NO170292B

NO170292B - ANODE CLAMP

Info

Publication number: NO170292B
Application number: NO853983A
Authority: NO
Inventors: Wayne R Hale; Peter A Young; Rodney D Zebreznik
Original assignee: Kaiser Aluminium Chem Corp
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1992-06-22
Also published as: CA1263948C; EP0178766B1; AU4850485A; EP0178766A1; DE3566001D1; NO170292C; CA1263948A; NO853983L

Description

Oppfinnelsen vedrører en anodeklemme av den art som er angitt i innledningen til krav 1. The invention relates to an anode clamp of the type specified in the introduction to claim 1.

Aluminium blir vanligvis produsert ved elektrolyttisk reduksjon av aluminiumoksid til aluminiummetall i en elektrolyttisk celle som har en karbonholdig katode som danner et kar for den produserte aluminiumsmelte tillike med et overliggende lag av elektrolytt eller bad som aluminiumoksidet Aluminum is usually produced by the electrolytic reduction of aluminum oxide to aluminum metal in an electrolytic cell having a carbonaceous cathode which forms a vessel for the produced molten aluminum together with an overlying layer of electrolyte or bath as the aluminum oxide

som skal reduseres, blir oppløst i. En. elektrisk strøm innføres i cellen gjennom opphengte anoder som har kontakt med elektrolyttbadet. Disse anoder er mekanisk og elektrisk koblet via vertikale anodestenger som er innleiret i anodene og festet til anodeskinner opphengt over reduksjonscellen. Likestrøm innføres således i cellen gjennom anodeskinnen, anodestengene og anodene, går gjennom elektrolyttbadet, hvorved aluminiumoksidet blir redusert til metallisk aluminium, og forlater cellen ved å tre gjennom aluminiumsmelten og den underliggende katode, hvorfra den tas ut via oppsamlingsstaver og så føres til nabocellens anodeskinne. which is to be reduced, is dissolved in. One. electric current is introduced into the cell through suspended anodes which are in contact with the electrolyte bath. These anodes are mechanically and electrically connected via vertical anode rods which are embedded in the anodes and attached to anode rails suspended above the reduction cell. Direct current is thus introduced into the cell through the anode rail, anode rods and anodes, passes through the electrolyte bath, whereby the aluminum oxide is reduced to metallic aluminum, and leaves the cell by passing through the aluminum melt and the underlying cathode, from where it is taken out via collection rods and then taken to the neighboring cell's anode rail.

Siden anodene blir forbrukt under den elektrolyttiske reduksjonsprosess og det smeltede aluminium bygger seg opp i cellen og fjernes fra tid til annen, er det nødvendig å etterstille anodene vertikalt for å holde stort sett konstant avstand mellom anodeenden og laget av aluminiumsmelte. Følgelig må de klemmer hvormed anodestengene er festet til anodeskinnen, tillate vertikal etterstilling fra tid til annen. Slike anodeklemmer er velkjente og er f.eks. vist- i US patentskrifter 3.575.840, 3.888.757 og 4.025.414. Skjønt slike anodeklemmer ifølge tidligere teknikk er velskikket for bruk under cellens drift, er de langt fra tilfredsstillende for å brukes under det såkalte katode-"utbrennings"-tidsrom. Since the anodes are consumed during the electrolytic reduction process and the molten aluminum builds up in the cell and is removed from time to time, it is necessary to position the anodes vertically to maintain a substantially constant distance between the anode end and the layer of molten aluminum. Consequently, the clamps with which the anode rods are attached to the anode rail must allow for vertical readjustment from time to time. Such anode clamps are well known and are e.g. shown in US Patents 3,575,840, 3,888,757 and 4,025,414. Although such prior art anode clamps are suitable for use during cell operation, they are far from satisfactory for use during the so-called cathode "burn-out" period.

