DE60035074T2

DE60035074T2 - Feuerfestes Material für Hochtemperatur-Anwendungen

Info

Publication number: DE60035074T2
Application number: DE60035074T
Authority: DE
Inventors: Thinh T. Nguyen; Jean-Jacques Duruz; Vittorio De Nora
Original assignee: Moltech Invent SA
Current assignee: Moltech Invent SA
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: NZ519430A; NZ531321A; ES2234696T3; AU778640B2; DE60018472D1; ATE363554T1; DE60018472T2; US20030221955A1; AU1544301A; EP1508762A3; DE60035074D1; ATE290105T1; ES2285339T3; EP1508762B1; EP1508762A2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Komponenten, die aus feuerfesten Material hergestellt sind oder mit feuerfesten Material beschichtet sind, zur Verwendung bei hoher Temperatur, insbesondere Kathodenblöcke von Zellen zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem geschmolzenen Elektrolyten auf Kryolithbasis gelöst ist, Lichtbogenelektroden von Lichtbogenstahlöfen und Komponenten von Reinigungsvorrichtungen für geschmolzenes Metall.
Hintergrund der Erfindung
Kohlenstoffhaltige oder kohlenstoffartige Materialien sind wichtige technische Materialien, die in verschiedenen Anwendungen wie Flugzeugrümpfen, Elektroden, Heizelementen, Baumaterialien, Raketendüsen, Metallurgietiegeln, Pumpenwellen, Ofenbefestigungen, Sinterschalen, Induktionsofensuszeptoren, kontinuierlichen Gießformen, Barrenformen, Extrusionsbehältern und -düsen, Wärmetauschern, Anoden, Hochtemperaturisolierung (poröser Graphit), Gasdiffusoren, Raumfahrtbaumaterialien, Lagern, Substraten in der Elektronikindustrie, Löt- und Verbindungsklemmen, Diamantschleifscheibenformen, Düsen, Glasformen, usw. verwendet werden. Obwohl kohlenstoffhaltige oder kohlenstoffartige Materialien Eigenschaften haben, die sie für die oben genannten Anwendungen brauchbar machen, ist die Oxidationsbeständigkeit eine Eigenschaft, die die Verwendung dieser Materialien eingeschränkt hat. Es werden daher viele Anstrengungen unternommen, um die Oxidationsbeständigkeit dieser Materialien zu verbessern.
Traditionelle Verfahren zum Schutz kohlenstoffartiger oder kohlenstoffhaltiger Materialien beinhalteten die Abscheidung haftender und sehr kontinuierlicher Schichten aus Materialien wie Siliciumcarbid oder Metallen wie Aluminium. Die Abscheidung dieser Materialien ist normalerweise mittels Techniken wie Aufdampfen (sowohl PVD als auch CVD) oder elektrochemische Verfahren bewirkt werden. Aufdampfen ist ein extrem langsames und kostspieliges Verfahren und kann außerdem nicht mit großen Teilen wie Elektroden durchgeführt werden. Es ist auch bekannt, Aluminiumoxid/Aluminium mittels Plasmasprühung auf die Seiten von Kohlenstoffanoden aufzubringen, die als Anoden zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium verwendet werden, dieses Beschichtungsverfahren ist jedoch teuer. Andere Techniken, wie elektrochemische Verfahren, sind hinsichtlich des Typs der Materialien begrenzt, die als Beschichtungen aufgebracht werden, und es kann auch Größenbeschränkungen geben.
Verschiedene Typen von TiB₂- oder RHM-Schichten, die auf Kohlenstoffsubstrate aufgebracht wurden, versagten wegen schlechter Haftung und Unterschieden im Wärmekoeffizienten zwischen dem Titandiboridmaterial und dem Kohlenstoffsubstrat.
In letzter Zeit wurden Schutzbeschichtungen aus feuerfestem Hartmaterial, die aus einer Aufschlämmung aufgebracht wurden, erfolgreich auf Kohlenstoffkomponenten verwendet, insbesondere bei Kathoden von Aluminiumproduktionszellen. Diese Aufschlämmungen sind in der US-A-5 364 513 (Sekhar/de Nora) offenbart.
Die US-A-5 651 874 (de Nora/Sekhar) beschreibt eine kohlenstoffhaltige Komponente einer Zelle zur Produktion von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in geschmolzenem Elektrolyt auf Kryolithbasis gelöst ist, wobei die Zellkomponente vor Angriff durch flüssige und/oder gasförmige Komponenten des Elektrolyten oder durch den Zellbetriebrproduzierte Produkte durch eine Beschichtung aus teilchenförmigem feuerfestem Hartmetallborid und eine Kolloidbindung geschützt ist, die aus einer Aufschlämmung des Borids in einem kolloida len Träger aufgebracht wird, die mindestens eines von kolloidalem Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Yttriumoxid, Cerdioxid, Thoriumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Lithiumoxid, Monoaluminiumphosphat oder Ceracetat umfasst.
Die US-A-5 728 466 (Sekhar/de Nora) offenbart eine Kohlenstoffkathode zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, auf der eine harte Oberfläche bereitgestellt wird, indem der Oberfläche der Kohlenstoffkathode eine Schicht zugefügt wird, die teilchenförmiges feuerfestes Hartmetallborid und ein kolloidales Bindemittel enthält, das, wenn die Kohlenstoffkathode erwärmt wird, mit dem feuerfesten Hartmetallborid und Kohlenstoff aus der Kathode oder aus einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre reagiert.
Aufgaben der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Komponente, die aus feuerfestem Material hergestellt ist oder mit feuerfestem Material beschichtet ist, das gegen aggressive Umgebungen beständig ist und in Zellen zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, in Stahllichtbogenöfen und Vorrichtungen zur Behandlung von geschmolzenem Metall und anderen Hochtemperaturanwendungen verwendet werden kann.
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Beschichtungen aus feuerfestem Hartmaterial, um Komponenten aus Kohlenstoff oder anderen Materialien, insbesondere Kohlenstoffkomponenten aus Zellen zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium oder Aluminiumreinigungsvorrichtungen, zu schützen, wobei die Beschichtungen eine hohe Dichte und eine verbesserte mechanische Beständigkeit haben, insbesondere gegen Delaminierung.
Eine bevorzugte Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Komponente, die mit feuerfestem Material beschich tet ist, das in korrosiven Umgebungen verwendet werden kann, wie oxidierenden Medien oder gasförmigen oder flüssigen korrosiven Mitteln bei erhöhter Temperatur, mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Oxidation, Korrosion und Erosion und das verbesserte elektrische Leitfähigkeits-, elektrochemisch aktive und/oder physikochemische Eigenschaften hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Zellkomponenten zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium mit einer Beschichtung, die gegen Oxidation, Korrosion und Erosion schützt, insbesondere beschichtete Kathoden oder Ablaufkathoden (Drain-Kathoden, drainierte Kathoden) mit verbesserten elektrischen Leitfähigkeits-, elektrochemischen Aktivitäts- und physikochemischen Eigenschaften (Aluminiumbenetzbarkeit).
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Elektroden, insbesondere für Lichtbogenöfen, zur Herstellung von Stahl, die auf ihren inaktiven Oberflächen mit einer Beschichtung beschichtet sind, die vor vorzeitiger Oxidation schützt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Komponenten zur Behandlung von geschmolzenen Metallen, die mit einer Beschichtung geschützt sind, die durch das geschmolzene Metall benetzbar ist und vor Oxidation und Erosion der Komponente geschützt ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Komponente, die mit einer Beschichtung bedeckt ist, die die Komponente vor Verschleiß schützt und die Lebensdauer der Komponente kontrolliert, wobei die Dicke und/oder Zusammensetzung der Beschichtung für unterschiedliche Teile der Komponente leicht einstellbar ist bzw. sind, welche während des Gebrauchs unterschiedlichen Verschleißbedingungen ausgesetzt sein können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Komponente, die während des Gebrauchs geschmolzenem Aluminium ausgesetzt ist. Die Komponente umfasst einen Körper, der typischerweise aus Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material hergestellt ist und mit einer anhaftenden mehrschichtigen Schutzbeschichtung beschichtet ist, die während des Betriebs geschmolzenem Aluminium ausgesetzt ist. Die Schutzbeschichtung weist eine Außenschicht, die durch geschmolzenes Aluminium durch Eindringen desselben in die Außenschicht benetzbar ist, sowie eine Aluminium abweisenden Schicht darunter auf, die eine Sperre gegen geschmolzenes Aluminium auf dem Körper bildet, was verhindert, dass der Körper geschmolzenem Aluminium ausgesetzt wird.
Die mit Aluminium benetzbare Außenschicht enthält üblicherweise ein Benetzungsmittel, z. B. wie im Folgenden offenbart, das geschmolzenes Aluminium in die Beschichtung zieht. Die Aluminium abweisende Schicht ist im Unterschied dazu vorzugsweise frei von jeglichem Benetzungsmittel. Mindestens eine von der mit Aluminium benetzbaren Außenschicht und der Aluminium abweisenden Schicht kann ein feuerfestes Material wie im Folgenden beschrieben umfassen.
