EP0074567B1 - Axial verschiebbare Elektrodenhalter zum Einsatz bei der Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Axial verschiebbare Elektrodenhalter zum Einsatz bei der Schmelzflusselektrolyse Download PDF

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EP0074567B1
EP0074567B1 EP82108049A EP82108049A EP0074567B1 EP 0074567 B1 EP0074567 B1 EP 0074567B1 EP 82108049 A EP82108049 A EP 82108049A EP 82108049 A EP82108049 A EP 82108049A EP 0074567 B1 EP0074567 B1 EP 0074567B1
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EP
European Patent Office
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electrode holder
holder according
contact elements
segments
elements
Prior art date
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Expired
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EP82108049A
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English (en)
French (fr)
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EP0074567A1 (de
Inventor
Dieter H. Dr. Dipl.-Chem. Zöllner
Inge Dr. Dipl.-Chem. Lauterbach-Dammler
Friedrich Rittmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Original Assignee
C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG filed Critical C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Priority to AT82108049T priority Critical patent/ATE24208T1/de
Publication of EP0074567A1 publication Critical patent/EP0074567A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/101—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts

Definitions

  • the invention relates to an axially displaceable metallic electrode holder for use in combination electrodes with an attached active part made of electrically conductive material in melt flow electrolysis, the electrode holder having on its outer surface a contact arrangement via which the electrode holder can be detachably connected to a power supply, and also a cooling device with a Flow channel and a return channel and at least partially, in its lower region, can have a protective coating placed on the outer surface.
  • combination electrodes which consist of an electrode holder with an attached active part made of carbon material, for operation in melt flow electrolysis is known.
  • the electrode holder made of metal or alloys is not only used for mechanical attachment of the active part, but also as a power supply.
  • DE-OS 2 425136 describes an electrode for melt flow electrolysis which has an upper metallic electrode holder, e.g. B. has a so-called Thermax rod. Electrode sections made of oxide ceramic are attached to its lower part. There is largely no comment on the special design of the electrode holder.
  • OE-PS 339 061 already describes electrodes for the melt flow electrolysis of aluminum oxide, in which the metal shaft of the electrode holder holding the active part is provided with channels for the passage of gas.
  • the targeted flow of protective gas around the electrode is intended to counteract the corrosive influence of contaminants in the melt.
  • Combination electrodes for use in steel production are finally known from US-A-4145 564. These are formed from an active part made of graphite and a metal part attached to it with external ceramic rings.
  • the present invention has for its object to provide an electrode holder of the type mentioned, which allows the power supply in a simple manner and has a large axial displacement during furnace operation with high operational reliability.
  • the electrode holder should be held in spite of the required clamping forces without damaging the metallic jacket surface and should be able to be handled safely during operation.
  • an electrode holder of the type mentioned at the outset which is characterized in that the current supply takes place via at least two pressure-resistant, highly conductive and temperature-resistant contact elements which rest on the outer surface of the electrode holder and are releasably attached by holding elements, and which occur when the axial displacement of the Keep the electrode holder connected to the power supply.
  • the pressure-resistant material used according to the invention is preferably graphite or graphite-containing composite materials. However, it is also possible to use other pressure-resistant contact materials which, in addition to the required excellent conductivity, have high temperature resistance.
  • contact element denotes a possible current transition area which has approximately the width or more of the holding jaws of clamping devices which are usually used in electric arc furnace operation in the production of electrical steel and which also serve as power supply.
  • axial displacement of the electrode holder denotes the stroke distance that the electrode has to be adjusted, e.g. B. within the melt to the consumption of the active part, insofar as this is consumable, except for a remaining "safety remnant" z. B. a size of about 0.4 to 0.7 m to compensate for about the same arc distance.
  • This definition therefore refers in particular to the furnace operation, in which consumable active parts are used.
  • the latter has at least two discrete, mutually separated contact elements.
  • the electrode holder it is also possible for the electrode holder to be subjected to a continuous sequence of contact elements.
  • the contact elements preferably represent rings, half-shells or segments made of highly conductive material that are in contact with the metal jacket surface, the individual segments again being able to produce ring shells.