Etter at en reduksjonscelle nettopp har vært bygget eller har vært gjenoppbygget etter en driftsperiode, er det nødvendig innen cellen tas i drift, å forvarme eller brenne katoden, After a reduction cell has just been built or has been rebuilt after a period of operation, it is necessary before the cell is put into operation to preheat or burn the cathode,

dvs. det karbonholdige materiale på bunnen av cellen som danner oppbevaringskaret for det smeltede aluminium med overliggende smeltet elektrolytt. Skjønt der finnes adskillige metoder til å gjennomføre slik utbrenning, består en vanlig metode i.e. the carbonaceous material at the bottom of the cell which forms the storage vessel for the molten aluminum with overlying molten electrolyte. Although there are several methods for carrying out such burning, a common method remains

i å sende elektrisk strøm gjennom cellen. in sending electrical current through the cell.

Ved denne metode blir der over karbonblokkene som katoden setter seg sammen av, spredt ut et skikt av tilmålt karbon-motstandsmateriale, og anodene med påsittende anodestenger blir senket ned til skiktet. Så blir der gjennom cellen sendt partiell eller full driftsstrøm, og den utviklede motstands-varme steker katodekittet mellom og rundt katodeblokkene, In this method, a layer of measured carbon resistance material is spread over the carbon blocks from which the cathode is assembled, and the anodes with attached anode rods are sunk down to the layer. Partial or full operating current is then sent through the cell, and the developed resistance heat fries the cathode putty between and around the cathode blocks,

så katodekroppen blir varmet opp før elektrolyttbadet føres inn. so the cathode body is heated before the electrolyte bath is introduced.

På grunn av varmeutvidelse av både anoder og katodeblokker er det nødvendig under denne utbrenningsprosess å etterjustere anodestangklemmene med visse mellomrom, f.eks. hver time eller deromkring. Følgelig blir denne utbrenningsmetode ytterst arbeidskrevende og dermed kostbar, i og med at en normal utbrenning kan ta 20-36 timer eller mer. Due to thermal expansion of both anodes and cathode blocks, it is necessary during this burn-out process to readjust the anode rod clamps at certain intervals, e.g. every hour or so. Consequently, this burn-out method becomes extremely labor-intensive and thus expensive, in that a normal burn-out can take 20-36 hours or more.

Ofte finnes der ikke nok mannskap til å utføre de forlangte anodeklemmejusteringer så ofte som det er ønskelig. Unnlatelse av å justere anodeklemmene fører til ujevn anodestrømfordeling med derav følgende lokaliserte hete steder i katoden. Disse kan føre til sprekker i katodeblokkene, og disse og deres sammenføyninger kan også bli skadet. Videre blir visse områder av katoden ikke varmet opp tilstrekkelig. Alle disse problemer kan forårsake vanskeligheter under den senere drift og for-korte cellens samlede levetid. Often there is not enough manpower to carry out the required anode clamp adjustments as often as desired. Failure to adjust the anode clamps leads to uneven anode current distribution resulting in localized hot spots in the cathode. These can lead to cracks in the cathode blocks, and these and their joints can also be damaged. Furthermore, certain areas of the cathode are not heated sufficiently. All these problems can cause difficulties during the subsequent operation and shorten the overall life of the cell.

Der har vært foreslått minst to metoder til å overvinne disse utbrenningsproblemer. Den ene består i å levne anodeklemmene løse. Men da typiske anodeklemmer ikke er konstruert for å tillate glipp mellom anodestengene og anodeskinnen, fører en løsning av dem i tilstrekkelig grad til å tillate slik glipp, til ujevn strømgjennomgang. Videre har slik løs klemning tendens til å forårsake lysbuedannelse mellom anodestang og anodeskinne og dermed til kraterdannelse på over-flatene av begge. At least two methods have been proposed to overcome these burnout problems. One consists in leaving the anode clamps loose. However, since typical anode clamps are not designed to allow slippage between the anode rods and the anode rail, loosening them sufficiently to allow such slippage results in uneven current flow. Furthermore, such loose clamping tends to cause arcing between anode rod and anode rail and thus to crater formation on the surfaces of both.