Um die Benetzung der mit Aluminium benetzbaren Außenschicht durch geschmolzenes Aluminium zu erhöhen, kann die Außenschicht vor Gebrauch mit einer Startschicht bedeckt sein, die aus einer Aufschlämmung aufgebracht worden ist, die aus teilchenförmigem Benetzungsoxid in einem polymeren und/oder kolloidalen Bindemittel hergestellt worden ist, wie im Folgenden offenbart wird.
Es ist beobachtet worden, dass Teilchen von feuerfesten Metallverbindungen, z. B. Boriden wie TiB₂, Siliciden, Nitriden, Carbiden und Phosphiden, oberflächenoxidiert werden, wenn sie Luft oder anderen oxidierenden Medien ausgesetzt werden, die auf dem Metall der feuerfesten Metallverbindung einen Oxidfilm erzeugen. Spezielle Aspekte der vorliegenden Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass die Existenz des Oxidfilms auf Teilchen der feuerfesten Metallverbindungen verwendet werden können, um bekannte Beschichtungen zu modifizieren und zu verbessern, z. B. jene, die in der genannten US-A-5 651 874 beschrieben sind.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verbesserung der Kohäsion der feuerfesten Metallverbindungsteilchen innerhalb des feuerfesten Materials, die Dichte des feuerfesten Materials und seine mechanische und chemische Beständigkeit. Diese Verbesserungen werden erreicht, indem zusätzlich zu der suspendierten teilchenförmigen feuerfesten Metallverbindung ein teilchenförmiges Metalloxid in der kolloidalen und/oder polymeren Aufschlämmung suspendiert wird. Das suspendierte teilchenförmige Metalloxid reagiert beim Erhitzen mit dem polymeren und/oder kolloidalen Metalloxid unter Bildung eines gemischten Oxids, das mit dem aus der Reaktion zwischen dem polymeren und/oder kolloidalen bindende Metalloxid und der Oxidoberfläche der feuerfesten Metallverbindungsteilchen gebildeten gemischten Oxid mindestens teilweise mischbar ist.
Nach der Reaktion sind die feuerfesten Metallverbindungsteilchen nicht nur durch gemischte Oxid-Bindeglieder zwischen ihnen verbunden, sondern sind innerhalb einer kohärenten gemischten Oxidmatrix gebunden, die durch die gemischten Oxide des kolloidalen und/oder polymeren Oxids gebildet ist, das auf der einen Seite mit dem suspendierten teilchenförmigen Metalloxid und auf der anderen Seite mit dem Oberflächenoxid der feuerfesten Metallverbindung umgesetzt worden ist.
Die hohe Kohäsion der Bestandteile dieses feuerfesten Materials verringert das Risiko von Rissen und erhöht die Undurchlässigkeit des feuerfesten Materials gegenüber Infiltration von aggressiven Bestandteilen aus der Umgebung während des Gebrauchs.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Komponente aus einem feuerfesten Material zur Verwendung bei hoher Temperatur hergestellt oder damit beschichtet sein. Das feuerfeste Material umfasst Teilchen einer feuerfesten Metallverbindung in einer Oxidmatrix. Die feuerfeste Metallverbindung ist ausgewählt aus Metallboriden, -siliciden, -nitriden, -carbiden und -phosphiden. Die Oxidmatrix umfasst ein bindendes gemischtes Oxid, das aus einem einzigen gemischten Oxid oder einer Vielzahl mischbarer gemischter Oxide hergestellt ist.
Das feuerfeste Material ist erhältlich aus einer wärmebehandelten Aufschlämmung, die

a) kolloidalen und/oder polymeren Träger, der kolloidales und/oder polymeres Oxid mindestens eines Metalls umfasst;
b) suspendierte Teilchen der feuerfesten Metallverbindung, die mit einem integralen Film aus Oxid des Metalls der feuerfesten Metallverbindung bedeckt ist, wobei der Oxidfilm bei Wärmebehandlung mit dem kolloidalen und/oder polymeren Oxid reaktionsfähig ist, unter Bildung eines gemischten Oxids, das in dem bindenden gemischten Oxid enthalten ist, und
c) suspendierte Metalloxidteilchen umfasst, die bei Wärmebehandlung mit dem kolloidalen und/oder polymeren Oxid reaktionsfähig sind, unter Bildung eines gemischten Oxids, das in dem bindenden gemischten Oxid enthalten ist.

Das bindende gemischte Oxid einschließlich des aus der Reaktion des Oxidfilms und des kolloidalen und/oder polymeren Oxids gebildeten gemischten Oxids ist ein einzelnes gemischtes Oxid, wenn das Metall der suspendierten Metalloxidteilchen dasselbe wie das Metall der suspendierten feuerfesten Metallverbindungsteilchen ist, und das reaktionsfähige Oxid des kolloidalen und/oder polymeren Oxids ein Oxid nur eines Metalls ist, z. B. eine Aufschlämmung, die aus suspendierten Teilchen von oberflächenoxidiertem Titandiborid und Titanoxid in kolloidalem Aluminiumoxid besteht, die ein bindendes gemischtes Oxid erzeugen, das aus gemischtem Titan Aluminiumoxid besteht.
Das bindende gemischte Oxid, einschließlich des aus der Reaktion des Oxidfilms und des kolloidalen und/oder polymeren Oxids gebildeten gemischten Oxids, besteht aus einer Vielzahl mischbarer gemischter Oxide, wenn mindestens ein Metall der suspendierten Metalloxidteilchen sich von dem Metall der suspendierten feuerfesten Metallverbindungsteilchen unterscheidet, und/oder wenn das kolloidale und/oder polymere Oxid reaktionsfähige Oxide unterschiedlicher Metalle umfasst, z. B. eine Aufschlämmung, die aus suspendierten Teilchen von oberflächenoxidiertem Titandiborid und Magnesiumoxid in kolloidalem Aluminiumoxid besteht, die ein bindendes gemischtes Oxid erzeugt, das aus mischbarem gemischtem Titan-Aluminiumoxid und gemischtem Magnesium-Aluminiumoxid besteht.
Wenn die Metalle des suspendierten Metalloxids und der feuerfesten Metallverbindung unterschiedlich sind, ist es vorteilhaft, Bestandteile der Aufschlämmung zu verwenden, die gemischte Oxide mit einer hohen Mischbarkeit erzeugen. Je größer die Mischbarkeit der gemischten Oxide ist, um so größer ist das Verhältnis des bindenden gemischten Oxids in der Oxidmatrix, wodurch die Stabilität und die Dichte der Matrix erhöht werden.
Das bindende gemischte Oxid kann ein gemischtes Oxid des Metalls/der Metalle des kolloidalen und/oder polymeren Oxids und mindestens eines Metalls ausgewählt aus Titan, Silicium, Chrom, Vanadium, Zirconium, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän und Cer umfassen, das von dem Oxidfilm der suspendierten Teilchen der feuerfesten Metallverbindung und/oder den suspendierten Metalloxidteilchen abgeleitet ist.
Das kolloidale und/oder polymere Oxid kann ausgewählt sein aus kolloidalem und/oder polymerem Aluminiumoxid, Cerdioxid, Lithiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Thoriumoxid, Yttriumoxid, Zirconiumdioxid, Zinnoxid und Zinkoxid sowie Mischungen derselben.
Das feuerfeste Material umfasst beispielsweise Titandiborid als feuerfeste Metallverbindung und gemischtes Titan-Aluminiumoxid enthaltendes bindendes gemischtes Oxid. Dieses feuerfeste Material kann aus einer Aufschlämmung aus kolloidalem Aluminiumoxid erhalten werden, die suspendierte Teilchen von oberflächenoxidiertem Titandiborid und von Titanoxid oder anderem Metalloxid, z. B. Siliciumdioxid oder Magnesiumoxid, enthält, die ein gemischtes Oxid mit Aluminiumoxid bilden, das mit gemischtem Titan-Aluminiumoxid mischbar ist.
Das bindende gemischte Oxid stellt üblicherweise mindestens 10 Gew.-%, typischerweise mindestens 30 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% der Oxidmatrix. Die Oxidmatrix kann ferner nicht umgesetzte Teilchen des kolloidalen und/oder polymeren Oxids und/oder nicht umgesetzte Teilchen des suspendierten Metalloxids umfassen.
Das bindende gemischte Oxid kann, wie gesagt, aus einem einzigen gemischten Oxid oder einer Vielzahl mischbarer gemischter Oxide bestehen. Wenn das bindende gemischte Oxid aus mischbaren gemischten Oxiden besteht, kann es mit einem mischbaren gemischten Oxid gesättigt sein. Zusätzlich zu dem bin denden gemischten Oxid kann die Oxidmatrix somit in einer separaten Phase das gemischte Oxid umfassen, das im Überschuss zur Sättigung vorhanden ist. Dies kann passieren, wenn die das bindende gemischte Oxid bildenden gemischten Oxide nur teilweise mischbar sind.
