DE930348C - Vorrichtung zur Zufuhr des Stromes zu selbstbackenden Daueranoden - Google Patents

Description

Selbstbackende Dauerelektroden oder Söderberg-Elektroden für die Elektrolyse, insbesondere für die Aluminiumschmelzelektrolyse, besitzen Stromzuführungen, die aus Metallstäben bestehen, welche tief in die Elektrodenmasse gesteckt sind.

Diese Stäbe können horizontal oder vorzugsweise schief nach unten durch die vertikalen Wände der Elektroden oder senkrecht durch die horizontale Oberfläche gesteckt werden.

Die meist angewendete horizontale Anordnung hat folgende Nachteile:

Das Stromzuführungssystem ist kompliziert, ebenso wie die Aufhängevorrichtung für die Elektroden. Die Installationskosten sind daher hoch, und der Betrieb sowie die Unterhaltung erfordern viel Handarbeit.

Die Stromzuführungsstäbe dürfen keinen zu großen Querschnitt haben, um sie leicht aus der Elektrode herausziehen zu können, und sie werden daher schnell zerstört.

Weiterhin wird der metallische Mantel, der die Elektrode umgibt, leicht verformt und muß häufig gerichtet werden.

Das Auffangen der entweichenden Schwaden ist bei dieser Anordnung schwer durchzuführen, und die Ohmschen Stromverluste in der Stromzuführung und in der Elektrode sind beträchtlich.

Die gesamte Anordnung eignet sich schlecht für einen modernen mechanisierten Betrieb.

Aus diesem Grunde geht man mehr und mehr dazu über, die vertikale Anordnung zu verwenden.

Bei dieser Anordnung werden die Zuleitungsstäbe von oben in den nicht gebackenen Teil der Elektrode verschieden tief eingesteckt. Beim fortlaufenden Absinken der Elektrode im Maße ihres Verbrauches erreichen die Spitzen der Stäbe nach und nach den gebackenen Teil der Elektrode, wo die Leitfähigkeit befriedigend ist, und nähern sich der unteren Fläche der Elektrode.

Wenn die Spitzen der Stäbe sich dieser Fläche

ίο bis auf ein Minimum genähert haben, zieht man sie aus der Elektrode heraus und füllt in die Löcher, in denen die Stäbe gesteckt haben, frische, noch nicht gebackene Masse bis zu der Höhe ein, in der die Stäbe wieder eingesetzt werden sollen. Sobald die Füllung beendet ist, werden die Stäbe in ihre entsprechenden Löcher wieder eingeführt.

Die Vorteile dieser vertikalen Anordnung gegenüber der horizontalen oder schrägen sind folgende: Sie ist einfacher, die Stäbe können direkt mit den Anodenschienen verbunden werden und dienen gleichzeitig zur Aufhängung der Elektrode. Die Einrichtungskosten werden also wesentlich vermindert. Die Handarbeit zur Aufrechterhaltung des Betriebes wird ebenfalls wesentlich eingeschränkt. Die Stäbe können beträchtlichen Querschnitt haben, und ihre Anzahl läßt sich demgemäß einschränken. Sie brauchen deswegen auch weniger häufig ausgewechselt zu werden. Das Herausziehen kann mechanisch ohne Anstrengung erfolgen.'Die Elektrode gleitet in einer festen metallischen Umhüllung, die keiner Wartung bedarf, und am unteren Teil dieser Umhüllung läßt sich eine einfache und wirkungsvolle Vorrichtung zum Auffangen der Gase anbringen. Auch die Ohmschen Stromverluste werden weitgehend gesenkt, da der untere Teil der Stäbe sehr weit bis zum Boden der Anode geführt werden kann, und der Anschluß der Stäbe kann praktisch direkt an die Anodenstromschienen erfolgen. Ferner können weitgehend mechanische Vorrichtungen zur Bedienung verwendet werden. Indessen sind auch bei dieser Anordnung schwerwiegende Nachteile in Kauf zu nehmen, die die Vorteile zum Teil aufheben können und die allgemeine Einführung dieser Anschluß art hemmen. In erster Linie werden die vertikalen Stäbe in die Masse gesteckt und durchqueren fast die gesamte Elektrode, während die Stäbe, die schief in die Elektrode hineingesteckt sind, nur wenig tief in die Elektrode eintauchen und praktisch an der Oberfläche stecken. Demgemäß ist der metallische Anteil der Elektrode im Verhältnis zur Elektrodenmasse viel höher. Vertikale Stäbe mit großem Querschnitt verursachen wegen der gegensätzlichen Wirkung der Ausdehnung der Stäbe und der Zusammenziehung der Masse, die bei schräg eingesetzten Stäben von geringem Durchmesser nur leichte oberflächliche Risse entstehen läßt, eine starke Zerklüftung im Innern der Masse. Beim Schrumpfen, das das Zusammenbacken der Elektrode begleitet, nehmen diese Zerklüftungen schnell die Form vertikaler Spalten ein, die die Stabe untereinander verbinden und die Elektrode in mehrere unabhängige Teile aufteilen. Diese einzelnen Teile verhalten sich dann wie ebenso viele unabhängige Anoden mit eigener Stromdichte. Es ergibt sich also ein unterschiedlicher Verschleiß der Anode, und die untere Fläche der Anode ist unregelmäßig, so daß die Einregelung des interpolaren Abstandes nur schwer möglich ist.