En annen løsning består i å benytte provisoriske fleksible stropper til å forbinde anodestengene og anodeskinnen under utbrenningstiden, mens anodeklemmene levnes løse. Imidlertid er slike stropper tunge og vanskelige å koble. I noen tilfeller blir det nødvendig å bruke en kran for å bringe dem på plass og fjerne dem. Videre er slik utrustning med fleksible stropper kostbar og kan lett bli skadet hvis den ikke håndteres skikke-lig. Sluttelig kan det være forbundet med vanskeligheter å fjerne stroppene i det ytterst hete miljø over en aluminiumreduksjonscelle. Another solution is to use temporary flexible straps to connect the anode rods and the anode rail during the burn-in period, while leaving the anode clamps loose. However, such straps are heavy and difficult to connect. In some cases, it will be necessary to use a crane to bring them into place and remove them. Furthermore, such equipment with flexible straps is expensive and can easily be damaged if it is not handled properly. Finally, it can be associated with difficulties to remove the straps in the extremely hot environment above an aluminum reduction cell.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en forenklet og mer tilfredsstillende løsning av problemet med en anodeklemme til bruk under utbrenning av en aluminium-reduksj onscelle. The purpose of the present invention is to provide a simplified and more satisfactory solution to the problem of an anode clamp for use during burn-out of an aluminum reduction cell.

Denne hensikt oppnås ved en anodeklemme for bruk ved kontinuerlig pressing av en anodestang mot en anodeskinne for å opprettholde god elektrisk kontakt mellom anodestang og anodeskinne i en aluminiumreduksjonscelle under utbrenning av katodebunndelen av cellen som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene. This purpose is achieved by an anode clamp for use by continuously pressing an anode rod against an anode rail to maintain good electrical contact between anode rod and anode rail in an aluminum reduction cell during burnout of the cathode bottom part of the cell which is characterized by what appears in the requirements.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et perspektivriss av en klemme i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser snitt etter linjen 2—2 på fig. 3, med visse deler sløyfet for oversiktens skyld. Fig. 3 viser i grunnriss og delvis gjennomskåret en anodeklemme ifølge oppfinnelsen anbragt på plass, og The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 is a perspective view of a clamp according to the invention. Fig. 2 shows a section along the line 2—2 in fig. 3, with certain parts omitted for clarity. Fig. 3 shows in plan view and partially cut through an anode clamp according to the invention placed in place, and

fig. 4 er et oppriss av klemmen. fig. 4 is an elevation of the clamp.

Der vil i det følgende bli gjort rede for den viste utfør-elsesform for oppfinnelsen, hvis rekkevidde er angitt i patent-kravene. In the following, an account will be given of the shown embodiment of the invention, the scope of which is indicated in the patent claims.

På tegningen betegner 11 anodeskinnen og 12 anodestangen som skal klemmes fast til den. Braketter 13a, 13b er boltet In the drawing, 11 denotes the anode rail and 12 the anode rod to be clamped to it. Brackets 13a, 13b are bolted

til anodeskinnen 11 og bærer den demonterbare anodeklemme, to the anode rail 11 and carries the removable anode clamp,

som er betegnet generelt med 14, og som holdes på plass ved anlegg mot støtter 16a og 16b på brakettene 13. Brakettene which is denoted generally by 14, and which is held in place by contact with supports 16a and 16b on the brackets 13. The brackets