Die Komponente kann ein Körper sein, der mit der Beschichtung aus feuerfestem Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung mindestens zwei unterschiedliche Sorten von feuerfesten Verbindungen in einer oder mehreren Schichten umfasst. Die Beschichtung umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Schichten, wobei jede Schicht nur eine Sorte von feuerfester Metallverbindung enthält.
Zur Herstellung dicker Beschichtungen oder selbsttragender Körper ist bevorzugt, dass das feuerfeste Material aus einem kolloidalen und/oder polymeren Träger hergestellt wird, der unterschiedliche Sorten kolloidaler und/oder polymerer Teilchen enthält, wie in der EP 0 932 589 (Sekhar/Duruz/Liu) gelehrt wird. Kombinationen unterschiedlicher Sorten von kolloidalem und/oder polymerem Träger verbessern das Packen der Beschichtungsteilchen und verringern das Risiko von Rissen, wenn die Beschichtung getrocknet und/oder wärmebehandelt wird.
Wenn die Komponente für Anwendungen verwendet wird, wo sie in Kontakt mit geschmolzenem Aluminium oder anderem Metall kommt, sind das bindende gemischte Oxid und die feuerfeste Metallverbindung vorzugsweise im Wesentlichen inert gegenüber dem geschmolzenem Metall und in diesem unlöslich.
Die Bestandteile der Aufschlämmung, die das feuerfeste Material erzeugt, können so sein, dass das feuerfeste Material gegenüber dem Angriff durch geschmolzenes Fluorid enthaltenden Elektrolyten und/oder oxidierendes Gas resistent ist.
Bei bestimmten Anwendungen, in denen die Komponente mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommt, umfasst die Oxidmatrix ferner, wie bereits erwähnt, ein Benetzungsmittel, das aus einem Metalloxid besteht, das mit dem geschmolzenen Metall unter Bildung eines Oxids durch Übertragung des Sauerstoffs aus dem Benetzungsmittel auf das geschmolzene Metall und einer Legierung des geschmolzenen Metalls und des Metalls des Benetzungsmittels reaktionsfähig ist.
Wenn das feuerfeste Material beispielsweise ein Aluminiumbenetzungsmittel umfasst und geschmolzenem Aluminium ausgesetzt wird, reagiert das geschmolzene Aluminium mit dem Aluminiumbenetzungsmittel unter Bildung von Aluminiumoxid und einer Legierung von Aluminium und dem Metall des Benetzungsmittels, wodurch Infiltration von Aluminium in das feuerfeste Material möglich wird, ohne das bindende Oxid oder die feuerfeste Metallverbindung aufzulösen. Die Infiltration von geschmolzenem Aluminium macht das feuerfeste Material mit Aluminium benetzbar, ohne es aufzulösen. Das Aluminiumbenetzungsmittel ist in der Regel ausgewählt aus Oxiden von Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybdän, den Lanthaniden und Seltenerdmetallen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Komponente einen Kohlenstoffkörper, der mit dem mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Material beschichtet ist, welches das Aluminiumbenetzungsmittel enthält. Das mit Aluminium benetzbare feuerfeste Material wird über eine Ankerschicht an den Kohlenstoffkörper gebunden, die frei von Bestandteilen ist, die mischbar mit geschmolzenem Aluminium sind oder mit diesem reagieren können. Die Dichte der Ankerschicht und ihre Inertheit gegenüber geschmolzenem Aluminium ist so, dass die Ankerschicht eine Barriere gegenüber geschmolzenem Aluminium bildet, d. h. kein geschmolzenes Aluminium kann die Ankerschicht infiltrieren und in den Kohlenstoffkörper eindringen, um Schäden zu verursachen, wie in Beispiel 4 gezeigt wird.
Vorteilhaft ist die Zusammensetzung des mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Materials die selbe wie die Zusammensetzung der Ankerschicht plus Benetzungsmittel. Wegen der Verträglichkeit der Zusammensetzung sind die Ankerschicht und das mit Aluminium benetzbare feuerfeste Material durch Wärmebehandlung durch eine kontinuierliche Oxidmatrix innig verbunden, die sich dadurch erstreckt.
Das mit Aluminium benetzbare feuerfeste Material kann mit einer Startschicht bedeckt sein, die aus einer Aufschlämmung aufgebracht wird, die aus einem Aluminiumbenetzungsmittel in einem polymeren und/oder kolloidalen Bindemittel hergestellt ist. Im Unterschied zu dem mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Material bildet diese Startschicht bei Wärmebehandlung eine temporäre Schicht, wobei die temporäre Schicht das mit Aluminium benetzbare feuerfeste Material insbesondere gegen Angriff durch oxidierendes Gas und/oder geschmolzenen Elektrolyten während der Inbetriebnahme einer Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium schützt. Die Startschicht fordert auch Benetzen des mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Materials durch geschmolzenes Aluminium. Die Startschicht kann während des Gebrauchs und nach dem Benetzen weggewaschen werden.
Die Dicke der aus den kolloidalen und/oder polymeren Aufschlämmungen aufgebrachten Schichten kann, wie bereits erwähnt, erhöht werden, indem unterschiedliche Sorten Kolloide und/oder Polymere kombiniert werden. Wenn die Ankerschicht beispielsweise eine stromführende Schicht ist und eine Zusammensetzung hat, die frei von Bestandteilen ist, welche die Leitfähigkeit erhöhen, sollte ihre Dicke vorzugsweise begrenzt werden, indem sie aus einer Aufschlämmung aufgebracht wird, die eine Einzelsorte Kolloid oder Polymer enthält. Für Aluminiumproduktionskathoden liegt die Dicke der Ankerschicht in der Regel in der Größenordnung von 100 bis 150 μm oder darunter.
Im Unterschied dazu wird eine Schicht des mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Materials gut leitend gemacht, indem sie während des Betriebs mit geschmolzenem Aluminium infiltriert wird, das mit dem Aluminiumbenetzungsmittel unter Bildung von Aluminiumoxid und einer gut leitenden Legierung aus Aluminium und dem Metall des Benetzungsmittels reagiert. Die Dicke dieser Schicht aus feuerfestem Material kann daher erhöht werden, um die Lebensdauer der Schicht zu erhöhen, ohne ihre elektrische Leitfähigkeit nachteilig zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann das mit Aluminium benetzbares feuerfestes Material aus einer Aufschlämmung produziert werden, die kolloidalen und/oder polymeren Träger aus mehreren Sorten umfasst. Für Aluminiumproduktionskathoden ist die Dicke der Schicht des mit Aluminium benetzbaren Materials in der Regel in der Größenordnung von 1 bis 3 mm.
Der gesamte elektrische Widerstand dieser Verbundbeschichtung, d. h. Ankerschicht plus mit Aluminium benetzbares feuerfestes Material, ist vielniedriger, in der Regel etwa 100 bis 1000 Mal niedriger, als diejenige von aus Aufschlämmung des Standes der Technik aufgebrachten Beschichtungen mit äquivalenter Dicke, z. B. wie in der EP 0 932 589 offenbart, die aus Materialien hergestellt sind, deren spezifischer elektrischer Widerstand in der Größenordnung des spezifischen Widerstands der Ankerschicht liegt. Bei Raumtemperatur liegt der gesamte elektrische spezifische Widerstand der erfindungsgemäßen Verbundbeschichtung in der Regel in der Größenordnung von 1 Ω, während Beschichtungen des Standes der Technik mit äquivalen ter Dicke einen gesamten spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 500 Ω haben.
Die Nutzungszeit der Startschicht ist kurz, in der Regel weniger als 24 Stunden nach dem Start. Nach einigen Stunden ist das mit Aluminium benetzbare feuerfeste Material vollständig von dem geschmolzenen Aluminium benetzt, wodurch die Startschicht überflüssig wird. Die Dicke der Startschicht kann daher recht gering sein, z. B. verglichen mit der Dicke der Ankerschicht, und aus einer Aufschlämmung erzeugt werden, die eine einzelne Sorte Kolloid oder Polymer enthält.
Anwendungen der erfindungsgemäßen Komponenten
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Betrieb bei hoher Temperatur, die mindestens eine Komponente wie oben beschrieben umfasst, die während des Betriebs der Vorrichtung Hochtemperaturbedingungen ausgesetzt ist.
Wie bereits gesagt ist die erfindungsgemäße Komponente besonders geeignet zur Verwendung in einer Elektrolysezelle zur kathodischen Herstellung von Aluminium aus in einem Fluorid enthaltenden geschmolzenen Elektrolyten gelösten Aluminiumoxid. Die erfindungsgemäße Komponente kann als Kathode verwendet werden, insbesondere als Ablaufkathode, Teil des Zellbodens oder als Zellseitenwand.
Eine weitere Anwendung der oben beschriebenen Komponente betrifft Stahllichtbogenöfen zur Behandlung von Stahl zur Eisenherstellung, insbesondere als Halter für Lichtbogenelektroden oder als Kohlenstoff-Lichtbogenelektrode mit mindestens einer inaktiven Oberfläche, die mit der schützenden Beschichtung beschichtet und mit geschmolzenem Aluminium benetzt ist.
Die Komponente kann ferner in einer Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem verwendet werden. Während des Be triebs ist die Komponente dem geschmolzenen Aluminium und/oder einem oxidierenden Medium ausgesetzt.