Diese Unbequemlichkeit wird beim Ausziehen der Stäbe noch verstärkt. Der oben neu eingesetzte Stab leitet den Strom während einer gewissen Zeit nicht. Dadurch wird die Stromdichte örtlich vermindert. Wenn gerade in diesem Teil die Stromdichte wegen der oben angegebenen Spalten schon gering war, dann addieren sich diese beiden Wirkungen.

Um diese Nachteile zu beheben, wurde schon vorgeschlagen, die Anode in mehrere voneinander unabhängige Teile durch innere vertikale Scheidewände aufzuteilen. Durch diese Lösung wird entweder die Bildung der Spalten vermieden, da die Schrumpfung der Paste nur einen viel geringeren Massenteil betrifft, oder Beschädigungen im Innern bleiben wenigstens nur auf einige Elemente beschränkt. Diese Vorrichtung hat aber technisch keinen Eingang gefunden, da die Paste an den Trennwänden haftet.

Im übrigen erfolgt die Verteilung der Stäbe über die Oberfläche bei allen bisher gebräuchlichen An-Ordnungen in gleichen Abständen. Eine derartige Verteilung in gleichen Abständen verstärkt aber die oben geschilderten Nachteile.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die vertikalen Kontaktstäbe in selbstbackenden Elektroden für Elektrolysen, insbesondere für die Aluminiumschmelzelektrolyse, gemäß der "Erfindung in Gruppen zu zwei oder mehreren angeordnet werden, so daß der Abstand zwischen allen Stäben jeder Gruppe kleiner ist als der Abstand der einzelnen Gruppen.

Die dadurch erzielten Vorteile sind folgende: Die Zerklüftungszonen sind ι beschränkt auf das Innere der Stabgruppen, und der Abstand der einzelnen Gruppen ist so, daß Zerklüftungen oder Aufspaltungen zwischen den Gruppen weitgehend vermieden werden. Es bilden sich also wohl Spalten im Innern der Gruppen, die aber den guten Verfahrensablauf nicht stören. "Beim Herausziehen der Stäbe wird die Stromverteilung im Innern der Elektrode kaum verändert, und zwar um so weniger, als ein Ersatzstab sehr schnell seine normale Belastung wieder aufnimmt, da die Zone, in der die Paste gebacken ist, im Innern der Gruppen viel höher steigt. Durch diesen Vorteil wird eine nicht zu vernachlässigende Erleichterung des Betriebes erzielt. Anstatt jedesmal eine geringe Zahl von Zuführungsstäben in einem komplizierten Rhythmus auszuziehen, kann beispielsweise bei den Stäben, die zu je zwei zusammengefaßt sind, in längeren Zeiträumen die Hälfte der Stäbe ausgezogen werden. In-diesem Fall ist ein Stab jeder Gruppe tief- und der andere hochgestellt.

Die Vereinfachung des Anschlusses bewirkt, daß ein viel größerer Teil- der äußeren Oberfläche der Anode zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann

leichter gearbeitet und frische Masse zugeführt werden.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile

sind nachstehend aus der Beschreibung in Verbindung mit den Figuren im einzelnen zu ersehen.

