NO135035B

NO135035B -

Info

Publication number: NO135035B
Application number: NO306372A
Authority: NO
Inventors: S C Jacobs
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1976-10-18
Also published as: DE2244040C3; DD98837A5; RO66149A; PL76067B1; JPS5346770B2; SU587874A3; JPS4836016A; AU4607272A; FR2152736B1; HU165482B; SE391348B; IS2103A7; FR2152736A1; GB1415305A; DE2244040B2; IT965248B; IS1018B6; YU34912B; CS202528B2; NL152030B

Description

Denne oppfinnelse angår generelt en anordning for å føre elektrisk strøm til eller fra et kammer som har et sterkt korrosivt miljø og som under drift har en temperatur som medfører angrep på This invention generally relates to a device for conducting electrical current to or from a chamber which has a highly corrosive environment and which during operation has a temperature which causes attack on

et lederelement i anordningen. a conductor element in the device.

Oppfinnelsen kan således brukes i en elektrodeanordning The invention can thus be used in an electrode device

for korrosive miljøer og spesielt i en elektrodeoppbygning for elektriske celler anvendt til produksjon av metaller, særlig aluminium fremstilt fra aluminiumklorid oppløst i et smeltet salt- for corrosive environments and especially in an electrode structure for electric cells used for the production of metals, especially aluminum produced from aluminum chloride dissolved in a molten salt-

bad av ett eller flere alkalimetallhalogenider som har et høyere spaltningspotensial enn aluminiumklorid. bath of one or more alkali metal halides which have a higher cleavage potential than aluminum chloride.

Man har lenge vært klar over de potensielle fordeler ved People have long been aware of the potential benefits of

å anvende aluminiumklorid som utgangsmateriale ved elektrolytisk reduksjon av aluminium, men den kommersielle utnyttelse er blitt vanskeliggjort ved at man ikke har vært i stand til å løse de mange problemer dette medfører. Blant de mer alvorlige problemer, har man problemet med å føre strøm til og fra elektrodene som er plassert inne i elektrolyseceller og -ovner som anvendes i reduksjonsproses-sen, med tilførselsledninger og ledere som kan motstå angrep fra bestanddelene i de korrosive omgivelser, dvs. badet som inneholder aluminiumklorid og klorgass. Elektrodene i en slik celle strekker seg inn i det elektrolytiske badet og er således i kontakt med dette, for å kunne føre strøm gjennom badet. Elektrodelederne anvendes for å forbinde elektrodene elektrisk med ledere og kretser anbragt utenfor cellene. Lederne som er forbundet med elektrodene, kan lett lages av elektrisk ledende metall slik som kobber, men slike metall-ledere blir utsatt for korrosive angrep fra badet og klorgassen ved cellens arbeidstemperatur, noe som resulterer i rask ødeleggelse. Siden smeltepunktet for aluminium er omkring 660°C, blir de elektrolytiske cellene som anvendes ved produksjon av aluminium fra klorid holdt på omkring 700°C. Ikke noe kjent metall kan motstå de korrosive angrep fra klor over omkring 550°C to use aluminum chloride as a starting material for the electrolytic reduction of aluminium, but the commercial exploitation has been made difficult by the fact that it has not been able to solve the many problems this entails. Among the more serious problems, one has the problem of conducting current to and from the electrodes placed inside electrolytic cells and furnaces used in the reduction process, with supply lines and conductors that can withstand attack from the components in the corrosive environment, i.e. the bath containing aluminum chloride and chlorine gas. The electrodes in such a cell extend into the electrolytic bath and are thus in contact with this, in order to conduct current through the bath. The electrode conductors are used to connect the electrodes electrically with conductors and circuits placed outside the cells. The conductors connected to the electrodes can easily be made of electrically conductive metal such as copper, but such metal conductors are exposed to corrosive attack from the bath and chlorine gas at the cell's operating temperature, resulting in rapid destruction. Since the melting point of aluminum is around 660°C, the electrolytic cells used in the production of aluminum from chloride are kept at around 700°C. No known metal can withstand the corrosive attacks of chlorine above about 550°C

i mer enn fra en dag eller to og opptil et par uker, avhengig av de temperaturer og det metall som brukes. for more than a day or two and up to a couple of weeks, depending on the temperatures and the metal used.

For anvendelse under langt mindre utsatte forhold viser fransk patent 1.434.727 en grafittsylinder og en kobberstav som er festet i sylinderen ved hjelp av en pulvermetallhylse bestående av en legering med lav elektrisk motstand. Denne legering har lavt smeltepunkt, idet den celle hvor legeringen, sylinderen og staven anvendes, sjelden har temperaturer som overskrider 80-90°C. Ved slike temperaturer vil aluminiumklorid og klorgass ikke an- For use in far less exposed conditions, French patent 1,434,727 shows a graphite cylinder and a copper rod which is fixed in the cylinder by means of a powder metal sleeve consisting of an alloy with low electrical resistance. This alloy has a low melting point, as the cell where the alloy, cylinder and rod are used rarely has temperatures that exceed 80-90°C. At such temperatures, aluminum chloride and chlorine gas will not

gripe metall. Således forutsetter dette franske patentskrift ikke et sterkt korrosivt miljø og heller ikke beskyttelse av den beskrevne kobberstav mot sterkt korrosive bestanddeler, idet den øvre del av staven ikke i det hele tatt har noen dekning eller kaps-ling. Metallegeringskappen rundt den nedre del av staven vil i seg selv bli utsatt for angrep av sterkt korrosive stoffer ved de temperaturer som opptrer i en ovn eller celle som forutsatt i forbindelse med nærværende oppfinnelse. grip metal. Thus, this French patent document does not require a strongly corrosive environment nor protection of the described copper rod against strongly corrosive components, as the upper part of the rod does not have any covering or enclosure at all. The metal alloy sheath around the lower part of the rod will itself be exposed to attack by highly corrosive substances at the temperatures that occur in a furnace or cell as envisaged in connection with the present invention.

Ledere beregnet for de her aktuelle betingelser kan lages Conductors calculated for the conditions in question here can be made

av ledende ikke-metaller slik som grafitt, men når de dimensjoneres for å føre den nødvendige strøm med lavt spenningsfall, blir de uprak-tisk store og leder altfor store varmemengder fra cellen. Når slike ledere reduseres i størrelse for å minske varmetapet og blir laget i praktiske størrelser, er de ikke tilstrekkelig ledende, dvs. deres indre elektriske motstand frembringer utilbørlig store spenningsfall over deres lengde. of conductive non-metals such as graphite, but when they are dimensioned to carry the necessary current with a low voltage drop, they become impractically large and lead far too large amounts of heat from the cell. When such conductors are reduced in size to reduce heat loss and are made into practical sizes, they are not sufficiently conductive, i.e. their internal electrical resistance produces unduly large voltage drops over their length.

En løsning på problemet med å føre strøm til og fra hen-holdsvis anodene og katodene i elektrolytiske celler som har korrosive miljøer, ville således være å anvende ledende elementer som strekker seg inn i elektrodene som består av godt ledende materiale med lavt spenningsfall og som ødelegges av de korrosive omgivelser, slik som f.eks. godt ledende metaller, men som er effektivt beskyttet mot de korrosive omgivelser. A solution to the problem of conducting current to and from the anodes and cathodes respectively in electrolytic cells that have corrosive environments would thus be to use conductive elements that extend into the electrodes that consist of well-conducting material with low voltage drop and that are destroyed of the corrosive environment, such as e.g. well-conducting metals, but which are effectively protected against the corrosive environment.

Oppfinnelsen tilveiebringer en slik løsning ved å anordne The invention provides such a solution by arranging

i det minste ett elektrisk ledende lederelement som har lav elektrisk motstand og som er innrettet til å strekke seg inn i kammeret, idet materialet i lederelementet er ømfintlig for korrosive angrep fra miljøet i kammeret hvis elementet plasseres i dette uten beskyttelse, og en fluidumugjennomtrengelig, elektrisk ledende hylse anbragt omkring i det minste en del av lederelementet, idet materialet i hylsen er motstandsdyktig overfor det korrosive miljø og at least one electrically conductive conductor element having low electrical resistance and adapted to extend into the chamber, the material of the conductor element being susceptible to corrosive attack from the environment of the chamber if the element is placed therein without protection, and a fluid impermeable, electrical conductive sleeve arranged around at least part of the conductor element, the material in the sleeve being resistant to the corrosive environment and

virker til å hindre inntrengende bestanddeler av det korrosive miljø fra å komme i kontakt med lederelementet når dette og hylsen er plassert i kammeret. Lederelementet og den ugjennomtrengelige hylse strekker seg fortrinnsvis inn i elektroden og slik at hylsen fullstendig omslutter lederelementet inne i elektroden. På denne måte vil en hvilken som helst av badets bestanddeler eller klorgassen, som har en tendens til å trenge gjennom elektroden eller til metall-lederen som strekker seg gjennom en vegg i cellen, bli forhindret fra å nå lederen ved hjelp av den mellomliggende ugjennomtrengelige hylse. acts to prevent intruding constituents of the corrosive environment from contacting the conductor element when it and the sleeve are placed in the chamber. The conductor element and the impermeable sleeve preferably extend into the electrode and such that the sleeve completely encloses the conductor element inside the electrode. In this way, any of the constituents of the bath or the chlorine gas, which tends to penetrate the electrode or to the metal conductor extending through a wall of the cell, will be prevented from reaching the conductor by means of the intermediate impermeable sleeve .

Blant fordelene med oppfinnelsen skal nevnes at denne tilveiebringer en elektrodeanordning som er ugjennomtrengelig for korrosive inntrengende fluider som er tilstede ved elektrolytisk reduksjon av aluminium fra aluminiumklorid oppløst i et smeltet halogenidbad med en resulterende forlengelse av cellens levetid. En annen fordel er tilveiebringelsen av en tydelig indikasjon på begynnende ødeleggelse av elektrodekonstruksjonen foranlediget av begynnende inntrengning av korrosive fluider i nærheten av det strømførende kjerneelement med lav motstand som strekker seg gjennom celleveggen. En ytterligere fordel ved oppfinnelsen er løsnin-gen på ett av de mange problemer som inntil nå har forhindret den økonomiske og effektive produksjon av aluminium fra aluminiumklorid. Noe slikt er ikke tidligere oppnådd med kjent teknikk, spesielt ikke med det som er beskrevet i fransk patent 1.434.727. Among the advantages of the invention should be mentioned that it provides an electrode device which is impervious to corrosive penetrating fluids present in the electrolytic reduction of aluminum from aluminum chloride dissolved in a molten halide bath with a resulting extension of cell life. Another advantage is the provision of a clear indication of incipient destruction of the electrode structure caused by incipient penetration of corrosive fluids in the vicinity of the low resistance current-carrying core element extending through the cell wall. A further advantage of the invention is the solution to one of the many problems which until now has prevented the economical and efficient production of aluminum from aluminum chloride. Something like this has not previously been achieved with known technology, especially not with what is described in French patent 1,434,727.

Oppfinnelsesgjenstanden sammen med dens fordeler og hen-sikter, vil best forstås ved betraktning av den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med de vedføyede tegninger der: Figur 1 er et snitt gjennom en elektrodeoppbygning i henhold til oppfinnelsen, og The object of the invention, together with its advantages and purposes, will be best understood by considering the following detailed description in connection with the attached drawings where: Figure 1 is a section through an electrode structure according to the invention, and

figur 2 er et snitt gjennom elektrodeoppbygningen tatt langs linjene II-II på figur 1. figure 2 is a section through the electrode structure taken along lines II-II in figure 1.

