DE695562C - Elektrode fuer Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Gestaltung von Bodenelektroden für die elektrolytische Herstellung von Leichtmetallen,' wie z. B. Natrium aus¹ schmelzflüssig«!! Bädern. Die Ele'ktrode nach der Erfindung besteht aus einer Anzahl längerer Kohle- oder Graphitkörper in Stab* oder Balkenform von beliebigem Querschnitt, die gruppenförmig vereinigt sind und in einer Metallfassung zu einer Einheit vereinigt sind, und zwar derart, daß die Elektrode als einheitlicher stromleitender, im Bade kontaktgebender Körper wirkt und die gleichmäßige Verteilung des Stromes in' der zu elektrolysierenden Schmelze sichert.

Die erfindungsgemäß aufgebaute Elektrode gewährt einerseits eine große. KontafctfLäche mit dem schmelzflüssigen Bade bei einer nur geringen Möglichkeit, die Wärme des Bades nach außen abzuleiten.

Der Aufbau erstrebt ferner durch geeignete Mittel einen möglichst vollständigen Abschluß der Kohlekörper von der Berührung mit Luft oder sonstigen oxydierenden Gasen und Vermeidung des Anfressens der Kohleelektrodeii, insbesondere an solchen Stellen, wo die Koh-. len nicht durch die schmelzflüssige Charge gegen Luftzutritt abgedeckt sind.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden.

Abb. ι ist ein Vertikalschnitt in den Ebenen I-I der Abb. 2, und '

Abb. 2 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Elektrode mit Fortlassung einiger die Sicht abdeckender Teile.

Die Elektrode setzt sich aus dem Kohle- oder Graphitkörper E und seiner Fassung zusammen. Der Kohleblock besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer Mehrzahl länglicher Kohle- oder Graphitkörper 1, die zu einer Gruppe zusammengefaßt sind und am unteren Ende durch eine Trägerkon struktion 2 aus Gußeisen oder sonst einem geeigneten Metall zusammengehalten werden. Der Kohleblock und seine Teile sollen im folgen-

den schlechthin als Kohle bezeichnet werden. Die Gestalt und das Ausmaß der Kohlen ι und ihrer Vereinigung £ ist in der Zeichnung* nur als illustratives Beispiel dargestellt uiiii§ kann sehr verschieden sein. In dem &$£}. gestellten Beispiel ist der Querschnitt - def-Kohle außen kreisförmig, innen hexagonal; in der Praxis kann die Kohle auch anders gestaltet sein und aus beliebig vielen Stücken ίο bestehen.

Das zugesetzte Kohlenelement kann z. B. auch aus einer großen Anzahl einzelner Kohlekörper von quadratischem Querschnitt bestehen, die in einer Reihe aufgebaut sind und so einen Kohlekörper bilden von relativ großer Oberfläche und kleinem Querschnitt.

Die Kohlekörper 1 können entweder dicht aneinandergeschlossen sein oder, wie beispielsweise in Fig. 2 angedeutet, auch lose aneinandergereiht sein. Die Metallfassung 2 ist kreisförmig aufgebaut, hat einen flachen Boden 3 und senkrecht aufwärts gerichtete Seitenwände 4, die sich nach oben zu nach auswärts entwickeln und auf dem oberen Rande eine Nut 5, eine Rinne 6 und zwischen ihnen eine Rippe 7 tragen. Eine feuerfeste Muffe oder Mantel 8 umgibt den Kohlekörper von außen und verbindet sich mit der Kante der Seitenwand 4 der Metallfassung durch Einpassung in die Vertiefung 6. Der Mantel kann aus einem geeigneten feuerfesten Stoff, wie Magnesit, Kieselsäure, Ton u. dgl., bestehen.