13 og støttene 16 inngår i den normale, permanente anodeklemme, hvis detaljer for oversiktens skyld ikke er vist ved den demonterbare anodeklemme ifølge oppfinnelsen. Det vil forstås av fagfolk at støttene 16 blir dreiet for å legge seg mot (ikke viste) armer som inngår i den permanente anodeklemme for anodestangen 12. Det vil også forstås at detaljer ved konstruksjonen av klemmen ifølge oppfinnelsen kan endres slik at den vil passe mekanisk til andre former for normale eller permanente anodeklemmer, resp. til braketter som bærer slike klemmer. 13 and the supports 16 are part of the normal, permanent anode clamp, the details of which for the sake of clarity are not shown for the demountable anode clamp according to the invention. It will be understood by those skilled in the art that the supports 16 are rotated to lie against (not shown) arms included in the permanent anode clamp for the anode rod 12. It will also be understood that details of the construction of the clamp according to the invention can be changed so that it will fit mechanically to other forms of normal or permanent anode clamps, resp. to brackets carrying such clamps.

Klemmen ifølge oppfinnelsen omfatter et stort sett U-formet åk 17 hvis ender 20b og 20c hviler på brakettene 13, The clamp according to the invention comprises a largely U-shaped yoke 17 whose ends 20b and 20c rest on the brackets 13,

og hvis midtparti bærer ruller 18 i anlegg mot anodestangen 12. and whose middle part carries rollers 18 in contact with the anode rod 12.

(I den spesielle utførelsesform som er vist på tegningen, sitter braketten 13b lavere enn braketten 13a. Således er den ene arm av åket 17 forskutt i forhold til den annen. For å forhindre vridning av klemmen når den kommer i inngrep, (In the particular embodiment shown in the drawing, the bracket 13b sits lower than the bracket 13a. Thus, one arm of the yoke 17 is offset in relation to the other. To prevent twisting of the clamp when it engages,

er den ene arm av åket 17 laget av to stykker, et nedre stykke 20b som hviler på braketten 13b, og et øvre stykke 20a plassert i samme plan som den overforliggende arm 20c av åket 17. Det vil forstås at denne anordning er særegen for bruk av klemmen ifølge oppfinnelsen i den spesielle, viste utformning og ikke utgjør noe vesentlig trekk ved oppfinnelsen.) one arm of the yoke 17 is made of two pieces, a lower piece 20b resting on the bracket 13b, and an upper piece 20a placed in the same plane as the overlying arm 20c of the yoke 17. It will be understood that this device is peculiar for use of the clamp according to the invention in the special design shown and does not constitute any significant feature of the invention.)

Som vist klarere på fig. 2, tvinges rullene 18 mot anodestangen 12 av en fjær 19 anbragt i et hus som bæres på åket 17. Dessuten kan man med et håndtak 21 dreie en gjengebolt 22 for å øke eller minske den kraft fjæren 19 øver på rullene 18. Skjønt den benyttede fjær kan være av vilkårlig egnet type, har den fjærtype som er kjent som tallerkenfjær eller Bellville-fjær, vært benyttet med hell og er anskueliggjort skjematisk på fig. 2. As shown more clearly in fig. 2, the rollers 18 are forced against the anode rod 12 by a spring 19 placed in a housing which is carried on the yoke 17. In addition, a threaded bolt 22 can be turned with a handle 21 to increase or decrease the force the spring 19 exerts on the rollers 18. Although the used spring can be of any suitable type, the type of spring known as a disc spring or Bellville spring has been used successfully and is shown schematically in fig. 2.

Klemmen ifølge oppfinnelsen kan lages av vilkårlig egnet materiale, vanligvis umagnetisk, f.eks. rustfritt stål. Imidlertid kan visse deler, f.eks. rullene, lages av andre egnede materialer, f.eks. høytemperatur-plast. The clamp according to the invention can be made of any suitable material, usually non-magnetic, e.g. stainless steel. However, certain parts, e.g. the rollers are made of other suitable materials, e.g. high temperature plastic.

Det vil innses at klemmen ifølge oppfinnelsen bringes It will be realized that the clamp according to the invention is brought

på plass under utbrenningsoperasjonen, hvoretter den kan fjernes, og den konvensjonelle klemme som omtalt ovenfor, bringes i inngrep mens cellen drives for å produsere aluminium. in place during the burn-out operation, after which it can be removed and the conventional clamp discussed above engaged while the cell is operated to produce aluminum.

