DE1133564B - Current-carrying elements for use as a cathode or as a current supply to the cathode of a reduction cell for the production of aluminum - Google Patents

Description

Stromführungselemente zur Verwendung als Kathode oder als Stromzuführung zur Kathode einer Reduktionszelle für die Herstellung von Aluminium Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromführungselement zur Verwendung als Kathode oder als Stromzuführung zur Kathode einer Reduktionszelle für die Herstellung von Aluminium oder als Stromzuführung zur Anoden- oder Kathodenschicht einer Aluminiumraffinationszelle, wobei das Stromführungselement aus einer gesinterten kompakten Masse zusammengesetzt ist, die wenigstens aus zwei Verbindungen besteht, die aus der Gruppe der Carbide und Boride des Titans, Zirkoniums, Tantals oder Niobs ausgewählt sind.Current-carrying elements for use as a cathode or as a power supply to the cathode of a reduction cell for the production of aluminum The invention relates to a current-carrying element for use as a cathode or as a power supply to the cathode of a reduction cell for the production of aluminum or as a power supply to the anode or cathode layer of an aluminum refining cell, the current-carrying element is composed of a sintered compact mass, the at least two Compounds consisting of the group of carbides and borides of titanium, zirconium, Tantalum or niobium are selected.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Stromführungselemente statt wie bisher aus Kohlenstoff mindestens aus einem der Stoffe Titancarbid und Zirkoniumcarbid herzustellen, um dadurch ein gutes Benetzen der Teile mit dem geschmolzenen Aluminium zu erreichen. Ferner ist vorgeschlagen worden, die Boride des Titans und des Zirkoniums zu diesem Zweck zu verwenden, weil insbesondere Titanborid ausgezeichnete Eigenschaften aufweist. Titanborid hat einen noch viel geringeren elektrischen Widerstand als Titancarbid, ist beständiger gegen Oxydation bei Temperaturen zwischen 300 und 800° C und besitzt eine geringere Löslichkeit in geschmolzenem Aluminium bei den Betriebstemperaturen der Reduktions-bzw. Raffinationszellen. Die letztere Eigenschaft ist außerdem vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen bedeutsam, weil die Lebensdauer der Stromführungselemente von der Löslichkeit des Materials in dem geschmolzenen Aluminium der Zelle abhängt. Diesen besonders geschätzten Eigenschaften des Titanborids stehen seine hohen Kosten gegenüber. Dagegen ist z. B. Titancarbid auch noch ein guter elektrischer Leiter, aber stärker löslich in geschmolzenem Aluminium, dagegen aber wesentlich billiger.It has already been proposed to use current-carrying elements instead of such as previously made of carbon from at least one of the substances titanium carbide and zirconium carbide to produce good wetting of the parts with the molten aluminum to reach. It has also been proposed to use the borides of titanium and zirconium to use for this purpose because titanium boride in particular has excellent properties having. Titanium boride has a much lower electrical resistance than Titanium carbide, is more resistant to oxidation at temperatures between 300 and 800 ° C and has a lower solubility in molten aluminum at operating temperatures the reduction or. Refining cells. The latter property is also dated From an economic point of view this is significant because the service life of the current-carrying elements depends on the solubility of the material in the molten aluminum of the cell. These particularly valued properties of titanium boride stand at its high cost opposite to. On the other hand, z. B. Titanium carbide is also a good electrical conductor, but more soluble in molten aluminum, but much cheaper.

Erfindungsgemäß wird nun ein Stromführungselement vorgeschlagen, welches von den guten Eigenschaften des teueren Materials Gebrauch macht und dennoch eine wirtschaftliche Herstellung des Stromführungselements ermöglicht.According to the invention, a current-carrying element is now proposed which makes use of the good properties of the expensive material and still has one allows economical production of the current-carrying element.

Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß der Teil des Stromführungselementes, der mit geschmolzenem Aluminium in Berührung kommt, im wesentlichen aus wenigstens einem der Boride besteht, während der außerhalb des geschmolzenen Aluminiums liegende Teil des Stromführungselements im wesentlichen aus wenigstens einem der Carbide besteht.According to the invention, this happens in that the part of the current-carrying element, that comes into contact with molten aluminum, essentially of at least one of the borides, while the one outside of the molten aluminum Part of the current-carrying element consists essentially of at least one of the carbides consists.

Es wurde gefunden, daß feste Stromleiter, die aus einer gesinterten, kompakten Masse aus einer der Verbindungen der Gruppe der Carbide und Boride des Titans, Zirkoniums, Tantals oder Niobs bestehen, vorteilhaft in einer elektrolytischen Zelle zur Gewinnung oder Reinigung von Aluminium verwendet werden können, da sie von geschmolzenem Aluminium benetzt werden, gute Leiter für den elektrischen Strom und verhältnismäßig unlöslich in geschmolzenem Aluminium sind. Einige dieser Verbindungen haben diese erforderlichen Eigenschaften mehr als die anderen, sind aber dafür teurer in der Herstellung. Zum Beispiel ist Titanborid ein viel besserer Leiter für die Elektrizität als Titancarbid und ist weniger löslich in geschmolzenem Aluminium, aber zur Zeit ist es sehr viel teurer.It has been found that solid current conductors, which are made from a sintered, compact mass of one of the compounds of the group of carbides and borides of Titanium, zirconium, tantalum or niobium consist, advantageously in an electrolytic one Cell can be used for the extraction or purification of aluminum as they are wetted by molten aluminum, good conductors for electrical current and are relatively insoluble in molten aluminum. Some of these connections have these required properties more than the others, but are more expensive in production. For example, titanium boride is a much better conductor for that Electricity than titanium carbide and is less soluble in molten aluminum, but at the moment it is much more expensive.