Diese Vorrichtung kann zum Abtrennen von geschmolzenem Aluminium von Verunreinigungen und/oder zum Abtrennen von Bestandteilen einer aluminiumhaltigen Legierung durch Zentrifugal- und/oder Schwerkraft verwendet werden.
Die Vorrichtung umfasst gegebenenfalls Mittel, um dem geschmolzenen Aluminium eine Drehbewegung zu verleihen, üblicherweise um eine im Wesentlichen vertikale Achse, und ist so angeordnet, dass während des Betriebs mindestens ein Teil einer Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des feuerfesten Materials der Komponente zeitweilig oder andauernd in Kontakt mit geschmolzenem Aluminium ist.
Das kontaktierende geschmolzene Aluminium kann relativ zu der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche der Komponente statisch oder in Bewegung sein. Die Komponente der Erfindung kann ein Gefäß sein, das das geschmolzene Aluminium enthält, ein Rührer, um dem Aluminium eine Bewegung zu verleihen, ein Stator, der im Betrieb in das geschmolzene Aluminium taucht und so angeordnet ist, dass er Behandlungsfluid in das geschmolzene Aluminium abgibt, ein drehbarer Rührer, der so angeordnet ist, dass er im Betrieb in das geschmolzene Aluminium taucht und es rührt, oder ein anderer Typ von Dispergiervorrichtung oder ein Teil davon.
Die Komponente kann aus einem beschichteten Material auf Kohlenstoffbasis oder Carbidbasis bestehen, insbesondere Petroleumkoks, metallurgischem Koks, Anthrazit, Graphit, amorphem Kohlenstoff oder Mischungen derselben. Alternativ besteht der beschichtete Teil der beschichteten Komponente aus Material auf Metallbasis.
Obwohl die erfindungsgemäße Beschichtung in besonderer Bezugnahme auf Komponenten von Zellen zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, Lichtbogenelektroden und Aluminiumbehandlungssysteme beschrieben worden sind, ist die Erfindung unter anderem zum Schutz der verschiedenen technischen Komponenten brauchbar, die aus Kohlenstoff oder anderen Materialien hergestellt sind, die am Anfang aufgeführt wurden.
Solche Komponenten können ein kohlenstoffhaltiges oder kohlenstoffartiges Substrat oder ein Substrat aus Metall, Legierung, Intermetallverbindung, Keramik- oder feuerfestem Material aufweisen, auf das die Beschichtung aufgebracht ist.
Weitere Aspekte und Details der Erfindung gehen aus der ausführlichen Beschreibung und den angefügten Ansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mittels Beispielen in Bezug auf die schematischen Zeichnungen beschrieben, worin
1 eine schematische Querschnittansicht einer Aluminiumproduktionszelle mit kohlenstoffhaltigen oder kohlenstoffartigen Ablaufkathoden mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung zeigt;
2 schematisch einen Lichtbogenelektrodenofen zeigt, der mit erfindungsgemäßen Beschichtungen versehen ist;
3 eine Vorrichtung zur Reinigung eines geschmolzenen Aluminiums mit einem mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung geschützten kohlenstoffhaltigen oder kohlenstoffartigen Rührer zeigt;
3a eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Teils des in 3 gezeigten Rührers ist; und
4 schematisch eine Variante des in 3 gezeigten Rührers zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium
1 zeigt eine Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, die eine Reihe erfindungsgemäßer kohlenstoffartiger oder kohlenstoffhaltiger Anodenblöcke 5 mit Arbeitsoberflächen 6 umfasst, die über einer erfindungsgemäßen, schrägen, flachen, allgemein V-förmigen Ablaufkathodenoberfläche 21 in einem Fluorid enthaltenden geschmolzenen Elektrolyten 42, der gelöstes Aluminiumoxid enthält, aufgehängt sind.
Die Ablaufkathodenoberfläche 21 ist durch die Oberfläche einer mit Aluminium benetzbaren Beschichtung 20A gebildet, die auf die Oberseiten einer Reihe nebeneinander befindlicher Kohlenstoffkathodenblöcke 15 aufgebracht ist, die sich in Paaren, die Ende an Ende angeordnet sind, über die Zelle erstrecken. Die schützende mit Aluminium benetzbare Beschichtung 20A hat eine Aluminium abweisende Schicht, die mit einer mit Aluminium benetzbaren Schicht bedeckt ist und aus erfindungsgemäßen kolloidalen und/oder polymeren Aufschlämmungen abgeschieden ist, wie beispielsweise durch die Beispiele 1, 1a, 2 oder 2a verkörpert wird, vorzugsweise jedoch wie in Beispiel 4 offenbart ist.
Die Kathodenblöcke 15 umfassen, eingebettet in Vertiefungen, die sich in ihren Unterseiten befinden, Stromzuführungsschienen 22 aus Stahl oder anderem leitfähigen Material zum Anschluss an eine externe elektrische Stromversorgung.
Die Ablaufkathodenoberfläche 21 ist durch eine zentrale Aluminiumsammelrille 26 unterteilt, die sich zwischen Paaren von Kathodenblöcken 15 befindet, die Ende-an-Ende über die Zelle angeordnet sind. Die Aluminiumsammelrille 26 befindet sich am Boden der Ablaufkathodenoberfläche 21 und ist so angeordnet, dass das Produktaluminium gesammelt wird, das von der Kathodenoberfläche 21 abläuft. Die Aluminiumsammelrille 26 ist mit einer schützenden Beschichtung 20B ähnlich. Beschichtung 20A beschichtet.
Die Anodenblöcke 5 sind auch mit einer feuerfesten Beschichtung 20C auf ihren inaktiven Oberflächen, wie in 1 gezeigt ist, oder nur auf ihrer Oberseite und ihren Schultern beschichtet, d. h. nur auf den Oberseiten und dem oberen Teil der Seitenflächen. Die Anoden sind auf den arbeitenden Anodenoberflächen 6 nicht beschichtet, die als solche in den geschmolzenen Elektrolyten 42 eintauchen. Diese Beschichtung 20C hat eine mit Aluminium benetzbare Schicht auf einer Aluminium abweisenden Schicht. Zur weiteren Verbesserung des Schutzes der Beschichtung gegen Oxidation ist es vorteilhaft, der Aufschlämmung oxidfreie oder teiloxidierte Metallteilchen zuzufügen, z. B. Oxid(e) von Eisen, Kupfer und/oder Nickel, z. B. wie in den Beispielen 1 und 2a offenbart. Zur weiteren Verbesserung der Beständigkeit der Beschichtung kann sie auch aluminiumbenetzbar gemacht und vor Gebrauch mit Aluminium benetzt werden.
Die Zelle umfasst erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige oder kohlenstoffartige Seitenwände 16, die geschmolzenem Elektrolyten und der Umgebung oberhalb des geschmolzenen Elektrolyten ausgesetzt sind, jedoch vor dem geschmolzenen Elektrolyten 42 und der Umgebung oberhalb des geschmolzenen Elektrolyten mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 20D geschützt sind. Die Beschichtung 20D kann die gleiche Zusammensetzung wie die Anodenbeschichtung 20C sein und wird durch geschmolzenes Aluminium benetzt.
Das Auftragungsverfahren der Beschichtungen 20A, 20B, 20C, 20D umfasst das Auftragen von kolloidalen und/oder polymeren Aufschlämmungen wie oben angegeben auf die Oberfläche der Komponente und anschließendes Trocknen. Die Kathodenbeschichtung 20A und die Sammelrillenbeschichtung 20B können vor oder nach der Installation in der Aluminiumproduktionszelle wärmebehandelt werden, und wenn die Beschichtung oxidierte Metallteilchen enthält, z. B. Oxide von Nickel, Eisen und Kupfer, kann die Umsetzung dieser Teilchen mit geschmolzenem Aluminium vor oder während des Betriebs erfolgen. Die Anodenbeschichtung 20C und die Seitenwandbeschichtung 20D sollten wärmebehandelt und vor dem Betrieb in der Zelle mit geschmolzenem Aluminium umgesetzt werden, da diese Komponenten während des Betriebs nicht mit geschmolzenem Aluminium in Kontakt sind.
Das Verfahren zum Beschichten der Komponenten 5, 15, 16 der vorliegenden Erfindung durch Auftragung der Aufschlämmung beinhaltet Anstreichen (durch Bürste oder Walzen), Tauchen, Sprühen, oder Gießen der Aufschlämmung auf die Komponenten 5, 15, 16 und Trocknenlassen, bevor eine weitere Schicht zugefügt wird. Die Beschichtung 20A, 20B, 20C, 20D muss vor der Auftragung der nächsten Schicht nicht vollständig trocken sein. Es ist bevorzugt, mindestens die letzte Beschichtung 20A, 20B, 20C, 20D mit einer geeigneten Wärmequelle zu erwärmen, um sie so vollständig zu trocknen und die Verdichtung zu verbessern. Das Erwärmen und Trocknen erfolgt vorzugsweise bei etwa 80 bis 200°C, üblicherweise für eine halbe Stunde bis mehrere Stunden, und weitere Wärmebehandlungen sind möglich.