På tegningen er der i et langsgående snitt vist en elektrode-konstruks jon 10 montert i veggen på en elektrolytisk celle (ikke vist) for fremstilling av aluminium. Celleveggen som bare er delvis vist og kan utgjøre toppen, siden eller en annen del av et hus, omfatter en relativt tykk, ildfast, varmeisolerehde vegg 12 (bare delvis vist) og et ytre metallskall 13 som har ledende egenskaper og er jordet på vanlig måte. En slik cellevegg er konstruert for å inneslutte et sterkt korrosivt miljø, slik som f.eks. vil være tilstede ved elektrolyse av aluminiumklorid opprøst i et smeltet halogenidbad, slik som en eller flere smeltede alkalimetallhalogenider, for fremstilling av metallisk aluminium. De korrosive fluider som er tilstede, slik som bestanddelene i det smeltede badet og klorgassen som frembringes ved elektrolyseprosessen, har stor gjennomtrengningsevne og virker sterkt korroderende på metaller, i særdeleshet ved de høye temperaturer som oppstår ved drift av slike celler. The drawing shows in a longitudinal section an electrode construction 10 mounted in the wall of an electrolytic cell (not shown) for the production of aluminium. The cell wall, which is only partially shown and may form the top, side or other part of a house, comprises a relatively thick, refractory, thermally insulating wall 12 (only partially shown) and an outer metal shell 13 which has conductive properties and is grounded in the usual way . Such a cell wall is designed to contain a strongly corrosive environment, such as e.g. will be present in the electrolysis of aluminum chloride stirred up in a molten halide bath, such as one or more molten alkali metal halides, to produce metallic aluminum. The corrosive fluids that are present, such as the components of the molten bath and the chlorine gas produced by the electrolysis process, have great penetrating power and are highly corrosive to metals, in particular at the high temperatures that occur when operating such cells.

Den viste konstruksjon lo omfatter en hovedelektrodedel The construction shown comprises a main electrode part

14 anbragt inne i cellen og utsatt for det beskrevne korrosive mil-jø og i det minste ett strømførende ledningselement 16 med lav motstand, fortrinnsvis i form av en langstrakt metallstav eller stang som strekker seg gjennom celleveggen og med en ende som strekker seg inn i en åpning eller boring 18 i den del av hovedelektrode-delen som ligger an mot celleveggen, og med den andre enden anbragt utenfor veggen for passende elektrisk sammenkobling med andre ledere. En langstrakt elektrodehylse 20 laget av hovedsakelig ugjennomtrengelig, elektrisk ledende materiale, slik som et tett grafittmateriale, omgir metallstaven 16 og er dimensjonert for å strekke seg inn i boringen 18 gjennom celleveggen. Hylsen 20 er laget av et materiale som er ugjennomtrengelig for fluidene (dvs. for gasser og væsker) inne i cellen. En hylsestruktur og et materiale som er spesielt egnet for oppfinnelsens formål, er en grafitthylse dekket med pyrolytisk grafitt. Pyrolytisk grafitt er en damppåført form for karbon som oppstår når en karbonholdig gass blir termisk de-komponert, Karbonatomer fra gassen avsettes på en overflate (som i det foreliggende tilfelle er den ytre overflate av en grafitthylse) i form av lag med karbonatomer orientert parallelt med overflaten. Lagene er karakterisert ved en høy grad av krystall-orientering og karbonrenhet som danner et i det vesentlige, om ikke fullstendig, ugjennomtrengelig dekklag. 14 placed inside the cell and exposed to the described corrosive environment and at least one current-carrying wire element 16 with low resistance, preferably in the form of an elongated metal rod or rod that extends through the cell wall and with an end that extends into a opening or bore 18 in the part of the main electrode part which abuts the cell wall, and with the other end placed outside the wall for suitable electrical connection with other conductors. An elongated electrode sleeve 20 made of a substantially impermeable, electrically conductive material, such as a dense graphite material, surrounds the metal rod 16 and is dimensioned to extend into the bore 18 through the cell wall. The sleeve 20 is made of a material which is impermeable to the fluids (ie to gases and liquids) inside the cell. A sleeve structure and a material which is particularly suitable for the purpose of the invention is a graphite sleeve covered with pyrolytic graphite. Pyrolytic graphite is a steam-applied form of carbon that occurs when a carbonaceous gas is thermally de-decomposed, Carbon atoms from the gas are deposited on a surface (which in the present case is the outer surface of a graphite sleeve) in the form of layers of carbon atoms oriented parallel to the surface. The layers are characterized by a high degree of crystal orientation and carbon purity which form an essentially, if not completely, impermeable cover layer.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er den beskyttende hylsen 20 fortrinnsvis forsynt med et pyrolytisk grafittlag (eller hylsen kan være helt igjennom pyrolytisk) for å gjøre den ugjennomtrengelig for fluider inne i en elektrolytisk celle. Andre ugjennomtrengelige, elektrisk ledende materialer kan imidlertid anvendes i beskyttelseshylsen, for eksempel en grafitthylse som har sine porer fylt og brent med kulltjærebek eller med andre har-pikser eller materialer som etterlater et karbonholdig materiåle i porene i grafitten ved brenning. For å oppnå god elektrisk kontakt er den indre tverrsnittsdimensjonen til elektrodehylsen 20 og den ytre tverrsnittsdimensjonen til det strømførende lederelementet 16 valgt slik at det oppstår en forholdsvis tett pasning langs lengden av hylsen og lederen. En slik tett pasning vil under vanlige arbeidsforhold tilveiebringe god elektrisk kontakt mellom lederen og hylsen. According to the present invention, the protective sleeve 20 is preferably provided with a pyrolytic graphite layer (or the sleeve may be completely pyrolytic) to make it impermeable to fluids inside an electrolytic cell. However, other impermeable, electrically conductive materials can be used in the protective sleeve, for example a graphite sleeve whose pores are filled and burned with coal tar pitch or with other resins or materials that leave a carbonaceous material in the pores of the graphite when burned. In order to achieve good electrical contact, the inner cross-sectional dimension of the electrode sleeve 20 and the outer cross-sectional dimension of the current-carrying conductor element 16 are chosen so that a relatively tight fit occurs along the length of the sleeve and the conductor. Such a tight fit will under normal working conditions provide good electrical contact between the conductor and the sleeve.

På liknende måte oppnås god elektrisk kontakt mellom hovedelektrodeelementet 14 og den ledende hylsen 20 ved hjelp av en presspasning mellom de to. Valg av dimensjoner på hylsen 20 In a similar way, good electrical contact is achieved between the main electrode element 14 and the conductive sleeve 20 by means of a press fit between the two. Selection of dimensions of the sleeve 20

og boringen 18 i elektrodeelementet for å lette innsetning og ut-tagning av hylsen ved denne type pasning, kan gjøres ved å utføre tverrsnittsdimensjonen på hylsen med en svakt avtagende dimensjon langs denne i retning mot elektrodelegemet. and the bore 18 in the electrode element to facilitate insertion and removal of the sleeve in this type of fitting, can be made by making the cross-sectional dimension of the sleeve with a slightly decreasing dimension along it in the direction towards the electrode body.

Elektrodehylsen 20 strekker seg fortrinnsvis over hele lengden av den del av ledningselementet 16 som er anbragt inne i hovedelektrodeelementet, og er forsynt med en lukket ende som vist på figur 1, slik at ledningselementet helt omsluttes. Hylsen 20 The electrode sleeve 20 preferably extends over the entire length of the part of the lead element 16 which is placed inside the main electrode element, and is provided with a closed end as shown in Figure 1, so that the lead element is completely enclosed. Sleeve 20

kan imidlertid være åpen i enden og strekke seg over mindre enn he-le lengden av den del av ledningselementet 16 som omsluttes av hovedelektrodeelementet 14. I tillegg er det som vist på figur 1, fortrinnsvis tilveiebrakt et mellomrom 21 mellom enden av lederen 16 can, however, be open at the end and extend over less than the entire length of the part of the conductor element 16 that is enclosed by the main electrode element 14. In addition, as shown in Figure 1, a space 21 is preferably provided between the end of the conductor 16

og den indre lukkede endeflate av hylsen 20. and the inner closed end surface of the sleeve 20.

Hovedelektrodeelementet 14 kan med fordel, som vist på figur 1, anbringes slik at det støter mot den indre overflate av den isolerende celleveggen 12, og kan være av en slik størrelse at det strekker seg langs veggen over en betydelig lengde. I så fall vil det bli anvendt flere slike beskrevne elektrodeanordninger i forbindelse med ett enkelt hovedelektrodeelement 14 for å redusere motstanden ved å forkorte strømbanen gjennom hovedelektroden ved strømtilførsel til denne hvis elektroden er en anode, og ved av-ledning av strøm dersom elektroden er en katode. The main electrode element 14 can advantageously, as shown in Figure 1, be placed so that it abuts the inner surface of the insulating cell wall 12, and can be of such a size that it extends along the wall over a considerable length. In that case, several such described electrode devices will be used in connection with a single main electrode element 14 to reduce the resistance by shortening the current path through the main electrode when current is supplied to it if the electrode is an anode, and when current is removed if the electrode is a cathode .

Som vist på figur 1 omgir en elektrisk isolerende hylse As shown in Figure 1, an electrically insulating sleeve surrounds

23 som avgrenser en åpning som strekker seg tvers gjennom celleveggen, den del av elektrodehylsen 20 som strekker seg gjennom celleveggen, og den er dimensjonert for å romme elektrodehylsen. 23 which defines an opening which extends transversely through the cell wall, the part of the electrode sleeve 20 which extends through the cell wall, and it is dimensioned to accommodate the electrode sleeve.

Et langstrakt ringformet mellomrom 24 er vist mellom de to hylsene, og størrelsen på dette er overdrevet for illustrasjonens skyld. An elongated annular space 24 is shown between the two sleeves, the size of which is exaggerated for the sake of illustration.

En tett pasning mellom de to hylsene er i det vesentlige utelukket fordi materialet i isolasjonshylsen (fortrinnsvis silisiumoksy-nitrid eller kvarts) ikke lett lar seg bearbeide (dvs. maskinere) for å tilveiebringe en slik pasning, og elektrodehylsen har en litt større utvidelseskoeffisient enn den isolerende hylsen. Det er videre ønskelig at hylsene passer løst i hverandre for å lette montering og demontering. Hylsen 23 isolerer således ikke bare elektrisk den ledende elektrodehylsen 20 og det ledende ledningselementet 16 fra det normalt jordede metallskallet 13 på celleveggen 12, men frembringer samtidig en langstrakt sperrebane for strømmen av gjennomtrengende korrosive fluider i form av den ringformede åpningen 24. A tight fit between the two sleeves is essentially excluded because the material of the insulating sleeve (preferably silicon oxynitride or quartz) cannot be easily machined (ie machined) to provide such a fit, and the electrode sleeve has a slightly greater coefficient of expansion than the insulating sleeve. It is also desirable that the sleeves fit loosely in each other to facilitate assembly and disassembly. The sleeve 23 thus not only electrically isolates the conductive electrode sleeve 20 and the conductive wire element 16 from the normally grounded metal shell 13 on the cell wall 12, but at the same time produces an elongated barrier path for the flow of penetrating corrosive fluids in the form of the annular opening 24.