Die Elektrode nach Abb. 1 tritt von unten her durch den Boden des Schmelzofens ein. Die gestrichelte Linie 9 deutet die Lage des Qfenbodens an. Der obere Teil der Elektrode E befindet sich innerhalb der geschmolzenen Beschickung in einer Höhe, daß der feuerfeste Mantel noch in die Beschickung hineinreicht. Beim Aufbau der Elektrode kann der feuerfeste Mantel für sich geformt, gebrannt und dann auf den Kohlekörper aufgesetzt und mit ihm verbunden werden, oder aber er kann direkt auf der Außenseite des Kohlekörpers geformt und an Ort und Stelle * gebrannt werden.

Der feuerfeste Stoff umhüllt die Rippe 7 und füllt die Rinne 5 ganz und Rinne 6 so weit aus, daß noch genügend Raum für ein Dichtungsmaterial, z. B. geschmolzenes¹ Blei, übrigbleibt. Die besondere Art der Verbindung des feuerfesten Mantels und der Metallfassung der Elektrode mittels Rinne, Nut, Rippe und Bleidichtung sichert die Fernhaltung von Luft oder anderen oxydierenden Gasen, die zwischen der Fassung 2 oder dem feuerfesten Mantel und dem Kohleblock an den letzteren herantreten könnten.

Die Fassung 2 hat in der Mitte des Bodens eine öffnung. Die Bodenöffnung ist als ein nach innen gerichteter, mit Außengewinde versehener Rohrsturnpf 15 ausgestaltet, auf den ein metallenes 'Stützorgan 16 aufgeschraubt ist. Die äußere Oberfläche des etwa glockenförmigen Teils 16 entspricht der inne- ^;r^eh Ausgestaltung des Kohlekörpers E der ■Elektrode, ist demgemäß bei der dargestellten 'Ausführungsform hexagonal. Die Tatsache, daß die vertikalen Innenseiten des Kohleblocks zueinander parallel sind, der Innenteil 16 der Metallfassung dagegen eine nach oben leicht konvergierende äußere Oberfläche hat, ermöglicht die Anwendung Von Keilen 17, durch die die einzelnen Kohlestücke gegen die Metallfassung 2 fest angepreßt werden. Diese Keile 17 können aus Metall (Stahl oder Bronze) oder auch aus Kohlenstoff (Graphit) bestehen. Wie in Abb. r dargestellt, können die Keile 17 in zwei Reihen auf zwei getrennten Höhenlagen angeordnet sein. Sie üben dann einen wirksamen Preßdruck auf die Kohlekörper aus, soweit diese in der Metallfassung der Elektrode stecken. Um nötigenfalls die Keile herausnehmen zu können, ist an jedem Keil eine Gewindebohrung vorgesehen, mittels derer mit Hilfe eines Bolzens o. dgl. die Keile herausgenommen werden können.

Der untere Teil des Innenraumes 20 der Elektrode oberhalb des Mittelteils 16 und die Zwischenräume zwischen den Keilen 17, den Kohlekörpern 1 und dem Mittelteil 16 werden mit feuerfestem Stoff 21 ausgefüllt, der eine schlechtere Wärmeleitung hat als Graphit, z. B. gekörnte Kohle, Infusorienerde, gesinterte Magnesia. Die Packung geschieht zweckmäßig derart, daß als isolierender Stoff in den Zwischenräumen zwischen Keilen 17, den Kohlekörpern 1 und dem Mittelteil 16 Kohlepulver, im Raum oberhalb der Keile 17 und des Mittelteils 16 die obenerwähnten anderen Isoliermittel verwendet werden. Das den Kohlekörpern der Elektrode unmittelbar anliegende Material kann Kohlepulver sein. Die obere Fläche des Isoliermaterials 21 innerhalb der Elektrode reicht über den Ofenboden 9 hinaus und ist mit einer im allgemeinen aus feuerfesten Stoffen bestehenden Platte 22 abgedeckt, die in unmittelbarer Berührung mit der Beschickung des Ofens sich befindet und das Isoliermaterial vor Zerstörung oder Be-Schädigung durch die Beschickung schützt.