Die mit dieser Aufschlämmung zu beschichtenden Oberflächen der Kohlenstoffkomponenten 5, 15, 16 können durch Sandstrahlen vorbehandelt oder mit Säuren oder Flussmitteln wie Kryolith oder anderen Kombinationen von Fluoriden und Chloriden geätzt werden, bevor die Beschichtung 20A, 20B, 20C, 20D aufgebracht wird. In ähnlicher Weise können die Oberflächen mit organischem Lösungsmittel wie Aceton gereinigt werden, um ölige Pro dukte und anderen Abrieb vor dem Beschichten zu entfernen. Diese Behandlungen verstärken die Bindung der Beschichtungen an die Komponente.
Vor oder nach der Aufbringung der Beschichtung 20A, 20B, 20C, 20D und vor dem Betrieb können die Oberflächen der Komponenten 5, 15, 16 mit Reagenzien und Vorläufern, Gelen und/oder Kolloiden gestrichen, besprüht, getaucht oder infiltriert werden.
Im Betrieb der in 1 dargestellten Zelle wird in dem geschmolzenen Elektrolyten 42 gelöstes Aluminiumoxid bei einer Temperatur von 750°C bis 960°C zwischen den Anoden 5 und den Kathodenblöcken 15 elektrolysiert, um an den arbeitenden Anodenoberflächen 6 Gas und an der mit Aluminium benetzbaren Ablaufkathodenbeschichtung 20A geschmolzenes Aluminium zu produzieren.
Das kathodisch produzierte geschmolzene Aluminium fließt an der geneigten Ablaufkathodenoberfläche 21 nach unten in die Aluminiumsammelrillen 26 auf die mit Aluminium benetzbare Beschichtung 20B, von wo aus es zum nachfolgenden Abstechen in ein Aluminiumsammelreservoir fließt.
1 zeigt eine spezielle Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium als Beispiel. Es ist offensichtlich, dass sich Fachleuten viele Alternativen, Modifikationen und Varianten ergeben. Die Zelle kann beispielsweise ein oder mehrere Aluminiumsammelreservoire über die Zelle verteilt aufweisen, wobei jedes die Aluminiumsammelrille schneidet, um die Ablaufkathode in vier Quadranten zu unterteilen, wie in WO 00/63463 (de Nora) beschrieben ist. Die Anoden können aus inerten Materialien hergestellt sein und eine elektrochemisch aktive Struktur mit gitterartigem Design haben, um Elektrolytzirkulation zu ermöglichen, wie beispielsweise in der WO 01/31086 (de Nora/Duruz) offenbart ist.
Lichtbogenofen:
Der in 2 gezeigte Lichtbogen umfasst drei sich verbrauchende Elektroden 15A, die in dreieckiger Weise angeordnet sind. Der Deutlichkeit halber ist der Abstand zwischen den Elektroden 15A, wie in 2 gezeigt, in Bezug auf den Ofen proportional erhöht worden. In der Regel haben die Elektroden 15A einen Durchmesser zwischen 200 und 500 mm und können mit einen Abstand beabstandet sein, der etwa ihrem Durchmesser entspricht.
Die Elektroden 15A sind mit einer elektrischen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden und hängen an einem Elektrodenpositioniersystem über der Zelle, das angeordnet ist, um ihre Höhe einzustellen.
Die sich verbrauchenden Elektroden 15A sind aus einem Kohlenstoffsubstrat gefertigt, das seitlich mit einer Beschichtung 20 beschichtet ist, die eine Aluminium abweisende Schicht und eine mit Aluminium benetzbare Außenschicht enthält, die das Kohlenstoffsubstrat erfindungsgemäß vor oxidierendem Gas schützt. Die mit Aluminium benetzbare Schicht der Beschichtung enthält Metalloxidteilchen, die mit geschmolzenem Aluminium reaktionsfähig sind, z. B. wie in den Beispielen 2 und 2a offenbart ist. Die Beschichtung wird vor Gebrauch geschmolzenem Aluminium ausgesetzt, so dass die reaktionsfähigen Teilchen mit Aluminium reagieren.
Das Auftragungsverfahren der Beschichtung 20 ist dem oben in Bezug auf die Kathodenblöcke 15 beschriebenen Verfahren ähnlich.
Der Boden der Elektroden 15A, der während des Betriebs verbraucht wird und die Arbeitsoberfläche der Elektroden bildet, ist nicht beschichtet. Die Beschichtung 20 schützt nur die Seitenflächen der Elektroden vor vorzeitiger Oxidation.
Die Elektroden 15A tauchen in eine Eisenquelle 41, die üblicherweise Eisenoxid oder oxidiertes Eisen enthält, wie Alteisen, Schrottstahl und Roheisen. Die Eisenquelle 41 umfasst vorzugsweise des Weiteren Reduktionsmittel ausgewählt aus gasförmigem Wasserstoff, gasförmigem Kohlenmonoxid oder festen kohlehaltigen Reduktionsmitteln. Die Reduktionsmittel können auch Nicht-Eisenmineralien umfassen, die als Gangerz bekannt sind, zu denen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Kalk gehören.
Die Eisenquelle 41 schwimmt auf einer Schmelze aus flüssigem Eisen oder Stahl 40, die aus der Rückführung der Eisenquelle 41 resultiert.
Während des Betriebs wird ein dreiphasiger Wechselstrom durch Elektroden 15A geleitet, der Eisen aus der Eisenquelle 41 direkt reduziert. Das reduzierte Eisen wird dann in der Eisen- oder Stahlschmelze 40 gesammelt. Das in dem reduzierten Eisen enthaltene Gangerz wird durch Schmelzen und Flotation unter Bildung einer (nicht gezeigten) Schlacke von dem Eisen abgetrennt, welche entfernt wird, beispielsweise durch eine oder mehrere Öffnungen (nicht gezeigt), die sich an den Seitenwänden des Lichtbogens auf Höhe der Schlacke befinden.
Die Eisen- oder Stahlschmelze 40 wird periodisch oder kontinuierlich angestochen, beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Öffnung, die sich in dem Boden des Lichtbogenofens befindet.
Vorrichtung zur Reinigung von geschmolzenem Aluminium
Die Vorrichtung zur Reinigung von geschmolzenem Aluminium, die teilweise in 3 gezeigt ist, umfasst ein Gefäß 45, das geschmolzenes Aluminium 40' enthält, das gereinigt werden soll. Ein drehbarer Rührer 10, der aus Material auf Kohlenstoffbasis hergestellt ist, wie Graphit, taucht teilweise in das geschmolzene Aluminium 40' ein und ist so angeordnet, dass er sich darin dreht.
Der Rührer 10 umfasst eine Welle 11, deren oberer Teil mit einem Rotationsantrieb und Trägerstruktur 30 in Eingriff ist, die den Rührer 10 hält und dreht. Der untere Teil von Welle 11 ist auf Kohlenstoffbasis und taucht in das geschmolzene Aluminium 40', das in Gefäß 45 enthalten ist. Am unteren Ende der Welle 11 befindet sich ein Rotor 13, der mit Flanschen oder anderen Vorsprüngen zum Rühren des geschmolzenen Aluminiums 40' ausgestattet ist.
Im Inneren der Welle 11 ist entlang ihrer Länge eine axiale Rohrleitung 12, wie in 3a gezeigt, die mit dem oberen Ende des Rührers durch ein flexiblen Schlauch 35 mit einer (nicht gezeigten) Gaszufuhr verbunden ist, beispielsweise einem Gasreservoir, das mit einer Gasschranke ausgestattet ist, die zu dem flexiblen Schlauch 35 führt.
Die axiale Rohrleitung 12 ist so angeordnet, dass dem Rotor 13 ein Fluid zugeführt wird. Der Rotor 13 umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die mit einer inneren Rohrleitung 12 verbunden sind, um ein Gas in das geschmolzene Aluminium 40' zu injizieren, wie durch Pfeile 51 gezeigt ist.
Der untere Teil der Welle 11, d. h. der eintauchende Teil und der Grenflächenbereich am oder um die Schmelzelinie 14 der Welle sowie der Rotor 13 sind mit einer Beschichtung 20E beschichtet, die eine erfindungsgemäße Aluminium abweisende Schicht und eine mit Aluminium benetzbare Außenschicht umfasst. Diese Beschichtung verbessert die Beständigkeit des Rührers gegen Erosion, Oxidation und/oder Korrosion während des Betriebs.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der obere Teil von Welle 11 auch mit einer Beschichtung 20F vor Oxidation und/oder Kor rosion geschützt. Der obere Teil der Welle 11 auf Kohlenstoffbasis ist mit einer dünnen Beschichtung aus feuerfestem Material 20F beschichtet, die Schutz vor Oxidation und Korrosion liefert, während die Beschichtung 20E, die den eingetauchten Teil der Welle 11 und den Rotor 13 schützt, eine dickere Beschichtung aus feuerfestem Material ist, die Schutz vor Erosion, Oxidation und Korrosion liefert. Eine derartige abgestufte Beschichtung ist für Chargenverfahren geeignet, bei denen der Rührer alternativ geschmolzenem Aluminium und der Atmosphäre ausgesetzt wird. Die Beschichtung kann für kontinuierliche Reinigungsverfahren eine einheitliche Dicke haben.