Fig. ι ist eine Ausführung mit gewöhnlichen

Anschlüssen an eine Aluminiumelektrode in einem Bad von 25000 A;

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf eine Vorrichtung mit Stromzuführung gemäß der Erfindung, und zwar durch ein Bad gleicher Kapazität; Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf ein Bad von 100 000 A mit gewöhnlichen Stromanschlüssen;

Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Aufsicht auf ein Bad der gleichen Kapazität mit Stromzuführungen gemäß der Erfindung ;

Fig. 8 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine üblicherweise benutzte Vorrichtung zur Zufuhr des Stromes zur Anode α in einer Schmelzwanne c zur Elektrolyse von Aluminium mit einem Anschlußwert von 25 000 A. Die Anode α hat sechzehn Stäbe b von 100 mm Durchmesser zum Stromanschluß, die beispielsweise gleichmäßig mit regelmäßigen Zwischenräumen von 375 mm von Achse zu Achse über das Bad verteilt sind. Bei diesem geringen Abstand können sich leicht zwischen den Stäben Spalten bilden, die, nahe beieinander liegend, die Elektrode durchsetzen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die gleiche Vorrichtung, in der aber die Zuführungsstäbe gemäß der Erfindung in einzelne Gruppen, verteilt über den Querschnitt der Elektrode, zusammengefaßt sind. Die sechzehn Stäbe & sind in acht Gruppen von je zwei Stäben zusammengefaßt. Bei dieser Ausführungsform sind die Stäbe b 190 mm (von Achse zu Achse gemessen) innerhalb einer Gruppe voneinander entfernt, und der Abstand zwischen den nächstliegenden Stäben zweier Gruppen beträgt 575 mm. Es hat sich gezeigt, daß ein Abstand von 575 mm ausreicht, um Risse zwischen den einzelnen Gruppen zu verhindern. Wenn sich zwischen den beiden Stäben der gleichen Gruppe Risse oder Spalten bilden, so beeinträchtigt dies das gute Arbeiten des Bades nicht mehr.

Die Fig. 2 zeigt die Stäbe in ihrer Höhenanordnung. Die Lage der einzelnen Stäbe zueinander wurde zwar so gewählt, daß bei aufeinanderfolgendem Ausziehen die geringsten Störungen bei der Stromverteilung auftreten; der Rhythmus des Ausziehens der Stäbe, der sich bei dieser Anordnung ergibt, ist aber kompliziert. Demgegenüber ist bei der Anordnung gemäß der Erfindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, die Hälfte der Stäbe hoch- und die andere Hälfte tiefgestellt, und der Rhythmus des Ausziehens ist daher sehl einfach.

Der Abstand der Stäbe voneinander und der Gruppen voneinander ist durch die oben angegebenen Zahlen in keiner Weise festgelegt, sondern sollte lediglich der Veranschaulichung dienen. Sowohl die Abstände als auch die Anordnung der Gruppen können entsprechend der Stromdichte, die bei einer bestimmten Schmelz wanne angewandt wird, im Hinblick auf die verschiedensten praktischen Erfordernisse modifiziert werden.

An einem anderen Beispiel sei eine Abwandlung der Erfindung dargestellt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Anordnung, wie sie üblicherweise an einer Schmelzwanne c mit 100 000 A Anschlußwert getroffen wird. Die Hinweise und Anmerkungen, die oben mit Bezug auf eine Wanne mit 25 000 A gegeben wurden, treffen auch den vorliegenden Fall.

Gemäß den Fig. 7 und 8 sind die Anschluß stäbe b gemäß der Erfindung in Gruppen von je vier zusammengefaßt.

Während gemäß der Anordnung in Fig. 5 die Stäbe in einer Reihe 350 mm voneinander entfernt sind, haben die Stäbe der gleichen Gruppe nach Fig. 6 einen Abstand von 250 mm, und der Abstand zwischen den nächsten Stäben zweier Gruppen ist 600 mm. Die Höhenverteilung der Stäbe gemäß der Fig. 8 erleichtert auch hier, wie im vorher- go gehenden Beispiel, die Extraktion der Stäbe.

Wie der Fachmann ohne weiteres sieht, sind auch andere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Zufuhr des Stromes zu selbstbackenden Daueranoden von Elektrolysebädern durch vertikale Stäbe, deren unterer Teil in der Anode steckt, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Kontaktstäbe in Gruppen von wenigstens zwei Stäben zusammengefaßt sind und der Abstand zwischen allen Stäben jeder Gruppe merklich geringer ist als der Abstand zwischen den einzelnen Gruppen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stabgruppe die Hälfte der Stäbe hoch- und die andere Hälfte tief gestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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