Der Stützkörper 16 hat etwa in der Mitte der Decke eine Bohrung, in die ein Rohr 23 eingesetzt ist, das mit einer geeigneten Quelle für inertes Gas verbunden ist, wie z. B. Stickstoff. Diese Einrichtung dient zunächst dazu, vor Benutzung der Elektrode das inerte Gas unter Druck durch das Rohr 23 in den Elektrodenauf bau einzuleiten und alle darin enthaltene Luft oder sonstige oxydierende Gase zu verdrängen. Ebenso wird während des Gebrauchs der Elektrode durch Einführung

des inerten Gases jeder Eintritt von Sauerstoff verhindert. Dieser vorsorgliche Schutz der Elektrode vor der Oxydation kann auch dadurch geschehen, daß die Elektrode zunächst in geeigneter Weise mit Unterdruck und dann mit dem inerten Gas mit Überdruck behandelt wird.

Die Elektrodenfassung 2 kann dadurch gegen zu hohe Erhitzung geschützt werden, daß ein Kühlmittel, z. B. Wasser, durch in der Wandung des Gußkörpers angeordnete Kanäle 24 geleitet wird. Auch kann die Wärmeableitung durch Oberflächenentwicklung des Gußkörpers zwecks Luftkühlung vermittels Rippen, Lamellen u. dgl. gefördert werden. Demselben Zweck kann auch eine Umschließung des Gußkörpers mit vom Kühlmittel durchflossenen Kühlschlangen dienen. Ein in der Wand des Innenteils 16 eingegossener Kanal kann auch an dieser Stelle das Material durch Kühlung gegen Überhitzung schützen.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Elektrodenfassung ist

as deren Außenwand 4 zylindrisch ausgebildet. Zwecks Schaffung der Befestigungs.möglichkeiten für Anschluß von elektrischen Zuführungskabeln, Sammelschienen usw. ist es zweckmäßig, an der Außenseite des Gußkörpers der Elektrodenfassung flächige Ansätze und Vorsprünge 26 anzugießen, an denen die Stromzuführungen befestigt werden können, z. B. an der Fläche 27 mittels in die Schraublöcher 28 eingesetzter Bolzen.

Die erfmdungsgemäße Elektrode ist in erster Linie bestimmt und geeignet als Bodenelektrode für die Herstellung von Alkalimetallen, z. B. in Öfen des aus dem amerikanischen Patent 1 501 756 bekannten Typus. '

Die leitende Verbindung der Kohlekörper mit der Elektrodenfassung, «die bei der beschriebenen Ausführungform durch mehrfache Anordnung von Keilen gesichert ist, kann auch in anderer Weise erreicht werden, z. B. durch Vereinigung der Kontaktflächen mittels Schrauben oder Bolzen oder Umgießen mit Metall, wie Blei.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bodenelektrode aus Kohle, insbeson-" dere für Öfen zur Schmelzflußelektrolyse, bestehend aus einer Gruppe Kohlekörpern, die in einer Metall fassung vereinigt sind, wobei die Fassung durch einen feuerfesten Mantel nach oben verlängert ist, dessen Höhe derart bemessen ist, daß er nach Einsatz der Elektrode in den Boden des Reduktionsg'efäßes noch bis in die Schmelze hineinragt. 6<>

2. Elektrode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Fassung mit dem die Gruppe der Elektrodenkohlen umschließenden feuerfesten Mantel gasdicht verbunden und mit einer Zuleitung für inerte Gase ausgestattet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenkohlen zu einem Hohlraum in der Metallfassung gruppiert sind und mittels Spannvorrichtungen, wie Keilen, Klemmen, Schrauben o. dgl., gegen die Innenwandung der Fassung angepreßt werden, wobei als Widerlager für die Spannvor-

. richtung ein mittlerer Einbau innerhalb ⁷^ der Fassung dienen kann, der ebenso· wie die Wandung der Fassung mit Kanälen für Kühlmittel ausgestattet sein kann.

4. Elektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhohlkörper bis- zum Rand des feuerfesten Mantels mit schlecht wärmeleitenden Stoffen gefüllt und mit einer ■ feuerfesten, zweckmäßig ebenfalls aus schlecht wärmeleitenden Stoffen bestehenden Platte abgedeckt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen