökken herzustellen. Diese werden vor dem Einsetzen in die Elektrolysezelle mit den Kathodenbarren fest verbunden. Nach dem Einsetzen werden Zwischenräume zwischen den einzelnen Kohleblöcken mit Kunstkohlestampfmasse ausgefüllt, worauf das Backen (Einbrennen) erfolgt Zur Vermeidung von Zwischenräumen zwischen den einzelnen vorgebackenen Kohleblöcken und zwischen den Reihen derselben werden die einander zugewandten Flächen in manchen Fällen miteinander verklebt

Das Befestigen der eisernen Kathodenbarren in den vorgebackenen Kunstkohleblöcken kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Früher wurden die Kathodenbarren, deren Querschnitt durchwegs rechtekkig ist in entsprechende Ausnehmungen bzw. Nuten der Kohlebiöcke eingelegt und mit grüner Kunstkohlemasse eingestampft In neuerer Zeit wird die grüne Kunstkohlemasse durch eingegossenen Grauguß ersetzt.

Bekannt ist weiterhin die Anordnung einer Nut in einem K >h!eblock, die im Querschnitt Schwalbenschwanz' ^rmig ausgebildet ist und in welche ein Barren eingesetzt und mit Hilfe von eingegossenem Grauguß mit derselben verankert ist

Als nachteilig hat sich bei einer derartigen Verankerung des Stromleit-Barrens in der Nut jedoch gezeigt daß der bei der Abkühlung durch Kontraktion des Graugusses und des Barrens enstehende Spafi zwischen dem Grauguß und den Wänden der Schwalbenschwanznut des Kohlenblockes genügt um eine geringfügige Verschiebung des in die Nut eingesetzten, vom Grauguß umschlossenen Barrens erfolgen zu lassen, welche beispielsweise durch Erschütterungen beim Transport des Kohlenblockes entstehen kann, so daß sich der Spalt zwischen dem Grauguß und den Wänden der Schwalbenschwanznut des Kohlenblockes unzulässig verengt und der Block in diesem Fall bei der Wiederaufwärmung nach dem Einbau in den Elektrolyseofen auf beispiels-

ΐ5 weise 700—750⁰C durch Wärmedehnung des Barrens gesprengt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verankerung für einen Stromleit-Barren in einer Nut eines Kohienbiockes zu schaffen, mit welcher die den bisher bekannten, derartigen Verankerungen anhaftenden vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden, so daß eine Sprengung des Kohienblokkes durch Wärmedehnung des Barrens in der vorbeschriebenen Weise nicht möglich ist

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst daß in jeder Seitenwand der Nut mindestens eine Ausnehmung angeordnet ist welche der Verankerung mindestens einer "rhebung des den Barren umschließenden Gußeisenmantels dient

Im Querschnitt der Blöcke bzw. des Stromleit-Barrens gesehen, erstreckt sich die Verankerung im wesentlichen parallel zur Grundfläche der Blöcke.

Die Verankerung kann ferner derart vorteilhaft ausgebildet sein, daß die obere und untere Wand der Ausnehmung der Nut des Elektrodenblockes miteinander parallel verlaufend angeordnet sind. Es ist ferner möglich, die oberen und unteren Wände der Ausnehmungen in Richtung zum Barren hin geringfügig divergierend auszubilden.

Die Zeichnung zeigt ein Aus'jnrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellungsweise, und zwar

F i g. 1 Kohlenstoffblöcke mit eingelegtem Stromleit-Barren und ausgegossener Nut, weiche sich in der Gießstellung befinden, bei der die Nuten der Block? nach oben weisen,

F i g. 2 Kohlenstoffblöcke mit eingelegtem Stromleit-Barren, weiche sich in einer für den Einbau in die Wanne eines Ofens für die Schmelzflußelektrolyse vorbereiteten Stellung behnciet, bei welcher die Nuten der Blöcke nach unten weisen,

Fig.3 einen Schnitt durch eine in perspektivischer Darstellungsweise gezeigte Ofenwanne mit der Auskleidung derselben dienenden Kohlestoffblöcken,

Fig.4 einen Schnitt durch einen in der Eingußstellung befindlichen Elektrodenblock, aus welchem die Lage eines Stromleit-Barrens in einer Nut bzw. einer Verankerung des Blockes im erkalteten Zustand des Barrens nach erfolgtem Einguß des Gußeisens in die Nut 2 des Blockes 1 zu ersehen ist und

Fig.5 einen Schnitt durch einen in der Betriebsstellung befindlichen Elektrodenblock, aus welchem die Lage eines Stromleit-Barrens in einer Nut bzw. einer Verankerung eines Elektrodenblockes bei Betriebstemperatur zu ersehen ist.

Die in den F i g. 1,2 und 3 gezeigten Kohlenstoffblökke 1 sind in einer bestimmten Anzahl, beispielsweise fünf, in einer Reihe ausgerichtet, mit einem Stromleit-

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15

Barren 3, wie nachstehend naher beschrieben, fest verbunden und beispielsweise in eine Stahlwanne 17 eines Elektrolyseschmelzofens 18 eingesetzt, in welcher diese als Kathoden bei der Schmelzfliißelektrolyse zum Einsatz gelangen, die über die Stromleit-Barren 3 in einer nicht näher dargestellten Weise mit einer Stromquelle verbunden sind. Zwischen den Kohlenstoffblöcken 1 und der Stahlwanne 17 ist eine Schicht aus einem feuerfesten, wärmeisolierenden Mauerwerk 19 angeordnet

Gemäß den F i g. 4 und 5 weist der Elektrodenblock 1 eine Nut 2 zur Aufnahme eines Stromleit-Barrens 3 auf. In die beiden Seitenwände 4,5 der Niu 2 ist mindestens je eine Ausnehmung 6, 7 eingearbes · welche vorzugsweise in der mittleren Hc-he~Jagt. .'ir Seitenwände angeordnet ist Die Ausnehmungen 6, 7 erstrecken sich vorzugsweise pa'-ali'³'· zur Längsrichtung der Nut 2, wobei die oberen und 1. .«.ren Wände 8,9 der Ausnehmungen 6, 7 vorzuF.-;wt;ise parallel zueinander, aber auch in Richtung zum 3=· -ren 3 hin divergierend angeordnet sein können.