  • rings, half-shells or segments made of highly conductive material that are in contact with the metal jacket surface, the individual segments again being able to produce ring shells.
  • circular segments of approximately 120 ° of the circumference of the water-cooled metal shaft, etc., can be used, so that in this case a circumferential ring which forms the contact point is formed by three such segments.
  • the contact elements in particular the individual segments, lie snugly against the outer surface of the electrode.
  • an intermediate, highly conductive, possibly deformable, material is provided between the detachable contact points and the metal jacket surface, which can serve as a contact improver and at the same time “buffer substance” in the event of possible electrode vibrations or mechanical stress.
  • the contact elements are arranged in the upper region of the outer surface of the electrode holder in such a way that a current supply is approximately over the area of the upper third of the electrode holder is possible. It is particularly preferred if the current supply can take place over the area of the upper half of the electrode holder, the contact elements then being arranged in this area of the upper half or surrounding the upper half of the lateral surface of the metal shaft continuously or discontinuously.
  • a length of 0.6 to 2.5 m, preferably 0.8 to 1.8 m, for example, can be covered continuously or semi-continuously in the upper area of the electrode holder, so that this area is completely covered Holding and contact zone can be used.
  • Cut-outs in the center of the individual contact segments are advantageously provided with recesses into which the conductive cover elements can be introduced in a simple manner.
  • the same material is usually used for the contact segment and cover. This is pressure-resistant, highly electrically conductive and preferably also resistant to high temperatures. However, it may also be desirable to design the covers from less highly conductive material (compared to the actual contact points), so that they do not become preferred current paths in the event of current flashovers.
  • At least two contact elements are placed in the upper region of the lateral surface, the center of two wide contact jaws arranged one below the other being displaced from one another by approximately 0.5 to 0.9 m.
  • connection points between the outer surface of the electrode holder and the segments forming the contact elements may be preferred.
  • Corresponding sealing compounds are known, reference being made to carbon-containing compounds only by way of example.
  • the design according to the invention enables the electrode holder to absorb the electrical current over a considerable area of its metallic outer surface, the current feed line often being combined with the mechanical fastening of the electrode holder. Since the internally cooled metal shaft of the electrode holder can thereby be exposed to considerable pressure, it has proven to be particularly advantageous if the electrode holder is supported at least in the area of the contact elements by internal, mechanically resistant struts which counteract mechanical deformation of the electrode holder by holding or current supply elements .
  • These struts can be formed, for example, from high-strength tubes, steel rods, etc.
  • the struts can be conveniently attached to the internal cooling pipes, be it the inlet or the return duct or both.
  • the struts can be led directly to the inner circumferential surface of the metal shaft or can also keep a certain small distance therefrom, so that a limited deformation of the metal shaft is possible.
  • the struts made of high-strength, hard material By attaching the struts made of high-strength, hard material, the mechanically less good properties of the highly conductive copper or alloys thereof, which usually form the jacket of the electrode holder, can be compensated for.
  • the electrode holder According to a preferred embodiment of the electrode holder according to the invention, its lower area following the contact elements is surrounded by high-temperature resistant protective elements. These protect the electrode holder against heat, which should lead to the melting of the holder metal. Such exposure to heat can result, for example, from slag splashes occurring within the bath, short circuits occurring, etc.
  • the protective elements advantageously consist of high-temperature-resistant, electrically conductive material.
  • the electrode holder follow in an inventive 'on two wide contact points which are offset from one another axially, in the lower region of the electrode holder a number of protective segments whose fixtures are covered optionally conductive covers, wherein the pressure applied at the lower end of the electrode holder last guard ring is screwed directly to the outer surface by an internal thread.
  • protective elements or protective segments reference is made to DE-A 3 102776.
  • intermediate materials are in particular re preferred those that are electrically conductive, such as graphite foil or graphite nonwovens.
  • electrically conductive such as graphite foil or graphite nonwovens.
  • less conductive materials such as ceramic paper.
  • the interposition of copper fabrics, copper strands, etc. can also be provided.
  • the contact elements on the one hand and the protective elements on the other hand are essentially flush with one another. This allows the electrode holder to be moved axially in a particularly flexible manner.
