WO2014091023A1 - Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum - Google Patents

Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum Download PDF

Info

Publication number
WO2014091023A1
WO2014091023A1 PCT/EP2013/076624 EP2013076624W WO2014091023A1 WO 2014091023 A1 WO2014091023 A1 WO 2014091023A1 EP 2013076624 W EP2013076624 W EP 2013076624W WO 2014091023 A1 WO2014091023 A1 WO 2014091023A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
layers
thermal conductivity
cathode
side stone
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/076624
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Hiltmann
Janusz Tomala
Ghazanfar Abbas
Thomas Frommelt
Rainer Schmitt
Markus Pfeffer
Original Assignee
Sgl Carbon Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102013214322.2A external-priority patent/DE102013214322A1/en
Application filed by Sgl Carbon Se filed Critical Sgl Carbon Se
Priority to JP2015547058A priority Critical patent/JP6457397B2/en
Priority to CA2893476A priority patent/CA2893476C/en
Priority to EP13807987.6A priority patent/EP2931945A1/en
Priority to RU2015127998A priority patent/RU2668615C2/en
Priority to UAA201506891A priority patent/UA118098C2/en
Priority to CN201380065564.7A priority patent/CN104854264B/en
Publication of WO2014091023A1 publication Critical patent/WO2014091023A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522Graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/085Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16Electric current supply devices, e.g. bus bars
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422Carbon
    • C04B2235/425Graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a side brick for a wall in an electrolysis cell, in particular for the production of aluminum, a method for producing such a side brick and a use of such a side brick and an electrolytic cell with such a side brick.
  • Electrolysis cells are used for the electrolytic production of aluminum, which is usually carried out industrially by the Hall-Heroult process.
  • a melt composed of alumina and cryolite, preferably about 15 to 20% alumina and about 85 to 80% cryolite, is electrolyzed.
  • the cryolite, Na 3 [AIF 6 ] serves to lower the melting point from 2,045 ° C. for pure alumina to about 960 ° C. for a mixture containing cryolite, alumina and additives such as aluminum fluoride and calcium fluoride, so that the Molten electrolysis can be carried out at a reduced temperature of about 960 ° C.
  • the electrolytic cell used in this method has a bottom which is composed of a plurality of, for example, 24, adjacent to one another, the cathode forming cathode blocks. Between the adjacent cathode blocks, a joint is formed in each case.
  • the arrangement of the cathode block and possibly filled gap is generally referred to as the cathode bottom.
  • the cathode bottom is surrounded by a wall formed of several side bricks, which forms, together with the cathode bottom, an inner tub which receives the aluminum layer and the melt layer and which is surrounded by an outer steel tub.
  • the joints or interstices between adjacent cathode blocks and between the cathode blocks and the side stones are usually made of ramming mass Carbon and / or carbon containing material, such as anthracite or graphite, and a binder, such as coal tar pitch, filled. This serves to seal against molten constituents and to compensate for mechanical stresses which occur, for example, due to the expansion of the cathode block during the heating during the commissioning of the electrolysis cell.
  • the cathode blocks are usually composed of a unitary carbonaceous material and the sidestones of a unitary carbon or silicon carbide containing material.
  • grooves are provided on the lower sides of the cathode blocks, in each of which at least one bus bar is arranged, through which the current supplied via the anodes is removed from the electrolysis cell.
  • a lining of a refractory material which thermally insulates the bottom of the steel trough from the cathode bottom.
  • anode formed of individual anode blocks wherein between the anode and the surface of the aluminum, the melt containing alumina and cryolite is located.
  • the aluminum formed is deposited below the melt layer due to its greater density compared to that of the melt, ie as an intermediate layer between the upper side of the cathode blocks and the melt layer.
  • the aluminum oxide dissolved in the cryolite melt is split by the flow of electrical current into aluminum and oxygen.
  • the layer of molten aluminum is the actual cathode because aluminum ions are reduced to elemental aluminum on its surface.
  • cathode will not be used hereinafter to refer to the cathode from an electrochemical point of view, ie the layer of molten aluminum understood, but the cathode bottom forming, composed of one or more cathode blocks component.
  • Modern electrolysis cells are operated at high electrolysis currents of, for example, up to 600 kA to ensure high productivity of the electrolysis cell. These high currents lead to increased heat generation during the electrolysis process.
  • the thermal conditions are achieved, optimally in terms of stability and efficiency of the electrolysis and in terms of the life of the electrolytic cell are, for example, the energy efficiency of the electrolysis is reduced by excessive thermal energy losses in areas of high heat generation of the electrolysis cell.
  • the unfavorable thermal conditions in the electrolysis cell affect the reliability and economy of the electrolysis operation and the service life of the electrolysis cell.
  • the removal of surplus heat produced in the electrolysis cell ie heat not required for the maintenance of the melting process
  • the refractory lining arranged between the cathode bottom and the steel tub which usually consists of refractory bricks or plates, which are inserted in the steel tub and stacked on each other in the area of the bottom of the steel tub.
  • the heat release over the relatively thin formed lateral wall of the formed by the cathode bottom and the side stones inner tub plays an essential role.
  • the heat flows in this lateral wall are particularly relevant for the thermal conditions in the electrolytic cell, since the lateral wall is usually It may be in contact with various constituents and media in the electrolysis cell, ie in particular with the layer of liquid aluminum, the liquid melt layer arranged thereon, a layer of solidified melt or crust above the liquid melt layer and the gaseous atmosphere developing during the electrolysis cell with the various elements contained within.
  • the gap between such a sidewall and a cathode block is usually filled with ramming mass of carbon and / or carbonaceous material such as anthracite or graphite, and a binder such as coal tar.
  • This joint is often manually or semi-automatically tamped, whereby stamping errors can occur, which can lead to damage to the joint or, in the worst case, even to premature failure of the entire electrolysis cell. This damage often only occurs during commissioning or during operation of the electrolysis cell.
  • the risk of the occurrence of the injury is the larger the wider or thicker the corresponding joint is.
  • a wider or thicker joint also means a higher workload and a higher burden on the environment and the staff responsible for the electrolysis cell, as are harmful substances in conventional ramming masses.
  • composite side brick Such a construction comprising a side brick and a sloping layer is hereinafter referred to as "composite side brick.”
  • a composite side brick in which the silicon nitride bonded silicon carbide is bonded to the inclined layer is already used in modern electrolysis cells.
  • the application of the adhesive material requires an additional work step
  • the side stones of such a composite side stone consist of a uniform material and thus allow no differentiation with respect to the thermal conductivity in the side stone itself.
  • the adhesive joint can have an influence on the heat flow in the electrolysis cell. Since the glue joint itself is very thin, irregularities in the cause the corresponding local heat flow.
  • Carbonation of the adhesive matrix as during cell start-up may result in a reduction in its adhesion, which may weaken the bond between the oblique prebaked carbon or graphite layer and the vertical sidestring. If there is a failure of this connection, that is, that the above inclined layer and the vertical side stone are no longer connected to each other, the heat flow is degraded in an undefined manner and the necessary heat dissipation can not be sufficiently ensured. This can lead to overheating of the electrolysis cell, and in the worst case to their premature failure, ie the lifetime or life of the electrolysis cell is reduced.
  • the use of adhesive material can also take place between the individual side stones, which form the side wall, in the form of a thin adhesive layer.
  • DE3506200 discloses sidestones for the wall of an electrolytic cell which are a layered composite comprising an inner layer of a carbonaceous material and an outer layer of a hard ceramic material, these two layers being intimately interconnected. This allows a virtually unhindered heat flow from the inside to the outside. However, the resistance to wear, especially abrasive and / or corrosive wear is not sufficient when using such side stones. With the known electrolysis cells, therefore, no optimal process conditions can be achieved, in particular during operation with high electrolysis currents, whereby the achievable stability and economic efficiency of the electrolysis process are limited and the service life of the electrolysis cell is impaired.
  • the present invention provides a side brick for the wall of an electrolytic cell, which ensures optimal process conditions and a correspondingly high efficiency and stability during the electrolysis operation and a long service life of the electrolysis cell when used in the electrolytic cell.
  • the sostein should adjust the heat output through the side wall of the electrolysis cell such that prevail during the electrolysis optimal thermal conditions in the electrolytic cell and thermal losses during operation, caused by an unfavorable heat and temperature distribution, are largely avoided.
  • the operating temperature of the cell during electrolysis is between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C.
  • this side brick should have increased resistance to abrasive and / or corrosive wear, in particular to abrasive wear.
  • This side brick should also be able to be produced, for example, without the use of adhesive (s).
  • this side brick if it is designed as a composites side brick, also allow that the ramming mass between the side wall and the cathode block can be omitted partially or completely.
  • a side brick for a wall in an electrolytic cell in particular for the production of aluminum, which is a laminated body and a layer having a lower thermal conductivity and a layer having a higher thermal conductivity, wherein the difference between lower and higher thermal conductivity at least 5 W / nrrK, measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C, and wherein at least one of the layers with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non- oxide material is doped.
  • This laminate can be made without the use of adhesive (s), as explained later.
  • the design of the side stone may also indicate the use of adhesive (s) between see the individual side stones, which form the side wall, are omitted. Due to the shape of this composite body can - as also stated later - be dispensed with partially or completely on the ramming mass to fill the gap between side brick and cathode block.
  • side stone when used, this term may also encompass the above-mentioned composite side stones As described below, a composite side stone has a special shape.
  • the terms “lower” and “higher” thermal conductivity mean that the respective layer which has this thermal conductivity has a “lower” or “higher” thermal conductivity compared to the respective other layer.
  • the one layer consists of a material with a lower thermal conductivity and the other layer of a material with a higher thermal conductivity, wherein the two materials are different from each other.
  • the laminated body comprises more than two layers, all the layers may have mutually different thermal conductivities, or at least two layers may have the same thermal conductivity and / or at least two groups of layers may be provided which each have the same thermal conductivity.
  • the thermal conductivities of the layers differ in at least one direction of the side stone, which is preferably a direction that is in particular perpendicular to the side wall formed by the side stones.
  • the difference between lower and higher thermal conductivity - measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - can be between 5 W / nrrK and 80 W / nrrK, preferably between 5 and 70 W / nrrK, more preferably between 8 W / nrrK and 60 W / nrrK, and most preferably between 10 W / nrrK and 50 W / nrrK.
  • the heat conduction and Abgäbe over the side stones and the course of the isotherms in the side wall can be adjusted specifically. Since the side stones are in some areas directly in contact with the layer of liquid aluminum and the melt layer in which the electrolysis takes place, thereby the local, for the stability and efficiency of the electrolysis particularly important temperature conditions can be influenced directly and with high efficiency, so that for the operation of the electrolysis cell optimal thermal conditions can be guaranteed. For example, different thermal conductivities can be provided in the areas of the side stone that are used of the side stone in the electrolysis cell come into contact with the various media of the electrolysis cell.
  • the side stones according to the invention which also comprise composite side stones, can preferably be built into an electrolytic cell in a conventional manner, which corresponds to known side stones with homogeneous thermal conductivity, in each case with respect to a defined spatial direction, and used there for lining the lateral wall of the steel trough.
  • the lateral wall of the electrolytic cell in particular in a known manner, can be made relatively thin.
  • the side stones can be produced with little effort and with excellent mechanical stability and in particular very good cohesion between the various layers by the side bricks are burned in one piece from a single coherent green body in which different, the layers to be produced corresponding green mixtures are contained, the Base body can correspond to a single side brick or several side stones can be separated from the fired body.
  • the desired polygonal shape can be worked out, for example, from such a fired green body over the entire length of the green body at first before then individual composite sidestones are cut off like a disk. The preferred polygonal forms will be discussed later.
  • grouting, elevations, recesses and roughening can be added to a composite side stone.
  • the side stone formed as a layered body refers to layers having different thermal conductivity, in particular each having a thermal conductivity that differs from the thermal conductivity of at least one other layer of the side stone by 5 W / nrrK or more - measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - differs.
  • the particular two layers can follow one another in a predetermined direction, which may correspond to a relevant for the thermal conditions in the electrolysis cell heat flow direction and may be given for example by the thickness direction of the side stone.
  • the total heat flow through the side stone in this direction can be regulated in such a way that a desired isothermal course in the side stone is ensured.
  • the layers can also follow one another eg in the height direction of the side stone which does not comprise composite side stone, wherein in particular the height regions of the side stone covered by the different layers when used in an electrolysis cell with different media of the electric lysezelle - such as liquid aluminum, liquid or solidified
  • the heat dissipation can be adapted to the heat generation taking place in the respective medium and the respective desired thermal conditions and additionally to the chemical requirements of the individual media.
  • the side brick has exactly two layers with different thermal conductivity.
  • Such a layer structure also has a high stability and can be produced with little effort and high reliability and reproducibility.
  • the number of different layers of the side stone is not limited to exactly two.
  • the side brick may also comprise a higher number of layers, for example at least three, four, five, six or more different layers.
  • the side brick comprises two to four layers, more preferably two to three layers, most preferably two layers.
  • this composite sidestone may also have a higher number of layers, for example at least three , four, five, six or more different layers.
  • the composite side brick comprises two to four layers, more preferably two to three layers, most preferably two layers.
  • the layers can follow one another in a predetermined direction, which in particular can correspond to a thickness or height direction of the side stone, so that a variation of the thermal conductivity of the side stone in the thickness direction or the height direction of the side stone is achieved.
  • the side stone may also have successive layers in different directions, so that a variation of the thermal conductivity of the side stone in different directions is achieved.
  • a plurality of layers of side stone following one another in a first direction may form a first layer sequence and a plurality of other layers following one another in the first direction form a second layer sequence, wherein the two layer sequences preferably in a second direction different from the first direction and in particular perpendicular to the first direction Following each other, which would be like a checkerboard pattern.
  • the laminated body has an alternating sequence of a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity. This alternating sequence can take place in a predetermined direction, which corresponds in particular to the thickness or height direction.
  • an alternating sequence of a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity in a first direction may also be that an alternating sequence of a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity in a first direction, and an alternating sequence in a direction different from the first direction, in particular to the first direction perpendicular second direction.
  • a particularly favorable heat conduction behavior is achieved when an outer layer of the laminated body represents a layer with a lower thermal conductivity and the other outer layer is a layer with a higher thermal conductivity. This effectively and directly adjusts the heat absorption, distribution and discharge across the outer surfaces of the side stone formed by the outer layers of the side stone.
  • the outer layer of the laminated body, which in contact with the liquid Aluminum and / or the liquid melt layer is a layer having a lower thermal conductivity
  • the other outer layer of the laminated body, which is in contact with the cathode bottom and / or the tub is a layer having a higher thermal conductivity.
  • the direction in which the thermal conductivities differ is the direction which is perpendicular to the sidewall formed by the sidestones.
  • the layers and / or the side stone may have any suitable shape. It should be understood that the shape is critically dependent on the intended use of the side stone, i. the adaptation of the thermal conditions in an electrolytic cell in their operation alone or the combination of this adjustment with the partial or complete replacement of the ramming mass between the cathode block and side stone.
  • a particularly advantageous embodiment with regard to the heat conduction behavior and the manufacturability of the side stone is that the layers of the side stone have a block shape, in particular a cuboid shape, and are connected to one another via contact surfaces, in particular their base surfaces or via their side surfaces.
  • Such layers can be produced particularly easily and allow the targeted adaptation and variation of the thermal conductivity along the main directions of a preferably block-shaped, in particular cuboid, side stone.
  • the side brick is block-shaped, in particular cuboid.
  • the thickness direction of one or more layers of the side stone may in each case coincide with the thickness direction of the side stone, so that the orientation of the layers is matched to the orientation of the side stone and the corresponding main heat conduction directions in the side stone.
  • Layers interconnected by their bases can accordingly follow one another in the thickness direction of the side stone and over their side surfaces interconnected layers can follow one another in the height direction of the side stone.
  • a block is understood to mean a body having six rectangular surfaces, eight rectangular corners and twelve edges, each of which has at least four equal lengths and are parallel to one another. If the block represents a cuboid, four edges are the same length and parallel to each other. But it is also possible that eight of the twelve edges are the same length, in each case four edges are parallel to each other or all edges are the same length, with each four edges are parallel to each other here.
  • an advantageous embodiment of the side brick is that at least one layer of the side brick has a block shape, in particular a cuboid shape, and at least one layer of the side brick has a polygonal shape.
  • These layers are connected to each other via contact surfaces, in particular their base surfaces; the base of the layer having a block shape hereby has either a partial or complete contact with the base of the layer having a polygonal shape.
  • the base of the layer having a block shape hereby has either a partial or complete contact with the base of the layer having a polygonal shape.
  • At a complete contact of the bases both layers have the same height; lies a partial one
  • the layer having a polygonal shape Before contact, the layer having a polygonal shape has a height which is 30% to less than 100%, preferably 40% to 80%, more preferably 50% to 75%, of the height of the layer having a block shape.
  • Such layers can also be produced very easily and allow on the one hand a targeted adaptation and variation of the thermal conductivity along the main directions of the side stone, on the other hand is made possible with such a side stone, the partial or complete replacement of the ramming mass between side brick and cathode block.
  • At least one layer of the composite sidestone has a polygonal shape.
  • a polygon is understood to mean a polygon which may preferably contain three to six corners, particularly preferably three to five corners.
  • a polygon with four corners for example, a rectangle, square or trapezoid understood. These polygons may be in regular or irregular form.
  • a regular polygon is understood to be a polygon in which all sides have the same length and all internal angles are the same size.
  • the composite side stones can be adapted to the desired electrolysis cell design; For example, more space for anodes can be created by the corresponding design of a composite side stone, ie the design of a layer in polygonal shape. Larger anode surfaces allow higher current and thus higher productivity.
  • the shape of the composite side stone can be adapted to the shape of the original circumferential ramming gap joint.
  • these polygons can be present with normal and / or rounded corners.
  • a normal corner is the point at which two sides of the corresponding polygon meet.
  • a rounded corner is understood as meaning a corner which has a concave curvature running inwards without an angular change in this curved area.
  • Rounded corners have the advantage, compared to sharp corners, that a more even distribution of forces occurs at the rounded corners. This more uniform distribution of forces causes a reduction in the stresses occurring, and thus a reduced formation of cracks and / or defects at these points of the composite side stone.
  • the polygon contains only normal corners, or one corner of the polygon is rounded, and the other corners represent normal corners.
  • the thickness direction of one or more layers of the composite side stone can in each case coincide with the thickness direction of the side stone, so that the Orientation of the layers to the alignment of the side stone and the corresponding main heat conduction directions in the side stone is adjusted.
  • the layers connected to one another via their base surfaces can accordingly follow one another in the thickness direction of the composite side stone.
  • the side brick including the composite side stone, may in principle have a flat design with a relatively small thickness and in particular a significantly greater height and width, wherein the side stone may have a greater height than width.
  • the thickness of the side stone may, for example, be between 50 and 700 mm when the layers are joined together over their bases, and depends on the type of use. If the side stone is used only to adapt the thermal conditions in an electrolysis cell, the thickness is preferably between 60 and 250 mm, more preferably between 80 and 150 mm, very particularly preferably between 90 and 110 mm. If, on the other hand, a composite sidestone is used in the electrolysis cell, the thickness is preferably between 150 and 600 mm, particularly preferably between 200 and 350 mm, very particularly preferably between 225 and 300 mm.
  • the ratio of the thicknesses of, in particular, two layers may be for example at most 1: 3, preferably at most 1: 2 and particularly preferably 1: 1.
  • the width of the side stone can be arbitrarily adapted to the length of the side wall of the electrolysis cell, that is, it can occupy either the entire length of this side wall or it is only a part of the length of the side wall.
  • the length of a side wall may be, for example, either 3500 mm to 4000 mm or 10000 to 15000 mm. If the length of the side wall is 10,000 to 15,000 mm, the width of the side stone may be that length or the side wall may be covered with, for example, 2 to 3 side stones having a length of 5,000 mm.
  • the width of the side stone occupies the entire length of the side wall of the electrolysis cell, on the one hand can be dispensed with such a side stone on the adhesive material may be used for the joints between the individual side bricks, on the other hand requires the simpler installation of this side stone time savings.
  • the width of the side stone according to the invention is only a part of the length of the side wall, then at least two side stones according to the invention are used.
  • the width of the side stone according to the invention occupies only a part of the length of the side wall, it may be between 300 and 600 mm, preferably between 400 and 600 mm, particularly preferably between 450 and 550 mm.
  • the height of the side stone, including the composite side stone may for example be between 500 and 900 mm, preferably between 600 and 800 mm, particularly preferably between 600 and 750 mm.
  • the length of the layer is here taken as a block having a block shape.
  • the side brick which does not comprise a composite side brick, comprises two layers which are successive in the thickness direction of the side brick, in particular partially or completely interconnected over their base surface, each of 30% -70%, preferably 50%, of the thickness of the Cover the side stone and thus cover the entire thickness of the side stone.
  • the percentages of the individual layer thicknesses - also below - always together make up 100%.
  • One layer can extend over the entire height of the side stone.
  • the side brick, which does not comprise a composite side brick two successive in the height direction of the side stone, in particular connected over their side surfaces layers each covering 30% - 70%, preferably 50%, the height of the side stone and thus the entire height of Cover the side stone.
  • a layer may extend over the entire thickness of the side stone.
  • one or more and in particular all layers of the side brick which represents no composite Sstein, each having a thickness of 25 to 125 mm, preferably 30 to 100 mm, more preferably 40 to 75 mm and most preferably 45 to 55 mm up.
  • the side brick has two layers which are connected to one another via their base surfaces and follow one another in the thickness direction and in particular make up 30-70%, preferably 50%, of the thickness of the side stone.
  • the layers can each extend over the entire height of the side stone.
  • one or more and in particular all layers of the side stone, which does not comprise a composite side stone, when these layers are interconnected via their side surfaces and follow one another in the height direction have a height of 150 to 450 mm, preferably 200 to 400 mm, more preferably from 250 to 350 mm, and most preferably from 280 to 320 mm.
  • this side brick has two layers which are connected to one another via their side surfaces and follow one another in the vertical direction and in each case extend in particular over 30% -70%, preferably 50%, of the height of the side stone.
  • the layers can each extend over the entire thickness of the side stone.
  • the ratio of the heights of, in particular, two layers can be, for example, at most 1: 3, preferably at most 1: 2 and particularly preferably 1: 1.
  • this side brick has two layers which follow one another in the thickness direction of the side brick, in particular partially or completely interconnected over their base surface, each covering 30% -70%, preferably 50%, of the thickness of the side brick and thus cover the entire thickness of the side stone. It should be understood that the percentages of the individual layer thicknesses - also below - always together make up 100%.
  • a layer may extend partially or completely over the entire height of the side stone.
  • the layer having a polygonal shape either extends completely over the entire height of the layer having a parallelepiped shape or extends from 30% to less than 100%, preferably from 40% to 80%, particularly preferably 50% to 75%, above the height of the layer having a cuboid shape.
  • one or more - and in particular all - layers of the composite side stone each have a thickness of 75 to 250 mm, preferably 100 to 175 mm, and particularly preferably 1 10 to 150 mm.
  • the layers each extend over the entire height of the composite side stone; if, on the other hand, there is partial contact of the bases, then the layer having a polygonal shape extends from 30% to below 100%, preferably from 40 to 80%, particularly preferably from 50% to 75%, over the height of the layer having a cuboid shape ,
  • one or more rectangular layers, and in particular all parallelepiped layers of the composite side stone have a height of 500 to 900 mm, preferably of 650 to 850 mm, particularly preferably of 700 to 800 mm and one or more, and in particular All polygonal layers have a height of 150 to less than 900 mm, preferably from 200 to 720 mm, most preferably from 250 to 675 mm.
  • the side brick can be in contact with various constituents or media of the electrolysis cell over its height, in particular with the layer of liquid aluminum, the melt layer, possibly a crust of solidified melt arranged on the melt layer and with a developing one during operation of the electrolysis cell gaseous atmosphere with the various substances contained therein.
  • the side stone may be in communication with the cathode bottom and / or a ramming mass, which is used to establish a tight connection between the cathode bottom and the
  • the side stone may, as described above, have several successive layers with different thermal conductivities in its height direction, and preferably those height regions of the side stone in which the side stone comes into contact with different media are formed by different layers of the side stone.
  • the heat absorption and dissipation via the side stone is adapted to the respective thermal conditions and requirements in the different media.
  • the side stones are less stressed overall, which leads to greater wear resistance.
  • the side brick may have several layers in the thickness direction of the side stone with different heat conductivities.
  • the heat conduction of the side stone in a heat Flow direction can be varied, which is perpendicular to the side of the side stone limiting the inside of the tub.
