PL158233B1 - Elektroda do elektrolitycznej rafinacji cieklych metali PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Elektroda do elektrolitycznej rafinacji cieklych metali, zwlaszcza do elektrolitycznej rafinacji aluminium metoda trzech warstw, skladajaca sie z preta w eglow ego, który jest polaczony z przewodem doprowadzajacym prad elektryczny i który jest otoczony kloszem ochronnym , znam ienna tym , ze klosz ochronny (2 ) jest wykonany z gazoszczelnego i odpor- nego na temperatury materialu i jest on um ie- szczony w obw odow ym odstepie od weglo- wego preta ( 1 ). PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

OPIS PATENTOWY ® PL® 158233 ® BI

Numer z głoszenia: 281335 z-x

IntCl⁵:

C25C 3/06

Data zgłoszenia: 0⁸-09.¹⁹⁸9 CZYTELHIA

OGÓLNA

Elektroda do elektrolitycznej rafinacji ciekłych metali

Pierwszeństwo:

17.11.1988,DE.P. 3838828.6

Uprawniony z patentu: Vereinigte Aluminium-Werke

Aktiengesellschaft, Bonn, DE

Zgłoszenie ogłoszono:

28.05.1990 BUP 11/90

Ty Twórcy wynalazku:

Rainer Sudholter, Grevenbroich, DE Ulrich Hampel, Grevenbroich, DE

Pełnomocnk:

PHZ Polservice”, Warszawa, PL

O udzieleniu patentu ogłoszono : 31.08.1992 WUP 08/92

PL 158233 BI

Λ 1. Elektroda do elektrolitycznej rafinacji ciekłych metali, zwłaszcza do elektrolitycznej rafinacji aluminium metodą trzech warstw, składająca się z pręta węglowego, który jest połączony z przewodem doprowadzającym prąd elektryczny i który jest otoczony kloszem ochronnym, znamienna tym, że klosz ochronny (2) jest wykonany z gazoszczelnego i odpornego na temperatury materiału i jest on umieszczony w obwodowym odstępie od węglowego pręta (1).

ELEKTRODA DO ELEKTROLITYCZNEJ RAFINACJI CIEKŁYCH METALI

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroda dt elektrolitycznej rafinacji ciekłych metali, zwłaszcza dt elektrolitycznej rafinacji aluminium metodą trzech oarsto, składająca się z pręta oęgitoegt, który jest połączony z przewodem doprowadzającym prąd elektryczny i który jest otoczony kloszem ochronnym, znamienna tym, że klosz ochronny (2) jest oykonany z gazoszczelnego i odpornego na temperatury materiału i jest on umieszczony o oboodooym odstępie od oęglooego pręta (1).
2. 2. Elektroda oedług zastrz. 1, znamienna tym, że klosz ochronny (2) składa się z ma^ri-ału zawierającego co najmniej 99,7% A^O^.
3. 3. Elektroda oedług zastrz. 1, z na-mienna tym, że maaeeiał, z którego oykonany jest klosz ochronny (2), ma całkowitą porooatość nie oiększą od 5%.
4. 4. Elektroda oedług zastrz. 1, z namienna tym, że odstęp pomiędzy powierzchnią zeonętrzną (3) pręta oeglGoego (1) a powierzchnią oewnęęrzną (4) klosza ochronnego (2) oynosi 1 do 5 mm.
5. 5. Elektroda oedług zastrz. 1,znamienna tym, że minimalna grubość ściany klosza ochronnego (2) oynosi 5 nun.
6. 6. Elektroda oedług zastrz. 1, znamienna klosz ochronny (2) mają kształt cylnudryczny.
7. 7. Elektroda oedług zastrz. 6, znamienna oędzią (5) pręta oęglooego (1), zanurzającą sie o ciekłym metalu, a dolną kraoędzią (6) klosza ochronnego (2), oynosi co najmniej 10 mm.

   tym, że pręt węglowt (1) i tym, że odstęp między dolną kra***

   Przedmiotem oynalazku jest elektroda do tltktiolityczntj rafinacji ciekłych meeali, zołaszcza do tltktrolityczntj rafinacji al^uminiim metodą trzech oarsto, składająca się z pręta oęgltotgt, który jest połączony z przeoodem dop^oadzającym prąd elektryczny i który jest otoczony kloszem ochronnym.

   Do tltktitlityczntj rafinacji ciekłych mertai, zołaszcza aluminium metodą trzech oarsto, jako katodę stosuje się zazo/czaj elektrody, które są utoczone z prętóo węglooyyh. Te pręty oęglooe są zanurzone od góry bezpośrednio o ciekłym metalu, który róonież stanoo! katodę. Anodę stanoo! dno oanny stosowtęej o tym procesie.