Oberflächen des Gefäßes 45, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium kommen, können in gleicher Weise mit einer mit Aluminium benetzbaren Beschichtung geschützt werden, wie in Bezug auf die Anoden, Zellseitenwände oder Lichtbogenofenelektroden beschrieben wurde. Die Beschichtung wird durch einen Oberflächenfilm aus Aluminium dadurch weiter vor Oxidation geschützt.
Das Auftragungsverfahren der Beschichtung 20E, 20F ist dem oben in Bezug auf die Kathodenblöcke 15 beschriebenen Verfahren ähnlich.
Während des Betriebs der in 3 gezeigten Vorrichtung wurde ein reaktives oder unreaktives Fluid, insbesondere ein Gas 50 allein oder Flussmittel wie Halogenid, Stickstoff und/oder Argon, durch das flexiblen Rohr 35 und den Rührer 10, der in das geschmolzene Aluminium 40' taucht, in das in dem Gefäß 45 enthaltene geschmolzene Aluminium 40' injiziert.
Der Rührer 10 wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 bis 500 UpM gedreht, so dass das injizierte Gas 50 in feinteiligen Gasbläschen durch das geschmolzene Aluminium dispergiert wird. Die dispergierten Gasbläschen 50 entfernen mit und ohne Reaktion Verunreinigungen, die in dem geschmolzenen Aluminium 40' vorhanden sind, in Richtung der Oberfläche, wo die Verunreinigungen abgetrennt werden, wodurch das geschmolzene Aluminium gereinigt wird.
Der Rührer 10, der schematisch in 4 gezeigt ist, taucht in ein Bad aus geschmolzenem Aluminium 40' und umfasst eine Welle 11 und einen Rotor 13. Der Rührer 10 kann von jedem beliebigen Typ sein, beispielsweise ähnlich dem in 3 gezeigten Rührer oder von konventionellem Design, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Rotor 13 von Rührer 10 kann ein Rotor mit hoher Scherung oder ein Rotor mit Pumpwirkung sein.
In 4 werden anstelle des Beschichtens der gesamten Welle 11 und des Rotors 13 Teile des Rührers 10, die anfällig für Erosion sind, selektiv mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet.
Der Grenzflächenabschnitt an und um die Schmelzelinie 14 des unteren, auf Kohlenstoff basierenden Teils der Welle 11 wird mit einer feuerfesten Grenzflächenbeschichtung 20E₁ beschichtet, beispielsweise über eine Länge bis zu der halben Länge der Welle 11. Mit einer Beschichtung über ein Drittel der Welle 11 wurden hervorragende Ergebnisse erhalten. Die Länge der Beschichtung 20E₁ kann jedoch ein Viertel der Länge der Welle 11 oder sogar weniger betragen, was von dem Design des Rührers 10 und den Betriebsbedingungen abhängt.
Zusätzlich zu dem Grenzflächenabschnitt dieser Rührer können andere Bereiche erosionsanfällig sein, was wiederum von dem Design und den Betriebsbedingungen der Rührer abhängt. Der schematisch in 4 gezeigte Rührer 10 illustriert weiter beschichtete Oberflächen, die der Erosion besonders ausgesetzt sind. Das untere Ende der Welle 11 neben dem Rotor 13 ist durch eine Beschichtung 20E₂ geschützt, die Seitenfläche des Rotors 13 ist mit einer Beschichtung 20E₃ geschützt, und die Unterseite des Rotors 13 ist mit einer Beschichtung 20E₄ beschichtet.
Für jedes spezielle Rührerdesign können die Beschichtung oder unterschiedlichen Beschichtungen auf unterschiedlichen Teilen des Rührers, wie Beschichtungen 20E₁ , 20E₂ , 20E₃ und 20E₄ , die in 4 gezeigt sind, als Funktion der erwarteten Lebensdauer des Rührers angepasst werden. Für den optimalen Gebrauch können die Menge und Positionierung dieser Beschichtungen so ausgewogen gestaltet werden, dass sie jeweils ungefähr die selbe Lebensdauer haben.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die Beschichtung auf diesen Rührern kontinuierlich sein, wie in 3 illustriert ist, jedoch mit einer abgestuften Dicke oder Zusammensetzung, um so die Erosionsbeständigkeit der Verschleißintensität jedes Teils des Rührers anzupassen, wodurch die Vorteile der unterschiedlichen, in 4 gezeigten Beschichtungen kombiniert werden.
An der in den 3, 3a und 4 gezeigten Vorrichtung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Die in 3 gezeigte Welle kann beispielsweise modifiziert werden, so dass sie aus einer Baugruppe besteht, deren nicht eingetauchter Teil aus einem Material hergestellt ist, das nicht auf Kohlenstoff basiert, wie einem Metall und/oder einer Keramik, die beständig gegenüber Oxidation und Korrosion ist und die daher keine Beschichtung braucht, während der eingetauchte Teil der Welle aus Material auf Kohlenstoffbasis hergestellt ist, das mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung geschützt ist. Eine solche Verbundwelle wird vorzugsweise so konstruiert, dass die eingetauchten und nicht-eingetauchten Teile auseinandergenommen werden können, so dass der eingetauchte Teil ersetzt werden kann, wenn er verschlissen ist.
Ein nicht-eingetauchter, auf Kohlenstoff basierender Teil der Welle kann in ähnlicher Weise mit einer Beschichtung und/oder Imprägnierung aus Phosphat von Aluminium vor Oxidation und Korrosion geschützt werden, die insbesondere in Form einer Verbindung ausgewählt aus Monoaluminiumphosphat, Aluminiumphosphat, Aluminiumpolyphosphat, Aluminiummetaphosphat und Mischungen derselben aufgebracht wird. Geeignete Beschichtungs- und/oder Imprägnierungszusammensetzungen sind in der US-A-5 534 119 (Sekhar) offenbart. Es ist auch möglich, den nicht-eingetauchten Teil der Welle mit einer Beschichtung und/oder Imprägnierung aus Borverbindung zu schützen, wie einer Verbindung ausgewählt aus Boroxid, Borsäure und Tetraborsäure. Geeignete Beschichtungs- und Imprägnierungszusammensetzungen sind in der US-A-5 486 278 (Manganiello/Duruz/Bellò) und der gleichzeitig anhängigen Anmeldung WO 97/26626 (de Nora/Duruz/Berclaz) offenbart.
In einer Modifikation kann die erfindungsgemäße Beschichtung einfach auf jeden Teil des Rührers in Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium, der während des Betriebs vor Erosion, Oxidation und/oder Korrosion geschützt werden soll, aufgebracht werden.
Die Erfindung wird ferner in den folgenden Beispielen beschrieben.
Beispiel 1
Eine Aufschlämmung zur Herstellung einer Aluminium abweisenden Schicht einer erfindungsgemäßen Komponente wurde hergestellt, indem eine feuerfeste Hartmetallverbindung, die aus 47,5 g oberflächenoxidiertem teilchenförmigem kugelförmigem TiB₂ (~325 mesh) mit einem TiO₂-Oberflächenfilm und einem Metalloxid in Form von 2,5 g TiO₂ (~325 mesh) bestand, in einem kolloidalen Träger suspendiert wurde, der aus 20 ml kolloida lem Al₂O₃ (NYACOL^® Al-20, einer milchigen Flüssigkeit mit einer kolloidalen Teilchengröße von etwa 40 bis 60 nm) und 1 ml PEG (Polyethylenglykol) bestand, das die Viskosität der Aufschlämmung erhöhte und ihre Fähigkeit zur Auftragung durch Anstreichen sowie das Haftungsvermögen und die Kohärenz der fertigen Beschichtung verbesserte.
Diese Aufschlämmung produzierte bei Wärmebehandlung eine Oxidmatrix aus gemischtem Titan-Aluminiumoxid aus der Umsetzung des kolloidalen Oxids Al₂O₃ und TiO₂, die als suspendierte Oxidteilchen vorlagen, und Oxidfilm, der die suspendierten TiB₂-Teilchen bedeckte. Die Oxidmatrix enthielt und band TiB₂-Teilchen.