  • the electrode holder can also be displaced axially over a considerable area of its length, even with stationary external power supply, without design changes being necessary.
  • the consumption of the active part can be continuously compensated for due to the easy axial displacement of the electrode holder during melting furnace operation. It is also not necessary to make the length of the electrode holder relatively short compared to that of the active part, since the heat protection provided in the lower region of the electrode holder allows the latter to be at least partially introduced into the furnace atmosphere itself. This makes it possible to keep the length of the active part in the optimal range even with large-sized melting furnaces.
  • the electrode holder can be largely offset axially by a suitable design of the electrode holder. As a result, it is also possible to avoid too frequent nippling processes, each of which necessitates an interruption in operation.
  • the inventive design of the electrode holder also makes it possible to use normal lengths of graphite electrodes as active parts. These can be, for example, in the range from 1.8 to 2.2 m in length, to the remaining pieces of the previously used electrode, e.g. in the range of 0.4 to 0.8 m in length.
  • the electrode holders according to the invention have a special application for high-temperature processes.
  • Applications of the electrode holder according to the invention are particularly suitable for the extraction of metals by melt flow electrolysis.
  • the contact elements, as well as any protective elements that may be present are locked in a gas-tight and / or liquid-tight manner in the lower region of the electrode holder. This can be done with high temperature resistant putties etc.
  • the extraction of sodium, magnesium and aluminum should only be mentioned here as an example of such melt flow electrolysis.
  • the contact elements 1 surrounding the lateral surface 2 of the electrode holder are clearly visible in FIG. 1. These are two contact elements that are discretely spaced from one another and are axially offset from one another. They are placed on the lateral surface 2 by holding elements 3 in the middle and above and below. Inside the electrode holder, cooling tubes 4 and 5 are designated, which receive the inlet and outlet of the cooling medium. Water, gas such as air, argon, but also liquid metal (e.g. sodium) can serve as such.
  • Protective segments 7 follow in the lower region of the electrode holder, the last protective segment 8 being screwed onto the lateral surface 2 of the metal shaft with an internal thread.
  • the electrode holder is screwed to the active part 9 via a nipple 6.
  • FIG. 2 schematically shows the formation of an individual segment 10, the sequence and attachment of which can be seen in FIG. 3.
  • covers to the screwing elements is shown in FIG.
  • cover materials 11 it is normally preferred to use an electrically poorer conductive material for the cover materials 11 than is the case for the protective elements themselves, so that there is no preferred current path in the event of a short circuit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen axial verschiebbaren metallischen Elektrodenhalter zum Einsatz für Kombinationselektroden mit angefügtem Aktivteil aus elektrisch leitfähigem Material bei der Schmelzflusselektrolyse, wobei der Elektrodenhalter an seiner Mantelfläche eine Kontaktanordnung besitzt, über die der Elektrodenhalter an eine Stromzuführung lösbar anschliessbar ist, und ferner eine Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal und zumindest teilweise, in seinem unteren Bereich, einen auf die Mantelfläche aufgesetzten Schutzüberzug aufweisen kann.
  • Der Einsatz von Kombinationselektroden, die aus einem Elektrodenhalter mit angefügtem Aktivteil aus Kohlenstoffmaterial bestehen, für den Betrieb bei der Schmelzflusselektrolyse ist bekannt. Der aus Metall oder Legierungen bestehende Elektrodenhalter dient nicht nur zur mechanischen Befestigung des Aktivteils, sondern auch als Stromzuführung. So ist in der DE-OS 2 425136 eine Elektrode für die Schmelzflusselektrolyse beschrieben, die einen oberen metallischen Elektrodenhalter, z. B. einen sogenannten Thermaxstab, aufweist. An dessen unterem Teil sind Elektrodenabschnitte aus Oxidkeramik angebracht. Ausführungen über die spezielle Ausbildung des Elektrodenhalters fehlen weitgehend.