   Z pooodu ^sokiej temperatury elektrod i soobodnego dostępu teenu atmosferycznego pręt oęglooy, tuż nad powierzchnią ciekłego metalu, ulega sneemu ^paleniu. Przekrój poprzeczny pręta ^^cgl^oego może przy tym ulec tak znacznemu zimnejszeniu, że dolna jego część odłamuje się. Prooadzi to do znacznego zużycia oęgla, wynoszącego około 8% wagowych całkowitej ilości ^produ^^oanego mtć^].u. Obniżenie tego zużycia oęgla można uzyskać przez uni^coHoienie dostępu teenu atmosferycznego do obszaru pręta oęglootgo. Celooi temu służy oiele ztproptntotęyyh dotychczas rozoiązań. Jedno z tych rozoiązań polega na nasyceniu elektrod oęglooych, na przykład boraksem lub fosforanami. Zużycie «ęgla m^żna o tym przypadku obniżyć do 4%, ale oadą tego rozolązania jest to, że ciekły metal stanoolący katodę ulega zanieczyszczeniu środkiem nasycającym.

   Nanoszenie poołok lub obleo^ie elektrod oęgltoyyh aluminium, uzyskanym oe ocześniej prootdzonye procesie rafinacji, nie stanoo! dostatecznego zabezpieczenia przed Henem. Aluminium, przy danej temperaturze powierzchni zewnętrznej elektrod, może ulec stopieniu tak, że oęgiel oypala się pod oarstoą ochronną.

   158 233

   Inna, zaproponowana możliwość polega na bezpośrednim pokrywaniu elektrod węglowych grubą na kilka mm warstwą ceramiczną, natryskiwaną na przykład w strumieniu plazmy. Różne współczynnnki rozszerzalności cieplnej węgla i materiału ceramicznego powodują jednak w warunkach obciążenia termicznego uszkodzenie tej warstwy.

   Celem wynalazku jest opracowanie elektrody, której pręt węglowy będzie trwale zabezpieczony przed dostępem teenu tak, żeby zużycie węgla, związane z jego wypalaniem sie, zostało obniżone do wartości około 1%, przy czym do stanowiącego katodę ciekłego metalu nie powinny przenikać żadne zanieczyszczenia.

   Zgodnie z wynalazkiem, cel ten osiągnięto dzięki temu, że. klosz ochronny został wykonany z gazoszczelnego i odpornego na temperatury maaeriału i został on umieszczony w obwodowym odstępie od węglowego pręta. Klosz ochronny jest w danym przypadku utrzymywany w odległości od pręta węglowego za pomocą urządzenia wsporczego. Pręt węglowy i klosz ochronny są zanurzone w ciekyym meealu, stanowiącym katodę tak, że pręt węglowy jest całkowicie izolowany od otaczającego powietrza.

   Klosz ochronny musi być wykonany jako samonośny i nie może być nakładany na pręt węglowy, ponieważ w prze^wnym wypadku uległby on zniszczeniu wskutek różnych współczynników rozszerzalności cieplnej węgla i ceramiki. Odstęp miedzy zewnętrzną powierzchnią pręta węglowego i wewnętrzną powierzchnią klosza ochronnego winien wynosić co najmniej 1 mm. Przy odstępie mniejszym istnieje niebezpieczeństwo, że wskutek zjawiska włos^watości ciekły mtal bedzie się unosił w tej przestrzeni ku chłodniejszym górnym regionom. Może to prowadzić do uszkodzenia klosza ochronnego lub do ograniczenia mniliwćci jego powtórnego wykorzystania.

   Właściwym materiałem na klosz ochronny okazał się maaeriał ceramiczny, którego podstawowym składnikecH! jest Al-^O^ w ilości równej lub przekraczającej 99,7% jego ciężaru całkowitego i porowatości równej lub mnęejszęj od 5%. Maaeriał ten jest wystarczająco szczelny, żeby uniemnożówić dostęp teenu atmosferycznego. Wysoka czystość tego maaeriału gwarantuje jednocześnie, że do mt^l.u, stanowiącego katodę, nie przedostaną sie żadne zanieczyszczenia. teri^nki^^m uzyskania dobrej stabilności mechanńcznej podczas montażu i eksploatacji klosza ochronnego jest to, żeby grubość jego ścianek nie była mniejsza od 5 mm.

