DE898968C

DE898968C - Elektrode fuer die Schmelzflusselektrolyse

Info

Publication number: DE898968C
Application number: DES16438D
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Hoffmann; Karl Kursawe
Original assignee: Siemens Plania Werke AG
Current assignee: Siemens Plania Werke AG
Priority date: 1941-09-24
Filing date: 1941-09-24
Publication date: 1953-12-07

Description

Elektrode für die Schmelzflußelektrolyse Die Erfindung betrifft eine aus Einzelkohlen zusammengesetzte Elektrode für die Schmelzflußelektrolyse von Leichtmetallen, insbesondere von Aluminium. Da die Betriebsspannung bei der Schmelzflußelektrolyse von Aluminium sehr niedrig sein muß, werden die benutzten Kohleblöcke möglichst kurz gehalten, so daß der Strom nur auf einer kurzen Strecke (den verhältnismäßig hohen Elektrodenwiderstand zu überwinden hat. Die Bestreibungen, an Stelle der kurzen, oft auszuwechselnden Kohleblöcke lange Elektroden zu verwenden, scheiterten bisher an der Kontaktfrage. Die verschiedenen Vorschläge, die Stromzuführung durch in der Nähe der Balloberfläche sitzende Kontaktbacken zu verbessern, haben bisher nicht zu einer befriedigenden Lösung geführt. Hinzu kommt, daß bei einer Vergrößerung der Elektrodenabmessungen eine seitliche Stromzuführung zur Elektrode nicht genügt, -da der Strom nach denn Innern der Elektrode einen längeren Weg zu überwinden hat als an den äußeren Teilen der Elektrode, so daß eine gleichmäßige Stromverteilung auf den Gesamtquerschnitt der Elektrode nicht erreicht werden kann.
Um eine gleichmäßige Stromverteilung in der Elektrode zu erzielen und die Leitfähigkeit der Elektrode zu vergrößern, ist es bekannt, die Elektrode mit Metalleinlagen zu versehen, die bei mehrteiligen Elektroden aus zwischen die Einzelkohlen gelegte Blechstreifen gebildet und elektrisch miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen aus Einzelkohlen undMetalleinlagenzusammengesetzten Elektrode sind Schellen oderBandagen erforderlich, die der Elektrode während des Betriebes den: notwendigen Zusammenhalt geben. Durch die Schellen oder Bandagen wird das durch den fortschreitenden Verbrauch der Elektrode erforderliche Nachsetzen der Elektrode erschwert, da die Elektrodenführung mit Rücksicht auf die Schellen entsprechend, ausgebildet sein muß und die Schellen während des Betriebes verschoben werden .müssen, um das Abschmelzen der Schellen zu vermeiden.
Durch die Erfindung wird eine Elektrode mit glattem Mantel geschaffen, die sich bequem nachsetzen läßt und billiger in der Herstellung ist als die bekannten Elektroden mit Metalleinlagen. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, .daß an den miteinander in Berührung stehenden Seitenflachen der Einzelkohlen. Ausnehmungen vorgesehen sind, die nach Zusammenfügen der durch eine Bandage zusammengehaltenen Einzelkohlen einen geschlossenen Hohlraum ergeben, der mit Metall .ausgegossen wird und derart gestaltet ist, daß nach Erkalten des Metalls die Einzelkohlen durch das Metallgerippe zusammengehalten werden und die während desGußvorganges erforderlichen:Bandagen entfernt werden. können. Die entsprechenden Ausnehmungen in den Einzelkohlen lassen sich in :sehr einfacher Weise durch Ausfräsen oder bei der Formgebung der Elektrode herstellen.. Der aus den Einzelkohlen zusammengesetzte Elektro,denkörperbildet hierbei selbst die Gußform für das einzugießende Metall.
In einer älteren Patenschrift ist bereits die Herstellung einer aus Einzelkohlen zusammengesetzten Großelektrode mit Metallguß.gerippe vorgeschlagen, um einen niedrigen Widerstand der Elektrode und eine gleichmäßige Stromverteilung in der Elektrode zu erhalten. Bei dieser Elektrode werden eine Vielzahl von Kohlestäben in eine Gußform gestellt und die Zwischenräume mit dem zu erzeugenden Metall, z. B. Aluminium, ausgegossen. Dabei sitzen die Kohleelektroden in einem gut leitenden, zusammenhängenden Metallblock, der die Stromleitung in, der Elektrode in der Hauptsache übernimmt. Da bei dieser Anordnung das Metall die einzelnen Elektroden allseitig umfaßt, ist der Anteil an Metall einer derartigen Elektrodenkombinatio@n sehr hoch, so. daß der tatsächlich für die Elektrolyse nutzbare Elektrodenquerschnitt stark verringert wird. Die Herstellung derartiger Elektroden mit einem die Einzelkohlen umfassenden Gußgerippe hat sich als. außerordentlich schwierig erwiesen, da der das Kohlebündel umgebende und festhaltende Metallmantel infolge starker Schrumpfung -des erstarrenden: Metalls in verhältnismäßigkurzen Abständen aufreißt. Auch bei verhältnismäßig großer Dicke .des Metallmantels und guter Vorwärmung der Gießform läßt sich das Aufreißen des Metallmantels nicht verhindern.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden und gleichzeitig eine Reihe von wesentlichen Vorteilen erreicht.
