DE2547061B2

DE2547061B2 - Vorrichtung zum Schutz von Stromzuführungszapfen an Anodenkohlen für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium

Info

Publication number: DE2547061B2
Application number: DE19752547061
Authority: DE
Inventors: Michael 4222 Friedrichsfeld Muellerthann
Original assignee: Kaiser-Preussag Aluminium & Co Voerde 4223 Voerde GmbH
Current assignee: Kaiser-Preussag Aluminium & Co Voerde 4223 Voerde GmbH
Priority date: 1975-10-21
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2547061A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz von Stromzuführungszapfen an Anodenkohlen für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium in einer Fluoridschmelze der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (DT-AS 1533461). Dort ist der Kragen aus einem Blechstreifen hergestellt, der zu einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt abgekantet ist, drei glatte Seitenwände und eine vierte Wand aufweist, die die Verbindungsstelle der zueinander entgegengesetzt hakenartig abgekanteten Bandenden aufweist. Durch diese Vorrichtung ist es möglich, die Lebensdauer der Anodenkohlen zu verlängern, da der aus der Elektrodenkohle herausragende Teil des Zapfens bis zu einer gewissen Höhe geschützt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche Vorrichtung noch Wünsche offen läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung noch weiter zu verbessern, um auf einfache Weise eine große Lebensdauer, d. h. einen guten Ausnutzungsgrad an Anodenkohle zu erzielen.

Die Erfindung besteht in der im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 genannten Lösung, wodurch es möglich ist, die Standzeit der Anode je nach Höhe des Kragens zu verlängern. Die Anode kann so weit in das Schmelzbad eingetaucht werden, bis der Kragen nur noch einige Zentimeter aus diesem herausragt und daher der größte Teil der noch unter den Anodenzapfen zur Verfügung stehenden Länge der Anodenkohle verbraucht werden kann.

Die aufgetragene Aluminiumschicht stellt eine gute wärmeleitfähige Verbindung zwischen der Oberfläche der Anodenkohle und dem Kragen her, wodurch genügend Wärme abgeführt werden kann und verhindert wird, daß der Schutzkragen bis zum Eintauchen in das Schmelzbad durch Luftoxydation vorzeitig zerstört wird und die Funktion der Füllmasse nicht mehr genügend erfüllt werden kann. Die aus Aluminium bestehende Überzugsschicht sorgt auch für eine hervorragende Abdichtung, so daß durch den Spalt zwischen dem Kragen und der Anodenkohle keine Luft hindurchströmen kann und die Oxydation der insbesondere aus Kohle und Pech bestehenden Füllmasse

ίο und evtl. auch der Anodenkohle rings um die Stromzuführungszapfen verhindert wird.

Die Erfindung ist auch besonders gut geeignet zur Verwendung bei gekapselten, mittels bedienten Elektrolysezellen, in denen ein Nachfüllen der Füllmasse unmöglich ist, da beim Einsetzen der Anoden die Oberseite mit Al₂O₃ abgedeckt wird und damit gleichzeitig eine Lage Tonerde auf die Füllmasse fällt.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht.

Als Füllmasse für den Zwischenraum zwischen dem Kragen und dem Zapfen hat sich eine Masse aus Petrolkoks und Hartpech, das teilweise durch Teer und Weichpech ersetzt sein kann, bewährt, und zwar insbesondere in einem Mischungsverhältnis von etwa 75% Petrolkoks und etwa 25% Hartpech mit einem Erweichungspunkt von etwa 110° C.

Im übrigen empfiehlt es sich, die Füllmasse direkt nach dem Vergießen des Zapfens mit Gußeisen und nach dem Sich daran anschließenden Einlegen des

jo Kragens einzufüllen, da durch die Wärme der Gußeisenschmelze noch Energie vorhanden ist, um die Füllmasse anzuschmelzen und dadurch eine dichte Packung und eine Fixierung des Kragens für das spätere Aufsprühen von Aluminium zu gewährleisten.

Damit beim Besprühen mit flüssigem Aluminium durch den Sprühstrahl keine Füllmasse aufgewirbelt wird, empfiehlt es sich, die Oberseite der Füllmasse abzudichten, was zweckmäßigerweise durch Vergießen mit flüssigem Teer oder auch durch Anschmelzen der Oberfläche mittels einer Wärmestrahlungsquelle (Heizstrahler oder Flamme) möglich ist.

Durch das anschließende Sprühen mit flüssigem Aluminium wird nochmals Wärme zugeführt und die Füllmasse weiter angeschmolzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Reihe von Verbesserungen auf:

a) Verlängerung der Standzeit.

b) Verringerung des Luftabbrands auf der Anodenoberseite sowohl durch die Füllmasse als auch durch eine Art Kühlrippe, die durch die innige Verbindung des Kragens über die gesprühte Aluminiumschicht mit der Oberfläche des Kohleblocks entsteht.

c) Verkleinern der Gefahr einer Überhitzung von Stromzuführungszapfen durch die größere Kontaktfläche Kohle - Stahl, da mehr Wärmeenergie abgeleitet werden kann, d. h. die Gefahr des Abfallens von Anoden wird verringert.

d) Drastische Reduzierung der hohen Zahl abgefressener Stromzuführungszapfen und damit

verbundener hoher Kosten.
Ein Beispiel für die Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung im Längsschnitt,
bs Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Querschnitt einer Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A/A der Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung eine Anodenstange 1 auf, die über eine Verbindung 2 aus beispielsweise Al/Fe mit dem Anodenjoch 3 verbunden ist, welches die aus Stahl bestehenden Zapfen 4 trägt. Diese stecken zusammen mit einer Guß-sisen- oder Grauguß-Verbindung 5 aus Gußeisen oder Grauguß im Körper der Anodenkohle 6. Die Zapfen 4 sind von einem als Metallblechring ausgebildeten Kragen 7 umgeben. Der Raum zwischen dem Kragen 7 und dem Zapfen 4 ist mit der Füllmasse 8 ausgefüllt. Ein Ring 10 dient als Anschlag für den Kragen 7 gegenüber der Anodenkohle 6. Die aufgesprühte Aluminiumschicht 9 verbindet die Außenseite des Kragens 7 mit der Außenseite der Füllmasse 8, die oben mit einer Teerabdeckung 11 abgedeckt ist.