  • a preferred embodiment for the use of side stone in an electrolytic cell in thermal, mechanical and chemical stability of the side stone is that at least one layer, preferably all layers, of a material selected from the group consisting of carbon, graphitic carbon, graphitized carbon or silicon carbide or any mixtures thereof or containing such material. These materials are particularly suitable for withstanding the conditions encountered in the use of the side stone in an electrolytic cell and the resulting contact of the side brick with the layer of liquid aluminum and the melt layer. Furthermore, the choice of suitable material compositions makes it possible to adapt the heat conductivity of the side brick in a favorable range of values.
  • the thermal conductivity of one or more and in particular all layers of the side stone can - measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - for example between 4 and 120 W / nrrK, in particular between 4 and 100 W / nrrK, preferably between 5 and 80 W / nrrK, more preferably between 8 and 50 W / nrrK be.
  • a particularly high wear resistance of the side stone and thus a particularly long service life of an electrolysis cell equipped with the side stone is achieved if the carbon is anthracite, preferably electrically calcined anthracite, and the silicon carbide is silicon nitride bonded silicon carbide.
  • the production of the side stone comprises a pitch impregnation step followed by carbonization.
  • the whole side stone or at least one layer of the side stone can be subjected to impregnation as described above.
  • At least one of the layers may comprise silicon (powder), an oxide ceramic material, such as, for example, aluminum oxide or titanium dioxide, or a non-oxidic ceramic material, which preferably comprises at least one metal from groups 4 to 6 and at least one element the 13th or 14th group of the Periodic Table of the Elements is composed of doped.
  • Doping is here understood to mean the addition into the green mixture, the individual proportion of one or more dopants in the green mixture being 3 to 15% by weight, preferably 5 to 10% by weight. Preference is given to powdery particles having a diameter of less than 200 ⁇ , more preferably used under 63 ⁇ .
  • non-oxide materials are, in particular, metal carbides, borides, metal nitrides and metal carbonitrides with a metal of the 4th to 6th group, such as titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten, preferably titanium is used. It is also possible, any mixtures of oxidic ceramic materials, any mixtures of non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxidic ceramic materials and non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxidic ceramic materials and silicon (powder), any mixtures of non -oxidic ceramic materials and silicon (powder) or any mixtures of oxidic ceramic materials, non-oxidic ceramic materials and (silicon) powder to use.
  • metal carbides, borides, metal nitrides and metal carbonitrides with a metal of the 4th to 6th group such as titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten, preferably titanium is
  • titanium diboride or titanium carbide may be mentioned. If silicon (powder) is used, it converts to silicon carbide during the firing process. It is also possible to use a precursor for the production of silicon nitride-bonded silicon carbide using a mixture of silicon carbide and silicon powder. Here, the combustion process must be carried out under controlled nitrogen content of the fuel gas at up to 1400 ° C, in order to convert the silicon to the actual binder gas. phase to ensure silicon nitride. In general, the heat treatment is carried out by firing as in conventional ceramic materials, ie the firing temperature is adapted to the ceramic material used. It may therefore be that in the production of the composite, the different requirements for the combustion processes of the individual materials used, must be considered.
  • this layer is the layer which, during operation, makes contact with the surrounding steel trough and is thus exposed to an increased risk of oxidative wear.
  • the side stone is made monolithic, so that the layers of the side stone are integrally and materially connected to each other. Such a compound is distinguished from a glued or mechanical connection by increased stability.
  • the side stone can form a composite of the individual layers. This results in a thermally, mechanically and chemically very high resistance of the side stone and thus a particularly long service life of an equipped with the side stone electrolytic cell.
  • the side stone may be obtained in one piece from a green block, which may accordingly contain a plurality of different green mixtures forming the starting materials for the different layers of the side stone of the various layers of the finished side stone.
  • the side stone may be obtainable by firing the green block, wherein in particular carbonization and / or graphitization of the green material of the green block may take place.
  • the thermal conductivity of the side stone at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C according to DIN 51936 can be measured.
  • a pulsed laser is used in measurements that exceed temperatures above 400 ° C.
  • the side brick may have at least substantially homogeneous thermal conductivity.
  • a transition region may be formed in which the thermal conductivity, for example at least substantially continuously, decreases from the higher to the lower value.
  • Such a transition region which can be made relatively small compared to the total extent of the layers, can be regarded as part of the two layers.
  • the invention further provides a process for the preparation of a side stone according to the invention as described herein which comprises the steps:
  • step b) firing the green block according to step b) at a temperature of 800 to 1400 ° C, preferably 1000 to 1300 ° C.
  • Forming the green block according to step b) may include that the green
  • the production of the layer structure can be accomplished in a simple manner such that the layers of the green mixtures follow one another in an opening direction of the mold.
  • the layers can be introduced into the mold in such a way that they are oriented substantially horizontally, preferably horizontally, and preferably follow one another in the vertical direction.
  • Forming the green block according to step b) may further include vibratory shaping and / or block pressing of the green material. This can be done with or without vacuum.
  • existing voids within the material can be completely or partially eliminated, so that everywhere a desired bulk density is uniformly achieved.
  • a particularly high homogeneity in terms of bulk density can be achieved if the formation of the green block comprises pressurizing or compressing the green material in order to compact the material.
  • At least one green mixture may contain a material selected from the group consisting of a carbonaceous material, such as carbon black. Anthracite, a graphitic or graphitizable material, e.g. synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials. Further, a particular carbonaceous binder such as binder pitch may be included in the mixture.
  • a carbonaceous material such as carbon black.
  • Anthracite a graphitic or graphitizable material, e.g. synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials.
  • a particular carbonaceous binder such as binder pitch may be included in the mixture.
  • the targeted composition of the material of the individual layers of the green block makes it possible to set the thermal conductivity of the various layers of the resulting side brick in a targeted manner.
  • a green mixture comprises a carbonaceous material
  • graphitization of the material can take place as a further step d).
  • the carbonized or green shaped body to temperatures of more than 2000 ° C and preferably more than 2200 ° C are heated.
  • a further step e) may be provided after step c) of firing and / or after a possibly provided step d) of graphitizing, which comprises impregnating the fired green block and optionally graphitized green block Bad luck covers.
  • the method described above first produces a base body with a plurality of layers, from which several side stones having the desired dimensions are cut out in a step following the method steps described above, in particular by a cutting operation.
  • This also applies to the production of a composite stone.
  • Another object of the invention is a side stone, which is obtainable by the method described herein.
  • the side stone When used in an electrolysis cell, the side stone causes an optimization of the thermal conditions in the electrolysis cell during the electrolysis operation and also has a high mechanical stability and a very strong cohesion between the various layers of the side stone.
  • the side stone can be dispensed with the adhesive material between the side stones. If a composite side stone is used, it is also possible to dispense, in part or in full, with the ramming mass between the side brick and the cathode block.
  • the use of the side stone according to the present invention for lining the side walls in an electrolytic cell constitutes a further independent subject matter of the present invention.
  • both at least one side stone, which is used to adapt the thermal is used, is combined with at least one Kompositrichstein.
  • the number of side stones or composite side stones used here can be adjusted as needed.
  • Another object of the invention is an electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, which comprises a cathode, an anode and a wall, wherein at least a portion of the wall is formed by a side stone according to the present invention.
  • This side stone can also be a composite side stone as described.
  • the at least one side brick preferably forms a lateral wall of a well the layer of liquid aluminum and the melt layer are included.
  • the side brick can thereby line a lateral wall of an outer steel tub of the electrolysis cell, which surrounds the inner tub formed by the side brick.
  • the cathode In addition to the previously described side stones or composite side stones according to the invention and the refractory lining, which is located between the cathode and the steel trough, the cathode also has an influence on the thermal management in the electrolysis cell. If too much heat is removed from the electrolysis cell, the cryolite solidifies in the melt in excess and may extend to the cathode surface. As a consequence, the cathodic current flow is disturbed, resulting in an inhomogeneous current distribution along the cathode. denober Design, and thus leads to an increased electrical resistance and thus to reduced energy efficiency of the electrolytic cell.
  • the thermal management from the cathode to the underlying refractory lining can be adjusted well, whereas the thermal management from the cathode to the sidewalls is much more difficult to adjust.
  • the cathode blocks that form the cathode are made of a uniform material, ie, these homogeneous cathode blocks have the same thermal conductivity, so that these cathode blocks are poorly or not at all able to support optimal thermal management in the electrolysis cell. This is especially true for the setting of thermal management from the cathode to the sidewalls.
  • WO 02/064860 describes cathode blocks which, viewed in the direction of the cathode longitudinal side, have different layers which have different electrical resistances, i.
  • different materials having different specific electrical resistances
  • the flow of current through the cell should be approximated to the ideal current flow even without expensive guidance of power rails.
  • Cathode blocks having different layers toward the cathode longitudinal side due to the use of different materials also have different thermal conductivities within the cathode block.
  • Such cathode blocks can also be advantageously used to reduce the heat losses caused by the cathode, in particular in the direction of the cathode longitudinal side, ie towards the side walls.
  • the course of the heat flow can also be controlled in the individual cathode blocks, and thus the cathode as a whole.
  • the respective cathode block comprises in the direction of the cathode longitudinal axis. at least three layers, preferably three layers to seven layers, more preferably three layers to five layers, most preferably three layers.
  • the cathode block may comprise at least two layers which have the same thermal conductivity, ie which consist of the same material. This may be the two outer or marginal layers of the cathode block.
  • a cathode block which has, for example, three layers.
  • the two outer layers ie the two layers, which are in direct thermal contact with the side wall of the electrolytic cell or via the ramming mass, represent layers with a lower thermal conductivity, whereas the third, middle layer is present as a layer with a higher thermal conductivity. If, on the other hand, a higher heat output from the electrolysis cell is desired, then in a cathode block there are three layers, the two outer layers, those having a higher thermal conductivity compared to the third, middle layer.
  • the length of a cathode block is normally 2,500 - 3,500 mm.
  • the length of a single layer mentioned above - viewed in the cathode longitudinal direction - depends on the desired heat flow in the cathode block and can be selected as a function of this heat flow. Furthermore, this length of a single layer depends on the number of layers in the cathode block. For example, if there are seven layers, a single layer will have a length of 300-600 mm. If only three layers are used, the outer or marginal layers are 400 to 600 mm long and the inner layer has a length of 1700 to 2300 mm. Regardless of the number of layers, the outer or marginal layers of the cathode block have a length of 400 to 600 mm, preferably 500 mm.
  • the individual layers of said cathode blocks are composed of carbon, i. made of a material containing carbon.
  • the cathode block is composed of a material which is at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, very particularly preferably at least 95 wt .-% and most preferably at least 99 wt .-% carbon.
  • Said carbon may be selected from the group consisting of amorphous carbons, graphitic carbons, graphitized carbons and any mixtures of two or more of the aforementioned carbons.
  • Particularly suitable materials for the green mixtures in the production of cathode blocks are all green materials which can be fired to one of the preferred materials mentioned above with respect to the finished cathode block.
  • at least one green mixture may contain a material selected from the group consisting of a carbonaceous material, such as carbon black. Anthracite, a graphitic or graphitizable material, e.g. synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials.
  • a particular carbonaceous binder such as binder pitch may be included in the mixture.
  • the targeted composition of the material of the individual layers of the green block allows the heat conductivity of the various layers of the resulting cathode block to be adjusted in a targeted manner.
  • the shape of the layers in a cathode block may be different. In addition to layers which occupy the complete height H of the cathode block, there may also be layers which occupy only a part of this height H, as shown by way of example in FIGS. 10 and 11.
  • This shaping of the layers can be done depending on the desired heat flow in the cathode block, i. With this shaping, in addition to the selection of the materials of the layers, and thus the thermal conductivity values, this heat flow can be controlled in a targeted manner.
  • FIG. 1 shows an electrolytic cell according to an embodiment of the invention in a sectional perspective view.
  • FIG. 2 shows a side brick according to an embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 3 shows a side brick according to a further embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows a base body, from which several side stones according to a
  • Embodiment of the invention are separable, in perspective view
  • Fig. 5 shows a further basic body, from which a plurality of side stones are detachable according to an embodiment of the invention, in perspective view.
  • 6 shows various embodiments of a composite side stone, in cross section;
  • FIG. 7 shows a basic body from which a plurality of composite side bricks can be separated out according to an embodiment of the invention, as well as a separated composite side brick, in a perspective illustration;
  • FIG. 8 shows a further basic body, from which a plurality of composite sidestones can be separated out according to an embodiment of the invention, in a perspective representation
  • FIG. 9 shows a further base body, from which a plurality of composite side stones are detachable according to an embodiment of the invention, in cross-section.
  • FIG. 11 shows cathode blocks having different shapes of the layers.
  • Fig. 1 shows an electrolytic cell for the production of aluminum according to an embodiment of the invention in a partially sectioned perspective view.
  • the electrolysis cell comprises a cathode which is composed of a plurality of cathode blocks 12 forming a cathode bottom.
  • an anode is arranged, which consists of a plurality of immersed into the melt layer 16 anode blocks 20.
  • electrical power is supplied via the anode blocks 20 and passed through the melt layer 16 and the liquid aluminum layer 14 to the cathode blocks 12.
  • the current is dissipated via the cathode blocks 12 and via the busbars 22 inserted at the bottom thereof into corresponding slots of the cathode blocks 12.
  • the electrolysis takes place, which leads to the elimination of elemental aluminum from the melt, which accumulates at the top of the cathode bottom to form the layer 16 of liquid aluminum.
  • the electrolysis cell has a steel sump 24 serving as an outer casing, in the bottom region of which several plates 26 of a refractory material stacked on top of one another are thermally insulated from the bottom of the steel sump 24.
  • the lateral walls of the steel tub 24 are lined with a plurality of cuboidal side stones 28.
  • the side bricks 28 form the side walls of an inner tub, in which the layer 14 of liquid aluminum, the liquid
  • Melt layer 16 and the solidified melt layer 18 are received and whose bottom is formed by the cathode bottom 12 formed by the cathode bottom.
  • the joints formed between a cathode block 12 and a side brick 28 are sealed by a ramming compound 30.
  • Such a ramming mass may also be provided for sealing the joints between the cathode blocks 12 and for sealing the joints between the side bricks 28.
  • the side bricks 28 are formed substantially cuboid and stand upright in the steel tub 24, so that the height direction the side stones 28 is parallel to the vertical.
  • the sides of the sidestones 28 delimiting the tub interior are thereby formed by their base surfaces 32 parallel to the height direction and the width direction of the side bricks 28 and the side bricks 28 are connected to one another via their side surfaces 34 parallel to the height direction and the width direction.
  • the side bricks 28 stand, as shown in Fig. 1, in different areas of their height with different components or media of the electrolytic cell in contact, namely with the ramming mass 30, possibly the layer 14 of liquid aluminum, the liquid melt layer 16 and solidified melt layer 18.
  • thermal energy is generated in the electrolytic cell. Usually about one third of this thermal energy is absorbed by the sidestones 28 and discharged to the outside.
  • the main heat flow direction corresponds to the thickness direction of the side stones 28. Approximately 15% of the thermal energy is absorbed via the cathode bottom or the ingot.
  • the sidestones 28 of the electrolysis cell shown in Fig. 1 each have at least one layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity, wherein the difference between lower and higher thermal conductivity is at least 5 W / nrrK.
  • FIG. 2 and 3 each show a side brick 28 according to an embodiment of the invention, which is incorporated, for example, in the electrolytic cell shown in FIG. can be set.
  • the side bricks 28 each have a relatively small thickness d and a width b and a height h which is greater than the width b.
  • the side brick 28 shown in FIG. 2 has two cuboidal layers 36, 38, wherein the layer 36 has a lower and the layer 38 has a higher thermal conductivity.
  • the layers 36, 38 are connected to each other via their parallel to the height direction and the width direction base surfaces 40, 42, each forming a contact surface, follow each other in the thickness direction of the side stone 28 and each extend over about half of the thickness d of the side stone 28th This allows the heat flows in the thickness direction and the isothermal layers within the sidestones 28 to be adjusted to optimize the thermal operating conditions in the electrolysis cell during operation.
  • the side brick 28 shown in FIG. 3 likewise has two cuboidal layers 36, 38, wherein the layer 36 has a lower and the layer 38 has a higher thermal conductivity.
  • the layers 36, 38 are connected to one another via their side surfaces 44, 46, which are parallel to the width direction and the thickness direction and each form a contact surface, follow one another in the height direction of the side stone 28 and each extend over approximately half the height h of FIG Side stone 28.
  • the upper half of the height is preferably formed by the layer 36 with the lower thermal conductivity.
  • the heat conduction via the side brick 28 can be adapted to the various constituents or media of the electrolysis cell and the thermal conditions present therein in the respective height range, thereby optimizing the thermal conditions prevailing in the electrolysis cell during electrolysis become.
  • the heat is due to the good thermal contact between the lower half of Height comprising the layer 38 with the higher thermal conductivity and the cathode, which takes place via the ramming mass 30, is dissipated.
  • the main body 48 is cuboidal and consists of a cuboidal layer 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces.
  • a cutting process it is possible to cut off from the base body 48 a plurality of side stones forming slices which have two layers 36, 38 with different thermal conductivity.
  • FIG. 5 shows a further main body 48, which substantially corresponds to the main body shown in FIG. 4.
  • the main body 48 comprises two layers 36 with a lower thermal conductivity and a layer 38 arranged therebetween with a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces.
  • the base 48 for cutting the sidestones is not only cut in several planes perpendicular to the interfaces between the layers 36, 38, but additionally in a median plane of the layer 38 parallel to these interfaces, so that the resulting Side stones each have two layers 36, 38 with different thermal conductivity.
  • This manufacturing process has a higher economy.
  • 6 shows cross sections of various embodiments of a composite side brick 29 according to the invention, which can be used, for example, in the electrolytic cell shown in FIG.
  • All the composite side stones listed in FIG. 6 have a cuboidal layer 36 and a polygonal layer 38, wherein the layer 36 has a lower thermal conductivity and the layer 38 has a higher thermal conductivity.
  • the layers 36, 38 are connected to one another via their base surfaces 40, 42, which each form a contact surface, parallel to the height direction and the width direction, follow one another in the thickness direction of the composite side brick 29 and extend in each case over 30% -70%, preferably 50%, the thickness d of the composite side stone 29.
  • the base surfaces 40, 42 may in this case have a partial or complete contact with each other.
  • the heat flows in the thickness direction and the isothermal layers within the composite side brick 29 can be adjusted so that the thermal operating conditions in the electrolysis cell are optimized during operation, on the other hand it is also possible to use such a composite side brick 29 partially or completely dispense with the ramming mass between this composite sostein 29 and the cathode block.
  • the layer 38 has a trapezoidal shape, in Fig. 6b), the layer 38 has a triangular shape and in Fig. 6c), the layer 38 has a shape of an irregular pentagon with a rounded corner.
  • the base surfaces 40, 42 in complete contact.
  • the base surfaces 40, 42 have only a partial contact in FIGS. 6d) and 6e), wherein in FIG. 6d) the layer 38 is a rectangle having a rounded corner and in FIG. 6e) the layer 38 is in the form of a has irregular pentagons with a rounded corner.
  • a reverse arrangement of the layers may be useful in terms of their thermal conductivity.
  • FIG. 7 shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side brick 29.
  • This main body 48 is cuboid and consists of a cuboidal layer 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. These layers represent horizontal layers.
  • the layer 36 is machined so that this layer assumes the desired polygonal shape over the entire length of the base 48.
  • discs of the desired width are then cut off from this base body 48. It is thus possible to exploit the grain orientation which occurs in the production of the base body and thus different properties occurring in the horizontal or vertical direction, such as the thermal conductivity, and to adjust it in the side stone by selecting the base areas accordingly during machining of the base body.
  • FIG. 8 shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side brick 29.
  • This main body 48 is cuboidal and consists of two cuboidal layers 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. These layers represent vertical layers, with the layers 36 representing the two outer layers.
  • a plurality of disks can be cut off from the main body 48, the two outer layers 36 and an inner layer 38 with different chen sauceleitzuen have.
  • the layer 38 is cut so that two blocks are obtained, from which in a further step the layer 38 is cut so that the desired polygonal shape is obtained.
  • FIG. 9 likewise shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side stone 29.
  • This main body 48 is cuboid and, like the main body 48 in FIG. 8, consists of two parallelepipedal layers 36 with a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 with a higher thermal conductivity, which are interconnected via their bases. These layers represent vertical layers, with the layers 36 representing the two outer layers.
  • a plurality of disks can be cut off from the main body 48, which have two outer layers 36 and an inner layer 38 with different thermal conductivities.
  • two composite sidestones 29 having the same shape can be cut out.
  • the advantage of this method lies in the order of processing, which requires that hardly any material loss occurs. 10 shows a cathode block 12 comprising three layers, wherein the two outer layers consist of the same material A and the middle layer consists of the material B. The individual layers go here over the complete height of the cathode block.
  • Fig. 1 a) and b) show different forms of the layers in a cathode block 12, wherein in these cathode blocks in each case two materials, ie material A and material B, is used. In this case, the two layers of the material A take only a part of the height H and the length L of the cathode block.
  • Exemplary Embodiment 1 A side brick is made from a mixture A containing 58% by weight (% by weight) of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon and 8% by weight. % Alumina, and a blend B containing 77% by weight of synthetic graphite and 23% by weight of binder pitch.
  • a vibrating mold for producing a green block is filled with the two mixtures in such a way that two successive layers of mixture A and mixture B follow one another in the green block in the height direction of the sidestones to be produced.
  • the height of the layers in the Ganttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1200 ° C to produce a body.
  • An exemplary finished side brick has a width of 475 mm, a height of 640 mm and a thickness of 100 mm, based on the installation situation of the side stone in the electrolytic cell in which this is vertically arranged along its height direction, the upper 320 mm sostein assume from the mixture A resulting material A and the lower 320 mm from the mixture B resulting material B are formed.
  • the material A has a thermal conductivity of approximately 8 W / nRrK measured at room temperature in one direction of the side stone, while the Material B in the same direction of the side stone, in the grain orientation of the materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / nrrK.
  • the thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a given direction, in the case of pressurization of the starting material during the production of the side-brick, e.g. perpendicular or parallel to the direction of pressurization, i. against or in the grain orientation.
  • the thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / nrrK for material A and about 37 W / nrrK for material B.
  • the measurement of the thermal conductivity can be done here in grain alignment according to DIN 51936 using a pulsed laser.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • a composite sidestone is made from a mixture A containing 58% by weight of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon and 8% by weight of alumina, and a mixture B containing 65% by weight of synthetic graphite, 5% by weight of alumina, 10% by weight of silicon powder and 20% by weight of binder pitch.
  • a vibrating mold for producing a green block is filled with the two mixtures so that successive layers of mixture A and mixture B follow one another in the green block in the height direction of the combo stones to be produced.
  • the height of the layers in the Ganttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1300 ° C for producing a base body. Thereafter, the layer containing material A is processed so that it assumes the desired polygonal shape over the entire length of the green block. In a next step, then slices of a thickness of 50 cm are cut off from this basic body.
  • An exemplary finished composite stone has a width of 500 mm, a height of 700 mm and a thickness of 250 mm.
  • the material A has a thermal conductivity of about 8 W / nrrK measured at room temperature in one direction of the side brick, while the material B in the same direction of the side stone, in the grain orientation of the materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / nrrK ,
  • the thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a particular direction, in the case of pressurization of the starting material during the production of the side brick, e.g. perpendicular or parallel to the direction of pressurization, i. against or in the grain orientation.
  • the thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / nrrK for material A and about 37 W / nrrK for material B.
  • a cathode block as shown in Fig. 10 is prepared by filling in a vibrating mold, the height of which is considered as a finished height of the green body, first with a mixture A, then with a mixture B and then again with a mixture A.
  • the mixture A is composed as follows:
  • the mixture B is composed as follows:
  • the height of the layers in the Rüttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1200 ° C to produce a body.
  • the material A has a thermal conductivity of about 15 W / nrrK measured at room temperature in one direction of the cathode block, while the material B has a heat conductivity of about 40 W / nrrK in the same direction of the cathode block, in grain alignment of the materials A and B ,
  • the thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a certain direction, in the case of pressurization of the starting material during manufacture of the cathode block, eg perpendicular or parallel to the direction of pressurization, ie against or in the grain orientation.
  • a cathode block thus produced may have a width of 420 mm, a height of 400 mm and a length of 3100 mm, and may be used for the production of a cathode bottom having, for example, 24 cathode blocks.
  • Such cathode blocks can be used together with the side stones according to the invention in an electrolysis cell. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a side-wall block for a wall in an electrolytic cell, in particular for producing aluminum, a method for producing such a side-wall block, use of such a side-wall block, and an electrolytic cell having such a side-wall block. The side-wall block (28) is a layered body, comprising a layer having a higher thermal conductivity and a layer having a lower thermal conductivity, wherein the difference in the thermal conductivity is at least 5 W/(m·K).