I en elektrolytisk celle med høyst korrosivt miljø som man her har med å gjøre, har de lett inntrengelige korrosive gassformige og flytende bestanddeler en tendens til å trenge inn i hovedelektrodeelementet 14 på grunn av dettes indre porøsitet, og å sive gjennom grenseflaten mellom dette og celleveggen og komme i kontakt med de inne i denne anbrakte ledere som fører strøm til og fra elektroden. På figur 1 ville således slike korrosive kom-ponenter dersom man ikke hadde sørget for å beskytte metall-lederen 16, kunne sive langs grenseflaten mellom celleveggen 12 og elektrodelegemet 14 og gjennom porene i elektrodelegemet 14 selv, og komme i kontakt med metall-lederen. In an electrolytic cell with a highly corrosive environment as we are dealing with here, the easily penetrable corrosive gaseous and liquid constituents tend to penetrate the main electrode element 14 due to its internal porosity, and to seep through the interface between this and the cell wall and come into contact with the conductors placed inside this which carry current to and from the electrode. In Figure 1, such corrosive components, if care had not been taken to protect the metal conductor 16, could seep along the interface between the cell wall 12 and the electrode body 14 and through the pores in the electrode body 14 itself, and come into contact with the metal conductor.

I henhold til oppfinnelsen er lederen 16 grundig beskyttet fra det korrosive miljøet av den ugjennomtrengelige hylsen 20. According to the invention, the conductor 16 is thoroughly protected from the corrosive environment by the impermeable sleeve 20.

En slik hylse tjener til å avholde deler av badet eller gasser som trenger gjennom elektroden 14 eller som trenger inn mellom elektroden og celleveggen 12, fra å nå lederen 16 i noen mengde av be-tydning, og forlenger dermed levetiden til lederen betraktelig. Such a sleeve serves to prevent parts of the bath or gases that penetrate through the electrode 14 or that penetrate between the electrode and the cell wall 12, from reaching the conductor 16 in any significant amount, and thus extends the lifetime of the conductor considerably.

Ved bruk av hylsen ifølge oppfinnelsen minimaliseres inntrengningen av korrosive bestanddeler i en slik grad at lederen 16 skulle forbli i god virksom stand over lange tidsperioder, kanskje i flere år. When using the sleeve according to the invention, the penetration of corrosive components is minimized to such an extent that the conductor 16 should remain in good working condition over long periods of time, perhaps for several years.

på denne måte vil levetiden til lederen svare til eller kanskje langt overstige de virksomme perioder som normalt ligger mellom hver nedkjøring av en aluminiumsproduserende celle for inspeksjon eller reparasjon av denne. Ethvert vedlikehold som er nødvendig på den beskyttede lederen ifølge oppfinnelsen, kan således utføres når den tilhørende cellen er ute av drift av samme grunn. Avskråningen av grafitthylsen som er beskrevet tidligere, tillater også at hele elektrodekonstruksjonen kan tas ut og settes inn igjen før cellen tas ut av drift. in this way, the lifetime of the conductor will correspond to or perhaps far exceed the active periods that normally lie between each shutdown of an aluminum-producing cell for inspection or repair thereof. Any maintenance required on the protected conductor according to the invention can thus be carried out when the associated cell is out of service for the same reason. The bevel of the graphite sleeve described earlier also allows the entire electrode assembly to be removed and reinserted before the cell is taken out of service.

Etter prinsippene i henhold til oppfinnelsen kan det etter valg opprettes et lag med et inert fluidum, hensiktsmessig gassformig, som ikke i nevneverdig grad vil reagere kjemisk med materialene i leder- eller stavelementet 16, hovedelektrodeelementet 14 og elektrodehylsen 20, omkring det korrosjonsømfintlige lederelementet 16 med et trykk som er tilstrekkelig til å avstøte og dermed forhindre kontakt med korrosive fluidkomponenter som nærmer seg dette. Dette kan gjøres ved å innføre f.eks. nitrogengass fra en fjerntliggende trykk-kilde 26 gjennom en indre passasje 28 According to the principles according to the invention, a layer with an inert fluid, suitably gaseous, which will not react chemically to an appreciable extent with the materials in the conductor or rod element 16, the main electrode element 14 and the electrode sleeve 20, can be optionally created around the corrosion-susceptible conductor element 16 with a pressure sufficient to repel and thus prevent contact with corrosive fluid components approaching it. This can be done by introducing e.g. nitrogen gas from a remote pressure source 26 through an internal passage 28

som strekker seg gjennom hele lengden av lederen 16 til det fremre mellomrommet 21. For å hjelpe til å opprettholde gasslaget omfat- which extends through the entire length of the conductor 16 to the front space 21. To help maintain the gas layer comprises

ter den ytre overflate av lederen 16 en flerhet av små, langsgående riller 30 som idet minste strekker seg fra enden av lederen 16 The outer surface of the conductor 16 has a plurality of small, longitudinal grooves 30 which at least extend from the end of the conductor 16

til i nærheten av celleveggen. Gassen i rillene 30 vil diffundere og gjennomtrenge grenseflaten mellom den indre overflate av elektrodehylsen 20 og den ytre overflate av lederen 16 siden disse overflatene selv ved normal maskinering for dannelsen av en tett pasning, vil være tilstrekkelig grove til å romme et tynt gassformig lag mellom disse. Som man tydeligst ser av figur 2 er rillene 30 to near the cell wall. The gas in the grooves 30 will diffuse and permeate the interface between the inner surface of the electrode sleeve 20 and the outer surface of the conductor 16 since these surfaces, even with normal machining to form a tight fit, will be sufficiently rough to accommodate a thin gaseous layer between them . As you can clearly see from figure 2, the grooves are 30

laget så små at de ikke i nevneverdig grad påvirker den ønskede go- made so small that they do not significantly affect the desired go-

de elektriske kontakt mellom elektrodehylsen 20 og lederen 16. the electrical contact between the electrode sleeve 20 and the conductor 16.