  • In der OE-PS 339 061 sind bereits Elektroden für die Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid beschrieben, bei denen der Metallschaft des das Aktivteil haltenden Elektrodenhalters mit Kanälen zur Durchleitung von Gas versehen ist. Durch die gezielte Umströmung der Elektrode mit Schutzgas soll dem korrodierenden Einfluss von Verunreinigungen in der Schmelze entgegengewirkt werden.
  • Schliesslich ist durch die Anmelderin in der europäischen Patentanmeldung EP-A-50 681 bereits vorgeschlagen worden, an der äusseren Mantelfläche des Elektrodenhalters Anschlussbacken vorzusehen, die über Taschenhalterungen befestigt sein können. Eine derartige Kontaktstelle in einer Länge von ca. 0,2 bis 0,5 m am oberen Endteil des Metallschaftes ergibt zwar Vorteile, führt aber noch nicht in allen Fällen zu der gewünschten Einsatzflexibilität der Elektrode.
  • Kombinationselektroden zum Einsatz bei der Stahlerzeugung sind schliesslich aus der US-A-4145 564 bekannt. Diese sind aus einem Aktivteil aus Graphit und einem hieran angefügten Metallteil mit aussenliegenden Keramikringen gebildet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenhalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Stromzuführung auf einfache Weise gestattet und eine weitgehende axiale Verschiebbarkeit beim Schmelzofenbetrieb bei hoher Betriebssicherheit aufweist. Insbesondere soll der Elektrodenhalter trotz der erforderlichen Klemmkräfte ohne Beschädigung der metallischen Mantelfläche gehalten und im laufenden Betrieb sicher handhabbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Elektrodenhalters des eingangs genannten Typs gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stromzuführung über mindestens zwei auf der Mantelfläche des Elektrodenhalters anliegende, durch Halteelemente lösbar aufgesetzte, druckfeste, hochleitfähige und temperaturbeständige Kontaktelemente erfolgt, die bei axialer Verschiebung des Elektrodenhalters den Anschluss an die Stromzuführung aufrechterhalten.
  • Das erfindungsgemäss eingesetzte druckfeste Material stellt vorzugsweise Graphit oder graphithaltige Verbundwerkstoffe dar. Es ist aber auch möglich, andere druckfeste Kontaktwerkstoffe einzusetzen, die neben der geforderten, ausgezeichneten Leitfähigkeit eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzen.
  • Mit dem Begriff «Kontaktelement» ist ein möglicher Stromübergangsbereich bezeichnet, der etwa die Breite oder mehr der üblicherweise im Lichtbogenofenbetrieb bei der Elektrostahlerzeugung eingesetzten Haltebacken von Klemmvorrichtungen, die auch als Stromzuführung dienen, aufweist.
  • Mit dem Begriff «Axialverschiebung des Elektrodenhalters» ist die Hubstrecke bezeichnet, die die Elektrode nachgesetzt werden muss, z. B. innerhalb der Schmelze, um den Verbrauch des Aktivteils, soweit dieses verbrauchbar ist, bis auf ein verbleibendes «Sicherheitsreststück» z. B. einer Grösse von etwa 0,4 bis 0,7 m, bei etwa gleichbleibender Lichtbogenstrecke auszugleichen. Diese Definition bezieht sich daher insbesondere auf den Schmelzofenbetrieb, bei dem verbrauchbare Aktivteile zum Einsatz gelangen.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrodenhalters weist dieser mindestens zwei diskrete, voneinander abgesetzte Kontaktelemente auf. Es ist aber auch möglich, dass der Elektrodenhalter mit einer kontinuierlichen Folge von Kontaktelementen beaufschlagt ist.
  • Die Kontaktelemente stellen bevorzugt an der Metallmantelfläche anliegende Ringe, Halbschalen oder Segmente aus hochleitfähigem Material dar, wobei die Einzelsegmente wiederum Ringschalen ergeben können. Beispielsweise können Kreissegmente von ca. 120° des Umfangs des wassergekühlten Metallschaftes, etc., eingesetzt werden, so dass in diesem Fall ein Umfangsring, der die Kontaktstelle ausbildet, durch drei derartige Segmente gebildet ist.