Die Kohlenstoffblöcke 1 werden zum Ausgießen der im Querschnitt im wesentlichen rechteckig geformten Nut 2 mit der offenen Seite derselben nach oben auf den Boden gelegt und für die Einbringung des Stromleit-Barrens 3 in die Nuten 2 ausgerichtet, siehe auch F i g. 1.

Vor der Einbringung der Barren 3indieNut2 werden diese auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise 700 Grad C erwärmt, hiernach in der in den F i g. 1 und 4 gezeigten Lage in die Nut ? des Elektrodenblockes 1 eingesetzt und mit ihren Enden auf zwei nicht dargestellte Blöcke gelegt, weiche die Barren 3 auf einer geeigneten Höhe in bezug auf die Lage der Nuten 2 der Kohlenstoffblöcke 1 halten, in welcher zwischen dem Barren 3 und den Wänden der Nut 2 ein U-förmiger Spalt verbleibt, der der anschließend in denselben eingegossenen Eisenschmelze einen guten Durchfluß ermöglicht

Beim Eingießen der Eisenschmelze in den U-förmigen Spalt bilde, sich in demselben ein mit dem Barren 3 fest verbundener Gußeisenmantel 10 mit Erhebungen 13, welche während und nach der Kontraktion des Gußeisenmantels sowie des Barrens 3 durch die Ausnehmungen 6,7 in der Nut 2 des Kohlenstoffblockes

nicht aus den
bewegen Kann.

Bereichen der Ausnehmungen 6, 7 Nach der Erkaltung des Barrens 3 und des Gußeisenmantels 10 nehmen diese infolge Kontraktion einen kleineren Raum als beim Eingießen der Schmelze ein, wie dieser in der Fig.4 dargestellt ist Hierbei bleiben die Erhebungen 13 des Gußeisenmantels 10 im Eingriff mit den Ausnehmungen 6, 7 der Nut 2 und liegen auf den unteren Wänden 9 der Ausnehmung, so da3 der mit dem Barren 3 fest verbundene Gußeisenmantel 10 mit dem Kohlenstoffblock ί verankert ist. Zwischen dem Gußeisenmaniel 10 und den Wänden der Nut 2 sowie den Seitenwänden 12 und den oberen Wänden 8 der Ausnehmungen 6, 7 verbleiben im erkalteten Zustand des Gußeisenmantels 10. Spalten 11.

Die Abmessungen der Ausnehmungen 6, 7 sowie die Abstandhaltung derselben vom Boden 14 der Nuten 2 werden nach einem bestimmten Berechnungsgang unter Berücksichtigung der Eingießbedingungen sowie der Ausdehnung des Elektrodenblockes 1 und .ues Gußeisenmar.tels 10 bei mittlerer Betriebstemperatur vorgenommen.

In dem Ofen Ok die Schmelzfluß'., .'..'ktrolyse, beispielsweise mit in geschmolzenem Kryolith gelöstem Aluminiumoxyd, beträgt die Temperatur des Elektrolytes etwa 950—960°C und die mittlere Temperatur des Stromleitbarrens 3 während des Betriebes etwa 750° C.

Mi: Hilfe der Verankerung eines Stromleit-Barrens 3 in einer im Querschnitt im wesentlichen rechteckig geformten Nut 2 ist es nunmehr nicht mehr möglich, daß sich die Barren 3 im kalten Zustand zwischen den Seitenwänden der Nuten 2 verschieben und verkeilen. Die Barren 3 verbleiben auch bei anschließender Erwärmung in ihrer ursprünglichen Lage in der Nut 2, so daß bei der durch die Erwärmung erfolgenden Ausdehnung derselben keine Sprengung des Elektrodenblockes 1 zu befürchten ist

Wenn die Wände 8,9 der Ausnehmungen 6,7 der Nut 2 divergierend angeordnet sind, ist besonders darauf zu achten, daß diese nur derart geringfügig divergierend verlaufen, daß sich die Erhebungen 13 des Guiteisenmantels 10 im kalten Zustand bei einer geringen schlichen Verschiebung der Barren 3 nicht mit den Wänden 8,9 der Ausnehmungen 6,7 verkeilen können, wodurch bei einer nachfolgenden Erwärmung sowie der hierbei erfolgenden Ausdehnung des Barrens 3 und des ■""■•üßeisenmanteis iö eine Sprengung des Eiektrodenblockes vermieden wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Paten tanspriiche: 24 05 4f

1. Verankerung fur einen Stromleit-Barren in einer Nut eines Elektrodenblockes, wobei in dem Raum zwischen den Wänden des Barrens und der Nut ein Gußeisenmantel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Seitenwand (4; 5) der Nut (2) mindestens eine Ausnehmung (6; 7) angeordnet ist weiche der Verankerung mindestens einer Erhebung (13) des den Barren (3) umschließenden Gußeisenmantel (10) dient.

2. Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Wand (8; 9) der Ausnehmung (6; 7) der Nut (2) des Elektrodenblockes (1) miteinander parallel verlaufend angeordnet sind.

3. Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Wände (8; S) der Ausnehmungen (6; 7) in Richtung zum Barren (3) hin geringfügig divergierend ausgebildet sind.