Som nevnt vil overflatene av lederen og hylsen vanligvis være tilstrekkelig rue til å tillate det gassformige fluidum å trenge mel- As mentioned, the surfaces of the conductor and sleeve will usually be sufficiently rough to allow the gaseous fluid to penetrate

lom de to, og slik ruhet eller gropkorrosjon kan forsterkes kuns- lom the two, and such roughness or pitting corrosion can be artificially

tig for å øke den effektive lagdannende virkning. Alternativt kan det anvendes en ledende stavleder 16 som er naturlig eller kunstig porøs. tig to increase the effective layer-forming effect. Alternatively, a conductive rod conductor 16 can be used which is naturally or artificially porous.

Opprettholdelsen av det gassformige laget ved et trykk tilstrekkelig høyt til å avstøte korrosive fluider som nærmer seg, tilveiebringer en positiv trykkgradient som sikrer en ensrettet strøm av lagdannende gass vekk fra lederen og utover gjennom pore- The maintenance of the gaseous layer at a pressure sufficiently high to repel approaching corrosive fluids provides a positive pressure gradient that ensures a unidirectional flow of layer-forming gas away from the conductor and outward through the pore

ne i elektrodehylsen 20 og hovedelektrodeelementet 14 med fortrinns- in the electrode sleeve 20 and the main electrode element 14 with preferential

vis minimal, om ikke tilnærmet null hastighet, slik at lite eller ingenting av den lagdannende gassen vil gå tapt fra systemet. I show minimal, if not near-zero velocity, so that little or none of the layer-forming gas will be lost from the system. IN

dette tilfelle strekker hylsen 20 seg over hele lederelementet 16 in this case, the sleeve 20 extends over the entire conductor element 16

og er forsynt med en lukket ende for helt å innelukke lederen 16. and is provided with a closed end to completely enclose the conductor 16.

Endog ved en betydelig utadrettet strøm av lagdannende fluidum, Even with a significant outward flow of layer-forming fluid,

slik som for eksempel ville inntreffe ved en perforering eller et brudd i elektrodehylsen og/eller hovedelektrodeelementet, vil imidlertid strømmen være rettet vekk fra lederen 16 og således bevirke frastøtning av inntrengende korrosive fluider med følgende beskyttelse av metallet i lederen 16 fra de korrosive fluider. Det skul- as would, for example, occur in the event of a perforation or a break in the electrode sleeve and/or the main electrode element, however, the current will be directed away from the conductor 16 and thus cause repulsion of penetrating corrosive fluids with the following protection of the metal in the conductor 16 from the corrosive fluids. It should-

le med dette være klart at trykket til det lagdannende fluidum bare trenger å være større enn trykket inne i cellen. Dette tillater anvendelse av billig lavtrykksapparatur og forbindelser for tilførsel av fluidum til den sammensatte elektroden, og det tillater også bruk av billige forseglingsanordninger ved den ende av hylsen 20 som strekker seg gjennom celleveggen 12. let it be clear that the pressure of the layer-forming fluid only needs to be greater than the pressure inside the cell. This permits the use of inexpensive low-pressure apparatus and connections for supplying fluid to the composite electrode, and it also permits the use of inexpensive sealing devices at the end of the sleeve 20 which extends through the cell wall 12.

Det beskrevne lagdannende gass-systemet virker også som en indikator eller alarm for å varsle ødeleggende tilstander inne i en celle og om begynnende feil ved en sammensatt elektrode. Siden den normale strøm av inert lagdannende gass vil være minimal, gir enhver merkbar økning i gass-strømmen eller reduksjon i gasstryk-ket en lett detekterbar indikasjon, for eksempel ved en markert forandring på en trykkmåler 31 eller en strømningsmåler 31A (eller beg-ge) som er innkoblet i systemet, som vist på figur 1, hvor målerne frembringer en kontinuerlig indikasjon på størrelsen av trykket og strømningshastigheten til det lagdannende fluidumet i systemet. The described layer-forming gas system also acts as an indicator or alarm to warn of destructive conditions inside a cell and of incipient failure of a composite electrode. Since the normal flow of inert layer-forming gas will be minimal, any noticeable increase in gas flow or decrease in gas pressure provides an easily detectable indication, for example by a marked change on a pressure gauge 31 or a flow meter 31A (or both ) which is connected in the system, as shown in figure 1, where the meters produce a continuous indication of the magnitude of the pressure and the flow rate of the layer-forming fluid in the system.

For å montere elektrodekonstruksjonen i celleveggen og for å frembringe en effektiv tetning mellom hylsene 20 og 23 og celleveggen 12, og mellom hylsen 20 og lederen 16 er det anvendt en konsentrisk avtagbar pakningsanordning som på figur 1 er generelt betegnet 32, idet det beskrevne arrangement samtidig isolerer elektrodehylsen 20 og lederen 16 fra det ledende skallet 13. Mer spesielt omfatter pakningsanordningen 32 en flenskrave 36 anbrakt rundt enden av elektrodehylsen 20 og festet til metallskallet 13 ved hjelp av passende festeanordninger, slik som periferisk adskilte bolter som ved en ende er festet til skallet og strekker seg gjennom den del av kraven som ligger inn mot dette. Kraven er isolert fra skallet 13 og boltene ved isolerende bøssinger 37 som omgir boltene i kraven, og ved en isolerende skive 38 anbrakt mellom kraven og boltehodene. Mellom kraven 36 og den del av hylsen 20 som ligger mot denne, er anbrakt et isolerende pakningsmateriale 39, slik som asbesttau, idet pakningsmaterialet også fortrinnsvis er anbrakt i mellomrommet mellom celleveggen 12, 13 og den isolerende hylsen 23 for å forsegle veggen omkring hylsen. In order to mount the electrode structure in the cell wall and to produce an effective seal between the sleeves 20 and 23 and the cell wall 12, and between the sleeve 20 and the conductor 16, a concentrically removable packing device is used which is generally designated 32 in Figure 1, the arrangement described at the same time isolates the electrode sleeve 20 and the conductor 16 from the conductive shell 13. More particularly, the packing device 32 comprises a flanged collar 36 placed around the end of the electrode sleeve 20 and attached to the metal shell 13 by means of suitable fasteners, such as circumferentially spaced bolts which are attached to the shell at one end and extends through the part of the claim that is opposed to this. The collar is isolated from the shell 13 and the bolts by insulating bushings 37 which surround the bolts in the collar, and by an insulating disc 38 placed between the collar and the bolt heads. Between the collar 36 and the part of the sleeve 20 that lies against it, an insulating packing material 39, such as asbestos rope, is placed, the packing material also preferably being placed in the space between the cell wall 12, 13 and the insulating sleeve 23 to seal the wall around the sleeve.