Description

SEITENSTEIN FÜR EINE WAND IN EINER ELEKTROLYSEZELLE  SIDE STONE FOR A WALL IN AN ELECTROLYZE CELL
ZUR REDUZIERUNG VON ALUMINUM  TO REDUCE ALUMINUM
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenstein für eine Wand in einer Elektro- lysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Seitensteins und eine Verwendung eines solchen Seitensteins sowie eine Elektrolysezelle mit einem solchen Seitenstein. The present invention relates to a side brick for a wall in an electrolysis cell, in particular for the production of aluminum, a method for producing such a side brick and a use of such a side brick and an electrolytic cell with such a side brick.
Elektrolysezellen werden zur elektrolytischen Herstellung von Aluminium, welche industriell üblicherweise nach dem Hall-Heroult-Verfahren durchgeführt wird, eingesetzt. Bei dem Hall-Heroult-Verfahren wird eine aus Aluminiumoxid und Kryolith, und zwar vorzugsweise aus etwa 15 bis 20 % Aluminiumoxid und etwa 85 bis 80 % Kryolith, zusammengesetzte Schmelze elektrolysiert. Dabei dient der Kryolith, Na3[AIF6], dazu, den Schmelzpunkt von 2.045 °C für reines Aluminiumoxid auf etwa 960 °C für eine Kryolith, Aluminiumoxid und Zusatzstoffe, wie Aluminiumfluo- rid und Calciumfluorid, enthaltende Mischung zu senken, so dass die Schmelzelektrolyse bei einer verringerten Temperatur von etwa 960 °C durchgeführt werden kann. Die bei diesem Verfahren eingesetzte Elektrolysezelle weist einen Boden auf, der aus einer Vielzahl von, beispielsweise 24, aneinander angrenzenden, die Kathode ausbildenden Kathodenblöcken zusammengesetzt ist. Zwischen den benachbarten Kathodenblöcken ist jeweils eine Fuge ausgebildet. Die Anordnung von Kathodenblock und gegebenenfalls gefüllter Fuge wird im Allgemeinen als Katho- denboden bezeichnet. Der Kathodenboden ist von einer aus mehreren Seitensteinen gebildeten Wand umgeben, welche zusammen mit dem Kathodenboden eine die Aluminiumschicht und die Schmelzeschicht aufnehmende innere Wanne bildet, die von einer äußeren Stahlwanne umgeben ist. Die zwischen benachbarten Kathodenblöcken sowie zwischen den Kathodenblöcken und den Seitensteinen vor- handenen Fugen bzw. Zwischenräume sind üblicherweise mit Stampfmasse aus Kohlenstoff und/oder Kohlenstoff enthaltendem Material, wie Anthrazit oder Graphit, und einem Binder, wie Steinkohlenteerpech, gefüllt. Dies dient zur Abdichtung gegen schmelzflüssige Bestandteile und zur Kompensation mechanischer Spannungen, welche beispielsweise aufgrund der Ausdehnung der Kathodenblö- cke bei dem Aufheizen bei der Inbetriebnahme der Elektrolysezelle auftreten. Um den bei dem Betrieb der Elektrolysezelle herrschenden thermischen und chemischen Bedingungen standzuhalten, sind die Kathodenblöcke üblicherweise aus einem einheitlichen kohlenstoffhaltigen Material zusammengesetzt und die Seitensteine aus einem einheitlichen kohlenstoff- oder siliziumcarbidhaltigen Material. An den Unterseiten der Kathodenblöcke sind jeweils Nuten vorgesehen, in denen jeweils wenigstens eine Stromschiene angeordnet ist, durch welche der über die Anoden zugeführte Strom aus der Elektrolysezelle abgeführt wird. Unterhalb des Kathodenbodens, d.h. zwischen den Kathodenblöcken und dem Boden der die Kathode aufnehmenden Stahlwanne, ist üblicherweise eine Auskleidung aus ei- nem feuerfesten Material vorgesehen, welche den Boden der Stahlwanne von dem Kathodenboden thermisch isoliert. Electrolysis cells are used for the electrolytic production of aluminum, which is usually carried out industrially by the Hall-Heroult process. In the Hall-Heroult process, a melt composed of alumina and cryolite, preferably about 15 to 20% alumina and about 85 to 80% cryolite, is electrolyzed. The cryolite, Na 3 [AIF 6 ], serves to lower the melting point from 2,045 ° C. for pure alumina to about 960 ° C. for a mixture containing cryolite, alumina and additives such as aluminum fluoride and calcium fluoride, so that the Molten electrolysis can be carried out at a reduced temperature of about 960 ° C. The electrolytic cell used in this method has a bottom which is composed of a plurality of, for example, 24, adjacent to one another, the cathode forming cathode blocks. Between the adjacent cathode blocks, a joint is formed in each case. The arrangement of the cathode block and possibly filled gap is generally referred to as the cathode bottom. The cathode bottom is surrounded by a wall formed of several side bricks, which forms, together with the cathode bottom, an inner tub which receives the aluminum layer and the melt layer and which is surrounded by an outer steel tub. The joints or interstices between adjacent cathode blocks and between the cathode blocks and the side stones are usually made of ramming mass Carbon and / or carbon containing material, such as anthracite or graphite, and a binder, such as coal tar pitch, filled. This serves to seal against molten constituents and to compensate for mechanical stresses which occur, for example, due to the expansion of the cathode block during the heating during the commissioning of the electrolysis cell. In order to withstand the thermal and chemical conditions prevailing in the operation of the electrolytic cell, the cathode blocks are usually composed of a unitary carbonaceous material and the sidestones of a unitary carbon or silicon carbide containing material. In each case, grooves are provided on the lower sides of the cathode blocks, in each of which at least one bus bar is arranged, through which the current supplied via the anodes is removed from the electrolysis cell. Below the cathode bottom, ie, between the cathode blocks and the bottom of the cathode-receiving steel trough, there is usually provided a lining of a refractory material which thermally insulates the bottom of the steel trough from the cathode bottom.
Etwa 3 bis 5 cm oberhalb der auf der Kathodenoberseite befindlichen Schicht aus schmelzflüssigem Aluminium ist eine aus einzelnen Anodenblöcken ausgebildete Anode angeordnet, wobei zwischen der Anode und der Oberfläche des Aluminiums sich die Aluminiumoxid und Kryolith enthaltende Schmelze, befindet. Während der bei etwa 960 °C durchgeführten Elektrolyse setzt sich das gebildete Aluminium aufgrund seiner im Vergleich zu der der Schmelze größeren Dichte unterhalb der Schmelzschicht ab, also als Zwischenschicht zwischen der Oberseite der Kathodenblöcke und der Schmelzschicht. Bei der Elektrolyse wird das in der Kryo- lithschmelze gelöste Aluminiumoxid durch elektrischen Stromfluss in Aluminium und Sauerstoff aufgespalten. Elektrochemisch gesehen handelt es sich bei der Schicht aus schmelzflüssigem Aluminium um die eigentliche Kathode, da an dessen Oberfläche Aluminiumionen zu elementarem Aluminium reduziert werden. Nichtsdestotrotz wird nachfolgend unter dem Begriff Kathode nicht die Kathode aus elektrochemischer Sicht, also die Schicht aus schmelzflüssigem Aluminium verstanden, sondern das den Kathodenboden ausbildende, aus einem oder mehreren Kathodenblöcken zusammengesetzte Bauteil. Moderne Elektrolysezellen werden bei hohen Elektrolysestromstärken von beispielsweise bis zu 600 kA betrieben, um eine hohe Produktivität der Elektrolysezelle zu gewährleisten. Diese hohen Stromstärken führen zu einer gesteigerten Wärmeerzeugung während des Elektrolyseprozesses. Infolge der hohen Wärmeerzeugung erweist es sich als schwierig, die Wärmeabführung aus der Elektroly- sezelle so anzupassen, dass überall in der Elektrolysezelle die thermischen Verhältnisse erreicht werden, die im Hinblick auf die Stabilität und Effizienz der Elektrolyse sowie im Hinblick auf die Standzeit der Elektrolysezelle optimal sind, wobei z.B. die Energieeffizienz der Elektrolyse durch überhöhte thermische Energieverluste in Bereichen hoher Wärmeerzeugung der Elektrolysezelle verringert wird. Somit werden durch die ungünstigen thermischen Verhältnisse in der Elektrolysezelle die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Elektrolysebetriebs sowie die Standzeit der Elektrolysezelle beeinträchtigt. About 3 to 5 cm above the layer of molten aluminum located on the top of the cathode is arranged an anode formed of individual anode blocks, wherein between the anode and the surface of the aluminum, the melt containing alumina and cryolite is located. During the electrolysis carried out at about 960 ° C., the aluminum formed is deposited below the melt layer due to its greater density compared to that of the melt, ie as an intermediate layer between the upper side of the cathode blocks and the melt layer. During electrolysis, the aluminum oxide dissolved in the cryolite melt is split by the flow of electrical current into aluminum and oxygen. Electrochemically, the layer of molten aluminum is the actual cathode because aluminum ions are reduced to elemental aluminum on its surface. Nonetheless, the term cathode will not be used hereinafter to refer to the cathode from an electrochemical point of view, ie the layer of molten aluminum understood, but the cathode bottom forming, composed of one or more cathode blocks component. Modern electrolysis cells are operated at high electrolysis currents of, for example, up to 600 kA to ensure high productivity of the electrolysis cell. These high currents lead to increased heat generation during the electrolysis process. Due to the high heat generation, it turns out to be difficult to adjust the heat dissipation from the electrolyte cell so that everywhere in the electrolysis cell, the thermal conditions are achieved, optimally in terms of stability and efficiency of the electrolysis and in terms of the life of the electrolytic cell are, for example, the energy efficiency of the electrolysis is reduced by excessive thermal energy losses in areas of high heat generation of the electrolysis cell. Thus, the unfavorable thermal conditions in the electrolysis cell affect the reliability and economy of the electrolysis operation and the service life of the electrolysis cell.
Zwar lässt sich die Abführung von in der Elektrolysezelle erzeugter überschüssi- ger, d.h. für die Aufrechterhaltung des Schmelzprozesses nicht benötigter Wärme über den Boden der Stahlwanne durch die zwischen dem Kathodenboden und der Stahlwanne angeordnete feuerfeste Auskleidung einstellen, welche üblicherweise aus feuerfesten Steinen oder Platten besteht, die in die Stahlwanne eingelegt und im Bereich des Bodens der Stahlwanne aufeinander gestapelt sind. Allerdings spielt für die Temperaturverhältnisse im Bereich der Schicht aus flüssigem Aluminium und der Schmelzeschicht, in dem die Elektrolyse stattfindet, die Wärmeabgabe über die verhältnismäßig dünn ausgebildete seitliche Wand der durch den Kathodenboden und die Seitensteine gebildeten inneren Wanne eine wesentliche Rolle. Die Wärmeflüsse in dieser seitlichen Wand sind für die thermischen Ver- hältnisse in der Elektrolysezelle besonders relevant, da die seitliche Wand übli- cherweise mit verschiedenen Bestandteilen und Medien in der Elektrolysezelle in Kontakt steht, d.h. insbesondere mit der Schicht aus flüssigem Aluminium, der darauf angeordneten flüssigen Schmelzeschicht, einer oberhalb der flüssigen Schmelzeschicht vorhandenen Schicht von erstarrter Schmelze bzw. Kruste und der sich während der Elektrolysezelle entwickelnden gasförmigen Atmosphäre mit den verschiedenen darin enthaltenen Elementen. Although the removal of surplus heat produced in the electrolysis cell, ie heat not required for the maintenance of the melting process, can be adjusted via the bottom of the steel tub through the refractory lining arranged between the cathode bottom and the steel tub, which usually consists of refractory bricks or plates, which are inserted in the steel tub and stacked on each other in the area of the bottom of the steel tub. However, for the temperature conditions in the region of the layer of liquid aluminum and the melt layer, in which the electrolysis takes place, the heat release over the relatively thin formed lateral wall of the formed by the cathode bottom and the side stones inner tub plays an essential role. The heat flows in this lateral wall are particularly relevant for the thermal conditions in the electrolytic cell, since the lateral wall is usually It may be in contact with various constituents and media in the electrolysis cell, ie in particular with the layer of liquid aluminum, the liquid melt layer arranged thereon, a layer of solidified melt or crust above the liquid melt layer and the gaseous atmosphere developing during the electrolysis cell with the various elements contained within.
Die erzeugten Mengen an thermischer Energie müssen in definierter Weise teilweise abgeführt werden, aber gleichzeitig müssen auch zu hohe Wärmeverluste, die Energieverluste bedeuten und damit die Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseprozesses beeinträchtigen, vermieden werden. The amounts of thermal energy generated must be partially removed in a defined manner, but at the same time too high heat losses, which mean energy losses and thus affect the efficiency of the electrolysis process must be avoided.
Im Bereich der relativ dünnen Seitenwände ist bei bekannten Elektrolysezellen aufgrund der vertikalen Konstruktion der Seitenwände und der sich daraus erge- benden konstruktiven Erfordernisse keine zusätzliche Auskleidung aus aufgestapelten feuerfesten Steinen wie in dem Bereich des Bodens der Stahlwanne vorgesehen, so dass die Anpassung der Wärmeabgabe über die Seitenwände nicht in derselben einfachen Weise möglich ist wie in dem Bodenbereich. Einheitliche Seitenwände, welche üblicherweise aus einem kohlenstoff- oder siliciumcarbidhal- tigen Material bestehen, sind homogen in Bezug auf die Wärmeleiteigenschaften senkrecht zur Seitenwandebene und erlauben nur eine eingeschränkte Steuerung der Wärmeflüsse und des Verlaufs der Isothermen in der Seitenwand im laufenden Betrieb. Die Fuge zwischen solch einer Seitenwand und einem Kathodenblock wird üblicherweise mit Stampfmasse aus Kohlenstoff und/oder Kohlenstoff enthal- tendem Material wie Anthrazit oder Graphit, und einem Binder wie Steinkohlenteer, gefüllt. Diese Fuge wird häufig manuell oder halbautomatisch gestampft, wobei Stampffehler auftreten können, welche zu einer Schädigung der Fuge oder, im schlimmsten Falle, sogar zum vorzeitigen Ausfall der gesamten Elektrolysezelle führen können. Diese Schäden treten oft erst bei Inbetriebnahme oder im laufen- den Betrieb der Elektrolysezelle auf. Das Risiko des Auftretens der Schädigung ist umso größer je breiter bzw. dicker die entsprechende Fuge ist. Eine breitere bzw. dickere Fuge bedeutet zudem auch einen höheren Arbeitsaufwand und eine höhere Belastung für die Umwelt und das für die Elektrolysezelle zuständige Personal, da sich in konventionellen Stampfmassen gesundheitsschädliche Substanzen befinden. Es ist bekannt, einen Teil oder die gesamte der zwischen den Seitensteinen und Kathodenblöcken benötigten Stampfmasse durch eine schrägverlaufende Schicht aus vorgebranntem Kohlenstoff oder Graphit zu ersetzen. Wird nur ein Teil dieser Stampfmasse ersetzt, so wird die Dicke der Stampfmassefuge um mehr als 50 % bis 99 %, bevorzugt mehr als 75 % bis 99 %, besonders bevorzugt mehr als 90 % bis 99 % reduziert. Es ist auch möglich, dass diese Schicht nicht das gesamte Volumen der ursprünglichen Stampfmasseschicht ausfüllt, um z.B. Raum für eine Vergrößerung der Anodenoberfläche zu schaffen. Meist wird noch eine dünne, senkrechte umlaufende Stampfmassenfuge von beispielsweise 50 mm Dicke beibehalten. Mit dieser schrägverlaufenden Schicht können vertikal angeordnete Seitensteine aus beispielsweise siliziumnitridgebundenem Silizium- carbid verbunden sein. Eine solche Konstruktion umfassend einen Seitenstein und eine schrägverlaufende Schicht wird im Folgenden als„Kompositseitenstein" bezeichnet. Ein Kompositseitenstein, bei welchem das siliziumnitridgebundenes Siliziumcarbid an die schrägverlaufende Schicht geklebt wird, wird bereits in mo- dernen Elektrolysezellen eingesetzt. Der üblicherweise verwendete Kleber kann gesundheitsschädliche Stoffe enthalten, was wiederum eine höhere Belastung für die Umwelt und das Personal, welches für die Elektrolysezelle zuständig ist, bedeutet. Zudem bedingt das Anbringen des Klebermaterials einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Treten Klebefehler durch fehlerhaftes Klebermaterial oder dessen fehlerhaftes Anbringen auf, so kann es zu einem Versagen der Klebefugen kommen. Die Seitensteine eines solchen Kompositseitensteins bestehen aus einem einheitlichen Material und erlauben so keine Differenzierung in Bezug auf die thermische Leitfähigkeit im Seitenstein selbst. Auch das Klebermaterial bzw. die Klebefuge können einen Einfluss auf den Wärmefluss in der Elektrolysezelle ha- ben. Da die Klebefuge selber sehr dünn ist, können Ungleichmäßigkeiten bei die- ser Fuge den entsprechenden lokalen Wärmefluss beeinträchtigen. Eine Carboni- sierung des Klebermate als während der Inbetriebnahme der Zelle kann zu einer Verringerung von dessen Haftwirkung führen, was eine Schwächung der Verbindung zwischen der schrägverlaufenden Schicht aus vorgebranntem Kohlenstoff oder Graphit und dem vertikal verlaufenden Seitenstein bedeuten kann. Falls es zu einem Versagen dieser Verbindung kommt, d.h. dass die obige schrägverlaufende Schicht und der vertikal verlaufenden Seitenstein nicht mehr miteinander verbunden sind, wird der Wärmefluss in Undefinierter Weise verschlechtert und die notwendige Wärmeabfuhr kann nicht mehr ausreichend gewährleistet werden. Dies kann zu einer Überhitzung der Elektrolysezelle, und im schlimmsten Falle zu ihrem vorzeitigen Ausfall führen, d.h. die Lebenszeit bzw. Standzeit der Elektrolysezelle wird verringert. Die Verwendung von Klebermaterial kann auch zwischen den einzelnen Seitensteinen, welche die Seitenwand ausbilden, in Form einer dünnen Klebeschicht erfolgen. In the area of the relatively thin sidewalls, in known electrolysis cells, due to the vertical construction of the sidewalls and the constructive requirements resulting therefrom, no additional lining of stacked refractory bricks is provided, as in the region of the bottom of the steel tub, so that the adaptation of the heat output over the Side walls is not possible in the same simple manner as in the floor area. Uniform sidewalls, which usually consist of a material containing carbon or silicon carbide, are homogeneous with respect to the heat conduction properties perpendicular to the sidewall plane and allow only limited control of the heat flows and the course of the isotherms in the sidewall during operation. The gap between such a sidewall and a cathode block is usually filled with ramming mass of carbon and / or carbonaceous material such as anthracite or graphite, and a binder such as coal tar. This joint is often manually or semi-automatically tamped, whereby stamping errors can occur, which can lead to damage to the joint or, in the worst case, even to premature failure of the entire electrolysis cell. This damage often only occurs during commissioning or during operation of the electrolysis cell. The risk of the occurrence of the injury is the larger the wider or thicker the corresponding joint is. A wider or thicker joint also means a higher workload and a higher burden on the environment and the staff responsible for the electrolysis cell, as are harmful substances in conventional ramming masses. It is known to replace some or all of the ramming mass needed between the sidestones and cathode blocks with an inclined layer of pregrenated carbon or graphite. If only part of this ramming mass is replaced, the thickness of the ramming mass joint is reduced by more than 50% to 99%, preferably more than 75% to 99%, particularly preferably more than 90% to 99%. It is also possible that this layer does not fill the entire volume of the original tamping layer, for example to create room for an enlargement of the anode surface. Usually, a thin, vertical circumferential ramming compound of, for example, 50 mm thickness is maintained. With this inclined layer vertically arranged side stones can be connected, for example, silicon nitride bonded silicon carbide. Such a construction comprising a side brick and a sloping layer is hereinafter referred to as "composite side brick." A composite side brick in which the silicon nitride bonded silicon carbide is bonded to the inclined layer is already used in modern electrolysis cells In addition, the application of the adhesive material requires an additional work step The side stones of such a composite side stone consist of a uniform material and thus allow no differentiation with respect to the thermal conductivity in the side stone itself. the adhesive joint can have an influence on the heat flow in the electrolysis cell. Since the glue joint itself is very thin, irregularities in the cause the corresponding local heat flow. Carbonation of the adhesive matrix as during cell start-up may result in a reduction in its adhesion, which may weaken the bond between the oblique prebaked carbon or graphite layer and the vertical sidestring. If there is a failure of this connection, that is, that the above inclined layer and the vertical side stone are no longer connected to each other, the heat flow is degraded in an undefined manner and the necessary heat dissipation can not be sufficiently ensured. This can lead to overheating of the electrolysis cell, and in the worst case to their premature failure, ie the lifetime or life of the electrolysis cell is reduced. The use of adhesive material can also take place between the individual side stones, which form the side wall, in the form of a thin adhesive layer.
DE 3506200 offenbart Seitensteine für die Wand einer Elektrolysezelle, welche einen schichtweise aufgebauten Verbundkörper darstellen, welcher eine innere Schicht aus einem kohlenstoffhaltigem Material und eine äußere Schicht aus einem harten keramischen Material enthält, wobei diese beiden Schichten innig mit- einander verbunden sind. Hiermit wird ein praktisch ungehinderter Wärmefluss von innen nach außen erlaubt. Allerdings ist bei Verwendung von solchen Seitensteinen die Beständigkeit gegenüber Verschleiß, insbesondere abrasivem und/ oder korrosivem Verschleiß noch nicht ausreichend. Mit den bekannten Elektrolysezellen lassen sich deshalb, insbesondere bei dem Betrieb mit hohen Elektrolysestromstärken, keine optimalen Prozessbedingungen erzielen, wodurch die erreichbare Stabilität und Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseprozesses beschränkt werden und die Standzeit der Elektrolysezelle beeinträchtigt wird. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Seitenstein für die Wand einer Elektrolysezelle bereitzustellen, welcher bei seinem Einsatz in der Elektrolysezelle optimale Prozessbedingungen und eine dementsprechend hohe Wirtschaftlichkeit und Stabilität während des Elektrolysebetriebs sowie eine hohe Standzeit der Elektrolysezelle gewährleistet. Insbesondere soll der Seitenstein die Wärmeabgabe über die seitliche Wand der Elektrolysezelle derart einstellen, dass während der Elektrolyse optimale thermische Verhältnisse in der Elektrolysezelle herrschen und während des Betriebs thermische Verluste, hervorgerufen durch eine ungünstige Wärme- und Temperaturverteilung, weitestgehend vermieden werden. Die Betriebstemperatur der Zelle während der Elektrolyse liegt hierbei zwischen 920 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C. Weiterhin soll dieser Seitenstein eine erhöhte Beständigkeit gegenüber abrasivem und/oder korrosivem Verschleiß, insbesondere gegenüber abrasivem Verschleiß, aufweisen. Dieser Seitenstein soll zudem beispielsweise ohne die Verwendung von Klebstoff(en) hergestellt werden können. Weiterhin soll dieser Seitenstein, wenn er als Kompo- sitseitenstein ausgestaltet ist, auch ermöglichen, dass auf die Stampfmasse zwischen der Seitenwand und dem Kathodenblock teilweise oder ganz verzichtet werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Seitenstein für eine Wand in einer Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welcher ein Schichtkörper ist und eine Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und eine Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit umfasst, wobei der Unterschied zwischen niedrigerer und höherer Wärmeleitfähigkeit wenigstens 5 W/nrrK, gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C, beträgt, und wobei zumindest eine der Schichten mit Silizium(pulver), einem oxidischen keramischen Material oder einem nicht- oxidischen Material dotiert ist. Dieser Schichtkörper kann - wie später dargelegt - ohne die Verwendung von Klebstoff(en) hergestellt werden. Durch die Ausgestal- tung des Seitensteins kann ebenfalls auf die Verwendung von Klebstoff(en) zwi- sehen den einzelnen Seitensteinen, welche die Seitenwand ausbilden, verzichtet werden. Bedingt durch die Form dieses Schichtkörpers kann - wie ebenfalls später ausgeführt - teilweise oder ganz auf die Stampfmasse zur Füllung der Fuge zwischen Seitenstein und Kathodenblock verzichtet werden. DE3506200 discloses sidestones for the wall of an electrolytic cell which are a layered composite comprising an inner layer of a carbonaceous material and an outer layer of a hard ceramic material, these two layers being intimately interconnected. This allows a virtually unhindered heat flow from the inside to the outside. However, the resistance to wear, especially abrasive and / or corrosive wear is not sufficient when using such side stones. With the known electrolysis cells, therefore, no optimal process conditions can be achieved, in particular during operation with high electrolysis currents, whereby the achievable stability and economic efficiency of the electrolysis process are limited and the service life of the electrolysis cell is impaired. Therefore, it is an object of the invention to provide a side brick for the wall of an electrolytic cell, which ensures optimal process conditions and a correspondingly high efficiency and stability during the electrolysis operation and a long service life of the electrolysis cell when used in the electrolytic cell. In particular, the Seitenstein should adjust the heat output through the side wall of the electrolysis cell such that prevail during the electrolysis optimal thermal conditions in the electrolytic cell and thermal losses during operation, caused by an unfavorable heat and temperature distribution, are largely avoided. The operating temperature of the cell during electrolysis is between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C. Furthermore, this side brick should have increased resistance to abrasive and / or corrosive wear, in particular to abrasive wear. This side brick should also be able to be produced, for example, without the use of adhesive (s). Furthermore, this side brick, if it is designed as a composites side brick, also allow that the ramming mass between the side wall and the cathode block can be omitted partially or completely. According to the invention this object is achieved by a side brick for a wall in an electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, which is a laminated body and a layer having a lower thermal conductivity and a layer having a higher thermal conductivity, wherein the difference between lower and higher thermal conductivity at least 5 W / nrrK, measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C, and wherein at least one of the layers with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non- oxide material is doped. This laminate can be made without the use of adhesive (s), as explained later. The design of the side stone may also indicate the use of adhesive (s) between see the individual side stones, which form the side wall, are omitted. Due to the shape of this composite body can - as also stated later - be dispensed with partially or completely on the ramming mass to fill the gap between side brick and cathode block.
Es wurde erkannt, dass die Ausgestaltung eines Seitensteins für eine Elektrolysezelle mit Schichten mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit, wobei mindestens eine der Schichten mit Silizium(pulver), einem oxidischen keramischen Material oder einem nicht-oxidischen Material dotiert ist, eine sehr einfach zu bewerkstelli- gende und zugleich hochwirksame Anpassung der thermischen Verhältnisse in der Elektrolysezelle bei deren Betrieb derart ermöglicht, dass die Stabilität und Effizienz der Elektrolyse und die Standzeit der Elektrolysezelle optimiert werden. Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Verschleiß, insbesondere abrasivem und/oder korrosivem Verschleiß erhöht. Falls Klebermaterial zwischen den einzel- nen Seitensteinen verwendet wird, ist es durch die Ausgestaltung dieses Seitensteins möglich, ganz auf dieses Klebermaterial zu verzichten. Weiterhin wurde erkannt, dass durch eine besondere Formgebung dieser Seitensteine es neben dieser Anpassung der thermischen Verhältnisse auch möglich ist, auf die Stampfmasse zur Füllung der Fuge zwischen Seitenstein und Kathodenblock teilweise oder ganz zu verzichten. It has been recognized that the configuration of a side brick for an electrolytic cell with layers with different thermal conductivity, wherein at least one of the layers with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non-oxidic material is doped, a very easy to be accomplished and at the same time highly efficient adaptation of the thermal conditions in the electrolytic cell in their operation allows such that the stability and efficiency of the electrolysis and the life of the electrolysis cell can be optimized. In addition, the resistance to wear, in particular abrasive and / or corrosive wear is increased. If adhesive material is used between the individual side stones, the design of this side stone makes it possible to dispense entirely with this adhesive material. Furthermore, it was recognized that, in addition to this adaptation of the thermal conditions, it is also possible to partially or completely dispense with the ramming mass for filling the joint between side brick and cathode block by means of a special shaping of these side bricks.
Wenn im Folgenden der Begriff„Seitenstein" genannt wird, so kann dieser Begriff auch die oben genannten Kompositseitensteine umfassen. Wie nachfolgend beschrieben weist ein Kompositseitenstein eine besondere Form auf. In the following, when the term "side stone" is used, this term may also encompass the above-mentioned composite side stones As described below, a composite side stone has a special shape.
Unter den Begriffen "niedrigere" bzw. "höhere" Wärmeleitfähigkeit ist zu verstehen, dass die jeweilige Schicht, die diese Wärmeleitfähigkeit aufweist, im Vergleich zu der jeweiligen anderen Schicht eine "niedrigere" bzw. "höhere" Wärmeleitfähigkeit aufweist. Insbesondere besteht die eine Schicht aus einem Material mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und die andere Schicht aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, wobei die beiden Materialien voneinander verschieden sind. Umfasst der Schichtkörper mehr als zwei Schichten können sämtliche Schichten voneinander verschiedene Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, oder aber können zumindest zwei Schichten dieselbe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und/oder wenigstens zwei Gruppen von Schichten vorgesehen sein, die jeweils dieselbe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Bei mehr als zwei Schichten ist es ausreichend, wenn zwischen wenigstens zwei der Schichten ein Wärmeleitfähigkeitsunterschied von wenigstens 5 W/nrrK - gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C - besteht. Insbeson- dere unterscheiden sich die Wärmeleitfähigkeiten der Schichten in zumindest einer Richtung des Seitensteins, bei der es sich bevorzugt um eine Richtung handelt, die insbesondere senkrecht zu der durch die Seitensteine gebildeten Seitenwand ist. Der Unterschied zwischen niedrigerer und höherer Wärmeleitfähigkeit - gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C - kann zwischen 5 W/nrrK und 80 W/nrrK, bevorzugt zwischen 5 und 70 W/nrrK, besonders bevorzugt zwischen 8 W/nrrK und 60 W/nrrK und ganz besonders bevorzugt zwischen 10 W/nrrK und 50 W/nrrK betragen. The terms "lower" and "higher" thermal conductivity mean that the respective layer which has this thermal conductivity has a "lower" or "higher" thermal conductivity compared to the respective other layer. In particular, the one layer consists of a material with a lower thermal conductivity and the other layer of a material with a higher thermal conductivity, wherein the two materials are different from each other. If the laminated body comprises more than two layers, all the layers may have mutually different thermal conductivities, or at least two layers may have the same thermal conductivity and / or at least two groups of layers may be provided which each have the same thermal conductivity. For more than two layers it is sufficient if between at least two of the layers a thermal conductivity difference of at least 5 W / nrrK - measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - exists. In particular, the thermal conductivities of the layers differ in at least one direction of the side stone, which is preferably a direction that is in particular perpendicular to the side wall formed by the side stones. The difference between lower and higher thermal conductivity - measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - can be between 5 W / nrrK and 80 W / nrrK, preferably between 5 and 70 W / nrrK, more preferably between 8 W / nrrK and 60 W / nrrK, and most preferably between 10 W / nrrK and 50 W / nrrK.