  • Es ist besonders günstig, wenn die Kontaktelemente, insbesondere die Einzelsegmente, satt an der Mantelfläche der Elektrode anliegen. Es wird aber auch in Betracht gezogen, dass zwischen den lösbar aufgesetzten Kontaktstellen und der Metallmantelfläche noch ein zwischenliegendes, hochleitfähiges, gegebenenfalls deformierbares, Material vorgesehen ist, das als Kontaktverbesserer und gleichzeitig «Puffersubstanz» bei eventuellen Schwingungen der Elektrode oder mechanischer Beanspruchung dienen kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktelemente derart im oberen Bereich der Mantelfläche des Elektrodenhalters angeordnet, dass eine Stromzufuhr etwa über den Bereich des oberen Drittels des Elektrodenhalters möglich ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stromzuführung über den Bereich der oberen Hälfte des Elektrodenhalters erfolgen kann, wobei die Kontaktelemente dann in diesem Bereich der oberen Hälfte angeordnet sind, bzw. die obere Hälfte der Mantelfläche des Metallschaftes kontinuierlich oder diskontinuierlich umgeben.
  • Bei Verwendung von Graphit-Kontaktsegmenten, die zwei voneinander getrennte Kontaktelemente ausbilden, können diese beispielsweise in folgender Art befestigt werden: Es werden zwischen den zueinander axial verschobenen Kontaktelementen mittig Befestigungselemente, z. B. Verschraubungen, vorgesehen, die die oben- und untenliegenden Graphitsegmente gleichzeitig halten, die zusätzlich noch von jeweils unten und oben durch eine gleiche oder andere Befestigung gehalten sind. Bei Ausbildung von Ringen, die aus jeweils drei Segmenten gebildet sind, sind demnach neun Halteelemente für die sechs Graphit-Kontaktsegmente erforderlich. Bei der hier beschriebenen, besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrodenhalters ist es auch möglich, die beiden diskreten Kontaktelemente bzw. Kontaktbereiche in eine kontinuierliche Halte- und Kontaktzone umzuwandeln. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass auf die Halteelemente leitfähige Abdeckungen aufgesetzt werden. Hierdurch kann trotz segmentierter und in der Länge begrenzter Einzelelemente beispielsweise eine Länge von 0,6 bis 2,5 m, bevorzugt 0,8 bis 1,8 m, im oberen Bereich des Elektrodenhalters kontinuierlich oder halbkontinuierlich überdeckt werden, so dass dieser Bereich vollständig als Halte- und Kontaktzone eingesetzt werden kann.
  • Für die z.B. mittig aufgesetzten Halteelemente der Einzelkontaktsegmente werden mit Vorteil Aussparungen vorgesehen, in die die leitfähigen Abdeckelemente auf einfache Weise eingebracht werden können. Dabei wird üblicherweise für Kontaktsegment und Abdeckung das gleiche Material herangezogen. Dieses ist druckfest, hoch elektrisch leitfähig und bevorzugt auch hochtemperaturbeständig. Es kann aber auch wünschenswert sein, die Abdeckungen aus weniger gut leitfähigem Material (im Vergleich zu den eigentlichen Kontaktstellen) auszubilden, damit diese bei eventuellen Stromüberschlägen nicht zu bevorzugten Strompfaden werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrodenhalters sind mindestens zwei Kontaktelemente im oberen Bereich der Mantelfläche aufgesetzt, wobei die Mitte von zwei untereinander angeordneten breiten Kontaktbacken um etwa 0,5 bis 0,9 m gegeneinander verschoben ist.
  • Im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungszweck des Elektrodenhalters kann es bevorzugt sein, die Verbindungsstellen zwischen der Mantelfläche des Elektrodenhalters und den die Kontaktelemente ausbildenden Segmenten mit Kitt zu verriegeln. Entsprechende Dichtmassen sind bekannt, wobei lediglich beispielhaft auf kohlenstoffhaltige Massen hingewiesen sei.