   Ponieważ temperatura topnienia AL₂O3 (korundu) , z którego wykonany jest klosz ochronny wynosi oltoło 2040°^ a temperatura topnienia alumięiιwι^, w którym jest zαnurzon^z klosz ochronny^, ^nosi oltoło 66⁰°C wiec tnwało^ść ^klosza o^ronne^ jest prawie nieograniczona. Klosz ochronny może być wykonany również z węgliku krzemu, z azotku glęlowęgl, z azotku boru i z azotku berylu oraz z ich wzajemnych konminaaci. Najkorzystniesszym jednak okazał się Al^O^.

   Klosz ochronny, pomimo stosunkowo dużej odporności na gwałtowne zmiany temperatury, musi być przed zanurzeniem w ciekyym metalu, nagrzany wstępnie dla uniknięcia jego uszkodzenia. Elektroda węglowa, odpowiadająca wynalazkowi, umoożiwia ekonomiczne podgrzewanie bezpośrednio w piecu elektrolizerskim. W tym wypadku klosz ochronny nie obejmuje całej powierzchni pręta węglowego lecz kończy się w określonej odległości od jego końca zanurzającego sie w ciekyym mt^).u. Odległość ta wynosi co najmniej 10 mm. Cała elektroda zostaje umieszczona w piecu ęlęktrolięerskim i jest najpierw wstępnie nagrzewana w ciągu 6 do 10 godzin ponad ciekłym metalem. Następnie dolna cześć pręta węglowego zostaje zanurzona w ciekyym mt^).u, przy czym klosz ochronny nie ma z nim jeszcze bezpośredniego kontaktu. W tym położeniu jest on nagrzewany dalej przez 6 do 10 godzin. elektroda zostaje opuszczona tak dalece, że w ciekłym metalu zanurza sie klosz ochronny. Maksymalny odstęp miedzy dolną krawędzią klosza a dolną krawędzią pręta węglowego jest ograniczony grubością warstwy ciekłego stanowiącego katodę. Odstęp ten, zasadniczo, nie powinien być większy od 30 mm.

   Wróżnionym ksztaleern pręta węglowego, jest kształt cylnudryczny. Może on być zastosowany efektywnie jako katoda w metodzie ęlęktrolizycznęj rafinacji ciekłego mti^).u,

   158 233 przy czym nadaje się zwłaszcza jako katoda do elektrolitycznej rafinacji aluminium metodą trzech warstw. W tym wypadku zużycie węgla, odniesione do ilości wyprodukowanego metalu, może być obniżone do około 1%. Dalszymi zaletami w/nalazku są - duża trwałość i możliwość wielokrotnego wykorzystania klosza ochronnego, jak również unikniecie zanieczyszczenia meealu, stanowiącego katodę.

   Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia elektrodę z prętem węglowym i z ceramicznym kloszem ochronnym w stanie zmontowanym, gotową do użytku.

   Pręt węglowy 1 ma kształt cylindryczny. Od strony doprowadzenia prądu znajduje sie miedziany łącznik gwintowany 7 wtopiony w pręt węglowy 1 za pośrednictwem grafitowej misy spajającej 8. Klosz ochronny 2 zbudowany jest z maaeriału ceramicznego, którego podstawowym składnikiem jest AljO-j w ilości równej lub przekraczającej 99,7% jego ciężaru całkowitego i całkowitej porowatości równej lub miiejszej od 5%. Klosz ochronny może być wykonany także z węgliku krzemu, azotku glńnowego, azotku boru, tlenku berylu i z ich wzajemnych koiminncji, ale najkorzystniejsyim jest AI^O^. Klosz 2 posiada kształt rury i jest usytuowany wokół pręta węglowego 1, współosiowo z nim. Nc jednym końcu posiada on promieniowy, skierowany ku środkowi, kołnierz 9. Mocowanie klosza ochronnego 2 następuje przez połączenie gwintowe kołnierza 9 i miedzianego łącznika gwintowanego 7 nakrętką 10.

   Połączenie jest uszczelnione poprzez podkładki naciskowe 11,12 odpornymi termicznie pierścieniami uszczelniającymi 13,14 i 15 oraz masą uszczelniającą 16. Odstęp miedzy powierzchnią 3 pręta węglowego i weiwintrzną powierzchnią 4 klosza ochronnego 2 wynosi od 1 do 5 mm. Po stronie zanurzającej sie w ciekłym metalu, pręt węglowy 1 wystaje z klosza ochronnego 2. Odległość miedzy dolną krawędzią 5 elektrody a dolną krawędzią 6 klosza ochronnego wynosi 30 mm.