Durch die verschiedenen Schichten des Seitensteins mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit lassen sich die Wärmeleitung und -abgäbe über die Seitensteine und der Verlauf der Isothermen in der seitlichen Wand gezielt einstellen. Da die Seitensteine bereichsweise direkt mit der Schicht aus flüssigem Aluminium und der Schmelzeschicht in Kontakt stehen, in denen die Elektrolyse stattfindet, lassen sich dadurch die dortigen, für die Stabilität und Effizienz der Elektrolyse besonders wichtigen Temperaturverhältnisse direkt und mit hoher Wirksamkeit beeinflussen, so dass für den Betrieb der Elektrolysezelle optimale thermische Bedingungen gewährleistet werden können. Beispielsweise lassen sich verschiedene Wärme- leitfähigkeiten in den Bereichen des Seitensteins vorsehen, die bei dem Einsatz des Seitensteins in der Elektrolysezelle mit den verschiedenen Medien der Elektrolysezelle in Kontakt kommen. Ebenso können entlang der Wärmeflussrichtung durch die Seitensteine nach außen mehrere Schichten mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten aufeinander folgen, um den Wärmefluss in der genannten Richtung zu einstellen. Die dadurch erreichte Optimierung der thermischen Verhältnisse in der Elektrolysezelle führt zu einer erheblichen Steigerung der Stabilität und Effizienz des Elektrolyseprozesses und der Standzeit der Elektrolysezelle. Die Stabilität und Effizienz des Elektrolyseprozesses und die Standzeit der Elektrolysezelle werden auch dadurch gesteigert, dass zumindest eine der Schichten mit Silizi- um(pulver), einem oxidischen keramischen Material oder einem nicht-oxidischen Material dotiert ist. Through the different layers of the side stone with different thermal conductivity, the heat conduction and Abgäbe over the side stones and the course of the isotherms in the side wall can be adjusted specifically. Since the side stones are in some areas directly in contact with the layer of liquid aluminum and the melt layer in which the electrolysis takes place, thereby the local, for the stability and efficiency of the electrolysis particularly important temperature conditions can be influenced directly and with high efficiency, so that for the operation of the electrolysis cell optimal thermal conditions can be guaranteed. For example, different thermal conductivities can be provided in the areas of the side stone that are used of the side stone in the electrolysis cell come into contact with the various media of the electrolysis cell. Likewise, several layers with different thermal conductivities can follow one another along the heat flow direction through the sidestones to adjust the heat flow in said direction. The resulting optimization of the thermal conditions in the electrolysis cell leads to a considerable increase in the stability and efficiency of the electrolysis process and the service life of the electrolysis cell. The stability and efficiency of the electrolysis process and the service life of the electrolysis cell are also increased by doping at least one of the layers with silicon (powder), an oxidic ceramic material or a non-oxidic material.
Die erfindungsgemäßen Seitensteine, welche auch Kompositseitensteine umfassen, lassen sich vorzugsweise in herkömmlicher Weise, welche bekannten Sei- tensteinen mit homogener Wärmeleitfähigkeit, jeweils in Bezug auf eine definierte Raumrichtung, entspricht, in eine Elektrolysezelle einbauen und dort zur Auskleidung der seitlichen Wand der Stahlwanne verwenden, ohne dass die Konstruktion betreffende Änderungen der Elektrolysezelle notwendig sind oder diesbezügliche Nachteile in Kauf genommen werden müssen, wobei die seitliche Wand der Elekt- rolysezelle, insbesondere in bekannter Weise, verhältnismäßig dünn ausgestaltet werden kann. Die Seitensteine lassen sich mit geringem Aufwand und mit ausgezeichneter mechanischer Stabilität und insbesondere sehr gutem Zusammenhalt zwischen den verschiedenen Schichten herstellen, indem die Seitensteine einteilig aus einem einzigen zusammenhängenden grünen Grundkörper gebrannt werden, in dem verschiedene, den herzustellenden Schichten entsprechende Grünmischungen enthalten sind, wobei der Grundkörper einem einzelnen Seitenstein entsprechen kann oder mehrere Seitensteine aus dem gebrannten Grundkörper vereinzelt werden können. Bei der Herstellung eines Kompositseitensteins kann beispielsweise aus solch einem gebrannten Grünkörper zuerst über die gesamte Länge des Grünkörpers hinweg die gewünschte polygone Form herausgearbeitet werden, bevor dann einzelne Kompositseitensteine scheibenartig abgeschnitten werden. Auf die bevorzugten polygonen Formen wird später eingegangen werden. Bei einer Endbearbeitung kann einem Kompositseitenstein Rillierungen, Erhebungen, Ausnehmungen und Aufrauhungen zugefügt werden. Hier sei noch einmal darauf hingewiesen, dass der Zusammenhalt zwischen den verschiedenen The side stones according to the invention, which also comprise composite side stones, can preferably be built into an electrolytic cell in a conventional manner, which corresponds to known side stones with homogeneous thermal conductivity, in each case with respect to a defined spatial direction, and used there for lining the lateral wall of the steel trough. without the changes of the electrolysis cell that are relevant to the construction being necessary or disadvantages that have to be taken into account, the lateral wall of the electrolytic cell, in particular in a known manner, can be made relatively thin. The side stones can be produced with little effort and with excellent mechanical stability and in particular very good cohesion between the various layers by the side bricks are burned in one piece from a single coherent green body in which different, the layers to be produced corresponding green mixtures are contained, the Base body can correspond to a single side brick or several side stones can be separated from the fired body. In the production of a composite side stone, the desired polygonal shape can be worked out, for example, from such a fired green body over the entire length of the green body at first before then individual composite sidestones are cut off like a disk. The preferred polygonal forms will be discussed later. During a finishing process, grouting, elevations, recesses and roughening can be added to a composite side stone. Here again it should be noted that the cohesion between the different
Schichten der erfindungsgemäßen Seitensteine ohne die Verwendung von Kleb- stoff(en) erreicht wird.  Layers of the side stones according to the invention without the use of adhesive (s) is achieved.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims, the description and the figures.
Wenn in der nachfolgenden Beschreibung Bezug auf eine oder mehrere Schichtendes als Schichtkörper ausgebildeten Seitensteins genommen wird, sind damit Schichten mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit gemeint, die insbesondere jeweils eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die sich von der Wärmeleitfähigkeit zumindest einer anderen Schicht des Seitensteins um 5 W/nrrK oder mehr - gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C - unterscheidet. Die insbesondere beiden Schichten können dabei in einer vorgegebenen Richtung aufeinander folgen, welche einer für die thermischen Bedingungen in der Elektrolysezelle relevanten Wärmeflussrichtung entsprechen kann und z.B. durch die Dickenrichtung des Seitensteins gegeben sein kann. Durch die dadurch bewirkte Variation der Wärmeleitfähigkeit über die Dicke des Seitensteins kann der Ge- samtwärmefluss durch den Seitenstein in dieser Richtung so reguliert werden, dass ein gewünschter Isothermenverlauf in dem Seitenstein gewährleistet wird. Die Schichten können aber auch z.B. in Höhenrichtung des Seitensteins, welcher keinen Kompositseitenstein umfasst, aufeinander folgen, wobei insbesondere die von den verschiedenen Schichten abgedeckten Höhenbereiche des Seitensteins bei dessen Einsatz in einer Elektrolysezelle mit verschiedenen Medien der Elektro- lysezelle - wie beispielsweise flüssiges Aluminium, flüssige oder erstarrte In the following description, when reference is made to one or more layers of the side stone formed as a layered body, it refers to layers having different thermal conductivity, in particular each having a thermal conductivity that differs from the thermal conductivity of at least one other layer of the side stone by 5 W / nrrK or more - measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - differs. The particular two layers can follow one another in a predetermined direction, which may correspond to a relevant for the thermal conditions in the electrolysis cell heat flow direction and may be given for example by the thickness direction of the side stone. As a result of the resulting variation in the thermal conductivity over the thickness of the side stone, the total heat flow through the side stone in this direction can be regulated in such a way that a desired isothermal course in the side stone is ensured. However, the layers can also follow one another eg in the height direction of the side stone which does not comprise composite side stone, wherein in particular the height regions of the side stone covered by the different layers when used in an electrolysis cell with different media of the electric lysezelle - such as liquid aluminum, liquid or solidified
Schmelze, Gasphase - in Kontakt stehen können. Durch die dadurch bewirkte Variation der Wärmeleitfähigkeit über die Höhe des Seitensteins kann die Wärmeabführung an die in dem jeweiligen Medium stattfindende Wärmeerzeugung und die dort jeweils gewünschten thermischen Verhältnisse und zusätzlich an die chemischen Anforderungen der einzelnen Medien angepasst werden. Melt, gas phase - can be in contact. As a result of the resulting variation in the thermal conductivity over the height of the side stone, the heat dissipation can be adapted to the heat generation taking place in the respective medium and the respective desired thermal conditions and additionally to the chemical requirements of the individual media.
Die erfindungsgemäß angestrebte Anpassung der thermischen Verhältnisse in einer Elektrolysezelle bei deren Betrieb lässt sich bereits verwirklichen, wenn der Seitenstein genau zwei Schichten mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine derartige Schichtstruktur weist außerdem eine hohe Stabilität auf und lässt sich mit geringem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit herstellen. Prinzipiell ist die Anzahl der verschiedenen Schichten des Seitensteins aber nicht auf genau zwei beschränkt. Stattdessen kann der Seitenstein auch eine höhere Anzahl von Schichten, beispielsweise zumindest drei, vier, fünf, sechs oder mehr verschiedene Schichten umfassen. Dadurch lässt sich eine noch differenziertere örtliche Abstimmung des Wärmeleitungsverhaltens des Seitensteins an die thermischen Verhältnisse in der Elektrolysezelle erreichen. Vorzugsweise umfasst der Seitenstein zwei bis vier Schichten, besonders bevorzugt zwei bis drei Schichten, ganz besonders bevorzugt zwei Schichten. Wird neben der angestrebten Anpassung der thermischen Verhältnisse in einer Elektrolysezelle bei deren Betrieb auch ein teilweiser oder vollständiger Ersatz der Stampfmasse zwischen Kathodenblock und Seitenstein bezweckt, d.h. wird ein Kompositsei- tenstein eingesetzt, so kann dieser Kompositseitenstein auch eine höhere Anzahl von Schichten, beispielsweise zumindest drei, vier, fünf, sechs oder mehr verschiedene Schichten umfassen. Vorzugsweise umfasst der Kompositseitenstein zwei bis vier Schichten, besonders bevorzugt zwei bis drei Schichten, ganz besonders bevorzugt zwei Schichten. Die Schichten können in einer vorgegebenen Richtung aufeinander folgen, welche insbesondere einer Dicken- oder Höhenrichtung des Seitensteins entsprechen kann, so dass eine Variation der Wärmeleitfähigkeit des Seitensteins in der Dickenrichtung bzw. der Höhenrichtung des Seitensteins erreicht wird. Der Seiten- stein kann auch in verschiedenen Richtungen aufeinander folgende Schichten aufweisen, so dass eine Variation der Wärmeleitfähigkeit des Seitensteins in verschiedenen Richtungen erreicht wird. Beispielsweise können mehrere in einer ersten Richtung aufeinander folgende Schichten des Seitensteins eine erste Schichtabfolge und mehrere andere in der ersten Richtung aufeinander folgende Schichten eine zweite Schichtabfolge bilden, wobei die beiden Schichtabfolgen vorzugsweise in einer von der ersten Richtung verschiedenen und insbesondere zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufeinander folgen, was einem Schachbrettmuster gleichen würde. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schichtkörper eine alternierende Abfolge aus einer Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und einer Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit auf. Diese alternierende Abfolge kann in einer vorgegebenen Richtung, welche insbesondere der Dicken- oder Höhenrichtung entspricht, erfolgen. Es kann aber auch sein, dass eine alternie- rende Abfolge aus einer Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und einer Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit in einer ersten Richtung erfolgt, und eine alternierende Abfolge in einer von der ersten Richtung verschiedenen, insbesondere zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung erfolgt. Dabei wird ein besonders günstiges Wärmeleitungsverhalten erreicht, wenn eine äußere Schicht des Schichtkörpers eine Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und die andere äußere Schicht eine Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit darstellt. Dadurch wird die Wärmeaufnahme, -Verteilung und -abgäbe über die Außenflächen des Seitensteins, welche durch die äußeren Schichten des Seitensteins gebildet werden, wirksam und direkt angepasst. Es wird bevorzugt, dass dabei die äußere Schicht des Schichtkörpers, welche in Kontakt mit dem flüssigen Aluminium und/oder der flüssigen Schmelzeschicht steht, eine Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit darstellt, und dass die andere äußere Schicht des Schichtkörpers, welche in Kontakt mit dem Kathodenboden und/oder der Wanne steht, eine Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit darstellt. Die Richtung, in welcher sich die Wärmeleitfähigkeiten unterscheiden, ist die Richtung, welche senkrecht zu der durch die Seitensteine gebildeten Seitenwand ist. The inventively desired adaptation of the thermal conditions in an electrolytic cell during their operation can already be realized if the side brick has exactly two layers with different thermal conductivity. Such a layer structure also has a high stability and can be produced with little effort and high reliability and reproducibility. In principle, however, the number of different layers of the side stone is not limited to exactly two. Instead, the side brick may also comprise a higher number of layers, for example at least three, four, five, six or more different layers. As a result, an even more differentiated local coordination of the heat conduction behavior of the side stone to the thermal conditions in the electrolysis cell can be achieved. Preferably, the side brick comprises two to four layers, more preferably two to three layers, most preferably two layers. If, in addition to the desired adaptation of the thermal conditions in an electrolytic cell during operation, a partial or complete replacement of the ramming mass between cathode block and side brick is intended, ie a composite sidestone is used, then this composite sidestone may also have a higher number of layers, for example at least three , four, five, six or more different layers. Preferably, the composite side brick comprises two to four layers, more preferably two to three layers, most preferably two layers. The layers can follow one another in a predetermined direction, which in particular can correspond to a thickness or height direction of the side stone, so that a variation of the thermal conductivity of the side stone in the thickness direction or the height direction of the side stone is achieved. The side stone may also have successive layers in different directions, so that a variation of the thermal conductivity of the side stone in different directions is achieved. For example, a plurality of layers of side stone following one another in a first direction may form a first layer sequence and a plurality of other layers following one another in the first direction form a second layer sequence, wherein the two layer sequences preferably in a second direction different from the first direction and in particular perpendicular to the first direction Following each other, which would be like a checkerboard pattern. According to an advantageous embodiment, the laminated body has an alternating sequence of a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity. This alternating sequence can take place in a predetermined direction, which corresponds in particular to the thickness or height direction. However, it may also be that an alternating sequence of a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity in a first direction, and an alternating sequence in a direction different from the first direction, in particular to the first direction perpendicular second direction. In this case, a particularly favorable heat conduction behavior is achieved when an outer layer of the laminated body represents a layer with a lower thermal conductivity and the other outer layer is a layer with a higher thermal conductivity. This effectively and directly adjusts the heat absorption, distribution and discharge across the outer surfaces of the side stone formed by the outer layers of the side stone. It is preferred that in this case the outer layer of the laminated body, which in contact with the liquid Aluminum and / or the liquid melt layer, is a layer having a lower thermal conductivity, and that the other outer layer of the laminated body, which is in contact with the cathode bottom and / or the tub is a layer having a higher thermal conductivity. The direction in which the thermal conductivities differ is the direction which is perpendicular to the sidewall formed by the sidestones.
Prinzipiell können die Schichten und/oder der Seitenstein jede beliebige, geeignete Form aufweisen. Hierbei ist zu verstehen, dass die Form maßgeblich von der angestrebten Verwendung des Seitensteins abhängt, d.h. der Anpassung der thermischen Verhältnisse in einer Elektrolysezelle bei deren Betrieb alleine oder der Kombination dieser Anpassung mit dem teilweisen oder vollständigen Ersatz der Stampfmasse zwischen Kathodenblock und Seitenstein. Eine in Bezug auf das Wärmeleitungsverhalten sowie die Herstellbarkeit des Seitensteins besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass die Schichten des Seitensteins eine Blockform, insbesondere eine Quaderform, aufweisen und über Kontaktflächen, insbesondere ihre Grundflächen oder über ihre Seitenflächen, miteinander verbunden sind. Derartige Schichten lassen sich besonders einfach herstellen und erlauben die gezielte Anpassung und Variation der Wärmeleitfähigkeit entlang der Hauptrichtungen eines vorzugsweise blockförmigen, insbesondere quaderförmigen, Seitensteins. In principle, the layers and / or the side stone may have any suitable shape. It should be understood that the shape is critically dependent on the intended use of the side stone, i. the adaptation of the thermal conditions in an electrolytic cell in their operation alone or the combination of this adjustment with the partial or complete replacement of the ramming mass between the cathode block and side stone. A particularly advantageous embodiment with regard to the heat conduction behavior and the manufacturability of the side stone is that the layers of the side stone have a block shape, in particular a cuboid shape, and are connected to one another via contact surfaces, in particular their base surfaces or via their side surfaces. Such layers can be produced particularly easily and allow the targeted adaptation and variation of the thermal conductivity along the main directions of a preferably block-shaped, in particular cuboid, side stone.
Vorzugsweise ist der Seitenstein blockförmig, insbesondere quaderförmig ausge- bildet. Die Dickenrichtung einer oder mehrerer Schichten des Seitensteins kann dabei jeweils mit der Dickenrichtung des Seitensteins übereinstimmen, so dass die Ausrichtung der Schichten an die Ausrichtung des Seitensteins und die dement- sprechenden hauptsächlichen Wärmeleitungsrichtungen in dem Seitenstein ange- passt ist. Über ihre Grundflächen miteinander verbundene Schichten können dementsprechend in Dickenrichtung des Seitensteins aufeinander folgen und über ihre Seitenflächen miteinander verbundene Schichten können in Höhenrichtung des Seitensteins aufeinander folgen. Preferably, the side brick is block-shaped, in particular cuboid. The thickness direction of one or more layers of the side stone may in each case coincide with the thickness direction of the side stone, so that the orientation of the layers is matched to the orientation of the side stone and the corresponding main heat conduction directions in the side stone. Layers interconnected by their bases can accordingly follow one another in the thickness direction of the side stone and over their side surfaces interconnected layers can follow one another in the height direction of the side stone.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Block ein Körper verstanden, der sechs rechteckige Flächen, acht rechteckige Ecken und zwölf Kanten besitzt, von denen jeweils mindestens vier gleiche Längen aufweisen und zueinander parallel sind. Stellt der Block einen Quader dar so sind jeweils vier Kanten gleich lang und parallel zueinander. Es ist aber auch möglich, dass acht der zwölf Kanten gleich lang sind, wobei hier jeweils vier Kanten zueinander parallel sind oder es sind alle Kan- ten gleich lang, wobei auch hier jeweils vier Kanten zueinander parallel sind. For the purposes of the invention, a block is understood to mean a body having six rectangular surfaces, eight rectangular corners and twelve edges, each of which has at least four equal lengths and are parallel to one another. If the block represents a cuboid, four edges are the same length and parallel to each other. But it is also possible that eight of the twelve edges are the same length, in each case four edges are parallel to each other or all edges are the same length, with each four edges are parallel to each other here.
Wird der Seitenstein als Kompositseitenstein in der Elektrolysezelle verwendet, so besteht eine vorteilhafte Ausführungsform des Seitensteins darin, dass mindestens eine Schicht des Seitensteins eine Blockform, insbesondere eine Quaderform aufweist, und mindestens eine Schicht des Seitensteins eine polygone Form aufweist. Diese Schichten sind über Kontaktflächen, insbesondere ihre Grundflächen, miteinander verbunden; die Grundfläche der Schicht aufweisend eine Blockform hat hierbei entweder teilweise oder vollständigen Kontakt mit der Grundfläche der Schicht aufweisend eine polygone Form. Bei einem vollständigen Kontakt der Grundflächen weisen beide Schichten die gleiche Höhe auf; liegt ein teilweiserIf the side stone is used as a composite side brick in the electrolysis cell, an advantageous embodiment of the side brick is that at least one layer of the side brick has a block shape, in particular a cuboid shape, and at least one layer of the side brick has a polygonal shape. These layers are connected to each other via contact surfaces, in particular their base surfaces; the base of the layer having a block shape hereby has either a partial or complete contact with the base of the layer having a polygonal shape. At a complete contact of the bases both layers have the same height; lies a partial one
Kontakt vor, so hat die Schicht aufweisend eine polygone Form eine Höhe, welche 30 % bis unter 100 %, vorzugsweise 40 % bis 80 %, besonders bevorzugt 50 % bis 75 %, der Höhe der Schicht aufweisend eine Blockform ausmacht. Solche Schichten lassen sich ebenfalls sehr einfach herstellen und erlauben einerseits eine gezielte Anpassung und Variation der Wärmeleitfähigkeit entlang der Hauptrichtungen des Seitensteins, andererseits wird mit solch einem Seitenstein der teilweise oder vollständige Ersatz der Stampfmasse zwischen Seitenstein und Kathodenblock ermöglicht. Mindestens eine Schicht des Kompositseitensteins weist eine polygone Form auf. Im Sinne der Erfindung wird unter einem Polygon ein Vieleck verstanden, welches vorzugsweise drei bis sechs Ecken, besonders bevorzugt drei bis fünf Ecken, enthalten kann. Als Polygon mit vier Ecken wird beispielsweise ein Rechteck, Quadrat oder Trapez verstanden. Diese Polygone können in regelmäßiger oder in unregelmäßiger Form vorliegen. Unter einem regelmäßigen Polygon wird im Rahmen der Erfindung ein Polygon verstanden, bei welchem alle Seiten gleich lang und alle Innenwinkel gleich groß sind. Durch die verschiedenen polygonen Formen können die Kompositseitensteine an das gewünschte Elektrolysezellen- design angepasst werden; beispielsweise kann durch das entsprechende Design eines Kompositseitensteins, d.h. der Ausgestaltung einer Schicht in polygoner Form, mehr Platz für Anoden geschaffen werden. Größere Anodenoberflächen erlauben eine höhere Stromstärke und damit eine höhere Produktivität. Zudem kann die Form des Kompositseitensteins an die Form der ursprünglich umlaufen- den Stampfmassenfuge angepasst werden. Weiterhin können diese Polygone mit normalen und/oder abgerundeten Ecken vorliegen. Unter einer normalen Ecke wird der Punkt verstanden, an dem zwei Seiten des entsprechenden Polygons aufeinandertreffen. Unter einer abgerundeten Ecke wird eine Ecke verstanden, welche eine konkav nach innen verlaufende runde Krümmung aufweist, ohne dass in diesem gekrümmten Bereich eine winkelige bzw. kantige Richtungsänderung vorhanden ist. Abgerundete Ecken weisen im Vergleich zu scharfen Ecken den Vorteil auf, dass an den abgerundeten Ecken eine gleichmäßigere Kräfteverteilung auftritt. Diese gleichmäßigere Kräfteverteilung bewirkt eine Verringerung der auftretenden Spannungen, und damit eine verringerte Bildung von Rissen und/oder Defekten an diesen Stellen des Kompositseitensteins. Vorzugsweise enthält das Polygon nur normale Ecken oder eine Ecke des Polygons ist abgerundet, und die anderen Ecken stellen normale Ecken dar. Before contact, the layer having a polygonal shape has a height which is 30% to less than 100%, preferably 40% to 80%, more preferably 50% to 75%, of the height of the layer having a block shape. Such layers can also be produced very easily and allow on the one hand a targeted adaptation and variation of the thermal conductivity along the main directions of the side stone, on the other hand is made possible with such a side stone, the partial or complete replacement of the ramming mass between side brick and cathode block. At least one layer of the composite sidestone has a polygonal shape. For the purposes of the invention, a polygon is understood to mean a polygon which may preferably contain three to six corners, particularly preferably three to five corners. As a polygon with four corners, for example, a rectangle, square or trapezoid understood. These polygons may be in regular or irregular form. In the context of the invention, a regular polygon is understood to be a polygon in which all sides have the same length and all internal angles are the same size. Due to the different polygonal shapes, the composite side stones can be adapted to the desired electrolysis cell design; For example, more space for anodes can be created by the corresponding design of a composite side stone, ie the design of a layer in polygonal shape. Larger anode surfaces allow higher current and thus higher productivity. In addition, the shape of the composite side stone can be adapted to the shape of the original circumferential ramming gap joint. Furthermore, these polygons can be present with normal and / or rounded corners. A normal corner is the point at which two sides of the corresponding polygon meet. A rounded corner is understood as meaning a corner which has a concave curvature running inwards without an angular change in this curved area. Rounded corners have the advantage, compared to sharp corners, that a more even distribution of forces occurs at the rounded corners. This more uniform distribution of forces causes a reduction in the stresses occurring, and thus a reduced formation of cracks and / or defects at these points of the composite side stone. Preferably, the polygon contains only normal corners, or one corner of the polygon is rounded, and the other corners represent normal corners.
Die Dickenrichtung einer oder mehrerer Schichten des Kompositseitensteins kann dabei jeweils mit der Dickenrichtung des Seitensteins übereinstimmen, so dass die Ausrichtung der Schichten an die Ausrichtung des Seitensteins und die dement- sprechenden hauptsächlichen Wärmeleitungsrichtungen in dem Seitenstein ange- passt ist. Die über ihre Grundflächen miteinander verbundenen Schichten können dementsprechend in Dickenrichtung des Kompositseitensteins aufeinander folgen. The thickness direction of one or more layers of the composite side stone can in each case coincide with the thickness direction of the side stone, so that the Orientation of the layers to the alignment of the side stone and the corresponding main heat conduction directions in the side stone is adjusted. The layers connected to one another via their base surfaces can accordingly follow one another in the thickness direction of the composite side stone.
Der Seitenstein, einschließlich des Kompositseitensteins, kann prinzipiell eine flache Bauform mit einer relativ geringen Dicke und einer insbesondere deutlich größeren Höhe und Breite aufweisen, wobei der Seitenstein eine größere Höhe als Breite aufweisen kann. Die Dicke des Seitensteins kann, wenn die Schichten über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind, beispielsweise zwischen 50 und 700 mm betragen und hängt von der Art der Verwendung ab. Wird der Seitenstein nur zur Anpassung der thermischen Verhältnisse in einer Elektrolysezelle verwendet, so beträgt die Dicke bevorzugt zwischen 60 und 250 mm, besonders bevorzugt zwischen 80 und 150 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 90 und 1 10 mm. Wird hingegen ein Kompositseitenstein in der Elektrolysezelle eingesetzt, so beträgt die Dicke bevorzugt zwischen 150 und 600 mm, besonders bevorzugt zwischen 200 und 350 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 225 und 300 mm. Das Verhältnis der Dicken der insbesondere zwei Schichten kann beispielsweise höchstens 1 :3, bevorzugt höchstens 1 :2 und besonders bevorzugt 1 :1 be- tragen. The side brick, including the composite side stone, may in principle have a flat design with a relatively small thickness and in particular a significantly greater height and width, wherein the side stone may have a greater height than width. The thickness of the side stone may, for example, be between 50 and 700 mm when the layers are joined together over their bases, and depends on the type of use. If the side stone is used only to adapt the thermal conditions in an electrolysis cell, the thickness is preferably between 60 and 250 mm, more preferably between 80 and 150 mm, very particularly preferably between 90 and 110 mm. If, on the other hand, a composite sidestone is used in the electrolysis cell, the thickness is preferably between 150 and 600 mm, particularly preferably between 200 and 350 mm, very particularly preferably between 225 and 300 mm. The ratio of the thicknesses of, in particular, two layers may be for example at most 1: 3, preferably at most 1: 2 and particularly preferably 1: 1.