Det vil også forstås at enten fjæren 19 alene eller skruen 22 alene kan brukes til å øve trykk på trinsene 18, skjønt It will also be understood that either the spring 19 alone or the screw 22 alone can be used to exert pressure on the pulleys 18, although

det også er mulig å bruke en kombinasjon av begge. it is also possible to use a combination of both.

Fordelene ved klemmen ifølge oppfinnelsen fremfor klemmer ifølge eldre teknikk består i at anodestangen kan bevege seg vertikalt som reaksjon på varmeutvidelse av anoden og/eller katoden under utbrenningen, mens der samtidig vedlikeholdes intim kontakt mellom anodestangen og anodeskinnen. Videre er klemmene ifølge oppfinnelsen enkle og lettvinte å installere og fjerne, særlig på grunn av sin forholdsvis lille vekt sammen-lignet med eksempelvis fleksible stropper. Sluttelig faller klemmene ifølge oppfinnelsen forholdsvis billig i fremstilling, er lette å vedlikeholde samt holdbare. The advantages of the clamp according to the invention over clamps according to older technology consist in the fact that the anode rod can move vertically in response to thermal expansion of the anode and/or cathode during burnout, while at the same time intimate contact is maintained between the anode rod and the anode rail. Furthermore, the clamps according to the invention are simple and easy to install and remove, especially due to their relatively light weight compared to, for example, flexible straps. Finally, the clamps according to the invention are relatively cheap to manufacture, are easy to maintain and durable.

Det vil forstås at fjæren og rullene kan erstattes, med - likeverdige organer. F.eks. kunne man istedenfor en fjær benytte en hydraulisk eller pneumatisk jekk. På lignende måte ville man istedenfor rullene kunne benytte en krum bladfjær til å holde anodestangen i kontakt med anodeskinnen og samtidig tillate relativ vertikal bevegelse mellom dem. It will be understood that the spring and the rollers can be replaced, with - equivalent members. E.g. instead of a spring, a hydraulic or pneumatic jack could be used. In a similar way, instead of the rollers, a curved leaf spring could be used to keep the anode rod in contact with the anode rail and at the same time allow relative vertical movement between them.

Claims

1. Anode clamp for use when continuously pressing a

anode rod against an anode rail to maintain good electrical contact between anode rod and anode rail in an aluminum reduction cell during the burn-out of the cathode bottom part of the cell, characterized by a yoke (17) arranged close to the anode rod (12) with parts of the yoke (17) serving as a carrier for an anode rod contact means (18) which is provided with a curved anode rod contact surface, this contact surface being carried by the yoke (17) so as to move along the anode rod substantially parallel to the longitudinal axis of the anode rod while remaining in good contact with the rod at all times (12) supported by a compliant biasing device (19) carried by the yoke (17), which biasing device continuously forces the anode rod contact member (18) and the anode rod contact surface thereon against a portion of the anode rod (12) and with the anode rod (12) on its side thereby pressed against the anode rail (11) independently of the movements of the anode rod (12) in relation to the anode rod contact member (1 8) or the anode rail (11).

2. Anode clamp according to claim 1, characterized in that the rod contact member comprises at least one roller whose axis of rotation is arranged at an angle across the longitudinal axis of the anode rod (12).

3. Anode clamp according to claim 1 or 2, characterized in that the compliant biasing device (19) comprises at least one spring.

4. Anode clamp according to claim 3, characterized in that the spring is a disc spring.

5. Anode clamp according to claim 3 or 4, characterized in that there are devices for setting the force exerted by the spring on the biasing device (19).

6. Anode clamp according to one of the preceding claims, characterized in that there are devices for tensioning the spring for the biasing device (19).

7. Anode clamp according to claim 6, characterized in that the clamping device comprises a screw device (22).