  • Durch die erfindungsgemässe Ausführung wird der Elektrodenhalter über einen erheblichen Bereich seiner metallischen Mantelfläche befähigt, den elektrischen Strom aufzunehmen, wobei die Stromzuleitung häufig mit der mechanischen Befestigung des Elektrodenhalters kombiniert wird. Da der innengekühlte Metallschaft des Elektrodenhalters hierdurch erheblichen Pressdrucken ausgesetzt sein kann, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Elektrodenhalter zumindest im Bereich der Kontaktelemente durch innenliegende, mechanisch resistente Verstrebungen abgestützt ist, die einer mechanischen Verformung des Elektrodenhalters durch Halte-oder Stromzuführungselemente entgegenwirken. Diese Verstrebungen können beispielsweise aus hochfesten Rohren, Stäben aus Stahl, etc., gebildet sein. Die Verstrebungen lassen sich zweckmässig an den innengeführten Kühlrohren, sei es dem Zulauf-, sei es dem Rücklaufkanal oder beiden, befestigen. Die Verstrebungen können dabei bis unmittelbar an die innere Mantelfläche des Metallschaftes geführt sein oder auch hiervon einen gewissen geringen Abstand halten, so dass eine begrenzte Deformation des Metallschaftes möglich ist. Durch die Anbringung der Verstrebungen aus hochfestem, harten Material können die mechanisch weniger guten Eigenschaften des hochleitfähigen Kupfers oder Legierungen hiervon, die im Regelfall den Mantel des Elektrodenhalters ausbilden, kompensiert werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrodenhalters ist dessen auf die Kontaktelemente folgender, untere Bereich durch hochtemperaturbeständige Schutzelemente umgeben. Diese schützen den Elektrodenhalter vor allem gegen Hitze, die zur Aufschmelzung des Haltermetalls führen müsste. Derartige Hitzeeinwirkung kann sich z.B. durch innerhalb des Bades auftretende Schlackenspritzer, erfolgende Kurzschlüsse, etc., ergeben. Die Schutzelemente bestehen vorteilhaft aus hochtemperaturbeständigem, elektrisch leitfähigen Material. Nach einer bevorzugten Ausführungsform folgen bei einem erfindungsgemässen' Elektrodenhalter auf zwei breite Kontaktstellen, die gegeneinander axial versetzt sind, im unteren Bereich des Elektrodenhalters eine Reihe von Schutzsegmenten, deren Befestigungen gegebenenfalls durch leitfähige Abdeckungen überdeckt sind, wobei der am unteren Ende des Elektrodenhalters aufgebrachte letzte Schutzring durch ein Innengewinde an die Mantelfläche direkt angeschraubt ist. Im Hinblick auf die Ausbildung von Schutzelementen bzw. Schutzsegmenten wird auf die DE-A 3 102776 Bezug genommen.
  • Es ist auch möglich, dass zwischen den im unteren Bereich des Elektrodenhalters gegebenenfalls aufgebrachten Schutzsegmenten und der Mantelfläche des innengekühlten Metallschaftes hochtemperaturbeständige, deformierbare oder elastische Zwischenmaterialien vorgesehen sind. Als solche Zwischenmaterialien sind insbesondere solche bevorzugt, die elektrisch leitfähig sind, z.B. Graphitfolie oder Graphitvliese. Es ist aber auch möglich, weniger gut leitende Materialien, wie Keramikpapier, einzubringen. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann auch die Zwischenlegung von Kupfergeweben, Kupferlitzen, etc., vorgesehen sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Kontaktelemente einerseits und die Schutzelemente andererseits im wesentlichen zueinander bündig sind. Hierdurch ist die axiale Verschiebbarkeit des Elektrodenhalters in besonders flexibler Weise möglich.
  • Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Elektrodenhalters werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Der Elektrodenhalter kann auch bei stationärer äusserer Stromzuführung über einen erheblichen Bereich seiner Länge axial verschoben werden, ohne dass konstruktive Änderungen erforderlich sind. Durch die leichte axiale Verschiebbarkeit des Elektrodenhalters im Schmelzofenbetrieb kann der Verbrauch des Aktivteils laufend kompensiert werden. Es ist auch nicht erforderlich, die Länge des Elektrodenhalters gegenüber der des Aktivteils relativ gering zu bemessen, da durch den im unteren Bereich des Elektrodenhalters vorgenommenen Hitzeschutz dieser zumindest teilweise in die Ofenatmosphäre selbst eingeführt werden kann. Hierdurch ist es selbst bei gross dimensionierten Schmelzöfen möglich, die Länge des Aktivteils im optimalen Bereich zu halten. Befindet sich nämlich eine zu grosse Strecke eines Kohlenstoffstranges im Schmelzofen, tritt ein relativ hoher Kohlenstoffmaterialverbrauch auf, der über den durch den Elektrodenbetrieb vorgegebenen theoretischen Wert weit hinausgeht. Es ist daher günstig, wenn durch eine geeignete Ausbildung des Elektrodenhalters die Möglichkeit zu einer weitgehenden axialen Versetzung des Elektrodenhalters gegeben ist. Dadurch ist es auch möglich, zu häufige Annippelungsvorgänge zu vermeiden, die jeweils eine Unterbrechung des Betriebes bedingen. Auch ist es durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Elektrodenhalters möglich, als Aktivteile Normallängen von Grafitelektroden einzusetzen. Diese können beispielsweise im Bereich von 1,8 bis 2,2 m Länge liegen, an die Reststücke der zuvor eingesetzten Elektrode, z.B. im Bereich von 0,4 bis 0,8 m Länge, angenippelt werden können.
  • Die erfindungsgemässen Elektrodenhalter besitzen eine besondere Anwendungsmöglichkeit für Hochtemperaturprozesse. Insbesondere kommen Anwendungen des erfindungsgemässen Elektrodenhalters bei der Gewinnung von Metallen durch Schmelzflusselektrolyse in Betracht. In diesem Falle sind die Kontaktelemente, wie auch eventuell vorhandene Schutzelemente im unteren Bereich des Elektrodenhalters gas- und/oder flüssigkeitsdicht verriegelt. Dies kann durch hochtemperaturbeständige Kitte etc. erfolgen. Lediglich beispielhaft für derartige Schmelzflusselektrolysen sollen die Gewinnung von Natrium, Magnesium und Aluminium hier erwähnt werden. Bei der Durchführung solcher Elektrolysen ist es naturgemäss auch möglich, den Aktivteil aus einem nichtverbrauchbaren oder sich nur wenig verbrauchenden elektrisch leitfähigen Material zu wählen. Als solche kommen keramische Materialien, wie z.B. Zinnoxide, etc., in Betracht.
  • Einige Ausführungsformen der Erfindung werden in den beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch skizzierten Elektrodenhalter,
    • Fig. 2 ein Einzelsegment, aus welchem die Kontaktstelle zusammengesetzt werden kann,
    • Fig. und 4 eine Draufsicht der Befestigung mehrerer aufeinanderfolgender Einzelsegmente, sowie eine Abdeckung hierfür.
  • In Fig. 1 sind die die Mantelfläche 2 des Elektrodenhalters umgebenden Kontaktelemente 1 deutlich sichtbar. Es handelt sich hierbei um zwei diskret voneinander abgesetzte Kontaktelemente, die axial gegeneinander versetzt sind. Sie werden durch Halteelemente 3 mittig und oben und unten jeweils auf die Mantelfläche 2 aufgesetzt. Innerhalb des Elektrodenhalters sind Kühlrohre 4 und 5 bezeichnet, die den Zulauf und Ablauf des Kühlmediums aufnehmen. Als solches kann beispielsweise Wasser, Gas, wie Luft, Argon, aber auch flüssiges Metall (z.B. Natrium) dienen. Im unteren Bereich des Elektrodenhalters folgen Schutzsegmente 7, wobei das letzte Schutzsegment 8 mit einem Innengewinde auf die Mantelfläche 2 des Metallschaftes aufgeschraubt ist. Über einen Nippel 6 ist der Elektrodenhalter mit dem Aktivteil 9 verschraubt.
  • In Fig. 2 ist schematisch die Ausbildung eines Einzelsegmentes 10 dargestellt, wobei aus Fig. 3 deren Aufeinanderfolge und Befestigung erkennbar ist.