Die Breite des Seitensteins, einschließlich des Kompositseitensteins, kann beliebig an die Länge der Seitenwand der Elektrolysezelle angepasst werden, d.h. sie kann entweder die gesamte Länge dieser Seitenwand einnehmen oder sie beträgt nur einen Teil der Länge der Seitenwand. Die Länge einer Seitenwand kann beispielsweise entweder 3500 mm bis 4000 mm oder 10000 bis 15000 mm betragen. Beträgt die Länge der Seitenwand 10000 bis 15000 mm so kann die Breite des Seitensteins diese Länge betragen oder die Seitenwand wird mit beispielsweise 2 bis 3 Seitensteinen aufweisend eine Länge von 5000 mm bedeckt. Wenn die Breite des Seitensteins die gesamte Länge der Seitenwand der Elektrolysezelle einnimmt, kann einerseits mit solch einem Seitenstein auf das eventuell verwendete Klebermaterial für die Fugen zwischen den einzelnen Seitensteinen verzichtet werden, andererseits bedingt der einfachere Einbau dieses Seitensteins eine Zeitersparnis. Im Falle, dass die Breite des erfindungsgemäßen Seitensteins nur einen Teil der Länge der Seitenwand beträgt, so werden mindestens zwei erfindungsgemäße Seitensteine eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, erfindungsgemäße Seitensteine mit verschiedenen Breiten einzusetzen, d.h. die Breite eines einzelnen Seitensteins kann je nach Bedarf angepasst werden. Wenn die Breite des erfindungsgemäßen Seitensteins, einschließlich des Kompo- sitseitensteins, nur einen Teil der Länge der Seitenwand einnimmt, so kann sie zwischen 300 und 600 mm, bevorzugt zwischen 400 und 600 mm, besonders bevorzugt zwischen 450 und 550 mm, betragen. Die Höhe des Seitensteins, einschließlich des Kompositseitensteins, kann beispielsweise zwischen 500 und 900 mm, bevorzugt zwischen 600 und 800 mm, besonders bevorzugt zwischen 600 und 750 mm, betragen. Bei einem Kompositseitenstein wird hier als Höhe die Länge der Schicht aufweisend eine Blockform genommen. The width of the side stone, including the composite side stone, can be arbitrarily adapted to the length of the side wall of the electrolysis cell, that is, it can occupy either the entire length of this side wall or it is only a part of the length of the side wall. The length of a side wall may be, for example, either 3500 mm to 4000 mm or 10000 to 15000 mm. If the length of the side wall is 10,000 to 15,000 mm, the width of the side stone may be that length or the side wall may be covered with, for example, 2 to 3 side stones having a length of 5,000 mm. If the width of the side stone occupies the entire length of the side wall of the electrolysis cell, on the one hand can be dispensed with such a side stone on the adhesive material may be used for the joints between the individual side bricks, on the other hand requires the simpler installation of this side stone time savings. In the case where the width of the side stone according to the invention is only a part of the length of the side wall, then at least two side stones according to the invention are used. In the context of the invention it is possible to use sidestones according to the invention with different widths, ie the width of a single side stone can be adjusted as required. If the width of the side stone according to the invention, including the composite side stone, occupies only a part of the length of the side wall, it may be between 300 and 600 mm, preferably between 400 and 600 mm, particularly preferably between 450 and 550 mm. The height of the side stone, including the composite side stone, may for example be between 500 and 900 mm, preferably between 600 and 800 mm, particularly preferably between 600 and 750 mm. In the case of a composite sidestone, the length of the layer is here taken as a block having a block shape.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist der Seitenstein, der keinen Kompositseitenstein umfasst, zwei in Dickenrichtung des Seitensteins aufeinander folgende, insbesondere über ihre Grundfläche teilweise oder vollständig miteinander verbundene Schichten auf, die jeweils 30 % - 70 %, bevorzugt 50 %, der Di- cke des Seitensteins abdecken und somit die gesamte Dicke des Seitensteins abdecken. Hierbei ist zu verstehen, dass die Prozentangaben der einzelnen Schichtdicken - auch im Folgenden - immer zusammen 100 % ergeben. Eine Schicht kann sich dabei über die gesamte Höhe des Seitensteins erstrecken. Ebenso kann der Seitenstein, der keinen Kompositseitenstein umfasst, zwei in Höhenrichtung des Seitensteins aufeinander folgende, insbesondere über ihre Seitenflächen miteinander verbundene Schichten aufweisen, die jeweils 30 % - 70 %, bevorzugt 50 %, der Höhe des Seitensteins abdecken und somit die gesamte Höhe des Seitensteins abdecken. Eine Schicht kann sich dabei über die gesamte Dicke des Seitensteins erstrecken. According to an exemplary embodiment, the side brick, which does not comprise a composite side brick, comprises two layers which are successive in the thickness direction of the side brick, in particular partially or completely interconnected over their base surface, each of 30% -70%, preferably 50%, of the thickness of the Cover the side stone and thus cover the entire thickness of the side stone. It should be understood that the percentages of the individual layer thicknesses - also below - always together make up 100%. One layer can extend over the entire height of the side stone. Likewise, the side brick, which does not comprise a composite side brick, two successive in the height direction of the side stone, in particular connected over their side surfaces layers each covering 30% - 70%, preferably 50%, the height of the side stone and thus the entire height of Cover the side stone. A layer may extend over the entire thickness of the side stone.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen eine oder mehrere und insbesondere alle Schichten des Seitensteins, welcher keinen Kompositseitenstein dar- stellt, jeweils eine Dicke von 25 bis 125 mm, bevorzugt 30 bis 100 mm, besonders bevorzugt 40 bis 75 mm und ganz besonders bevorzugt 45 bis 55 mm auf. Dies ist besonders dann bevorzugt, wenn der Seitenstein zwei Schichten aufweist, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind und in Dickenrichtung aufeinander folgen und insbesondere jeweils 30 - 70 %, bevorzugt 50 %, der Dicke des Seitensteins ausmachen. Die Schichten können sich dabei jeweils über die gesamte Höhe des Seitensteins erstrecken. According to an advantageous embodiment, one or more and in particular all layers of the side brick, which represents no composite Seitenstein, each having a thickness of 25 to 125 mm, preferably 30 to 100 mm, more preferably 40 to 75 mm and most preferably 45 to 55 mm up. This is particularly preferred when the side brick has two layers which are connected to one another via their base surfaces and follow one another in the thickness direction and in particular make up 30-70%, preferably 50%, of the thickness of the side stone. The layers can each extend over the entire height of the side stone.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen eine oder mehrere und insbesondere alle Schichten des Seitensteins, welcher keinen Kompositsei- tenstein umfasst, wenn diese Schichten über ihre Seitenflächen miteinander verbunden sind und in Höhenrichtung aufeinander folgen, eine Höhe von 150 bis 450 mm, bevorzugt von 200 bis 400 mm, besonders bevorzugt von 250 bis 350 mm, und ganz besonders bevorzugt von 280 bis 320 mm auf. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn dieser Seitenstein zwei Schichten aufweist, die über ihre Seitenflächen miteinander verbunden sind und in Höhenrichtung aufeinander folgen und sich jeweils insbesondere über 30 % - 70 %, bevorzugt zu 50 %, der Höhe des Seitensteins erstrecken. Die Schichten können sich dabei jeweils über die gesamte Dicke des Seitensteins erstrecken. Das Verhältnis der Höhen der insbesondere zwei Schichten kann beispielsweise höchstens 1 :3, bevorzugt höchstens 1 :2 und besonders bevorzugt 1 :1 betragen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform für einen Kompositseitenstein weist dieser Seitenstein zwei in Dickenrichtung des Seitensteins aufeinander folgende, insbesondere über ihre Grundfläche teilweise oder vollständig miteinander ver- bundene Schichten auf, die jeweils 30 % - 70 %, bevorzugt 50 %, der Dicke des Seitensteins abdecken und somit die gesamte Dicke des Seitensteins abdecken. Hierbei ist zu verstehen, dass die Prozentangaben der einzelnen Schichtdicken - auch im Folgenden - immer zusammen 100 % ergeben. Eine Schicht kann sich dabei teilweise oder vollständig über die gesamte Höhe des Seitensteins erstre- cken. Es kann sein, dass die Schicht aufweisend eine polygone Form sich entweder vollständig über die gesamte Höhe der Schicht aufweisend eine Quaderform erstreckt oder sie erstreckt sich zu 30 % bis unter 100 %, bevorzugt zu 40 % bis 80 %, besonders bevorzugt zu 50 % bis 75 %, über die Höhe der Schicht aufweisend eine Quaderform. According to a further preferred embodiment, one or more and in particular all layers of the side stone, which does not comprise a composite side stone, when these layers are interconnected via their side surfaces and follow one another in the height direction, have a height of 150 to 450 mm, preferably 200 to 400 mm, more preferably from 250 to 350 mm, and most preferably from 280 to 320 mm. This is particularly preferred if this side brick has two layers which are connected to one another via their side surfaces and follow one another in the vertical direction and in each case extend in particular over 30% -70%, preferably 50%, of the height of the side stone. The layers can each extend over the entire thickness of the side stone. The ratio of the heights of, in particular, two layers can be, for example, at most 1: 3, preferably at most 1: 2 and particularly preferably 1: 1. According to an exemplary embodiment for a composite side brick, this side brick has two layers which follow one another in the thickness direction of the side brick, in particular partially or completely interconnected over their base surface, each covering 30% -70%, preferably 50%, of the thickness of the side brick and thus cover the entire thickness of the side stone. It should be understood that the percentages of the individual layer thicknesses - also below - always together make up 100%. A layer may extend partially or completely over the entire height of the side stone. It may be that the layer having a polygonal shape either extends completely over the entire height of the layer having a parallelepiped shape or extends from 30% to less than 100%, preferably from 40% to 80%, particularly preferably 50% to 75%, above the height of the layer having a cuboid shape.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen eine oder mehrere - und insbesondere alle - Schichten des Kompositseitensteins jeweils eine Dicke von 75 bis 250 mm, bevorzugt 100 bis 175 mm, und besonders bevorzugt 1 10 bis 150 mm auf. Dies ist besonders dann bevorzugt, wenn der Kompositseitenstein zwei Schichten aufweist, die über ihre Grundflächen teilweise oder vollständig miteinander verbunden sind und in Dickenrichtung aufeinander folgen und insbesondere jeweils 30 - 70 %, bevorzugt 50 %, der Dicke des Kompositseitensteins ausmachen. Bei einem vollständigen Kontakt der Grundflächen erstrecken sich die Schichten dabei jeweils über die gesamte Höhe des Kompositseitensteins; liegt hingegen ein teilweiser Kontakt der Grundflächen vor, so erstreckt sich die Schicht aufweisend eine polygone Form zu 30 % bis unter 100 %, bevorzugt zu 40 bis 80 %, besonders bevorzugt zu 50 % bis 75 %, über die Höhe der Schicht aufweisend eine Quaderform. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen eine oder mehrere quaderförmige Schichten, und insbesondere alle quaderförmige Schichten des Kompositsei- tensteins eine Höhe von 500 bis 900 mm, bevorzugt von 650 bis 850 mm, besonders bevorzugt von 700 bis 800 mm auf und eine oder mehrere, und insbesondere alle polygonen Schichten weisen eine Höhe von 150 bis unter 900 mm, bevorzugt von 200 bis 720 mm, ganz besonders bevorzugt von 250 bis 675 mm auf. According to a further advantageous embodiment, one or more - and in particular all - layers of the composite side stone each have a thickness of 75 to 250 mm, preferably 100 to 175 mm, and particularly preferably 1 10 to 150 mm. This is particularly preferred when the composite side brick has two layers which are partially or completely connected to one another via their base surfaces and follow one another in the thickness direction and in particular each make up 30-70%, preferably 50%, of the thickness of the composite side stone. With complete contact of the base surfaces, the layers each extend over the entire height of the composite side stone; if, on the other hand, there is partial contact of the bases, then the layer having a polygonal shape extends from 30% to below 100%, preferably from 40 to 80%, particularly preferably from 50% to 75%, over the height of the layer having a cuboid shape , According to a further embodiment, one or more rectangular layers, and in particular all parallelepiped layers of the composite side stone, have a height of 500 to 900 mm, preferably of 650 to 850 mm, particularly preferably of 700 to 800 mm and one or more, and in particular All polygonal layers have a height of 150 to less than 900 mm, preferably from 200 to 720 mm, most preferably from 250 to 675 mm.
Der Seitenstein kann über seine Höhe hinweg mit verschiedenen Bestandteilen oder Medien der Elektrolysezelle in Kontakt stehen, insbesondere mit der Schicht aus flüssigen Aluminium, der Schmelzeschicht, ggf. einer auf der Schmelzeschicht angeordneten Kruste aus erstarrter Schmelze sowie mit einer sich bei dem Betrieb der Elektrolysezelle entwickelnden gasförmigen Atmosphäre mit den verschiedenen darin enthaltenen Stoffen. In seinem unteren Bereich kann der Seitenstein mit dem Kathodenboden und/oder einer Stampfmasse in Verbindung stehen, die zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen dem Kathodenboden und demThe side brick can be in contact with various constituents or media of the electrolysis cell over its height, in particular with the layer of liquid aluminum, the melt layer, possibly a crust of solidified melt arranged on the melt layer and with a developing one during operation of the electrolysis cell gaseous atmosphere with the various substances contained therein. In its lower part, the side stone may be in communication with the cathode bottom and / or a ramming mass, which is used to establish a tight connection between the cathode bottom and the
Seitenstein vorgesehen sein kann. Der Seitenstein kann gemäß der vorstehenden Beschreibung mehrere in seiner Höhenrichtung aufeinander folgende Schichten mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, wobei vorzugsweise diejenigen Höhenbereiche des Seitensteins, in denen der Seitenstein mit verschiedenen Medien in Kontakt kommt, durch verschiedene Schichten des Seitensteins gebildet sind. Dadurch wird die Wärmeaufnahme und -ableitung über den Seitenstein an die jeweiligen thermischen Bedingungen und Anforderungen in den unterschiedlichen Medien angepasst. Durch diese Anpassung werden die Seitensteine insgesamt weniger beansprucht, was zu einer höheren Verschleißbeständigkeit führt. Seitenstein can be provided. The side stone may, as described above, have several successive layers with different thermal conductivities in its height direction, and preferably those height regions of the side stone in which the side stone comes into contact with different media are formed by different layers of the side stone. As a result, the heat absorption and dissipation via the side stone is adapted to the respective thermal conditions and requirements in the different media. As a result of this adaptation, the side stones are less stressed overall, which leads to greater wear resistance.
Alternativ oder zusätzlich kann der Seitenstein mehrere in Dickenrichtung des Seitensteins aufeinander folgende Schichten mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Dadurch kann die Wärmeleitung des Seitensteins in einer Wär- meflussrichtung variiert werden, welche senkrecht zu der das Wanneninnere begrenzenden Seitenfläche des Seitensteins verläuft. Alternatively or additionally, the side brick may have several layers in the thickness direction of the side stone with different heat conductivities. As a result, the heat conduction of the side stone in a heat Flow direction can be varied, which is perpendicular to the side of the side stone limiting the inside of the tub.
Eine im Hinblick auf die für den Einsatz des Seitensteins in einer Elektrolysezelle bedeutsame thermische, mechanische und chemische Stabilität des Seitensteins bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass zumindest eine Schicht, bevorzugt alle Schichten, aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, graphitischem Kohlenstoff, graphitiertem Kohlenstoff oder Silizi- umcarbid oder beliebigen Mischungen daraus besteht oder ein solches Material enthält. Diese Materialien sind besonders geeignet, um den bei dem Einsatz des Seitensteins in einer Elektrolysezelle und dem dabei auftretenden Kontakt des Seitensteins mit der Schicht aus flüssigem Aluminium und der Schmelzeschicht auftretenden Bedingungen standzuhalten. Ferner ermöglicht die Wahl geeigneter Materialzusammensetzungen eine Anpassung der Wärmeleitfähigkeit des Seiten- steins in einem günstigen Wertebereich. Die Wärmeleitfähigkeit einer oder mehrerer und insbesondere aller Schichten des Seitensteins kann - gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C und 1000 °C, bevorzugt zwischen 950 °C und 980 °C - beispielsweise zwischen 4 und 120 W/nrrK, insbesondere zwischen 4 und 100 W/nrrK, bevorzugt zwischen 5 und 80 W/nrrK, besonders bevorzugt zwischen 8 und 50 W/nrrK betragen. A preferred embodiment for the use of side stone in an electrolytic cell in thermal, mechanical and chemical stability of the side stone is that at least one layer, preferably all layers, of a material selected from the group consisting of carbon, graphitic carbon, graphitized carbon or silicon carbide or any mixtures thereof or containing such material. These materials are particularly suitable for withstanding the conditions encountered in the use of the side stone in an electrolytic cell and the resulting contact of the side brick with the layer of liquid aluminum and the melt layer. Furthermore, the choice of suitable material compositions makes it possible to adapt the heat conductivity of the side brick in a favorable range of values. The thermal conductivity of one or more and in particular all layers of the side stone can - measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - for example between 4 and 120 W / nrrK, in particular between 4 and 100 W / nrrK, preferably between 5 and 80 W / nrrK, more preferably between 8 and 50 W / nrrK be.
Eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit des Seitensteins und damit eine besonders hohe Standzeit einer mit dem Seitenstein ausgestatteten Elektrolysezelle wird erreicht, wenn der Kohlenstoff Anthrazit, vorzugsweise elektrisch kalzi- niertes Anthrazit, ist und das Siliziumcarbid siliziumnitrid-gebundenes Siliziumcar- bid ist. A particularly high wear resistance of the side stone and thus a particularly long service life of an electrolysis cell equipped with the side stone is achieved if the carbon is anthracite, preferably electrically calcined anthracite, and the silicon carbide is silicon nitride bonded silicon carbide.
Eine noch weitere Verbesserung der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Seitensteins lässt sich erzielen, wenn die Herstellung des Seitensteins einen Imprägnierschritt mit Pech und anschließender Carbonisierung umfasst. Hierbei kann der ganze Seitenstein oder zumindest eine Schicht des Seitensteins wie vorab beschrieben einer Imprägnierung unterzogen werden. Even further improvement in the thermal and mechanical properties of the side stone can be achieved if the production of the side stone comprises a pitch impregnation step followed by carbonization. Here, the whole side stone or at least one layer of the side stone can be subjected to impregnation as described above.
Zumindest eine der Schichten kann mit Silizium(pulver), einem oxidischen kerami- sehen Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Titandioxid, oder einem nicht-oxidischen keramischen Material, welches bevorzugt aus wenigstens einem Metall der 4. bis 6. Gruppe und wenigstens einem Element aus der 13. oder 14. Gruppe des Periodensystems der Elemente zusammengesetzt ist, dotiert sein. Unter Dotierung wird hier die Zugabe in die grüne Mischung verstanden, wobei der Einzelanteil einer oder mehrerer Dotiermittel in der grünen Mischung 3 - 15 Gew.- %, bevorzugt 5 - 10 Gew.-% beträgt. Bevorzugt werden pulverförmige Partikel mit einem Durchmesser von unter 200 μιτι, besonders bevorzugt unter 63 μιτι eingesetzt. Unter diese nicht-oxidische Materialien fallen insbesondere Metallcarbide, Metallboride, Metallnitride und Metallcarbonitride mit einem Metall der 4. bis 6. Gruppe, wie beispielsweise Titan, Zirkonium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom oder Wolfram, wobei vorzugsweise Titan verwendet wird. Es ist auch möglich, beliebige Mischungen aus oxidischen keramischen Materialien, beliebige Mischungen aus nicht-oxidischen keramischen Materialien, beliebige Mischungen aus oxidischen keramischen Materialien und nicht-oxidischen keramischen Materialien, beliebige Mischungen aus oxidischen keramischen Materialien und Silizium(pulver), beliebige Mischungen aus nicht-oxidischen keramischen Materialien und Silizium(pulver) oder beliebige Mischungen aus oxidischen keramischen Materialien, nicht- oxidischen keramischen Materialien und (Silizium)pulver zu verwenden. Als bevorzugte nicht-oxidische Materialien können Titandiborid oder Titancarbid genannt werden. Wird Silizium(pulver) eingesetzt, so setzt sich dieses während des Brennprozesses zu Siliziumcarbid um. Es ist auch möglich, eine Vorstufe (Precursor) für die Herstellung von siliziumnitridgebundenem Siliziumcarbid einzusetzen, wobei eine Mischung aus Siliziumcarbid und Silizumpulver verwendet wird. Hier muss der Brennprozess unter kontrolliertem Stickstoffgehalt des Brenngases bei bis zu 1400 °C erfolgen, um eine Umsetzung des Siliziums zu der eigentlichen Binder- phase Siliziumnitrid zu gewährleisten. Generell erfolgt hier die Wärmebehandlung durch Brennen wie bei üblichen, keramischen Materialien, d.h. die Brenntemperatur wird an das eingesetzte keramische Material angepasst. Es kann also sein, das bei der Herstellung des Schichtkörpers, die unterschiedlichen Anforderungen an die Brennprozesse der einzelnen, eingesetzten Materialien, berücksichtigt werden müssen. Bei dieser Schicht handelt es sich insbesondere um die Schicht, die im Betrieb Kontakt zur umgebenden Stahlwanne hat und so einem erhöhten Risiko eines oxidativen Verschleißes ausgesetzt ist. Vorzugsweise ist der Seitenstein monolithisch hergestellt, so dass die Schichten des Seitensteins einteilig und materialschlüssig miteinander verbunden sind. Eine solche Verbindung zeichnet sich gegenüber einer geklebten oder mechanischen Verbindung durch eine erhöhte Stabilität aus. Der Seitenstein kann dabei einen Verbundkörper aus den einzelnen Schichten bilden. Dadurch ergibt sich eine thermisch, mechanisch und chemisch besonders hohe Beständigkeit des Seitensteins und damit eine besonders hohe Standzeit einer mit dem Seitenstein ausgestatteten Elektrolysezelle. Insbesondere kann der Seitenstein einteilig aus einem Grünblock erhältlich sein, welcher den verschiedenen Schichten des fertigen Seitensteins entsprechend mehrere verschiedene grüne Mischungen enthalten kann, die die Ausgangsmaterialen für die verschiedenen Schichten des Seitensteins bilden. Der Seitenstein kann durch Brennen des Grünblocks erhältlich sein, wobei insbesondere ein Carbonisieren und/oder Graphitieren des Grünmaterials des Grünblocks stattfinden kann. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit des Seitensteins bei einer Temperatur zwischen 920 °C und 1000 °C gemäß der DIN 51936 gemessen werden. Hierbei wird bei Messungen, die Temperaturen über 400 °C übersteigen, ein gepulster Laser eingesetzt. Innerhalb einer Schicht kann der Seitenstein eine zumindest im Wesentlichen homogene Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Zwischen einer Schicht, die eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist, und einer Schicht, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann ein Übergangsbereich ausgebildet sein, in dem die Wärmeleitfähigkeit, z.B. zumindest im Wesentlichen kontinuierlich, von dem höheren auf den niedrigeren Wert abnimmt. Ein solcher Übergangsbereich, welcher gegenüber der Gesamtausdehnung der Schichten relativ klein ausgebildet sein kann, kann als Teil der beiden Schichten angesehen werden. At least one of the layers may comprise silicon (powder), an oxide ceramic material, such as, for example, aluminum oxide or titanium dioxide, or a non-oxidic ceramic material, which preferably comprises at least one metal from groups 4 to 6 and at least one element the 13th or 14th group of the Periodic Table of the Elements is composed of doped. Doping is here understood to mean the addition into the green mixture, the individual proportion of one or more dopants in the green mixture being 3 to 15% by weight, preferably 5 to 10% by weight. Preference is given to powdery particles having a diameter of less than 200 μιτι, more preferably used under 63 μιτι. Among these non-oxide materials are, in particular, metal carbides, borides, metal nitrides and metal carbonitrides with a metal of the 4th to 6th group, such as titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten, preferably titanium is used. It is also possible, any mixtures of oxidic ceramic materials, any mixtures of non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxidic ceramic materials and non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxidic ceramic materials and silicon (powder), any mixtures of non -oxidic ceramic materials and silicon (powder) or any mixtures of oxidic ceramic materials, non-oxidic ceramic materials and (silicon) powder to use. As preferred non-oxide materials, titanium diboride or titanium carbide may be mentioned. If silicon (powder) is used, it converts to silicon carbide during the firing process. It is also possible to use a precursor for the production of silicon nitride-bonded silicon carbide using a mixture of silicon carbide and silicon powder. Here, the combustion process must be carried out under controlled nitrogen content of the fuel gas at up to 1400 ° C, in order to convert the silicon to the actual binder gas. phase to ensure silicon nitride. In general, the heat treatment is carried out by firing as in conventional ceramic materials, ie the firing temperature is adapted to the ceramic material used. It may therefore be that in the production of the composite, the different requirements for the combustion processes of the individual materials used, must be considered. In particular, this layer is the layer which, during operation, makes contact with the surrounding steel trough and is thus exposed to an increased risk of oxidative wear. Preferably, the side stone is made monolithic, so that the layers of the side stone are integrally and materially connected to each other. Such a compound is distinguished from a glued or mechanical connection by increased stability. The side stone can form a composite of the individual layers. This results in a thermally, mechanically and chemically very high resistance of the side stone and thus a particularly long service life of an equipped with the side stone electrolytic cell. In particular, the side stone may be obtained in one piece from a green block, which may accordingly contain a plurality of different green mixtures forming the starting materials for the different layers of the side stone of the various layers of the finished side stone. The side stone may be obtainable by firing the green block, wherein in particular carbonization and / or graphitization of the green material of the green block may take place. For example, the thermal conductivity of the side stone at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C according to DIN 51936 can be measured. In this case, a pulsed laser is used in measurements that exceed temperatures above 400 ° C. Within a layer, the side brick may have at least substantially homogeneous thermal conductivity. Between a layer having a lower thermal conductivity and a layer having a higher Having thermal conductivity, a transition region may be formed in which the thermal conductivity, for example at least substantially continuously, decreases from the higher to the lower value. Such a transition region, which can be made relatively small compared to the total extent of the layers, can be regarded as part of the two layers.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines wie hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Seitensteins, welches die Schritte um- fasst: The invention further provides a process for the preparation of a side stone according to the invention as described herein which comprises the steps:
a) Bereitstellen einer Mischung für die Schicht mit der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit, einer Mischung für die Schicht mit der höheren Wärmeleitfähigkeit, und gegebenenfalls von einer oder mehr Mischungen für wenigstens eine weitere Schicht, a) providing a mixture for the layer with the lower thermal conductivity, a mixture for the layer with the higher thermal conductivity, and optionally one or more mixtures for at least one further layer,
b) Bilden eines Grünblocks mit Schichtaufbau aus den Mischungen gemäß Schritt a) und b) forming a green block with layer structure of the mixtures according to step a) and
c) Brennen des Grünblocks gemäß Schritt b) bei einer Temperatur von 800 bis 1400 °C, bevorzugt 1000 bis 1300 °C. c) firing the green block according to step b) at a temperature of 800 to 1400 ° C, preferably 1000 to 1300 ° C.
Durch die Herstellung des Seitensteins durch Brennen eines Grünblocks mit ver- schiedenen, die Ausgangsmaterialien für die Schichten bildenden grünen Mischungen wird ein einheitlicher Seitenstein mit einer hohen Stabilität und einem materialschlüssigen und monolithischen Zusammenhalt zwischen den einzelnen Schichten des Seitensteins erreicht. Das Bilden des Grünblocks gemäß Schritt b) kann umfassen, dass die grünenBy producing the side stone by firing a green block with various green mixtures forming the starting materials for the layers, a uniform side stone with a high stability and a cohesive and monolithic cohesion between the individual layers of the side stone is achieved. Forming the green block according to step b) may include that the green
Mischungen in eine Form eingebracht werden. Dabei können in der Form entsprechend dem Schichtaufbau des fertigen Seitensteins mehrere Schichten der grünen Mischungen ausgebildet werden. Die Herstellung des Schichtaufbaus lässt sich in einfacher weise so bewerkstelligen, dass die Schichten der grünen Mischungen in einer Öffnungsrichtung der Form aufeinander folgen. In besonders einfacher Wei- se können die Schichten so in die Form eingebracht werden, dass diese im Wesentlichen horizontal, vorzugsweise horizontal, orientiert sind und vorzugsweise in der vertikalen Richtung aufeinander folgen. Das Bilden des Grünblocks gemäß Schritt b) kann ferner eine Vibrationsformgebung und/oder Blockpressen des grünen Materials umfassen. Dies kann mit oder ohne Vakuum durchgeführt werden. Dadurch können innerhalb des Materials vorhandene Hohlräume ganz oder teilweise eliminiert werden, so dass überall gleichmäßig eine gewünschte Rohdichte erreicht wird. Eine besonders hohe Ho- mogenität in Bezug auf die Rohdichte lässt sich außerdem erreichen, wenn das Bilden des Grünblocks eine Druckbeaufschlagung bzw. ein Komprimieren des grünen Materials umfasst, um das Material zu kompaktieren. Mixtures are placed in a mold. In this case, several layers of the green mixtures can be formed in the mold according to the layer structure of the finished side stone. The production of the layer structure can be accomplished in a simple manner such that the layers of the green mixtures follow one another in an opening direction of the mold. In a particularly simple way The layers can be introduced into the mold in such a way that they are oriented substantially horizontally, preferably horizontally, and preferably follow one another in the vertical direction. Forming the green block according to step b) may further include vibratory shaping and / or block pressing of the green material. This can be done with or without vacuum. As a result, existing voids within the material can be completely or partially eliminated, so that everywhere a desired bulk density is uniformly achieved. In addition, a particularly high homogeneity in terms of bulk density can be achieved if the formation of the green block comprises pressurizing or compressing the green material in order to compact the material.
Als Materialien für die grünen Mischungen eignen sich besonders alle grünen Materalien, die zu einem der vorstehend in Bezug auf den fertigen Seitenstein genannten bevorzugten Materialien gebrannt werden können. Zum Beispiel kann zumindest eine grüne Mischung ein Material enthalten, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem kohlenstoffhaltigen Material wie z.B. Anthrazit, einem graphitischen oder graphitierbaren Material wie z.B. synthetischem Graphit und Pech besteht, oder eine beliebige Mischung dieser Materialien. Ferner kann ein insbesondere kohlenstoffhaltiges Bindemittel wie beispielsweise Bindepech in der Mischung enthalten sein. Durch die gezielte Zusammensetzung des Materials der einzelnen Schichten des Grünblocks lässt sich die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Schichten des resultierenden Seitensteins gezielt einstellen. Particularly suitable as materials for the green mixtures are all green materials which can be fired to one of the preferred materials mentioned above with respect to the finished side stone. For example, at least one green mixture may contain a material selected from the group consisting of a carbonaceous material, such as carbon black. Anthracite, a graphitic or graphitizable material, e.g. synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials. Further, a particular carbonaceous binder such as binder pitch may be included in the mixture. The targeted composition of the material of the individual layers of the green block makes it possible to set the thermal conductivity of the various layers of the resulting side brick in a targeted manner.