Ved en ende av kraven 36 som vender vekk fra skallet 13 At one end of the collar 36 facing away from the shell 13

og anbrakt omkring lederen 16, er en isolerende foring 40 som holdes på plass over pakningen 39 ved hjelp av en stiv plate 41 festet til kraven 36 ved hjelp av festebolter som strekker seg gjennom platen og inn i .den del av kraven som ligger mot skallet. Den del av foringen 40 som ligger mellom den indre kant av platen and placed around the conductor 16, an insulating liner 40 which is held in place over the gasket 39 by means of a rigid plate 41 is attached to the collar 36 by means of fastening bolts which extend through the plate and into the part of the collar which lies against the shell . The part of the lining 40 which lies between the inner edge of the plate

41 og lederen 16, isolerer effektivt såvel den sistnevnte som kraven 36 fra lederen 16, mens den samtidig fester pakningen 39 41 and the conductor 16, effectively isolates both the latter and the collar 36 from the conductor 16, while at the same time securing the gasket 39

ved enden av hylsen 20 og rundt metallelementet. at the end of the sleeve 20 and around the metal element.

En slik konsentrisk pakningsanordning tjener til å forsegle celleveggen 12 mot lekkasje av væsker og gasser omkring den isolerende hylsen 23, og til å forsegle det lagdannende fluidum slik at det ikke unnslipper fra enden av elektrodehylsen 20 utenfor celleveggen. I tillegg opprettholder det beskrevne tetnings-arrangement den isolasjon som tilveiebringes av isolasjonshylsen 23 anbrakt mellom det ledende skallet 13 og hylsen 20 med dens metall-leder 16. Such a concentric packing device serves to seal the cell wall 12 against leakage of liquids and gases around the insulating sleeve 23, and to seal the layer-forming fluid so that it does not escape from the end of the electrode sleeve 20 outside the cell wall. In addition, the described sealing arrangement maintains the insulation provided by the insulating sleeve 23 placed between the conductive shell 13 and the sleeve 20 with its metal conductor 16.

Den del av den lavmotstands stavlederen 16 som strekker seg gjennom celleveggen 13, er videre etter valg forsynt med en andre indre passasje eller passasjer 44 (fig. 1) for å lede et kjølefluidum gjennom denne. Siden staven 16 er en god leder, ville varmen inne i den tilhørende elektrolysecelle raskt ledes til alle deler av denne, innbefattet områdene i nærheten av paknings-anordninger 32. Innføring av et kjølefluidum gjennom passasjene 44 hjelper til å holde den del av lederen på en i det vesentlige uniform temperatur slik at utvidelse og sammentrekning av denne blir minimalisert, om ikke helt unngått, i området ved tetningene. På denne måten blir ikke tetningsfunksjonene til pakningene ugunstig påvirket av temperaturforskjellen inne i og utenfor cellen. The part of the low-resistance rod conductor 16 which extends through the cell wall 13 is further optionally provided with a second internal passage or passages 44 (Fig. 1) to conduct a cooling fluid through this. Since the rod 16 is a good conductor, the heat inside the associated electrolytic cell would quickly be conducted to all parts thereof, including the areas near packing devices 32. Introduction of a cooling fluid through the passages 44 helps to keep that part of the conductor at a substantially uniform temperature so that expansion and contraction thereof is minimized, if not completely avoided, in the area of the seals. In this way, the sealing functions of the gaskets are not adversely affected by the temperature difference inside and outside the cell.

Som tidligere bemerket, kan de korrosive fluider inne i cellen trenge gjennom grenseflaten mellom hovedelektrodeelementet 14 og veggen i cellen og således komme inn i den ringformede pas-sasjen 24 mellom isolasjonshylsen 23 og elektrodehylsen 20. Hvis de korrosive fluider ikke blir stoppet her, vil de nå tetningene som er anbrakt rundt elementene i elektrodesammensetningen ved siden av det ledende skallet 13 på cellen og vil der samles og delvis fryse. Slikt delvis frosset badmateriale og ødelagte tetninger vil skape en strømbane mellom elektroden og det ledende skallet og der-ved, redusere effektiviteten til elektroden ved drift av cellen, hvis det ikke helt kortslutter en slik elektrodekonstruksjon. Den ovenfor beskrevne kjøling av stavlederen 16 og den resulterende reduksjon av temperaturen i området ved isolasjonshylsen 23, hjelper til å bevirke en selektivt anbrakt frysning av størknebart badmateriale som trenger inn i det ringformede mellomrommet 24 før det når området i nærheten av celleskallet 13 og tetningene 32. As previously noted, the corrosive fluids inside the cell can penetrate through the interface between the main electrode element 14 and the wall of the cell and thus enter the annular passage 24 between the insulating sleeve 23 and the electrode sleeve 20. If the corrosive fluids are not stopped here, they will reach the seals placed around the elements of the electrode assembly next to the conductive shell 13 of the cell and will there collect and partially freeze. Such partially frozen bath material and broken seals will create a current path between the electrode and the conductive shell and thereby reduce the efficiency of the electrode when operating the cell, if it does not completely short-circuit such an electrode construction. The above-described cooling of the rod conductor 16 and the resulting reduction in temperature in the region of the insulating sleeve 23 helps to effect a selectively applied freezing of solidifiable bath material that penetrates the annular space 24 before reaching the region near the cell shell 13 and the seals 32 .