Beispiel 1a

Die Bestandteile der Aufschlämmung von Beispiel 1 können wie in der folgenden Tabelle gezeigt geändert werden, worin jede Linie mögliche Kombinationen von Bestandteilen zeigt:

Kolloidale oder polymere Oxide	suspendierte Metalloxide	suspendierte oberflächenoxidierte feuerfeste Metallverbindungen
Al₂O₃	TiO₂, MgO oder SiO₂	TiB₂, SiC, TiC oder TiN
TiO₂	Al₂O₃ oder MgO	SiC oder SiN
SiO₂	Al₂O₃ oder MgO	TiB₂, TiC oder TiN

Beispiel 2
Eine weitere Aufschlämmung zur Herstellung einer mit Aluminium benetzbaren Schicht einer erfindungsgemäßen Komponente wurde hergestellt, indem eine feuerfeste Hartmetallverbindung, die aus 92,5 g teilchenförmigem nadelförmigem oberflächenoxidiertem TiB₂ (~325 mesh) mit einem TiO₂-Oberflächenoxidfilm, einem Aluminiumbenetzungsmittel in Form von 2,5 g teilchenförmigem Fe2O₃ (~325 mesh) und einem Metalloxid in Form von 2,5 g TiO2 (~325 mesh) bestand, in einem Kolloid suspendiert wurde, das aus einer Kombination von zwei Sorten kolloidalem Al₂O₃ bestand, nämlich 28 ml einer ersten Sorte von kolloidalem Al₂O₃ (NYACOL^® Al-20, einer milchigen Flüssigkeit mit einer Kolloidteilchengröße von etwa 40 bis 60 nm) und 24 ml einer zweiten Sorte von kolloidalem Al₂O₃ (CONDEA^® 10/2 Sol, einer klaren opaleszierenden Flüssigkeit mit einer Kolloidteilchengröße von etwa 10 bis 30 nm).
Diese Aufschlämmung produzierte bei Wärmebehandlung eine Matrix aus gemischten Oxiden, die gemischtes Titan-Aluminiumoxid und eine geringe Menge gemischtes Eisen-Titan-Aluminiumoxid aus der Umsetzung von TiO₂, Fe₂O₃ und Al₂O₃ enthielt. Diese Matrix enthielt und band die TiB₂- und Fe₂O₃-Teilchen.
Beispiel 2a
Die Aufschlämmungszusammensetzung von Beispiel 2 bestand aus einem Aluminiumbenetzungsmittel (Fe₂O₃) und einer Reaktionsmischung, die aus dem Kolloid (Al₂O₃), der suspendierten feuerfesten Metallverbindung (TiB₂), dem suspendierten Metalloxid (TiO₂) hergestellt war. Dieses Beispiel kann modifiziert werden, indem das Aluminiumbenetzungsmittel vollständig oder teilweise durch Kupferoxid und/oder Nickeloxid ersetzt wird, und/oder indem die Zusammensetzung der Reaktionsmischung wie in Beispiel 1a variiert wird.
Beispiel 3
Eine weitere Aufschlämmung zur Herstellung einer temporären mit Aluminium benetzbaren Startschicht, die in Kombination mit einer erfindungsgemäßen Komponente verwendet werden kann, z. B. wie in Beispiel 4 offenbart, wurde wie folgt herge stellt. Eine Menge von 60 g oberflächenoxidierten Kupferteilchen (~325 mesh) wurde in einem Träger suspendiert, der aus 13 ml kolloidalem Al₂O₃ (7 ml NYACOL^® Al20, einer milchigen Flüssigkeit mit einer Kolloidteilchengröße von etwa 40 bis 60 nm, und 6 ml CONDEA^® 10/2 Sol, einer klaren, opaleszierenden Flüssigkeit mit einer Kolloidteilchengröße von etwa 10 bis 30 nm) und 1 ml PEG (Polyethylenglykol) bestand, das die Viskosität der Aufschlämmung erhöht und ihre Fähigkeit zur Auftragung durch Streichen sowie die Haftung und Kohärenz der Endbeschichtung verbessert.
Nach der Wärmebehandlung produzierte die Aufschlämmung eine Aluminiumoxidmatrix, die die oxidierten Kupferteilchen enthielt und band.
Als Modifikation können oxidierte Teilchen aus Nickel und/oder Eisen als teilweiser oder vollständiger Ersatz für die oxidierten Kupferteilchen in kolloidalem Aluminiumoxid (CONDEA 25/5 mit einem pH-Wert > 7) verwendet werden.
Beispiel 4
Drei Kohlenstoffkathoden zur Verwendung in einer Ablaufzelle zur Produktion von Aluminium wurden jeweils mit den Aufschlämmungen der Beispiele 1, 2 und 3 wie folgt beschichtet: Zuerst wurde eine Aluminium abweisende Ankerschicht mit einer Dicke von etwa 100 μm auf die freiliegende Oberfläche der Kohlenstoffkathode aus der Aufschlämmung von Beispiel 1 gestrichen. Die Ankerschicht wurde 30 Minuten lang trocknen gelassen.
Die Ankerschicht wurde mit einer aluminiumbenetzbaren Schicht bedeckt, die erhalten wurde, indem 8 Schichten der Aufschlämmung von Beispiel 2 aufgestrichen wurden. Jede aufgebrachte Schicht wurde vor der Aufbringung der nächsten Schicht 30 Minuten lang trocknen gelassen. Die letzte mit Aluminium benetzbare Schicht hatte eine Dicke von etwa 1,8 mm.
Die aluminiumbenetzbare Schicht wurde dann mit einer temporären Startschicht bedeckt, die durch Aufstreichen einer Schicht der Aufschlämmung von Beispiel 3 erhalten wurde. Die Startschicht hatte eine Dicke von etwa 100 bis 150 μm.
Die durch die Ankerschicht, die aluminiumbenetzbare Schicht und die Startschicht auf der Kohlenstoffkathode gebildete Beschichtung wurde 24 Stunden lang trocknen gelassen.
Zwei der drei Kathoden wurden dann mit einem Aluminiumblech mit einer Dicke von etwa 1,5 cm bedeckt und in einem Ofen in Luft auf eine Temperatur von etwa 850 bis 900°C erwärmt.
Die erste Kathode wurde nach 30 Minuten aus dem Ofen genommen und auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen. Die Untersuchung eines Querschnitts der Beschichtung zeigte, dass Aluminium die Startschicht infiltriert hatte, so dass die Beschichtung oberflächlich durch geschmolzenes Aluminium benetzt war. Es war noch keine Umsetzung zwischen Aluminium und Eisenoxid erfolgt.
Die zweite Kathode wurde nach 24 Stunden aus dem Ofen genommen und auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen. Die Untersuchung eines Querschnitts der Beschichtung zeigte, dass Aluminium die Startschicht und die aluminiumbenetzbare Schicht infiltriert hatte. Ein Teil des Aluminiums hatte mit dem Fe₂O₃-Benetzungsmittel unter Bildung von Al₂O₃ und Fe-Metall reagiert. Die Aluminiuminfiltration war an der Aluminium abweisenden Ankerschicht wegen des Fehlens von Aluminiumbenetzungsmittel gestoppt worden, wodurch gezeigt wird, dass die Aluminium abweisende Ankerschicht eine effektive Barriereschicht gegen Eindringen von Aluminium in die Kohlenstoffkathode ist.
Die Aluminiummetallinfiltration in die Startschicht und die mit Aluminium benetzbare Schicht erhöht die Leitfähigkeit der Beschichtung. Bei Umgebungstemperatur war der senkrechte elektrische Widerstand durch die Beschichtung weniger als 1 Ω nach Infiltration, verglichen mit mehr als 500 Ω vor der Infiltration.
Die Beschichtungen an beiden Kathoden zeigten eine kontinuierliche Matrix aus gemischten Titan-Aluminiumoxiden zwischen der Ankerschicht und der aluminiumbenetzbaren Schicht, wodurch hervorragende Haftung zwischen den beiden Schichten gewährleistet ist. In beiden Fällen waren die Teilchen aus TiB₂ nicht durch die Wärmebehandlung oxidiert worden, und die Benetzbarkeit der Beschichtung durch Aluminium war sehr gut. Der Benetzungswinkel betrug weniger als 10°.
Die dritte beschichtete Kohlenstoffkathode wurde wie folgt in einer Aluminiumproduktions-Ablaufzelle verwendet: Die mit der erfindungsgemäßen getrockneten Beschichtung bedeckte Kathode wurde in der Zelle mit einem 1,5 cm dicken Aluminiumblech bedeckt. Die Zelle wurde auf eine Temperatur von etwa 850 bis 900°C erwärmt, indem ein elektrischer Strom durch Kohlepulver zwischen der Kathode und den gegenüberliegenden Anoden geleitet wurde. Andere Inbetriebnahme-Aufheizverfahren hätten auch verwendet werden können, z. B. Verwendung von Gasbrennern zur Wärmeerzeugung.
Nach 30 Minuten bei 850 bis 900°C wurde die Startbeschichtung oberflächlich durch geschmolzenes Aluminium benetzt, das eine Barriere gegen schädigende geschmolzene Elektrolytbestandteile auf Fluoridbasis, wie Natriumverbindungen, bildet, und Elektrolyt auf Kryolithbasis wurde in die Zellen gefüllt.
Die Zelle wurde weiter auf 960°C erwärmt, wobei die Zelle bei dieser Temperatur mit einer Elektrolysestromdichte von 0,8 A/cm² arbeitete, um unter konventionellen Bedingungen des stationären Zustands Aluminium zu produzieren.