Wenn eine grüne Mischung ein kohlenstoffhaltiges Material umfasst, erfolgt während des Brennens des Grünblocks vorzugsweise ein Carbonisieren des Materials der grünen Mischung. Ferner kann als ein weiterer Schritt d) eine Graphitierung des Materials erfolgen. Dazu kann der carbonisierte oder grüne Formkörper auf Temperaturen von mehr als 2000 °C und vorzugsweise mehr als 2200°C erhitzt werden. Zur weiteren Verbesserung der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Seitensteins kann nach dem Schritt c) des Brennens und/oder nach einem ggf. vorgesehenen Schritt d) des Graphitierens ein weiterer Schritt e) vorgesehen sein, welcher das Imprägnieren des gebrannten und ggf. graphitierten Grünblocks mit Pech umfasst. When a green mixture comprises a carbonaceous material, it is preferable to carbonize the green mixture material during firing of the green block. Furthermore, graphitization of the material can take place as a further step d). For this purpose, the carbonized or green shaped body to temperatures of more than 2000 ° C and preferably more than 2200 ° C are heated. In order to further improve the thermal and mechanical properties of the side stone, a further step e) may be provided after step c) of firing and / or after a possibly provided step d) of graphitizing, which comprises impregnating the fired green block and optionally graphitized green block Bad luck covers.
Vorzugsweise wird durch das vorstehend beschriebene Verfahren zunächst ein Grundkörper mit mehreren Schichten hergestellt, aus dem in einem auf die vor- stehend beschriebenen Verfahrensschritte folgenden Schritt mehrere Seitensteine mit den gewünschten Dimensionen herausgetrennt werden, insbesondere durch einen Schneidevorgang. Dies gilt auch für die Herstellung eines Kompositsei- tensteins. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Seitenstein, der nach dem hierin beschriebenen Verfahren erhältlich ist. Der Seitenstein bewirkt bei seinem Einsatz in einer Elektrolysezelle eine Optimierung der thermischen Verhältnisse in der Elektrolysezelle während des Elektrolysebetriebs und weist außerdem eine hohe mechanische Stabilität und einen sehr starken Zusammenhalt zwischen den ver- schiedenen Schichten des Seitensteins auf. Je nach Breite der Seitensteine kann auf das Klebermaterial zwischen den Seitensteinen verzichtet werden. Wird ein Kompositseitenstein verwendet, so kann zudem teilweise oder ganz auf die Stampfmasse zwischen dem Seitenstein und dem Kathodenblock verzichtet werden. Preferably, the method described above first produces a base body with a plurality of layers, from which several side stones having the desired dimensions are cut out in a step following the method steps described above, in particular by a cutting operation. This also applies to the production of a composite stone. Another object of the invention is a side stone, which is obtainable by the method described herein. When used in an electrolysis cell, the side stone causes an optimization of the thermal conditions in the electrolysis cell during the electrolysis operation and also has a high mechanical stability and a very strong cohesion between the various layers of the side stone. Depending on the width of the side stones can be dispensed with the adhesive material between the side stones. If a composite side stone is used, it is also possible to dispense, in part or in full, with the ramming mass between the side brick and the cathode block.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Seitensteins nach der vorliegenden Beschreibung zur Auskleidung der seitlichen Wände in einer Elektrolysezelle stellt einen weiteren eigenständigen Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass zur Auskleidung der Seitenwand sowohl mindestens ein Seitenstein, welcher zur Anpassung der thermischen Ver- hältnisse eingesetzt wird, mit mindestens einem Kompositseitenstein kombiniert wird. Die Anzahl der hier eingesetzten Seitensteine bzw. Kompositseitensteine kann je nach Bedarf angepasst werden. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welche eine Kathode, eine Anode und eine Wand umfasst, wobei zumindest ein Abschnitt der Wand durch einen erfindungsgemäßen Seitenstein gemäß der vorliegenden Beschreibung gebildet ist. Dieser Seitenstein kann wie beschrieben auch ein Kompositseitenstein darstellen. Die hierin in Bezug auf den Seitenstein, dessen Herstellung und Verwendung und insbesondere dessen Einsatz in einer Elektrolysezelle beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen stellen bei entsprechender Anwendung Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle dar. Der wenigstens eine Seitenstein bildet vorzugsweise eine seitliche Wand einer Wanne, in der die Schicht aus flüssigem Aluminium und die Schmelzeschicht aufgenommen sind. Der Seitenstein kann dabei eine seitliche Wand einer äußeren Stahlwanne der Elektrolysezelle auskleiden, welche die durch den Seitenstein gebildete innere Wanne umgibt. Wie oben erwähnt, muss die erzeugte Menge an thermischer Energie in einer Elektrolysezelle einerseits teilweise definiert abgeführt werden, andererseits müssen aber auch zu hohe Wärmeverluste vermieden werden, um eine spezifische Temperaturverteilung in der Elektrolysezelle zu gewährleisten. Neben den bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Seitensteinen bzw. Kompositseitensteinen und der feuerfesten Auskleidung, welche sich zwischen der Kathode und der Stahlwanne befindet, hat auch die Kathode einen Einfluss auf das Wärmemanagement in der Elektrolysezelle. Wenn zu viel Wärme aus der Elektrolysezelle abgeführt wird, erstarrt das Kryolith in der Schmelze im Übermaße und kann sich bis auf die Kathodenoberfläche erstrecken. Als Folge hiervon wird der kathodische Stromfluss gestört, was zu einer inhomogenen Stromverteilung entlang der Katho- denoberfläche, und damit zu einem erhöhten elektrischen Widerstand und somit zu einer reduzierten Energieeffizienz der Elektrolysezelle führt. Das Wärmemanagement von der Kathode zu der unter ihr liegenden feuerfesten Auskleidung lässt sich gut einstellen, wohingegen das Wärmemanagement von der Kathode zu den Seitenwänden hin wesentlicher schwieriger einzustellen ist. Üblicherweise bestehen die Kathodenblöcke, welche die Kathode ausbilden, aus einem einheitlichen Material, d.h. diese homogenen Kathodenblöcke weisen die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf, so dass diese Kathodenblöcke schlecht oder gar nicht in der Lage sind, ein optimales Wärmemanagement in der Elektrolysezelle zu unterstützen. Dies gilt insbesondere für die Einstellung des Wärmemanagements von der Kathode zu den Seitenwänden hin. The use of the side stone according to the present invention for lining the side walls in an electrolytic cell constitutes a further independent subject matter of the present invention. Within the scope of the invention it is also possible that for the lining of the side wall both at least one side stone, which is used to adapt the thermal is used, is combined with at least one Kompositseitenstein. The number of side stones or composite side stones used here can be adjusted as needed. Another object of the invention is an electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, which comprises a cathode, an anode and a wall, wherein at least a portion of the wall is formed by a side stone according to the present invention. This side stone can also be a composite side stone as described. The advantages and preferred embodiments described herein with respect to sunstone, its manufacture and use, and in particular its use in an electrolytic cell, when used appropriately, are advantages and preferred embodiments of the electrolytic cell of the present invention. The at least one side brick preferably forms a lateral wall of a well the layer of liquid aluminum and the melt layer are included. The side brick can thereby line a lateral wall of an outer steel tub of the electrolysis cell, which surrounds the inner tub formed by the side brick. As mentioned above, the amount of thermal energy generated in an electrolytic cell must be partly removed on the one hand, on the other hand, however, too high heat losses must be avoided in order to ensure a specific temperature distribution in the electrolysis cell. In addition to the previously described side stones or composite side stones according to the invention and the refractory lining, which is located between the cathode and the steel trough, the cathode also has an influence on the thermal management in the electrolysis cell. If too much heat is removed from the electrolysis cell, the cryolite solidifies in the melt in excess and may extend to the cathode surface. As a consequence, the cathodic current flow is disturbed, resulting in an inhomogeneous current distribution along the cathode. denoberfläche, and thus leads to an increased electrical resistance and thus to reduced energy efficiency of the electrolytic cell. The thermal management from the cathode to the underlying refractory lining can be adjusted well, whereas the thermal management from the cathode to the sidewalls is much more difficult to adjust. Usually, the cathode blocks that form the cathode are made of a uniform material, ie, these homogeneous cathode blocks have the same thermal conductivity, so that these cathode blocks are poorly or not at all able to support optimal thermal management in the electrolysis cell. This is especially true for the setting of thermal management from the cathode to the sidewalls.
WO 02/064860 beschreibt Kathodenblöcke, welche in Richtung der Kathodenlängsseite betrachtet verschiedene Schichten aufweisen, die unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen, d.h. für die Herstellung der Kathodenblöcke werden in Richtung der Kathodenlängsseite schichtweise unterschiedliche Materialien (aufweisend unterschiedliche spezifische elektrische Widerstände) verwendet. Mit diesen Kathodenblöcken soll der Stromfluss durch die Zelle auch ohne aufwendige Führung von Stromleitschienen dem idealen Stromverlauf angenähert werden. WO 02/064860 describes cathode blocks which, viewed in the direction of the cathode longitudinal side, have different layers which have different electrical resistances, i. For the production of the cathode blocks, different materials (having different specific electrical resistances) are used in layers in the direction of the cathode longitudinal side. With these cathode blocks, the flow of current through the cell should be approximated to the ideal current flow even without expensive guidance of power rails.
Kathodenblöcke, welche in Richtung der Kathodenlängsseite verschiedene Schichten, bedingt durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien, aufweisen, haben ebenfalls unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten innerhalb des Kathodenblocks. Solche Kathodenblöcke können auch vorteilhafterweise dazu verwendet werden, die durch die Kathode bedingten Wärmeverluste, insbesondere in Richtung der Kathodenlängsseite, d.h. zu den Seitenwänden hin, zu reduzieren. Dadurch kann auch bei den einzelnen Kathodenblöcken, und damit der Kathode insgesamt, der Verlauf des Wärmeflusses gesteuert werden. Vorteil hafter- weise umfasst dabei der jeweilige Kathodenblock in Richtung der Kathodenlängs- seite mindestens drei Schichten, bevorzugt drei Schichten bis sieben Schichten, besonders bevorzugt drei Schichten bis fünf Schichten, ganz besonders bevorzugt drei Schichten. Hierbei liegen Schichten mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit und Schichten mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit vor, wobei es zu verstehen ist, dass bei benachbarten Schichten eine Schicht eine höhere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der anderen Schicht aufweist. Der Unterschied zwischen der Wärmeleitfähigkeit zwischen einer Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit und einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit beträgt mindestens 10 %, bezogen auf das Material mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit, im Temperaturbereich von 920 bis 1000 °C, gemessen in Richtung der Längsachse des Kathodenblocks. Der Kathodenblock kann mindestens zwei Schichten, welche die gleiche Wärmeleitfähigkeit aufweisen, d.h. welche aus dem gleichen Material bestehen, umfassen. Hierbei kann es sich um die beiden äußeren bzw. randständigen Schichten des Kathodenblocks handeln. Mit solch einem Kathodenblock ist es möglich durch die Auswahl der Anzahl der Schichten, der Reihenfolge der Schichten und der Auswahl der Wärmeleitfähigkeitswerte von jeder einzelnen der Schichten den Wärmefluss in diesem Kathodenblock gezielt zu steuern. Für den Fall, dass ein geringerer Wärme- abfluss aus der Elektrolysezelle gewünscht wird, kann ein Kathodenblock verwendet werden, der beispielsweise drei Schichten aufweist. Die beiden äußeren Schichten, d.h. die beiden Schichten, welche mit der Seitenwand der Elektrolysezelle direkt oder über die Stampfmasse in thermischem Kontakt stehen, stellen Schichten mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit dar, wohingegen die dritte, mittlere Schicht als Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit vorliegt. Wird hingegen ein höherer Wärmeabfluss aus der Elektrolysezelle gewünscht, so sind bei einem Kathodenblock aufweisend drei Schichten, die beiden äußeren Schichten, diejenigen, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der dritten, mittleren Schicht, aufweisen. Cathode blocks having different layers toward the cathode longitudinal side due to the use of different materials also have different thermal conductivities within the cathode block. Such cathode blocks can also be advantageously used to reduce the heat losses caused by the cathode, in particular in the direction of the cathode longitudinal side, ie towards the side walls. As a result, the course of the heat flow can also be controlled in the individual cathode blocks, and thus the cathode as a whole. Advantageously, the respective cathode block comprises in the direction of the cathode longitudinal axis. at least three layers, preferably three layers to seven layers, more preferably three layers to five layers, most preferably three layers. In this case, there are layers with a higher thermal conductivity and layers with a lower thermal conductivity, it being understood that in adjacent layers, one layer has a higher thermal conductivity compared to the other layer. The difference between the thermal conductivity between a higher thermal conductivity layer and a lower thermal conductivity is at least 10%, based on the lower thermal conductivity material, in the temperature range of 920 to 1000 ° C measured in the direction of the longitudinal axis of the cathode block. The cathode block may comprise at least two layers which have the same thermal conductivity, ie which consist of the same material. This may be the two outer or marginal layers of the cathode block. With such a cathode block, it is possible to selectively control the heat flow in this cathode block by selecting the number of layers, the order of the layers and the selection of the thermal conductivity values of each one of the layers. In the event that a lower heat outflow from the electrolysis cell is desired, a cathode block can be used which has, for example, three layers. The two outer layers, ie the two layers, which are in direct thermal contact with the side wall of the electrolytic cell or via the ramming mass, represent layers with a lower thermal conductivity, whereas the third, middle layer is present as a layer with a higher thermal conductivity. If, on the other hand, a higher heat output from the electrolysis cell is desired, then in a cathode block there are three layers, the two outer layers, those having a higher thermal conductivity compared to the third, middle layer.
Die Länge eines Kathodenblocks beträgt normalerweise 2.500 - 3.500 mm. Die Länge einer oben genannten einzelnen Schicht - in Kathodenlängsrichtung betrachtet - hängt von dem gewünschten Wärmefluss in dem Kathodenblock ab und kann in Abhängigkeit von diesem Wärmefluss gezielt gewählt werden. Weiterhin hängt diese Länge einer einzelnen Schicht von der Anzahl der Schichten in dem Kathodenblock ab. Liegen zum Beispiel sieben Schichten vor, so weist eine einzelne Schicht eine Länge von 300 - 600 mm vor. Werden nur drei Schichten verwendet, so sind die äußeren bzw. randständigen Schichten 400 bis 600 mm lang und die innere Schicht weist eine Länge von 1700 - 2300 mm auf. Unabhängig von der Anzahl der Schichten weisen die äußeren bzw. randständigen Schich- ten des Kathodenblocks eine Länge von 400 bis 600 mm, bevorzugt von 500 mm auf. The length of a cathode block is normally 2,500 - 3,500 mm. The length of a single layer mentioned above - viewed in the cathode longitudinal direction - depends on the desired heat flow in the cathode block and can be selected as a function of this heat flow. Furthermore, this length of a single layer depends on the number of layers in the cathode block. For example, if there are seven layers, a single layer will have a length of 300-600 mm. If only three layers are used, the outer or marginal layers are 400 to 600 mm long and the inner layer has a length of 1700 to 2300 mm. Regardless of the number of layers, the outer or marginal layers of the cathode block have a length of 400 to 600 mm, preferably 500 mm.
Die einzelnen Schichten der genannten Kathodenblöcke sind auf Basis von Kohlenstoff zusammengesetzt, d.h. aus einem Material, welches Kohlenstoff enthält. Im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kathodenblock aus einem Material zusammengesetzt ist, welches mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% und höchst bevorzugt mindestens 99 Gew.-% Kohlenstoff enthält. Der genannte Kohlenstoff kann hierbei aus der Gruppe bestehend aus amorphen Kohlenstoffen, graphitischen Kohlenstoffen, graphitierten Kohlenstoffen und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Kohlenstoffen ausgewählt sein. The individual layers of said cathode blocks are composed of carbon, i. made of a material containing carbon. With regard to the thermal conductivity, it has proved to be advantageous if the cathode block is composed of a material which is at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, very particularly preferably at least 95 wt .-% and most preferably at least 99 wt .-% carbon. Said carbon may be selected from the group consisting of amorphous carbons, graphitic carbons, graphitized carbons and any mixtures of two or more of the aforementioned carbons.
Für die Herstellung dieser Kathodenblöcke kann das gleiche Verfahren wie für die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Seitensteine angewendet werden. Deshalb wird für die Herstellung der Kathodenblöcke auf die entsprechenden obigen Ausführungen für das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Seitensteine verwiesen. Auch für die Herstellung der Kathodenblöcke gilt, dass durch Brennen eines Grünblocks mit verschiedenen, die Ausgangsmaterialien für die Schichten bildenden grünen Mischungen ein einheitlicher Kathodenblock mit einer hohen Stabilität und einem materialschlüssigen Zusammenhalt zwischen den einzelnen Schichten des resultierenden monolithischen Kathodenblocks erreicht wird. For the preparation of these cathode blocks, the same method as for the above-described invention sidestones can be used. Therefore, for the preparation of the cathode blocks, reference is made to the corresponding above statements for the method for producing the side stones according to the invention. It is also true for the production of the cathode blocks that firing a green block with various green mixtures forming the starting materials for the layers achieves a uniform cathode block having a high stability and a cohesive cohesion between the individual layers of the resulting monolithic cathode block.
Als Materialien für die grünen Mischungen eignen sich auch bei der Herstellung von Kathodenblöcken besonders alle grünen Materialien, die zu einem der vorstehend in Bezug auf den fertigen Kathodenblock genannten bevorzugten Materialien gebrannt werden können. Zum Beispiel kann zumindest eine grüne Mischung ein Material enthalten, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem kohlenstoffhaltigen Material wie z.B. Anthrazit, einem graphitischen oder graphitierbaren Material wie z.B. synthetischem Graphit und Pech besteht, oder eine beliebige Mischung dieser Materialien. Ferner kann ein insbesondere kohlenstoffhaltiges Bindemittel wie beispielsweise Bindepech in der Mischung enthalten sein. Durch die gezielte Zusammensetzung des Materials der einzelnen Schichten des Grünblocks lässt sich die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Schichten des resultierenden Kathodenblocks gezielt einstellen.  Particularly suitable materials for the green mixtures in the production of cathode blocks are all green materials which can be fired to one of the preferred materials mentioned above with respect to the finished cathode block. For example, at least one green mixture may contain a material selected from the group consisting of a carbonaceous material, such as carbon black. Anthracite, a graphitic or graphitizable material, e.g. synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials. Further, a particular carbonaceous binder such as binder pitch may be included in the mixture. The targeted composition of the material of the individual layers of the green block allows the heat conductivity of the various layers of the resulting cathode block to be adjusted in a targeted manner.
Die Form der Schichten in einem Kathodenblock kann unterschiedlich sein. Neben Schichten, welche die komplette Höhe H des Kathodenblocks einnehmen, kann es auch Schichten geben, welche nur einen Teil dieser Höhe H einnehmen, wie bei- spielseise in den Figuren 10 und 1 1 gezeigt. Diese Formgebung der Schichten kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Wärmefluss in dem Kathodenblock erfolgen, d.h. mit dieser Formgebung kann neben der Auswahl der Materialien der Schichten, und damit der Wärmeleitfähigkeitswerte, dieser Wärmefluss gezielt gesteuert werden. The shape of the layers in a cathode block may be different. In addition to layers which occupy the complete height H of the cathode block, there may also be layers which occupy only a part of this height H, as shown by way of example in FIGS. 10 and 11. This shaping of the layers can be done depending on the desired heat flow in the cathode block, i. With this shaping, in addition to the selection of the materials of the layers, and thus the thermal conductivity values, this heat flow can be controlled in a targeted manner.
Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Seitensteine mit den oben genannten Kathodenblöcken in einer Elektrolysezelle, d.h. dass sowohl die erfin- dungsgemäßen Seitensteine als auch die oben beschriebenen Kathodenblöcke gemeinsam in einer Elektrolysezelle verwendet werden, lassen sich die thermischen Verhältnisse in einer Elektrolysezelle noch gezielter - als durch die erfindungsgemäßen Seitensteine alleine - steuern. Hierdurch können die Prozessbedingungen in einer Elektrolysezelle optimiert werden, wodurch die erreichbare Stabilität und Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseprozesses verbessert und die Standzeit der Elektrolysezelle erhöht wird. Hierbei ist zu verstehen, dass jede genannte Ausführungsform für die Seitensteine sich mit jeder genannten Ausführungsform für die Kathodenblöcke kombinierten lässt. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: By combining the side stones according to the invention with the abovementioned cathode blocks in an electrolysis cell, that is to say both the sidestones according to the invention and the cathode blocks described above can be used together in an electrolytic cell, the thermal conditions in an electrolytic cell even more targeted - as by the sidestones invention alone - control. As a result, the process conditions can be optimized in an electrolysis cell, whereby the achievable stability and efficiency of the electrolysis process improves and the life of the electrolysis cell is increased. It should be understood that any of these sidewall embodiments may be combined with any of the cathode block embodiments. Hereinafter, the present invention will be described by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Elektrolysezelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer geschnittenen perspektivischen Darstellung; 1 shows an electrolytic cell according to an embodiment of the invention in a sectional perspective view.
Fig. 2 einen Seitenstein gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung; 2 shows a side brick according to an embodiment of the invention in a perspective view;
Fig. 3 einen Seitenstein gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung; 3 shows a side brick according to a further embodiment of the invention in a perspective view;
Fig. 4 einen Grundkörper, aus dem mehrere Seitensteine gemäß einer 4 shows a base body, from which several side stones according to a
Ausführungsform der Erfindung heraustrennbar sind, in perspektivischer Darstellung;  Embodiment of the invention are separable, in perspective view;
Fig. 5 einen weiteren Grundkörper, aus dem mehrere Seitensteine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heraustrennbar sind, in perspektivischer Darstellung. Fig. 6 verschiedene Ausführungsformen eines Kompositseitensteins, im Querschnitt; Fig. 5 shows a further basic body, from which a plurality of side stones are detachable according to an embodiment of the invention, in perspective view. 6 shows various embodiments of a composite side stone, in cross section;
Fig. 7 einen Grundkörper, aus dem mehrere Kompositseitensteine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heraustrennbar sind sowie einen herausgetrennten Kompositseitenstein, in perspektivischer Darstellung; FIG. 7 shows a basic body from which a plurality of composite side bricks can be separated out according to an embodiment of the invention, as well as a separated composite side brick, in a perspective illustration; FIG.
Fig. 8 einen weiteren Grundkörper, aus dem mehrere Kompositseitenstei- ne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heraustrennbar sind, in perspektivischer Darstellung; 8 shows a further basic body, from which a plurality of composite sidestones can be separated out according to an embodiment of the invention, in a perspective representation;
Fig. 9 einen weiteren Grundkörper, aus dem mehrere Kompositseitensteine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung heraustrennbar sind, im Querschnitt. 9 shows a further base body, from which a plurality of composite side stones are detachable according to an embodiment of the invention, in cross-section.
Fig. 10 einen Kathodenblock in einer perspektivischen Darstellung und, 10 is a cathode block in a perspective view and,
Fig. 1 1 Kathodenblöcke aufweisend unterschiedliche Formen der Schich- ten. FIG. 11 shows cathode blocks having different shapes of the layers. FIG.
Fig. 1 zeigt eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Darstellung. Die Elektrolysezelle umfasst eine Kathode, welche aus mehreren, einen Kathodenboden ausbildenden Kathodenblöcken 12 zusammengesetzt ist. Auf der Oberseite der Kathode ist eine Schicht 14 aus flüssigem Aluminium und darauf eine flüssige Schmelzeschicht 16 und oberhalb der flüssigen Schmelzeschicht 16 eine Schicht bzw. Kruste 18 aus erstarrter Schmelze angeordnet. Oberhalb der Schmelzeschicht 16 ist eine Anode angeordnet, welche aus mehreren in die Schmelzeschicht 16 eintauchenden Anodenblöcken 20 besteht. Während des Betriebs der Elektrolysezelle wird elektrischer Strom über die Anodenblöcke 20 zugeführt und durch die Schmelzeschicht 16 und die Schicht 14 aus flüssigem Aluminium hindurch zu den Kathodenblöcken 12 geleitet. Der Strom wird über die Kathodenblöcke 12 und über die an deren Unterseite in entsprechenden Nuten der Kathodenblöcke 12 eingesetzte Stromschienen 22 abgeführt. In der Schmelzeschicht 16 findet dabei die Elektrolyse statt, welche zur Abspaltung von elementarem Aluminium aus der Schmelze führt, welches sich an der Oberseite des Kathodenbodens unter Ausbildung der Schicht 16 aus flüssigem Aluminium ansammelt. Fig. 1 shows an electrolytic cell for the production of aluminum according to an embodiment of the invention in a partially sectioned perspective view. The electrolysis cell comprises a cathode which is composed of a plurality of cathode blocks 12 forming a cathode bottom. On top of the cathode is a layer 14 of liquid aluminum and thereon a liquid melt layer 16 and above the liquid melt layer 16 a layer or crust 18 of solidified melt is arranged. Above the melt layer 16, an anode is arranged, which consists of a plurality of immersed into the melt layer 16 anode blocks 20. During operation of the electrolytic cell, electrical power is supplied via the anode blocks 20 and passed through the melt layer 16 and the liquid aluminum layer 14 to the cathode blocks 12. The current is dissipated via the cathode blocks 12 and via the busbars 22 inserted at the bottom thereof into corresponding slots of the cathode blocks 12. In the melt layer 16, the electrolysis takes place, which leads to the elimination of elemental aluminum from the melt, which accumulates at the top of the cathode bottom to form the layer 16 of liquid aluminum.
Die Elektrolysezelle weist eine als äußere Einfassung dienende Stahlwanne 24 auf, in deren Bodenbereich mehrere aufeinander gestapelte Platten 26 aus einem feuerfesten Material eingelegt sind, welche die darauf aufgelegten Kathodenblöcke 12 thermisch von dem Boden der Stahlwanne 24 isolieren. The electrolysis cell has a steel sump 24 serving as an outer casing, in the bottom region of which several plates 26 of a refractory material stacked on top of one another are thermally insulated from the bottom of the steel sump 24.
Die seitlichen Wände der Stahlwanne 24 sind mit mehreren quaderförmigen Seitensteinen 28 ausgekleidet. Die Seitensteine 28 bilden die Seitenwände einer inneren Wanne, in der die Schicht 14 aus flüssigem Aluminium, die flüssigeThe lateral walls of the steel tub 24 are lined with a plurality of cuboidal side stones 28. The side bricks 28 form the side walls of an inner tub, in which the layer 14 of liquid aluminum, the liquid
Schmelzeschicht 16 und die erstarrte Schmelzeschicht 18 aufgenommen sind und deren Boden durch den durch die Kathodenblöcke 12 gebildeten Kathodenboden gebildet ist. Die zwischen einem Kathodenblock 12 und einem Seitenstein 28 ausgebildeten Fugen sind durch eine Stampfmasse 30 abgedichtet. Eine solche Stampfmasse kann ebenfalls zur Abdichtung der Fugen zwischen den Kathodenblöcken 12 und zur Abdichtung der Fugen zwischen den Seitensteinen 28 vorgesehen sein. Melt layer 16 and the solidified melt layer 18 are received and whose bottom is formed by the cathode bottom 12 formed by the cathode bottom. The joints formed between a cathode block 12 and a side brick 28 are sealed by a ramming compound 30. Such a ramming mass may also be provided for sealing the joints between the cathode blocks 12 and for sealing the joints between the side bricks 28.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Seitensteine 28 im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und stehen aufrecht in der Stahlwanne 24, so dass die Höhenrichtung der Seitensteine 28 parallel zur Vertikalen ist. Die das Wanneninnere begrenzenden Oberflächen der Seitensteine 28 sind dabei durch deren zu der Höhenrichtung und der Breitenrichtung der Seitensteine 28 parallelen Grundflächen 32 gebildet und die Seitensteine 28 sind über ihre zu der Höhenrichtung und der Breitenrich- tung parallelen Seitenflächen 34 miteinander verbunden. Die Seitensteine 28 stehen dabei, wie in Fig. 1 gezeigt, in unterschiedlichen Bereichen ihrer Höhe mit unterschiedlichen Bestandteilen bzw. Medien der Elektrolysezelle in Kontakt, nämlich mit der Stampfmasse 30, ggf. der Schicht 14 aus flüssigem Aluminium, der flüssigen Schmelzeschicht 16 und der erstarrten Schmelzeschicht 18. As shown in Fig. 1, the side bricks 28 are formed substantially cuboid and stand upright in the steel tub 24, so that the height direction the side stones 28 is parallel to the vertical. The sides of the sidestones 28 delimiting the tub interior are thereby formed by their base surfaces 32 parallel to the height direction and the width direction of the side bricks 28 and the side bricks 28 are connected to one another via their side surfaces 34 parallel to the height direction and the width direction. The side bricks 28 stand, as shown in Fig. 1, in different areas of their height with different components or media of the electrolytic cell in contact, namely with the ramming mass 30, possibly the layer 14 of liquid aluminum, the liquid melt layer 16 and solidified melt layer 18.
Während des Elektrolysebetriebs werden in der Elektrolysezelle erhebliche Mengen an thermischer Energie erzeugt. Üblicherweise ungefähr ein Drittel dieser thermischen Energie wird über die Seitensteine 28 aufgenommen und nach außen abgeführt. Die Hauptwärmeflussrichtung entspricht dabei der Dickenrichtung der Seitensteine 28. Ungefähr 15 % der thermischen Energie werden über den Kathodenboden bzw. die Barren aufgenommen. During the electrolysis operation, significant amounts of thermal energy are generated in the electrolytic cell. Usually about one third of this thermal energy is absorbed by the sidestones 28 and discharged to the outside. The main heat flow direction corresponds to the thickness direction of the side stones 28. Approximately 15% of the thermal energy is absorbed via the cathode bottom or the ingot.