Die schlechtere Wärmeleitfähigkeit der Elektrodenkohle gegenüber einer bei der bisherigen Anordnung benötigten Metallform gewährleistet eine gute Wärmehaltung des eingegossenen Metalls und damit eine Verringerung der Gefahr der Rißbildung beim Erstarren desselben. Durch Vorwärmung der Kohle vor dem Eingießen des Metalls kann die Neigung zur Rißbildung noch vermindert werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung .der Elektrode wird durch das Fortfallendes Metallmantels der Anteil an Metall in der Elektrode wesentlich geringer und die Länge der Seitenrippen verkürzt, so daß sich .die Schrumpfspannung vermindert. Da bei .dieser Anordnung der Querschnitt des Metallgerippes gegenüber der bisherigen Ausführung verkleinert wird, nimmt der nutzbare Kohlenquerschnitt einenhohen Prozentsatz des gesamten Querschnittes ein.
Ein, weiterer Vorteil der Elektrode nach der Erfindung gegenüber einer Elektrode mit gegossenem Metallmantel besteht darin, daß der Schmelze während des Betriebes weniger Wärme entzogen wird, dabei dieser Anordnung der Anteil an Metall, das eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als die Kohle besitzt, geringer ist und der mit der Außenluft in Berührung stehende Metallmantel der bisherigen Anordnung in Fortfall kommt. Der Metallanteil einer Elektrode gemäß der Erfindung kann unter zo Gewichtsprozent gehalten werden.
Beider erfindungsgemäßen Anordnung wird ein sehr sinniger Kontakt zwischen dem Metall und der Elektrodenkohle erreicht und daher ein von guter elektrischer Leitfähigkeit erhalten..
Der Kontakt zwischen Metall und Kohle kann durch verschiedene Maßnahmen noch verbessert werden; z. B. lassen sich die Ausnehmungen derart ausbilden, daß sie sich nach außen zu konisch erweitern. Dadurch entsteht ein Gußstück, das infolge der Schrumpfung des Metalls die Einzelkohlen nach dem Erkalten zusammenhält. Durch beiderseits konisch ausgebildete Verstärkungen wird bei Ausdehnung des Metalls, also in ,dar Wärme, eine zusätzliche Kontaktfläche erhalten. Als besonders zweckmäßig hat sich die Anordnung von entsprechend ausgebildeten Längsrillen erwiesen, wodurch eine Verzahnung von Metall und Kohle erreicht und bei jeder Temperatur, ungeachtet der auf Grund der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlichen Wärmebewegungen, stets eine innige Berührung gewährleistet wird.
In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.. Die Fig. r und 2 zeigen schematisch den Querschnitt eines nach der Erfindung hergestellten Elektrodenblockes, bestehend raus vier Kohleelektroden z. Die Zwischenräume 2 werden mit Metall ausgegossen. Die Berührungsflächen: 3 sind derart bearbeitet, :daß sie beim Zusammenfügen der Einzelkohlen den entstehenden Hohlraum dicht abschließen, wobei als Dichtung eventuell Kitt in bekannter Weise verwendet werden k.Inn. Der Elektrodenblock wird mit einer in der schematischen Zeichnung nicht dargestellten Bandage außen umgeben, damit das Metall beim Eingießen die Einzelkohlen nicht auseinandertreibt.
Durch Zusammenfügen einer größeren Zahl entsprechend ausgebildeter Kohleelektroden können große Elektrodenblöcke hergestellt werden von verschiedener Form .und Abmessung. Die Zahl der Einzelelektroden richtet sich dabei nach der Größe der gewünschten Elektrode. Dementsprechend entstehen ein oder mehrere Eingußtrichter.

Claims

PATENTANSPRUCH: Aus Einzelkohlen zusammengesetzte Kohleelektrode für die Schmelzflußelektrolyse mit einer die Zwischenräume ausfüllenden Metalleinlage, dadurch gekennzeichnet, daß an den miteinander in Berührung stehenden Seitenflächen der Einzelkohlen Ausnehmungen vorgesehen sind, die nach Zusammenfügen der Einzelkohlen einen geschlossenen Hohlraum ergeben, der mit Metall ausgegossen wird und derart gestaltet ist, daß nach Erkalten des Metalls die Einzelkohlen durch das Metallgerippe zusammengehalten werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 245 629, 2q.7 355. 4108oi, 604 133; schweizerische Patentschrift Nr. 54 gei.