  • In Fig. ist schliesslich die Aufbringung von Abdeckungen auf die Verschraubungselemente gezeigt. Hierbei ist es normalerweise bevorzugt, für die Abdeckungsmaterialien 11 ein elektrisch schlechter leitfähiges Material zu verwenden, als dies für die Schutzelemente selbst der Fall ist, damit sich im Kurzschlussfall hier kein bevorzugter Stromweg ergibt.

Claims (20)

1. Axial verschiebbarer metallischer Elektrodenhalter zum Einsatz für Kombinationselektroden mit angefügtem Aktivteil aus elektrisch leitfähigem Material bei der Schmelzflusselektrolyse, wobei der Elektrodenhalter an seiner Mantelfläche (2) eine Kontaktanordnung besitzt, über die der Elektrodenhalter an eine Stromzuführung lösbar anschliessbar ist, und ferner eine Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal und zumindest teilweise, in seinem unteren Bereich, einen auf die Mantelfläche (2) aufgesetzten Schutzüberzug aufweisen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung über mindestens zwei auf der Mantelfläche (2) des Elektrodenhalters anliegende, durch Halteelemente (3) lösbar aufgesetzte, druckfeste, hochleitfähige und temperaturbeständige Kontaktelemente (1) erfolgt, die bei axialer Verschiebung des Elektrodenhalters den Anschluss an die Stromzuführung aufrechterhalten.
2. Elektrodenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenhalter diskrete, voneinander abgesetzte Kontaktelemente (1) aufweist.
3. Elektrodenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenhalter eine kontinuierliche Folge von Kontaktelementen (1) besitzt.
4. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) an der Mantelfläche (2) anliegende Ringe bzw. Schalen aus hochleitfähigem Material darstellen.
5. Elektrodenhalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die die Kontaktelemente ausbildenden Ring(e) aus einer Mehrzahl von Einzelsegmenten (10) gebildet ist bzw. sind.
6. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) aus hochleitfähigem Graphit gebildet sind.
7. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) derart angeordnet sind, dass eine Stromzufuhr etwa über den Bereich des oberen Drittels des Elektrodenhalters möglich ist.
8. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) derart angeordnet sind, dass eine Stromzufuhr etwa über den Bereich der oberen Hälfte des Elektrodenhalters möglich ist.
9. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (3) der Kontaktsegmente (10) mit leitfähigen Abdeckungen (11) versehen sind.
10. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (3) an den Verbindungsstellen zwischen der Mantelfläche (2) und den die Kontaktelemente (1) ausbildenden Segmenten (10) mit Kitt verriegelt sind.
11. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte von zwei untereinander angeordneten Kontaktelementen (1) um etwa 0,5 bis 0,9 m gegeneinander axial verschoben ist.
12. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) einen Bereich von 0,6 bis 2,0 m im oberen Bereich des Elektrodenhalters überdecken.
13. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenhalter zumindest im Bereich der Kontaktelemente (1) durch innenliegende, mechanisch resistente Verstrebungen geschützt ist, die einer mechanischen Verformung des Elektrodenhalters durch Halte-und Stromzuführungselemente entgegenwirken.
14. Elektrodenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstrebungen an innengeführten Kühlrohren (4, 5) befestigt sind.
15. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Elektrodenhalters unterhalb der Kontaktelemente (1) hochtemperaturbeständige Schutzsegmente (7) zwecks Ausbildung des Schutzüberzugs angeordnet sind.
16. Elektrodenhalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzsegmente (7) aus elektrisch leitfähigem Material bestehen.
17. Elektrodenhalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das am unteren Ende des Elektrodenhalters angeordnete letzte Schutzsegment (8) über ein Gewinde angeschraubt ist.
18. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schutzsegmenten (7) und der Mantelfläche (2) des innengekühlten Elektrodenhalters ein hochtemperaturbeständiges, deformierbares oder elastisches Zwischenmaterial vorgesehen ist.
19. Elektrodenhalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenmaterial Graphitfolie, Graphitvlies, Keramikpapier oder Kupferlitze ist.
20. Elektrodenhalter nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (1) und die Schutzsegmente (7, 8) im wesentlichen zueinander bündig sind.
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