Die Seitensteine 28 der in Fig. 1 gezeigten Elektrolysezelle weisen jeweils wenigstens eine Schicht mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und eine Schicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit auf, wobei der Unterschied zwischen niedrigerer und höherer Wärmeleitfähigkeit wenigstens 5 W/nrrK ist. Dadurch wird die Wärmeaufnahme und -ableitung über die durch die Seitensteine 28 gebildete Seitenwand derart angepasst, dass sich in der Elektrolysezelle bei deren Betrieb überall optimale thermische Bedingungen einstellen, wodurch die Stabilität, Zuverlässig- keit und Effizienz des Elektrolysebetrieb verbessert und die Standzeit der Elektrolysezelle erhöht wird. The sidestones 28 of the electrolysis cell shown in Fig. 1 each have at least one layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity, wherein the difference between lower and higher thermal conductivity is at least 5 W / nrrK. Thereby, the heat absorption and dissipation over the side wall formed by the sidestones 28 adapted so that set optimal thermal conditions in the electrolytic cell in their operation, thereby improving the stability, reliability and efficiency of the electrolysis and increases the service life of the electrolysis cell becomes.
Fig. 2 und 3 zeigen jeweils einen Seitenstein 28 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der beispielsweise in der in Fig. 1 gezeigten Elektrolysezelle einge- setzt werden kann. Die Seitensteine 28 weisen jeweils eine relativ geringe Dicke d sowie eine Breite b und eine Höhe h auf, welche größer ist als die Breite b. 2 and 3 each show a side brick 28 according to an embodiment of the invention, which is incorporated, for example, in the electrolytic cell shown in FIG. can be set. The side bricks 28 each have a relatively small thickness d and a width b and a height h which is greater than the width b.
Der in Fig. 2 gezeigte Seitenstein 28 weist zwei quaderförmige Schichten 36, 38 auf, wobei die Schicht 36 eine geringere und die Schicht 38 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Schichten 36, 38 sind über ihre zu der Höhenrichtung und der Breitenrichtung parallelen Grundflächen 40, 42, die jeweils eine Kontaktfläche bilden, miteinander verbunden, folgen in Dickenrichtung des Seitensteins 28 aufeinander und erstrecken sich jeweils über etwa die Hälfte der Dicke d des Seitensteins 28. Dadurch lassen sich die Wärmeflüsse in der Dickenrichtung und die Isothermenlagen innerhalb der Seitensteine 28 so anpassen, dass die thermischen Betriebsbedingungen in der Elektrolysezelle während des Betriebs optimiert werden. Der in Fig. 3 gezeigte Seitenstein 28 weist ebenfalls zwei quaderförmige Schichten 36, 38 auf, wobei die Schicht 36 eine geringere und die Schicht 38 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Schichten 36, 38 sind über ihre zu der Breitenrichtung und der Dickenrichtung parallelen Seitenflächen 44, 46, die jeweils eine Kontaktfläche bilden, miteinander verbunden, folgen in Höhenrichtung des Seiten- steins 28 aufeinander und erstrecken sich jeweils über etwa die Hälfte der Höhe h des Seitensteins 28. Bezogen auf die Einbausituation in der Elektrolysezelle ist dabei vorzugsweise die obere Hälfte der Höhe durch die Schicht 36 mit der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit gebildet. Dadurch lässt sich die Wärmeleitung über den Seitenstein 28 an die verschiedenen, in dem jeweiligen Höhenbereich mit dem Seitenstein 28 in Kontakt stehenden Bestandteile bzw. Medien der Elektrolysezelle und der dort vorliegenden thermischen Bedingungen anpassen, wodurch die während der Elektrolyse in der Elektrolysezelle vorherrschenden thermischen Verhältnisse optimiert werden. In dem oben beschriebenen Fall ist es so, dass die Wärme über den guten thermischen Kontakt zwischen der unteren Hälfte der Höhe umfassend die Schicht 38 mit der höheren Wärmeleitfähigkeit und der Kathode, welcher über die Stampfmasse 30 erfolgt, abgeführt wird. The side brick 28 shown in FIG. 2 has two cuboidal layers 36, 38, wherein the layer 36 has a lower and the layer 38 has a higher thermal conductivity. The layers 36, 38 are connected to each other via their parallel to the height direction and the width direction base surfaces 40, 42, each forming a contact surface, follow each other in the thickness direction of the side stone 28 and each extend over about half of the thickness d of the side stone 28th This allows the heat flows in the thickness direction and the isothermal layers within the sidestones 28 to be adjusted to optimize the thermal operating conditions in the electrolysis cell during operation. The side brick 28 shown in FIG. 3 likewise has two cuboidal layers 36, 38, wherein the layer 36 has a lower and the layer 38 has a higher thermal conductivity. The layers 36, 38 are connected to one another via their side surfaces 44, 46, which are parallel to the width direction and the thickness direction and each form a contact surface, follow one another in the height direction of the side stone 28 and each extend over approximately half the height h of FIG Side stone 28. Based on the installation situation in the electrolytic cell, the upper half of the height is preferably formed by the layer 36 with the lower thermal conductivity. As a result, the heat conduction via the side brick 28 can be adapted to the various constituents or media of the electrolysis cell and the thermal conditions present therein in the respective height range, thereby optimizing the thermal conditions prevailing in the electrolysis cell during electrolysis become. In the case described above, the heat is due to the good thermal contact between the lower half of Height comprising the layer 38 with the higher thermal conductivity and the cathode, which takes place via the ramming mass 30, is dissipated.
Bei einer anderen thermischen Auslegung der Elektrolysezelle kann eine umge- kehrte Anordnung der Schichten in Bezug auf ihre thermische Leitfähigkeit sinnvoll sein. In another thermal design of the electrolytic cell, a reverse arrangement of the layers with respect to their thermal conductivity may be useful.
Fig. 4 zeigt einen Grundkörper 48, welcher als Zwischenerzeugnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Seitensteins hergestellt worden ist. Der Grundkörper 48 ist quaderförmig ausgebildet und besteht aus einer quaderförmigen Schicht 36 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und einer quaderförmigen Schicht 38 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind. Durch einen Schneidevorgang können von dem Grundkörper 48 mehrere Seitensteine bildende Scheiben abgeschnitten werden, die zwei Schichten 36, 38 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufweisen.4 shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a side brick. The main body 48 is cuboidal and consists of a cuboidal layer 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. By means of a cutting process, it is possible to cut off from the base body 48 a plurality of side stones forming slices which have two layers 36, 38 with different thermal conductivity.
Dazu wird der Grundkörper 48, wie in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet, entlang mehrerer Schnittebenen durchgeschnitten, die senkrecht zu der zwischen den beiden Schichten 36, 38 verlaufenden Grenzfläche verlaufen. Fig. 5 zeigt einen weiteren Grundkörper 48, welcher im Wesentlichen dem in Fig. 4 gezeigten Grundkörper entspricht. Allerdings umfasst der Grundkörper 48 zwei Schichten 36 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und eine dazwischen angeordnete Schicht 38 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Grundkörper 48 zur Herstellung der Seitensteine nicht nur in mehreren Ebenen senkrecht zu den Grenzflächen zwischen den Schichten 36, 38 zerschnitten, sondern zusätzlich in einer parallel zu diesen Grenzflächen verlaufenden Mittelebene der Schicht 38, so dass die resultierenden Seitensteine jeweils zwei Schichten 36, 38 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dieser Herstellungsprozess weist eine höhere Wirtschaftlichkeit auf. Fig. 6 zeigt Querschnitte verschiedener Ausführungsformen eines erfindungsge- mäßen Kompositseitensteins 29, welche beispielsweise in der in Fig. 1 gezeigten Elektrolysezelle eingesetzt werden können. For this purpose, the main body 48, as indicated in Fig. 4 by dashed lines, cut along several cutting planes, which extend perpendicular to the running between the two layers 36, 38 interface. FIG. 5 shows a further main body 48, which substantially corresponds to the main body shown in FIG. 4. However, the main body 48 comprises two layers 36 with a lower thermal conductivity and a layer 38 arranged therebetween with a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. As shown in Fig. 5, the base 48 for cutting the sidestones is not only cut in several planes perpendicular to the interfaces between the layers 36, 38, but additionally in a median plane of the layer 38 parallel to these interfaces, so that the resulting Side stones each have two layers 36, 38 with different thermal conductivity. This manufacturing process has a higher economy. 6 shows cross sections of various embodiments of a composite side brick 29 according to the invention, which can be used, for example, in the electrolytic cell shown in FIG.
Alle in Fig. 6 aufgeführten Kompositseitensteine haben eine quaderförmige Schicht 36 und eine polygonförmige Schicht 38, wobei die Schicht 36 eine geringere Wärmeleitfähigkeit und die Schicht 38 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Schichten 36, 38 sind über ihre zu der Höhenrichtung und der Breiten- richtung parallelen Grundflächen 40, 42, die jeweils eine Kontaktfläche bilden, miteinander verbunden, folgen in Dickenrichtung des Kompositseitensteins 29 aufeinander und erstrecken sich jeweils über 30 % - 70 %, bevorzugt 50 %, der Dicke d des Kompositseitensteins 29. Die Grundflächen 40, 42 können hierbei einen teilweisen oder vollständigen Kontakt miteinander aufweisen. Durch diese unterschiedlichen Ausgestaltungen der Kompositseitensteine lassen sich einerseits die Wärmeflüsse in der Dickenrichtung und die Isothermenlagen innerhalb des Kompositseitensteins 29 so anpassen, dass die thermichen Betriebsbedingungen in der Elektrolysezelle während des Betriebs optimiert werden, andererseits ist es auch möglich, mit solch einem Kompositseitenstein 29 teilweise oder vollständig auf die Stampfmasse zwischen diesem Kompositseitenstein 29 und dem Kathodenblock zu verzichten. All the composite side stones listed in FIG. 6 have a cuboidal layer 36 and a polygonal layer 38, wherein the layer 36 has a lower thermal conductivity and the layer 38 has a higher thermal conductivity. The layers 36, 38 are connected to one another via their base surfaces 40, 42, which each form a contact surface, parallel to the height direction and the width direction, follow one another in the thickness direction of the composite side brick 29 and extend in each case over 30% -70%, preferably 50%, the thickness d of the composite side stone 29. The base surfaces 40, 42 may in this case have a partial or complete contact with each other. By means of these different configurations of the composite side stones, on the one hand the heat flows in the thickness direction and the isothermal layers within the composite side brick 29 can be adjusted so that the thermal operating conditions in the electrolysis cell are optimized during operation, on the other hand it is also possible to use such a composite side brick 29 partially or completely dispense with the ramming mass between this composite Seitenstein 29 and the cathode block.
In Fig. 6a) weist die Schicht 38 eine Trapezform, in Fig. 6b) weist die Schicht 38 eine Dreiecksform und in Fig. 6c) weist die Schicht 38 eine Form eines unregel- mäßigen Fünfecks mit einer abgerundeten Ecke auf. Bei diesen Ausführungsformen weisen die Grundflächen 40, 42 einen vollständigen Kontakt auf. Die Grundflächen 40, 42 weisen hingegen in den Fig. 6d) und 6e) nur einen teilweisen Kontakt auf, wobei in Fig. 6d) die Schicht 38 ein Rechteck aufweisend eine abgerundete Ecke darstellt und in Fig. 6e) die Schicht 38 die Form eines unregelmäßigen Fünfecks mit einer abgerundeten Ecke aufweist. Bei einer anderen thermischen Auslegung der Elektrolysezelle kann eine umgekehrte Anordnung der Schichten in Bezug auf ihre thermische Leitfähigkeit sinnvoll sein. In Fig. 6a), the layer 38 has a trapezoidal shape, in Fig. 6b), the layer 38 has a triangular shape and in Fig. 6c), the layer 38 has a shape of an irregular pentagon with a rounded corner. In these embodiments, the base surfaces 40, 42 in complete contact. The base surfaces 40, 42, however, have only a partial contact in FIGS. 6d) and 6e), wherein in FIG. 6d) the layer 38 is a rectangle having a rounded corner and in FIG. 6e) the layer 38 is in the form of a has irregular pentagons with a rounded corner. In another thermal design of the electrolytic cell, a reverse arrangement of the layers may be useful in terms of their thermal conductivity.
Fig. 7 zeigt einen Grundkörper 48, welcher als Zwischenerzeugnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kompositseitensteins 29 hergestellt worden ist. Dieser Grundkörper 48 ist quaderförmig ausgebildet und besteht aus einer quaderförmigen Schicht 36 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und einer quaderförmigen Schicht 38 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind. Diese Schichten stellen horizontale Schichten dar. Die Schicht 36 wird maschinell so bearbeitet, dass diese Schicht die gewünschte polygone Form über die gesamte Länge des Grundkörpers 48 annimmt. In einem nächsten Schritt werden dann von diesem Grundkörper 48 Scheiben mit der gewünschten Breite abgeschnitten. Es ist so möglich, die bei der Herstellung des Grundkörpers auftretende Kornausrichtung und damit in horizontaler oder vertikaler Richtung auftretende unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmleitfähigkeit, auszunutzen und im Seitenstein einzustellen indem bei der Bearbeitung des Grundkörper die Grundflächen entsprechend ge- wählt werden. FIG. 7 shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side brick 29. This main body 48 is cuboid and consists of a cuboidal layer 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. These layers represent horizontal layers. The layer 36 is machined so that this layer assumes the desired polygonal shape over the entire length of the base 48. In a next step, discs of the desired width are then cut off from this base body 48. It is thus possible to exploit the grain orientation which occurs in the production of the base body and thus different properties occurring in the horizontal or vertical direction, such as the thermal conductivity, and to adjust it in the side stone by selecting the base areas accordingly during machining of the base body.
Fig. 8 zeigt einen Grundkörper 48, welcher als Zwischenerzeugnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kompositseitensteins 29 hergestellt worden ist. Dieser Grundkörper 48 ist quaderförmig ausgebildet und besteht aus zwei quaderförmigen Schichten 36 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und einer quaderförmigen Schicht 38 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind. Diese Schichten stellen vertikale Schichten dar, wobei die Schichten 36 die beiden äußeren Schichten darstellen. Hier können von dem Grundkörper 48 mehrere Scheiben abgeschnitten wer- den, die zwei äußere Schichten 36 und eine innere Schicht 38 mit unterschiedli- chen Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. In einem nächsten Schritt wird die Schicht 38 durchgeschnitten, so dass zwei Blöcke erhalten werden, aus welchem in einem weiteren Schritt die Schicht 38 so geschnitten wird, dass die gewünschte polygone Form erhalten wird. Alternativ kann zunächst in Längsrichtung in zwei Hälften geteilt werden, das Polygon herausgearbeitet und dann ggf. Scheiben gewünschter Länge geschnitten werden. FIG. 8 shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side brick 29. This main body 48 is cuboidal and consists of two cuboidal layers 36 having a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 having a higher thermal conductivity, which are interconnected via their base surfaces. These layers represent vertical layers, with the layers 36 representing the two outer layers. Here, a plurality of disks can be cut off from the main body 48, the two outer layers 36 and an inner layer 38 with different chen Wärmeleitfähigkeiten have. In a next step, the layer 38 is cut so that two blocks are obtained, from which in a further step the layer 38 is cut so that the desired polygonal shape is obtained. Alternatively, it is first possible to divide it into two halves in the longitudinal direction, to work out the polygon and then, if necessary, to cut slices of the desired length.
Es ist hier möglich, durch die Ausrichtung der Schichten bei der Herstellung des entsprechenden Grundkörpers - entweder in horizontaler oder in vertikaler Form - Einfluss auf verschiedene Eigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, zu nehmen. Grund hierfür ist die unterschiedliche Kornausrichtung während des Formgebungsprozesses und die daraus resultierende Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften. Fig. 9 zeigt ebenfalls einen Grundkörper 48, welcher als Zwischenerzeugnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kompositseitensteins 29 hergestellt worden ist. Dieser Grundkörper 48 ist quaderförmig ausgebildet und besteht wie der Grundkörper 48 in Fig. 8 aus zwei quaderförmigen Schichten 36 mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und einer quaderförmigen Schicht 38 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, die über ihre Grundflächen miteinander verbunden sind. Diese Schichten stellen vertikale Schichten dar, wobei die Schichten 36 die beiden äußeren Schichten darstellen. Auch hier können von dem Grundkörper 48 mehrere Scheiben abgeschnitten werden, die zwei äußere Schichten 36 und eine innere Schicht 38 mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. In einem nächsten Schritt können dann durch geeignetes Schneiden aus solch einem einzelnen geschnittenen Stück zwei Kompositseitensteine 29 aufweisend die gleiche Form herausgeschnitten werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Reihenfolge der Bearbeitung, welche bedingt, dass kaum ein Materialverlust auftritt. Fig. 10 zeigt einen Kathodenblock 12 aufweisend drei Schichten, wobei die beiden äußeren Schichten aus dem gleichen Material A bestehen und die mittlere Schicht aus dem Material B besteht. Die einzelnen Schichten gehen hier über die komplette Höhe des Kathodenblocks. It is possible here, by the orientation of the layers in the production of the corresponding base body - either in horizontal or in vertical form - to influence various properties, such as the thermal conductivity, for example. The reason for this is the different grain orientation during the shaping process and the resulting directional dependence of the physical properties. FIG. 9 likewise shows a main body 48, which has been produced as an intermediate product of a method according to the invention for producing a composite side stone 29. This main body 48 is cuboid and, like the main body 48 in FIG. 8, consists of two parallelepipedal layers 36 with a lower thermal conductivity and a cuboidal layer 38 with a higher thermal conductivity, which are interconnected via their bases. These layers represent vertical layers, with the layers 36 representing the two outer layers. Here, too, a plurality of disks can be cut off from the main body 48, which have two outer layers 36 and an inner layer 38 with different thermal conductivities. In a next step, by suitable cutting from such a single cut piece, two composite sidestones 29 having the same shape can be cut out. The advantage of this method lies in the order of processing, which requires that hardly any material loss occurs. 10 shows a cathode block 12 comprising three layers, wherein the two outer layers consist of the same material A and the middle layer consists of the material B. The individual layers go here over the complete height of the cathode block.
Fig. 1 1 a) und b) zeigen verschiedene Formen der Schichten in einem Kathodenblock 12, wobei in diesen Kathodenblöcken jeweils zwei Materialien, d.h. Material A und Material B, verwendet wird. Hierbei nehmen die beiden Schichten aus dem Material A nur jeweils einen Teil der Höhe H und der Länge L des Kathodenblocks ein. Fig. 1 a) and b) show different forms of the layers in a cathode block 12, wherein in these cathode blocks in each case two materials, ie material A and material B, is used. In this case, the two layers of the material A take only a part of the height H and the length L of the cathode block.
Ausführungsbeispiele: EXAMPLES
Ausführungsbeispiel 1 : Ein Seitenstein wird aus einer Mischung A, enthaltend 58 Gewichtsprozent (Gew.- %) elektrisch kalzinierten Anthrazit, 9 Gew.-% synthetischen Graphit, 17 Gew.-% Bindepech, 8 Gew.-% Silizium sowie 8 Gew.-% Aluminiumoxid, und einer Mischung B, enthaltend 77 Gew.-% synthetischen Graphit und 23 Gew.-% Bindepech hergestellt. Dazu wird eine Rüttelform zur Herstellung eines Grünblocks so mit den beiden Mischungen befüllt, dass in dem Grünblock zwei in Höhenrichtung der herzustellenden Seitensteine aufeinander folgende Schichten aus Mischung A und Mischung B aufeinander folgen. Die Höhe der Schichten in der Rüttelform wird dabei unter Berücksichtigung einer Zielrohdichte, die sich durch ein auf das Befüllen folgendes Verdichten des Grünblocks ergibt, so gewählt, dass sich nach dem Verdichten beide Schichten jeweils über die Hälfte der Höhe des Grünblocks erstrecken. Darauf erfolgt ein Brennen des Grünblocks in einem Ringofen bei 1200 °C zur Herstellen eines Grundkörpers. Exemplary Embodiment 1 A side brick is made from a mixture A containing 58% by weight (% by weight) of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon and 8% by weight. % Alumina, and a blend B containing 77% by weight of synthetic graphite and 23% by weight of binder pitch. For this purpose, a vibrating mold for producing a green block is filled with the two mixtures in such a way that two successive layers of mixture A and mixture B follow one another in the green block in the height direction of the sidestones to be produced. The height of the layers in the Rüttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1200 ° C to produce a body.
Danach werden Scheiben mit einer Dicke von 10 cm von dem gebrannten und vorverarbeiteten Grundkörper abgeschnitten, welche in einem nachfolgenden Schritt weiter bearbeitet und beispielsweise mit einem Pech imprägniert werden können. Ein beispielhafter fertiger Seitenstein weist eine Breite von 475 mm, eine Höhe von 640 mm und eine Dicke von 100 mm auf, wobei bezogen auf die Einbausituation des Seitensteins in der Elektrolysezelle, in der dieser entlang seiner Höhenrichtung vertikal angeordnet ist, die oberen 320 mm der Seitensteinhöhe aus dem aus der Mischung A resultierenden Material A und die unteren 320 mm aus dem aus der Mischung B resultierenden Material B gebildet sind. Thereafter, slices having a thickness of 10 cm are cut off from the fired and preprocessed base body, which can be further processed in a subsequent step and impregnated, for example, with a pitch. An exemplary finished side brick has a width of 475 mm, a height of 640 mm and a thickness of 100 mm, based on the installation situation of the side stone in the electrolytic cell in which this is vertically arranged along its height direction, the upper 320 mm Seitensteinhöhe from the mixture A resulting material A and the lower 320 mm from the mixture B resulting material B are formed.
Das Material A weist dabei eine bei Raumtemperatur in einer Richtung des Sei- tensteins gemessene Wärmeleitfähigkeit von etwa 8 W/nrrK auf, während das Material B in derselben Richtung des Seitensteins, in Kornausrichtung der Materialien A und B, eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 45 W/nrrK aufweist. In this case, the material A has a thermal conductivity of approximately 8 W / nRrK measured at room temperature in one direction of the side stone, while the Material B in the same direction of the side stone, in the grain orientation of the materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / nrrK.
Die Wärmleitfähigkeit bei Raumtemperatur kann gemäß der ISO 12987 gemessen werden, und zwar in einer bestimmten Richtung, im Falle einer Druckbeaufschla- gung des Ausgangsmaterials während der Herstellung des Seitensteins z.B. senkrecht oder parallel zu der Richtung der Druckbeaufschlagung, d.h. gegen die oder in der Kornausrichtung. The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a given direction, in the case of pressurization of the starting material during the production of the side-brick, e.g. perpendicular or parallel to the direction of pressurization, i. against or in the grain orientation.
Die bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C gemessene Wärmeleitfä- higkeit beträgt bei Material A etwa 9 W/nrrK und bei Material B etwa 37 W/nrrK. Die Messung der Wärmeleitfähigkeit kann hier in Kornausrichtung gemäß der DIN 51936 unter Verwendung eines gepulsten Lasers erfolgen. The thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / nrrK for material A and about 37 W / nrrK for material B. The measurement of the thermal conductivity can be done here in grain alignment according to DIN 51936 using a pulsed laser.
Ausführungsbeispiel 2: Embodiment 2:
Ein Kompositseitenstein wird aus einer Mischung A, enthaltend 58 Gew.-% elektrisch kalzinierten Anthrazit, 9 Gew.-% synthetischen Graphit, 17 Gew.-% Bindepech, 8 Gew.-% Silizium sowie 8 Gew.-% Aluminiumoxid, und einer Mischung B, enthaltend 65 Gew.-% synthetischen Graphit, 5 Gew.-% Aluminiumoxid, 10 Gew.- % Siliziumpulver und 20 Gew.-% Bindepech hergestellt. Dazu wird eine Rüttelform zur Herstellung eines Grünblocks so mit den beiden Mischungen befüllt, dass in dem Grünblock zwei in Höhenrichtung der herzustellenden Combo-Steine aufeinander folgende Schichten aus Mischung A und Mischung B aufeinander folgen. Die Höhe der Schichten in der Rüttelform wird dabei unter Berücksichtigung einer Zielrohdichte, die sich durch ein auf das Befüllen folgendes Verdichten des Grünblocks ergibt, so gewählt, dass sich nach dem Verdichten beide Schichten jeweils über die Hälfte der Höhe des Grünblocks erstrecken. Darauf erfolgt ein Brennen des Grünblocks in einem Ringofen bei 1300 °C zur Herstellen eines Grundkörpers. Danach wird die Schicht enthaltend Material A so bearbeitet, dass diese über die gesamte Länge des Grünblocks hinweg die gewünschte polygone Form annimmt. In einem nächsten Schritt werden dann von diesem Grundkörper Scheiben mit einer Dicke von 50 cm abgeschnitten. Ein beispielhafter fertiger Kompositsei- tenstein weist eine Breite von 500 mm, eine Höhe von 700 mm und eine Dicke von 250 mm auf. A composite sidestone is made from a mixture A containing 58% by weight of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon and 8% by weight of alumina, and a mixture B containing 65% by weight of synthetic graphite, 5% by weight of alumina, 10% by weight of silicon powder and 20% by weight of binder pitch. For this purpose, a vibrating mold for producing a green block is filled with the two mixtures so that successive layers of mixture A and mixture B follow one another in the green block in the height direction of the combo stones to be produced. The height of the layers in the Rüttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1300 ° C for producing a base body. Thereafter, the layer containing material A is processed so that it assumes the desired polygonal shape over the entire length of the green block. In a next step, then slices of a thickness of 50 cm are cut off from this basic body. An exemplary finished composite stone has a width of 500 mm, a height of 700 mm and a thickness of 250 mm.
Das Material A weist dabei eine bei Raumtemperatur in einer Richtung des Seitensteins gemessene Wärmeleitfähigkeit von etwa 8 W/nrrK auf, während das Material B in derselben Richtung des Seitensteins, in Kornausrichtung der Materialien A und B, eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 45 W/nrrK aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur kann gemäß der ISO 12987 gemessen werden, und zwar in einer bestimmten Richtung, im Falle einer Druckbeaufschlagung des Ausgangsmaterials während der Herstellung des Seitensteins z.B. senkrecht oder parallel zu der Richtung der Druckbeaufschlagung, d.h. gegen die oder in der Kornausrichtung. The material A has a thermal conductivity of about 8 W / nrrK measured at room temperature in one direction of the side brick, while the material B in the same direction of the side stone, in the grain orientation of the materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / nrrK , The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a particular direction, in the case of pressurization of the starting material during the production of the side brick, e.g. perpendicular or parallel to the direction of pressurization, i. against or in the grain orientation.
Die bei einer Temperatur zwischen 920 °C bis 1000 °C gemessene Wärmeleitfähigkeit beträgt bei Material A etwa 9 W/nrrK und bei Material B etwa 37 W/nrrK. The thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / nrrK for material A and about 37 W / nrrK for material B.
Ausführungsbeispiel 3: Embodiment 3
Ein wie in der Fig. 10 dargestellter Kathodenblock wird hergestellt, indem in eine Rüttelform, deren Höhe als Fertighöhe des grünen Formkörpers angesehen wird, zuerst mit einer Mischung A, dann mit einer Mischung B und dann wiederum mit einer Mischung A befüllt wird.  A cathode block as shown in Fig. 10 is prepared by filling in a vibrating mold, the height of which is considered as a finished height of the green body, first with a mixture A, then with a mixture B and then again with a mixture A.
Dabei ist die Mischung A wie folgt zusammengesetzt: The mixture A is composed as follows:
57 Gew.-% Anthrazit  57% by weight anthracite
24 Gew.-% Graphit und  24 wt .-% graphite and
- 19 Gew.-% Bindepech. Ferner ist die Mischung B wie folgt zusammengesetzt: - 19 wt .-% binder pitch. Further, the mixture B is composed as follows:
80 Gew.-% Graphit und  80 wt .-% graphite and
20 Gew.-% Bindepech. Die Höhe der Schichten in der Rüttelform wird dabei unter Berücksichtigung einer Zielrohdichte, die sich durch ein auf das Befüllen folgendes Verdichten des Grünblocks ergibt, so gewählt, dass sich nach dem Verdichten beide Schichten jeweils über die Hälfte der Höhe des Grünblocks erstrecken. Darauf erfolgt ein Brennen des Grünblocks in einem Ringofen bei 1200 °C zur Herstellen eines Grundkörpers. Das Material A weist dabei eine bei Raumtemperatur in einer Richtung des Kathodenblocks gemessene Wärmeleitfähigkeit von etwa 15 W/nrrK auf, während das Material B in derselben Richtung des Kathodenblocks, in Kornausrichtung der Materialien A und B, eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 40 W/nrrK aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur kann gemäß der ISO 12987 gemessen werden, und zwar in einer bestimmten Richtung, im Falle einer Druckbeaufschlagung des Ausgangsmaterials während der Herstellung des Kathodenblocks, z.B. senkrecht oder parallel zu der Richtung der Druckbeaufschlagung, d.h. gegen die oder in der Kornausrichtung. Ein so hergestellter Kathodenblock kann eine Breite von 420 mm, eine Höhe von 400 mm und eine Länge von 3100 mm aufweisen, und kann für die Herstellung eines Kathodenbodens aufweisend zum Beispiel 24 Kathodenblöcke verwendet werden. Solche Kathodenblöcke können gemeinsam mit den erfindungsgemäßen Seitensteinen in einer Elektrolysezelle verwendet werden. Bezugszeichenliste 20% by weight binder pitch. The height of the layers in the Rüttelform is taking into account a target density, which results from a subsequent filling on the following densification of the green block, chosen so that after compaction both layers each extend over half the height of the green block. This is followed by burning of the green block in a ring furnace at 1200 ° C to produce a body. The material A has a thermal conductivity of about 15 W / nrrK measured at room temperature in one direction of the cathode block, while the material B has a heat conductivity of about 40 W / nrrK in the same direction of the cathode block, in grain alignment of the materials A and B , The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, in a certain direction, in the case of pressurization of the starting material during manufacture of the cathode block, eg perpendicular or parallel to the direction of pressurization, ie against or in the grain orientation. A cathode block thus produced may have a width of 420 mm, a height of 400 mm and a length of 3100 mm, and may be used for the production of a cathode bottom having, for example, 24 cathode blocks. Such cathode blocks can be used together with the side stones according to the invention in an electrolysis cell. LIST OF REFERENCE NUMBERS
12 Kathodenblock 12 cathode block
14 Schicht aus flüssigem Aluminium  14 layer of liquid aluminum
16 Schicht aus flüssiger Schmelze 16 layer of liquid melt
18 Schicht aus erstarrter Schmelze  18 layer of solidified melt
20 Anodenblock  20 anode block
22 Stromschiene  22 busbar
24 Stahlwanne  24 steel tub
26 feuerfeste Platte 26 refractory plate
28 Seitenstein  28 side stone
29 Kompositseitenstein  29 composite side stone
30 Stampfmasse  30 ramming mass
32 Grundfläche 32 base area
34 Seitenfläche 34 side surface
36 Schicht mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit 36 layer with lower thermal conductivity
38 Schicht mit höherer Wärmeleitfähigkeit38 layer with higher thermal conductivity
40, 42 Grundfläche 40, 42 floor space
44, 46 Seitenfläche  44, 46 side surface
48 Grundkörper b Breite 48 main body b width
h Höhe h height
d Dicke d thickness
H Höhe des Kathodenblocks H height of the cathode block
L Länge des Kathodenblocks  L length of the cathode block

