DE840312C

DE840312C - Verfahren zur Herstellung von OEfen fuer die elektrolytische Erzeugung von Aluminium

Info

Publication number: DE840312C
Application number: DEA533D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Phil Hurter
Original assignee: Aluminium Industrie AG
Current assignee: Aluminium Industrie AG
Priority date: 1943-08-23
Filing date: 1944-08-16
Publication date: 1952-05-29
Also published as: CH238183A; FR907283A; US2378142A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1952

A 533 VIa/40c

Bei den üblichen öfen für die elektrolytische Erzeugung von Aluminium besteht die Ofensohle aus einer Kohlenmasse, in die metallene Leiter, in der Regel eiserne Leiter, zur Zuführung des elektrischen Stroms eingebettet sind.

Normalerweise wird der Kohleboden entweder aus gebrannten Preßkohlen zusammengesetzt oder durch Einstampfen einer ungebrannten Kohlenmasse und nachheriges Brennen hergestellt. In ähnlicher Weise wird die Wandung der öfen aufgebaut, soweit sie aus Kohle bzw. Graphit besteht. Nach einem neueren Verfahren, das beispielsweise in der Schweizer Patentschrift 221 732 erwähnt ist, wird die Ofensohle aus einer verhältnismäßig geringen Zahl von geformten Kunstkohlen zusammengesetzt, die aus einer Kunstkohlengußmasse bestehen, die vor dem Brennen mechanischen Schwingungen hoher Frequenz, mehrere tausend/min, unterworfen oder pervibriert worden ist. Es ist dabei möglich, einen Teil der Wandung mit einem entsprechenden Segment der Ofensohle aus einem Stück herzustellen.

Die gebrannten Kohlen, Preßkohlen oder Kohlen aus Kunstkohlengußmasse, müssen möglichst fugenlos zusammengesetzt werden, was schwer zu erreichen und zeitraubend ist. Läßt man bei der Herstellung der Wanne absichtlich Fugen offen, die nachher durch Stampfmasse gefüllt werden, so bedingt auch dies einen großen Arbeitsaufwand. Außerdem haben die gebrannten Kohlen den Nachteil, daß ihre Wärmeausdehnung bei Inbetriebnahme des Ofens mit einer anderen Ausdehnungsziffer erfolgt als die des Mauerwerks, so daß zwangsläufig innere Spannungen entstehen, die zur

Bildung von Spalten, Rissen und Verwerfungen j führen. Etwa schon vorhandene innere Spannun- I gen werden durch die Erwärmung ausgelöst und können auch für das Auftreten von Spalten, Rissen und Verwerfungen verantwortlich sein.

Die Herstellung der Ofensohlen und -wandungen aus Kohlenstampfmasse erfordert auch viel Arbeit. Bei unsachgemäßem Einstampfen können Ungleichmäßigkeiten auftreten, die ihrerseits zu

ίο Störungen im Betrieb des Ofens Anlaß geben. Da die Kohlenstampfmasse beim Erhitzen kaum plastisch wird, kann sie engere Hohlräume im Mauerwerk bei Inbetriebnahme des Ofens nicht ausfüllen.

Die angeführten Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden, zum mindesten aber stark verringert. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenwanne mindestens teilweise durch Gießen einer Kunstkohlengußmasse in den Ofenmantel selbst hergestellt und darauf gebrannt wird.

Die Kunstkohlengußmasse ist aus der Mischung eines hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehenden Rohstoffes, z. B. zerkleinerter Koks, mit einem Bindemittel. z.B. Steinkohlenteer, so zusammengesetzt, daß sie bei erhöhter Temperatur, z. B. 140 bis 2oo° C, genügend plastisch ist, um gegossen werden zu können. Beim Erkalten erhärtet sie. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kunstkohlengußmasse, wie in der Schweizer Patentschrift 221 732 beschrieben, vor dem Brennen mechanischen Schwingungen einer Frequenz von , mehreren tausend/min, zweckmäßig von über : 6000/min, zu unterwerfen oder zu pervibrieren. Am bequemsten ist es, die Kunstkohlengußmasse vor dem Gießen zu pervibrieren. Es ist aber möglich, wenn auch umständlicher, es während oder nach dem Gießen des Bodens bzw. der Wandung zu tun.