Gemäß Fig. 2 und 3 sind konzentrische, beispielsweise ca. 20 mm breite Ringe 10 um die Zapfenlöcher 12 angeordnet. Die Ringe 10 haben die gleiche Höhe wie die Abstandswarzen und dienen daher bei der Lagerung im Rohanodenbereich auch als Abstandshalter. Für den Kragen 7 dienen die Ringe 10 als Fixierung und als Voraussetzung für einen dichten Anschluß zur Kohleoberfläche.

Sie können auch durch eine konzentrische Rinne ersetzt sein.

Der Innendurchmesser des Kragens 7 soll so bemessen sein, daß die Füllmasse 8 einen beispielsweise etwa 5 cm breiten Ring bilden kann, um eine gute Verbindung zur Anodenoberfläche zu gewährleisten.

Der Kragen 7 besteht beispielsweise aus einem kreisförmig gebogenen Metallblechband, z. B. einem Band aus einem Metall (z. B. Al, Mg oder Fe), welches gut wärmeleitend ist und durch seine Menge und Eigenschaft die Qualität des Al-Metalls nicht nennenswert verändert und weist eine Breite von etwa 10-15 cm und eine Dicke von etwa 0,05 bis 1 mm auf. Beide Enden sind nach rechts bzw. links umgefalzt, so daß sie beim Einlegen um die Zapfen 4 eingehakt werden können. Der Durchmesser des Kragens 7 wird vom Innenmaß des konzentrischen Rings 10 um die Zapfen 4 bestimmt.

Der Aufbau erfolgt, wie bereits erwähnt, durch Umlegen des Kragens 7 um den betreffenden Zapfen 4 zweckmäßigerweise sofort nach dem Vergießen der Anodenstangen 1 mit der Anodenkohle 6. Nun wird sofort die Füllmasse 8 aus Kohle-Pech eingefüllt und zum Verschließen der Oberfläche der Füllmasse 8 mit einer dünnen Teerschicht vergossen oder mit einer thermischen Strahlungsquelle oberflächlich angeschmolzen. Die Kohle-Pech-Mischung kann auch flüssig eingefüllt werden, wenn vorher 10% des

ίο Pechanteils durch Teer oder Weichpech ersetzt und die Mischung auf ca. 150³ C erhitzt wurde.

Sodann wird.die Vorrichtung in Rotation versetzt und beispielsweise mit flüssigem Aluminium besprüht, um die Aluminiumschicht 9 aufzubringen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut in einer gekapselten Al-Elektrolysezelle verwendbar. Dabei wird die Anodengruppe senkrecht in die AI-Elektrolysezelle eingesetzt, so daß der Abstand zur Kathode ca. 5 cm beträgt.

In der Elektrolysezelle wird in ca. 970° C heißem Kryolith (mit Zusätzen von CaF und AJF₃) AJ₂O₃ gelöst und mit großer Stromstärke (z. B. ca. 150 kA) in Al und O₂ zerlegt. Der flüssige Kryolith mit den Zusätzen wird auch Bad oder Schmelze genannt. Die Badhöhe beträgt ca. 15-25 cm. Das Al scheidet sich am Boden der Zelle ab, während der Sauerstoff die Anodenkohle 6 zu CO₂ bzw. CO umwandelt.

Die Anode verbleibt in der Elektrolysezelle, bis sie so weit abgebrannt ist, daß die Anodenkohle 6 nur

jo noch einige Zentimeter aus dem Bad herausragt. Üblicherweise ist die Restanode noch ca. 20 cm dick. Bei einer Zapfentiefe von 10 cm stünden noch ca. 10 cm Kohle zur Verfügung, wenn die Anodenkohle in das Bad eintauchen könnte. Mit der erfindungsge-

j5 mäßen Anordnung jedoch kann nun die Anodenkohle 6 so weit in das Bad eintauchen, bis der Kragen 7 nur noch wenige Zentimeter aus dem Bad herausragt und damit der größte Teil der noch unter den Zapfen 4 zur Verfügung stehenden 10 cm Ano-

(0 denlänge verbraucht werden kann.

Damit gelingt es nun, die Standzeit einer Anode auf einfache Weise erheblich zu verlängern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Schutz von Stromzuführungszapfen und zur Herabsetzung des Luftabbrandes an vorgebrannten Anodenkohlen für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium in einer Fluoridschmelze, bei der um jeden in Zapfenlöcher der Anodenkohlen ragenden Zapfen ein Kragen aus Metallblech gelegt und der Zwischenraum zwischen dem Kragen und dem Zapfen mit einer kohlenstoffhaltigen Füllmasse gefüllt ist, d adurch gekennzeichnet, daß der Kragen (7) auf der Oberfläche der Anodenkohle (6) durch einen konzentrischen Ring (10) oder eine konzentrische Rinne um die Zapfenlöcher (12) fixiert und durch eine flüssig aufgesprühte Aluminiumschicht (9) dicht mit der Oberfläche der Anodenkohie (6) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (7) aus einem Band besteht, dessen Enden zueinander entgegengesetzt hakenartig umgefalzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (7) aus gut wärmeleitfähigem Metall besteht, das die Qualität des Aluminiums nicht nennenswert beeinträchtigt.