Claims

Patentansprüche:  claims:
Seitenstein für eine Wand in einer Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, wobei Seitenstein for a wall in an electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, wherein
der Seitenstein (28) ein Schichtkörper ist, the side brick (28) is a laminated body,
umfassend eine Schicht (36) mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und eine Schicht (38) mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, wobei der Unterschied zwischen niedrigerer und höherer Wärmeleitfähigkeit wenigstens 5 W/nrrK - gemessen bei einer Temperatur zwischen 920 °C und 1000 °C - beträgt, comprising a layer (36) having a lower thermal conductivity and a layer (38) having a higher thermal conductivity, the difference between lower and higher thermal conductivity being at least 5 W / nrrK, measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
zumindest eine der Schichten (36, 38) mit Silizium(pulver), einem oxidischen keramischen Material oder einem nicht-oxidischen Material dotiert ist. at least one of the layers (36, 38) is doped with silicon (powder), an oxidic ceramic material or a non-oxidic material.
Seitenstein nach Anspruch 1 , Side stone according to claim 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
der Schichtkörper eine alternierende Abfolge aus einer Schicht (36) mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und einer Schicht (38) mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit aufweist. the laminated body has an alternating sequence of a layer (36) with a lower thermal conductivity and a layer (38) with a higher thermal conductivity.
Seitenstein nach Anspruch 2, Side stone according to claim 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
eine äußere Schicht des Schichtkörpers eine Schicht (36) mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und die andere äußere Schicht eine Schicht (38) mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit darstellt. an outer layer of the laminated body is a layer (36) having a lower thermal conductivity and the other outer layer is a layer (38) having a higher thermal conductivity.
Seitenstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Side stone according to one of claims 1 to 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schichten (36, 38) eine Blockform, insbesondere eine Quaderform aufweisen und über Kontaktflächen, insbesondere ihre Grundflächen (40, 42) oder über ihre Seitenflächen (44, 46), miteinander verbunden sind. characterized in that the layers (36, 38) have a block shape, in particular a cuboid shape, and are connected to one another via contact surfaces, in particular their base surfaces (40, 42) or via their side surfaces (44, 46).
Seitenstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Side stone according to one of claims 1 to 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
eine der Schichten (36, 38) eine Blockform, insbesondere eine Quaderform aufweist und die andere Schicht (36, 38) eine polygone Form aufweist, wobei die beiden Schichten über Kontaktflächen, insbesondere ihre Grundfläche (40, 42), miteinander verbunden sind. one of the layers (36, 38) has a block shape, in particular a cuboid shape, and the other layer (36, 38) has a polygonal shape, the two layers being connected to one another via contact surfaces, in particular their base surface (40, 42).
Seitenstein nach Anspruch 5, Side stone according to claim 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Schicht (36, 38) aufweisend eine polygone Form ein Polygon mit drei bis sechs Ecken darstellt. the layer (36, 38) having a polygonal shape represents a polygon having three to six corners.
Seitenstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Side stone according to one of claims 1 to 6,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass, By doing so, that
wenn die Schichten (36, 38) über ihre Grundflächen (40, 42) miteinander verbunden sind, die Dicke des Schichtkörpers 50 bis 700 mm beträgt. when the layers (36, 38) are connected to one another via their base surfaces (40, 42), the thickness of the layered body is 50 to 700 mm.
Seitenstein nach Anspruch 4, Side stone according to claim 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
wenn die Schichten (36, 38) über ihre Seitenflächen (44, 46) miteinander verbunden sind, die Höhe der Schichten 150 bis 450 mm beträgt. when the layers (36, 38) are interconnected via their side surfaces (44, 46), the height of the layers is 150 to 450 mm.
Seitenstein nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Side stone according to one of claims 1 to 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
zumindest eine Schicht (36, 38) aus einem Material ausgewählt aus derat least one layer (36, 38) of a material selected from the
Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, graphitischem Kohlenstoff, graphitier- tem Kohlenstoff oder Siliziumcarbid oder beliebigen Mischungen daraus besteht oder ein solches Material enthält. Group consisting of carbon, graphitic carbon, graphitic carbon or silicon carbide or any mixtures thereof or contains such a material.
10. Seitenstein nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Seitenstein according to one of claims 1 to 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
der Unterschied zwischen niedrigerer Wärmeleitfähigkeit und höherer Wärmeleitfähigkeit 5 bis 80 W/nrrK, bevorzugt 5 bis 70 W/nrrK, besonders bevorzugt 8 bis 60 W/nrrK und ganz besonders bevorzugt zwischen 10 W/nrrK und 50 W/nrrK beträgt.  the difference between lower thermal conductivity and higher thermal conductivity is 5 to 80 W / nrrK, preferably 5 to 70 W / nrrK, more preferably 8 to 60 W / nrrK, and most preferably between 10 W / nrrK and 50 W / nrrK.
1 1 . Verfahren zur Herstellung eines Seitensteins (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend folgende Schritte: 1 1. Method for producing a side brick (28) according to one of Claims 1 to 10, comprising the following steps:
a) Bereitstellen einer Mischung für die Schicht (36) mit der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit, einer Mischung für die Schicht (38) mit der höhe- ren Wärmeleitfähigkeit, und gegebenenfalls von einer oder mehr Mischungen für wenigstens eine weitere Schicht,  a) providing a mixture for the layer (36) having the lower thermal conductivity, a mixture for the layer (38) having the higher thermal conductivity, and optionally one or more mixtures for at least one further layer,
b) Bilden eines Grünblocks mit Schichtaufbau aus den Mischungen gemäß Schritt a)  b) forming a green block having a layer structure from the mixtures according to step a)
c) Brennen des Grünblocks gemäß Schritt b) bei einer Temperatur von 1 100 bis 1400 °C, bevorzugt 1200 °C.  c) firing the green block according to step b) at a temperature of 1100 to 1400 ° C, preferably 1200 ° C.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , 12. The method according to claim 1 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
das Bilden gemäß Schritt b) eine Vibrationsformgebung umfasst.  the forming according to step b) comprises a vibration shaping.
13. Verwendung eines Seitensteins (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Auskleidung der seitlichen Wände in einer Elektrolysezelle. 13. Use of a side brick (28) according to any one of claims 1 to 12 for lining the side walls in an electrolytic cell.
14. Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welche eine Kathode (12) und eine Anode (20) umfasst sowie eine seitliche Wand, wo- bei zumindest ein Abschnitt der Wand durch einen Seitenstein (28) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 1 1 gebildet ist. 14. electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, which comprises a cathode (12) and an anode (20) and a lateral wall, where at least a portion of the wall is formed by a side brick (28) according to at least one of claims 1 to 11.
Elektrolysezelle nach Anspruch 14, wobei die Kathode aus Kathodenblöcken gebildet ist, welche einen Schichtkörper darstellen, umfassend Schichten mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und Schichten mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit. An electrolytic cell according to claim 14, wherein said cathode is formed of cathode blocks constituting a laminated body comprising layers having a lower thermal conductivity and layers having a higher thermal conductivity.
PCT/EP2013/076624 2012-12-13 2013-12-13 Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum WO2014091023A1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015547058A JP6457397B2 (en) 2012-12-13 2013-12-13 Side wall bricks for electrolytic cell walls for reducing aluminum
CA2893476A CA2893476C (en) 2012-12-13 2013-12-13 Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminium
EP13807987.6A EP2931945A1 (en) 2012-12-13 2013-12-13 Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum
RU2015127998A RU2668615C2 (en) 2012-12-13 2013-12-13 Side bock for electrolytic cell wall for reducing aluminum
UAA201506891A UA118098C2 (en) 2012-12-13 2013-12-13 SIDE WALL UNIT IN ELECTROLYZER FOR ALUMINUM RESTORATION
CN201380065564.7A CN104854264B (en) 2012-12-13 2013-12-13 Sidewall block for going back the wall in the electrolytic cell of primary aluminum

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012223051.3 2012-12-13
DE102012223051 2012-12-13
DE102013214322.2 2013-07-22
DE102013214322.2A DE102013214322A1 (en) 2013-07-22 2013-07-22 Side brick for a wall in an electrolytic cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014091023A1 true WO2014091023A1 (en) 2014-06-19

Family

ID=49779893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/076624 WO2014091023A1 (en) 2012-12-13 2013-12-13 Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2931945A1 (en)
JP (1) JP6457397B2 (en)
CN (1) CN104854264B (en)
CA (1) CA2893476C (en)
RU (1) RU2668615C2 (en)
UA (1) UA118098C2 (en)
WO (1) WO2014091023A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3023301B1 (en) * 2014-07-04 2016-07-01 Rio Tinto Alcan Int Ltd ELECTROLYSIS TANK
CN108048874A (en) * 2017-12-29 2018-05-18 山西晋阳碳素有限公司 Silicon nitride bonded silicon carbon block clad aluminum side wall carbon block
FR3129157A1 (en) * 2021-11-18 2023-05-19 Rio Tinto Alcan International Limited INTERNAL LINER SYSTEM FOR ELECTROLYSIS TANK

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103657A (en) * 1981-07-18 1983-02-23 British Aluminium Co Ltd Electrolytic cell for the production of aluminium
DE3506200A1 (en) 1984-03-02 1985-09-12 Schweizerische Aluminium Ag, Chippis CATHODE TUB FOR AN ALUMINUM ELECTROLYSIS CELL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE COMPOSITE BODIES THEREOF THE SIDE WALL
US4544641A (en) * 1982-12-08 1985-10-01 Societe Des Electrodes Et Refractaires Savoie (Sers) Refractory products formed by grains bound by carbon residues and metal silicon in powder form and process for the production thereof
WO2002064860A1 (en) 2001-02-14 2002-08-22 Alcan Technology & Management Ag Carbon bottom of an electrolysis cell for producing aluminum
FR2882051A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-18 Saint Gobain Ct Recherches FRITTE COMPOSITE REFRACTOR BLOCK FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS TANK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS608313B2 (en) * 1979-12-08 1985-03-01 株式会社日軽技研 How to keep an aluminum electrolytic tank warm
JPS58161789A (en) * 1982-03-19 1983-09-26 Sumitomo Alum Smelt Co Ltd Cathode furnace bottom for aluminum electrolyzing furnace
EP0095854B1 (en) * 1982-05-28 1987-08-19 Alcan International Limited Improvements in electrolytic reduction cells for aluminium production
DE3327230A1 (en) * 1983-07-28 1985-02-07 Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen LINING FOR ELECTROLYSIS PAN FOR PRODUCING ALUMINUM
FR2566002B1 (en) * 1984-06-13 1986-11-21 Pechiney Aluminium MODULAR CATHODE BLOCK AND LOW VOLTAGE DROP CATHODE FOR HALL-HEROULT ELECTROLYSIS TANKS
JPS63143279A (en) * 1986-12-04 1988-06-15 Nippon Light Metal Co Ltd Method and device for producing magnesium by fused-salt electrolysis
US5560809A (en) * 1995-05-26 1996-10-01 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Improved lining for aluminum production furnace
JPH09143781A (en) * 1995-11-28 1997-06-03 Nippon Light Metal Co Ltd Three-layered type electrolytic refining furnace for production of high-purity aluminum
JP3385831B2 (en) * 1995-12-06 2003-03-10 住友金属工業株式会社 Estimation method of hearth erosion line and hearth structure
EP1141446B1 (en) * 1998-11-17 2003-06-04 Alcan International Limited Wettable and erosion/oxidation-resistant carbon-composite materials
JP2003095758A (en) * 2001-09-26 2003-04-03 Kobe Steel Ltd Monolithic refractory material and method of using structure constructed with this monolithic refractory material
NO20024048D0 (en) * 2002-08-23 2002-08-23 Norsk Hydro As Method of operation of an electrolytic cell and means for the same
NO318012B1 (en) * 2003-03-17 2005-01-17 Norsk Hydro As Structural elements for use in an electrolytic cell
RU2009120321A (en) * 2006-11-01 2010-12-10 Алкан Интернэшнл Лимитед (Ca) SEMI-SOLIDATIVE MIXTURE OF THE PREVENTOR TIB2
JP5554117B2 (en) * 2010-03-30 2014-07-23 日本電極株式会社 Cathode carbon block for aluminum refining and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103657A (en) * 1981-07-18 1983-02-23 British Aluminium Co Ltd Electrolytic cell for the production of aluminium
US4544641A (en) * 1982-12-08 1985-10-01 Societe Des Electrodes Et Refractaires Savoie (Sers) Refractory products formed by grains bound by carbon residues and metal silicon in powder form and process for the production thereof
DE3506200A1 (en) 1984-03-02 1985-09-12 Schweizerische Aluminium Ag, Chippis CATHODE TUB FOR AN ALUMINUM ELECTROLYSIS CELL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE COMPOSITE BODIES THEREOF THE SIDE WALL
WO2002064860A1 (en) 2001-02-14 2002-08-22 Alcan Technology & Management Ag Carbon bottom of an electrolysis cell for producing aluminum
FR2882051A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-18 Saint Gobain Ct Recherches FRITTE COMPOSITE REFRACTOR BLOCK FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS TANK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PAGE63 ET AL: "HighTemperatureProcessingSymposium2010 PRESENTATION­24 SIDEWALL MATERIALS FOR HALL-HÉROULT PROCESS", 31 December 2010 (2010-12-31), XP055101816, ISBN: 978-0-98-067080-6, Retrieved from the Internet <URL:http://www.swinburne.edu.au/lib/ir/onlineconferences/HTP2010/> [retrieved on 20140212] *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2893476A1 (en) 2014-06-19
EP2931945A1 (en) 2015-10-21
CN104854264B (en) 2018-07-31
RU2668615C2 (en) 2018-10-02
RU2015127998A (en) 2017-01-16
UA118098C2 (en) 2018-11-26
JP2016505714A (en) 2016-02-25
CN104854264A (en) 2015-08-19
CA2893476C (en) 2018-01-16
JP6457397B2 (en) 2019-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69532052T2 (en) Horizontal cathode surface drained with recessed grooves for aluminum electrical extraction
EP2440688B1 (en) Cathode bottom, method for producing a cathode bottom, and use of the same in an electrolytic cell for producing aluminum
EP2931945A1 (en) Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum
EP2598675B1 (en) Cathode block for an aluminium electrolysis cell and a process for the production thereof
EP0132647B1 (en) Lining for an electrolytic cell for the production of aluminium
WO2012107400A2 (en) Graphitized cathode block having an abrasion-proof surface
US8404090B2 (en) Multi-layer cathode block
WO2012107396A2 (en) Surface-profiled graphite cathode block having an abrasion-proof surface
DE60003683T2 (en) ALUMINUM ELECTRIC RECOVERY CELL WITH V-SHAPED CATHODE BOTTOM
DE102013214322A1 (en) Side brick for a wall in an electrolytic cell
EP2809833B1 (en) Method for producing a cathode block for an aluminum electrolytic cell
EP3350358B1 (en) Cathode bottom for producing aluminum
EP2598674B1 (en) Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell
WO2014124970A1 (en) Cathode block having an abrasion-resistant surface that can be wetted
EP2598673B1 (en) Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell
DE3638937A1 (en) Cathode for a molten-salt electrolysis cell
DE102012218960B4 (en) Cathode comprising cathode blocks with a partially trapezoidal cross-section
DE102012218959A1 (en) Block, useful in cathode of electrolysis cell, which is useful for producing aluminum, where block has cross section perpendicular to a longitudinal axis of the cathode block and shape of trapezium
DE102011001834A1 (en) Novel combined graphitized heterotyped cathode for the recovery of aluminum and its graphitized cathode barrier block
WO2014060422A2 (en) Cathode block with trapezoidal cross section
DE102012218958A1 (en) Block, useful in cathode of electrolysis cell, which is useful for producing aluminum, where block has cross section perpendicular to a longitudinal axis of the cathode block and shape of trapezium

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13807987

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2893476

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015547058

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013807987

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015127998

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A