Als Modifikation kann die Kathode in einer Zelle verwendet werden, die mit einer Aluminiumschmelze arbeitet. In diesem Fall ist die hohe Benetzbarkeit durch Aluminium nicht entscheidend. Selbst bei Betrieb mit einer Aluminiumschmelze umfasst die Beschichtung jedoch vorzugsweise eine mit Aluminium benetzbare Schicht auf der Ankerschicht für verbesserten Schutz. Zudem umfasst die Beschichtung zusätzlich eine Start-Deckschicht, um maximalen Schutz der Kohlenstoffkathode zu erreichen.

Claims

Komponente, die während des Gebrauchs geschmolzenem Aluminiuum ausgesetzt ist und einen Körper umfasst, der mit einer anhaftenden mehrschichtigen Schutzbeschichtung beschichtet ist, die während des Betriebs geschmolzenem Aluminium ausgesetzt ist, wobei die Schutzbeschichtung eine Außenschicht aufweist, die mit geschmolzenem Aluminium durch Eindringen desselben in die Außenschicht benetzbar ist, und eine Aluminium abweisenden Schicht darunter aufweist, die eine Sperre gegen geschmolzenes Aluminium auf dem Körper bildet, was verhindert, dass der Körper geschmolzenem Aluminium ausgesetzt wird.
Komponente nach Anspruch 1, bei der der Körper aus Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material hergestellt ist.
Komponente nach Anspruch 1 oder 2, bei der die mit Aluminium benetzbare Außenschicht ein Benetzungsmittel enthält, das geschmolzenes Aluminium in die Beschichtung hineinzieht, insbesondere ein Benetzungsmittel ausgewählt aus Oxiden von Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybdän, den Lanthaniden und seltenen Erdmetallen.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Aluminium abweisende Schicht frei von irgendeinem Benetzungsmittel ist, wobei die Zusammensetzung der mit Aluminium benetzbaren Außenschicht insbesondere die Zusammensetzung der Aluminium abweisenden Schicht plus das mit Aluminium benetzbar machende Mittel aufweist.
Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mit Aluminium benetzbare Außenschicht durch eine Start- Schicht bedeckt ist, die aus einer Aufschlämmung aufgebracht worden ist, die aus teilchenförmigem Benetzungsoxid in einem polymeren und/oder kolloidalen Bindemittel hergestellt worden ist, wobei die Startschicht bei Wärmebehandlung eine temporäre Schicht darstellt, die die mit Aluminium benetzbare Außenschicht schützt und die Benetzung des mit Aluminium benetzbaren feuerfesten Materials mit geschmolzenem Aluminium fördert.
Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine der mit Aluminium benetzbaren Außenschicht und der Aluminium abweisenden Schicht ein feuerfestes Material umfasst, das aus der wärmebehandelten Aufschlämmung erhältlich ist, die umfasst: a) einen kolloiden und/oder polymeren Träger, der kolloidales und/oder polymeres Oxid mindestens eines Metalls umfasst, b) suspendierte Teilchen der feuerfesten Metallverbindung, die mit einem integralen Film aus Oxid des Metalls der feuerfesten Metallverbindung bedeckt ist, wobei der Oxidfilm bei Wärmebehandlung mit dem kolloidalen und/oder polymeren Oxid reaktionsfähig ist, unter Bildung eines gemischten Oxids, das in dem bindenden gemischten Oxid enthalten ist, und c) suspendierte Metalloxidteilchen, die bei Wärmebehandlung mit dem kolloidalen und/oder polymeren Oxid reaktionsfähig sind, unter Bildung eines gemischten Oxids, das in dem bindenden gemischten Oxid enthalten ist, wobei das bindende gemischte Oxid, das das gemischte Oxid enthält, das durch Umsetzung des Oxidfilms und des kolloidalen und/oder polymeren Oxids gebildet worden ist, aus – einem einzigen gemischten Oxid besteht, wenn das Metall der suspendierten Metalloxidteilchen das Gleiche ist wie das Metall der suspendierten feuerfesten Metallverbindungsteilchen und das reaktionsfähige Oxid des kol loidalen und/oder polymeren Oxids ein Oxid von nur einem Metall ist, oder – einer Vielfalt von mischbaren gemischten Oxiden besteht, wenn mindestens ein Metall der suspendierten Metalloxidteilchen von dem Metall der suspendierten feuerfesten Metallverbindungsteilchen verschieden ist und/oder wenn das kolloidale und/oder polymere Oxid reaktionsfähige Oxide verschiedener Metalle umfasst.
Komponente nach Anspruch 6, bei der das bindende gemischte Oxid ein gemischtes Oxid des Metalls (der Metalle) des kolloidalen und/oder polymeren Oxids und mindestens eines Metalls ausgewählt aus Titan, Silicium, Chrom, Vanadium, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän und Cer umfasst, das sich von dem Oxidfilm der suspendierten feuerfesten Metallverbindungsteilchen und/oder den suspendierten Metalloxidteilchen ableitet.
Komponente nach Anspruch 6 oder 7, bei der das kolloidale und/oder polymere Oxid ausgewählt ist aus kolloidalem und/oder polymeren Aluminiumoxid, Ceroxid, Lithiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Thoriumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumdioxid, Zinnoxid und Zinkoxid sowie Mischungen derselben.
Komponente nach Anspruch 8, bei der die feuerfeste Metallverbindung Titandiborid ist und das bindende gemischte Oxid Titan-Aluminium-Mischoxid umfasst.
Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das bindende gemischte Oxid mindestens 10 Gew.-%, typischerweise mindestens 30 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% der Oxidmatrix bildet.
Komponente nach Anspruch 10, bei der die Oxidmatrix ferner nicht-umgesetzte Teilchen des kolloidalen und/oder polyme ren Oxids und/oder nicht-umgesetzte Teilchen des suspendierten Metalloxids umfasst.
Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das bindende gemischte Oxid aus einem einzigen Mischoxid besteht.
Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 12, die einen Körper umfasst, der mit einer Beschichtung aus feuerfestem Material beschichtet ist, wobei die Beschichtung mindestens zwei verschiedene Qualitäten von feuerfesten Verbindungen in einer oder mehreren Schichten umfasst, wobei die Beschichtung insbesondere eine Vielzahl von Schichten umfasst, wobei jede Schicht nur eine Qualität von feuerfester Metallverbindung enthält.
Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei der das feuerfeste Material aus einem kolloidalen und/oder polymeren Träger herstellbar ist, der verschiedene Qualitäten von kolloidalen und/oder polymeren Teilchen enthält.
Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Komponente einer Zelle zum elektrolytischen Gewinnen von Aluminium ist, wobei die Komponente insbesondere eine Kathode, ein Teil eines Zellbodens oder eine Zellseitenwand ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 14, die ein Halter für Bogenelektroden oder einer Kohlenbogenelektrode mit mindestens einer inaktiven Oberfläche ist, die mit dem feuerfesten Material beschichtet ist und durch geschmolzenes Aluminium benetzt ist.
Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 14, die eine Komponente einer Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Aluminium ist.
Vorrichtung zum Betrieb bei hoher Temperatur, die mindestens eine Komponente gemäß einem der vorhergehenden Anspräche umfasst, die während des Betriebs Hochtemperaturbedingungen ausgesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die eine Zelle zum elektrolytischen Gewinnen von Aluminium ist, wobei die Komponente eine Kathode, eine Zellseitenwand oder ein Teil eines Zellbodens ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die ein Bogenofen zum Behandeln von Stahl ist, wobei die Komponente eine beschichtete Kohlenbogenelektrode oder ein Halter für Bogenelektroden ist, die/der durch geschmolzenes Aluminium benetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die eine Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Aluminium ist, wobei die Komponente dem geschmolzenen Aluminium und/oder einem oxidierenden Medium ausgesetzt werden kann, wobei die Komponente insbesondere einen sich bewegenden Kontakt mit geschmolzenem Aluminium ausgesetzt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Komponente ein Gefäß zur Aufnahme von geschmolzenem Aluminium oder ein Rührer zum Rühren von geschmolzenem Aluminium ist.
Verfahren zur Herstellung von Aluminium in einer Zelle gemäß Anspruch 19, die Aluminiumoxid gelöst in einem Fluorid enthaltenen geschmolzenen Elektrolyten enthält, bei dem die Komponente mindestens einem von geschmolzenem Elektrolyten, kathodisch reduziertem Aluminium und anodisch freigesetztem Gas ausgesetzt ist, wobei das Verfahren die Elektrolysierung des geschmolzenen Elektrolyten umfasst, der das gelöste Aluminiumoxid enthält, um kathodisch Aluminium herzustellen und anodisch Gas zu entwickeln, und gegebenenfalls das Drainieren von kathodisch hergestelltem Aluminium von einer drainierten Kathode.
Verfahren zur Behandlung von Eisen oder Stahl in einem Ofen gemäß Anspruch 20, bei dem während des Betriebs die beschichteten Kohlenbogenelektroden oder der Halter für Bogenelektroden einem Hochtemperaturoxidationsmedium ausgesetzt ist, wobei ein elektrischer Strom durch die Elektrode zur Herstellung von geschmolzenem Eisen geführt wird.
Verfahren zur Behandlung von geschmolzenem Aluminium in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 22, bei dem zwischen dem geschmolzenen Aluminium und der Komponente eine relative Bewegung vermittelt wird.