Meistens ist es das zweckmäßigste, sowohl die Ofensohle als auch die inneren Seitenwände des Ofens auf diese Weise herzustellen. Gelegentlich kann es sich als zweckmäßig erweisen, einen Teil der Sohle oder der Wandung aus schon gebrannter Kohlenmasse zu fertigen, z. B. durch Anordnung von gebrannten, nicht zu großen Kohlenblöcken, die mit der Kunstkohlengußmasse umgössen werden.

Das Brennen geschieht am besten durch Hindurchschicken eines elektrischen Stroms. Vor dem Brennen hat aber die Kunstkohlengußmasse eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Außerdem wird sie zu Anfang des Brennens nochmals so plastisch, daß die Kohleanoden, die für die Zuführung des Stroms für das Brennen vorzugsweise l>enutzt werden, einsinken und dadurch die Oberfläche der Ofensohle in ungewünschter Weise verformen könnten. Beiden Umständen wird dadurch Rechnung getragen, daß l>ereits gebrannte Kohlen : in der Kunstkohlengußmasse derart angeordnet werden, daß sie eine gute elektrische Verbindung zwischen der anodischen und der kathodischen j Stromzuführung herstellen und so das Brennen der Kohlengußmasse in wirtschaftlicher Weise ermöglichen und zugleich die Gewähr bieten, daß die Kohleanoden, sofern solche für die Zuführung des Stroms für das Brennen benutzt werden, im riehtigen Abstand von den metallenen Leitern im Kohleboden gehalten sind. Diese gebrannten Kohlen können eine beliebige Gestalt haben. Es können z. B. Prismen oder Zylinder aus gebrannter Kohle oder aus Graphit sein. Im folgenden werden diese gebrannten Kohlen als leitende Abstandhalter bezeichnet. Es ist zweckmäßig, ihr oberes Ende etwas unterhalb der vorgesehenen Höhe der Oberfläche der Ofensohle stehenzulassen, damit die Kohlearioden auch mit der Kunstkohlengußmasse, die den elektrischen Strom anfänglich nicht leitet, aber im Laufe des Brennens nach und nach zum Mitleiter wird, in Berührung kommen können. Hierauf wird die flüssige, auf z. B. 140 bis 200⁰ C erhitzte Kohlegußmasse bis zur gewünschten Höhe eingefüllt; sie wird gleichmäßig verteilt und erkalten gelassen. Dann wird ihre Oberfläche so behauen, daß der Boden eine konkave Wölbung von beispielsweise 3 cm Tiefe erhält. Diese konkave Wölbung kann auch mit Hilfe einer anzudrückenden Schablone gebildet werden. Nach Herstellung der elektrischen Verbindung wird dem Ofen ein so starker elektrischer Strom zugeführt, daß die in der Masse eingebetteten leitenden Abstandhalter zum Glühen kommen und die gesamte Kunstkohlengußmasse nach und nach gebrannt wird. Man kann es dabei so einrichten, daß der mittlere Temperaturanstieg bis zum Erreichen einer Temperatur von etwa 500⁰ C nur 20 bis 40⁰ C am Tag beträgt, was für die Beständigkeit der Ofenwannen außerordentlich wichtig ist.

Zur Herstellung d<er Seitenwände der Kohlenwanne bedient man sich einer Schablone. Es ist vorteilhaft, für die Herstellung der Wände eine Kohlenmischung zu benutzen, die eine geringere Leitfähigkeit hat als die für die eigentliche Ofensohle benutzte. Zur Herabsetzung der Leitfähigkeit kann man z. B. einen Zusatz von Tonerde oder Ofenausbruch benutzen.