Det størknede materialet tjener således som en barriere som minsker videre inntrengning av materiale fra badet, og opprettholder en høy grad av elektrisk isolasjon mellom elektrodehylsen 20 og lederen 16 fra det ledende skallet 13. The solidified material thus serves as a barrier that reduces further penetration of material from the bath, and maintains a high degree of electrical insulation between the electrode sleeve 20 and the conductor 16 from the conductive shell 13.

Mens oppfinnelsen i det forangående er beskrevet i for- While the invention is described in the preceding

bindelse med ett enkelt lag eller skall av et inert gassformig fluidum omkring lederen 16, kunne det vært anvendt to eller flere slike lag ved hjelp av to eller flere hovedsakelig ugjennomtrenge- bonding with a single layer or shell of an inert gaseous fluid around the conductor 16, two or more such layers could have been used by means of two or more substantially impermeable

lige og konsentrisk anbrakte elektrodehylser 20 anbrakt omkring lederen. straight and concentrically placed electrode sleeves 20 placed around the conductor.

Det vil for fagfolk være klart at det er blitt beskrevet It will be clear to those skilled in the art that it has been described

en ny og nyttig elektrodestruktur og oppbygning hvor et lag av kjemisk inert, gassformig fluidum på økonomisk måte blir tilveie- a new and useful electrode structure and construction where a layer of chemically inert, gaseous fluid is economically provided

brakt rundt en metall- eller annen lavmotstands, godt ledende leder som strekker seg inn i et elektrodeelement anbrakt i et korrosivt miljø, idet metallet tilveiebringer det lave spenningsfallet som kan oppnås med en slik lavmotstands metallforbindelse. brought around a metal or other low-resistance, well-conducting conductor extending into an electrode element placed in a corrosive environment, the metal providing the low voltage drop that can be achieved with such a low-resistance metal connection.

Elektrodekonstruksjonen i henhold til oppfinnelsen er The electrode construction according to the invention is

spesielt nyttig ved elektrolytisk reduksjon av aluminium fra aluminiumklorid oppløst i et bad av smeltet halogenid, og skjønt oppfinnelsen i seg selv ikke gjør en slik reduksjon til en økonomisk oppnåelig realitet, frembringer den en løsning på et av de gamle problemer som hittil har forhindret fremskritt på dette området, og er således med på å gjøre en slik reduksjonsproséss til en kommer- particularly useful in the electrolytic reduction of aluminum from aluminum chloride dissolved in a bath of molten halide, and although the invention in itself does not make such reduction an economically attainable reality, it provides a solution to one of the old problems which has hitherto prevented progress on this area, and thus helps make such a reduction process a future

siell realitet. Oppfinnelsen kan imidlertid nyttiggjøres i for-skjellige andre celler og strukturer av andre typer enn de som an- mental reality. The invention can, however, be utilized in various other cells and structures of other types than those

vendes ved reduksjon av aluminium fra aluminiumklorid, for eksempel i elektrisk forbundne motstandsvarmeelementer av grafitt anbrakt in- is reversed by the reduction of aluminum from aluminum chloride, for example in electrically connected resistance heating elements made of graphite placed in

ne i et smeltekammer ved produksjon av aluminiumklorid fra klor- ne in a melting chamber during the production of aluminum chloride from chlorine

gass, aluminainneholdende materialer og karbon. gas, alumina-containing materials and carbon.

Claims

1. Device for conducting electric current to or from a chamber which has a highly corrosive environment and which during operation has a temperature which causes attack on a conductor element in the device, characterized by at least one electrically conductive conductor element (16) which has a low electrical resistance and which is arranged to extend into the chamber, the material of the conductor element being susceptible to corrosive attack from the environment in the chamber if the element is placed therein without protection,

and a fluid-impermeable, electrically conductive sleeve (20) disposed around at least part of the conductor element, the material of the sleeve being resistant to the corrosive environment and acting to prevent penetrating components of the corrosive environment from coming into contact with the conductor element when this and the sleeve are placed in the chamber.

2. Device according to claim 1, characterized by devices that include the sleeve to maintain a layer of fluid around the conductor element and between the sleeve and the conductor element, the fluid being inert with respect to the materials in the sleeve and the conductor element and having a pressure that is sufficient to essential to prevent the corrosive environment from coming into contact with the conductor element.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by devices for cooling the conductor element at least along part of it, the cooling causing freezing of any penetrating parts of the corrosive environment near the sleeve to prevent such parts from reaching and attacking the conductor element.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the conductor element and the impermeable sleeve extend into the electrode (14) and that the sleeve completely encloses the conductor element inside the electrode.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the impermeable sleeve material is graphite covered with a pyrolytic graphite material.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the material in the conductor element is metal.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the outer diameter of the impermeable sleeve, or at least the part thereof that extends into the electrode, is provided with a bevel along its length, the decreasing dimension of the slope is in the direction towards the electrode.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for forming said fluid layer comprises a passage (28) which extends in the longitudinal direction of the conductor element inside it and has one end in fluid connection with the periphery of the conductor element.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized by devices (31, 31A) for indicating the magnitude of the pressure of the inert fluid.

10. Device according to claim 9, characterized by devices (31, 31A) which react to a change in the pressure of the inert layer-forming fluid to produce an indication of this which attracts attention.