Wie schon erwähnt, geschieht die obere Stromzuführung am vorteilhaftesten durch die für die spätere Elektrolyse bestimmten Kohleanoden. Zu diesem Zweck setzt man Blockanoden oder Soederl >ergelektroden nach der Zubereitung der Oberfläche der Ofensohle auf und füllt alle Zwischenräume bis etwa zur Anoden- oder Ofenoberkante mit einer zerkleinerten bzw. pulverförmigen Masse, die geeignet ist, den glühend werdenden Teil der Anoden vor Oxydation zu schützen. Man kann hierzu Tonerde verwenden; am zweckmäßigsten benutzt man aber Kohlepulver oder Kohlegrieß. Das Brennen der Kunstkohlengußmasse der Ofenwanne beansprucht üblicherweise mehrere Tage. Zweckmäßig wird zu Beginn nicht die volle Stromstärke hindurchgeschickt, wie sie bei der Aluminiumelektrolyse benötigt wird; sondern sie wird erst im Verlauf des Brennens allmählich auf den hierbei üblichen Wert gesteigert. Nach dem Brennen entfernt man die Füllmasse und füllt den Ofen mit bereits geschmolzenem Elektrolyt oder schmelzt den Elektrolvt nach und nach im Ofen selbst durch Heben

der Anoden, worauf die Elektrolyse beginnen I kann.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich nicht nur für die Herstellung neuer öfen, sondern auch für das Ausbessern solcher öfen, die schon im Betrieb waren. Zu diesem Zweck wird der Ofen geleert und so tief gereinigt, bis die noch gute Kohle freigelegt ist. Die in der Ofensohle eingebetteten eisernen Stromzuführungen werden, wenn ίο nötig, noch stellenweise freigelegt. Nun werden die leitenden Abstandhalter in derselben Weise angeordnet wie bei der Herstellung eines neuen Ofens; auch die weiteren Arbeitsgänge sind die gleichen. Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Sie zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Ofens vor dem Brennen der eingegossenen Kunstkohlengußmasse 1. Mit 2 sind eiserne Leiter bezeichnet, die in der Ofensohle eingebettet werden, mit 3 die leitenden Abstandhalter, mit 4 die Kohleanoden und mit 5 eine Füllung aus Kohlepulver.

Das neue Verfahren bietet große Vorteile gegenüber den l>ekannten. Für die Herstellung der Ofenwanne werden viel weniger Arbeitsstunden benötigt als nach den bisherigen Verfahren. Darüber hinaus wird die verwendete Kunstkohlengußmasse beim Brennen nochmals so plastisch, daß sie sich den Wandungen ül>erall anschmiegt und die durch die thermische Ausdehnung des Mauerwerks und gegebenenfalls der metallenen (eisernen) Stromzuführungen sich ergebenden Hohlräume ausfüllt. Durch Pervibrieren kann man erreichen, daß die Kunstkohlengußmasse nach dem Brennen eine bessere Dichte, d. h. eine geringere Porosität, bessere mechanische Festigkeit, Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeit zeigt als die nicht vibrierte Kunstkohlengußmasse. Die üblichen Kohlenstampfmassen, wie sie bei der Herstellung von Ofenwannen oft noch gebraucht werden, können infolge ihres nicht gießfähigen Zustandes durch Pervibrieren nicht verbessert werden, d.h. ihre porige Struktur erfährt keine Verdichtung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

r. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumelektrolvseofens mit Ofensohle bzw. -wanne aus Kunstkohlengußmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstkohlengußmasse in den Ofenmantel selbst gegossen und erst dann gebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge⁷ kennzeichnet, daß die Kunstkohlengußmasse in bekannter Weise vor dem Brennen mechanischen Schwingungen einer Frequenz von mehreren tausend/min, zweckmäßig von über 6000/min, unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen der Kohlengußmasse durch Hindurchschicken eines elektrischen Stroms erfolgt und daß hierfür vorgebrannte Kohlenteile, leitende Abstandhalter, so angeordnet werden, daß sie den zum Brennen eingeschalteten elektrischen Strom von der anodischen Stromzuführung zu den metallenen Leitern des Kohlebodens leiten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Abstandhalter vor dem Eingießen der Kunstkohlengußmasse auf die metallenen Leiter des Kohlebodens aufgesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Brennens die Stromstärke allmählich gesteigert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Brennens die für die spätere Elektrolyse bestimmten Kohleanoden als Stromverbindung zwischen der anodischen Stromzuleitung und den leitenden Abstandhaltern benutzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Zwischenräume bis zur Anoden- oder Ofenoberkante mit einer zerkleinerten bzw. pulverförmigen Masse gefüllt werden, die eine Oxydation der Kohleanoden mindestens stark herabsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume mit fein zerkleinerter Kohle gefüllt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung der Kohlewandung eine Kunstkohlenmasse niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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