Der Ausdruck »im wesentlichen« soll bedeuten, daß der Teil oder das Stück des betreffenden Stromführungselementes wenigstens aus 90 Gewichtsprozent der erwähnten Verbindung oder Verbindungen besteht. Kleine Mengen an Verunreinigungen können toleriert werden, ohne daß dadurch in nachteiliger Weise die guten Eigenschaften der ausgewählten Verbindungen beeinflußt werden.The term "essentially" is intended to mean that the part or the Piece of the relevant current-carrying element at least 90 percent by weight the mentioned compound or compounds exists. Small amounts of impurities can be tolerated without adversely affecting the good properties of the selected compounds can be influenced.

Das erfindungsgemäße Stromführungselement besteht über einen Teil seiner Länge, der von dem mit dem geschmolzenen Aluminium in Berührung kommenden Ende ausgeht, im wesentlichen aus einem der Boride, und zwar aus Titanborid, während der Teil des Stromführungselementes, der außerhalb des geschmolzenen Aluminiums liegt, im wesentlichen aus einem der Carbide besteht, beispielsweise aus Titancarhid. Die Porosität des Stromführungselementes-soll vorzugsweise unter 1.0 Volumprozent und in der Größenordnung von 7 Volumprozent sein.The current-carrying element according to the invention consists essentially of one of the borides, namely titanium boride, over a part of its length, which extends from the end coming into contact with the molten aluminum, while the part of the current-carrying element which lies outside the molten aluminum is essentially consists of one of the carbides, for example titanium carbide. The porosity of the current- carrying element should preferably be less than 1.0 percent by volume and of the order of 7 percent by volume.

Die Teilchengröße der verwendeten Borid- oder Carbidpulver soll kleiner als 74 Mikron sein, und vorzugsweise 90% des Pulvers soll eine Teilchengröße von weniger als 50Mikron besitzen. Die Pulver werden in einer Kugelmühle mit Stahlkugeln von 13 mm Durchmesser 1/2 bis 17 Stunden gemahlen. Titancarbid z. B. ist, wie es hergestellt wird, ziemlich hart und muß 8 bis 17 Stunden gemahlen werden, wogegen Titandiborid in seiner Handelsform im allgemeinen nicht so hart ist und nur 1/2 bis 8 Stunden gemahlen zu werden braucht.The particle size of the boride or carbide powder used should be smaller than 74 microns, and preferably 90% of the powder should have a particle size of less than 50 microns. The powders are in a ball mill with steel balls of 13 mm diameter ground for 1/2 to 17 hours. Titanium carbide e.g. B. is like it is made quite hard and has to be ground for 8 to 17 hours, whereas Titanium diboride in its commercial form is generally not as hard and only 1/2 takes up to 8 hours to grind.

Von den obenerwähnten Carbiden und Boriden werden zur Zeit die des Titans und Zirkoniums bevorzugt, da die Elemente Tantal und Niob verhältnismäßig selten sind. Bezüglich der Carbide des Titans und Zirkoniums wird das Titancarbid dem Zirkoniumcarbid vorgezogen. Nicht nur, weil es viel billiger herzustellen ist, sondern weil es viel beständiger gegen Oxydation ist als Zirkoniumcarbid. Wenn Zirkoniumcarbid verwendet wird, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die es gegen die Einwirkung der Luft oder des Sauerstoffes oder oxydierende Bedingungen schützen, wenn es sich auf hohen Temperaturen, beispielsweise der Betriebstemperatur einer Zelle, befindet. Aus diesem Grunde sollte der Teil des Stromführungselementes, der im wesentlichen aus Zirkeniumcarbid besteht, geschützt werden, z. B. durch eine Schicht aus Metall, das gegen Oxydation beständig ist, ehe seine Temperatur auf eine beträchtliche Höhe gebracht wird.Of the carbides and borides mentioned above, those of Titanium and zirconium are preferred because the elements tantalum and niobium are proportionate are rare. With regard to the carbides of titanium and zirconium, titanium carbide becomes preferred to zirconium carbide. Not only because it is much cheaper to manufacture, but because it is much more resistant to oxidation than zirconium carbide. When zirconium carbide is used, precautions must be taken to prevent it from being exposed Protect from air or oxygen or oxidizing conditions if it is at high temperatures, for example the operating temperature of a cell. For this reason, the part of the current-carrying element that essentially made of zirkenium carbide, be protected, e.g. B. by a layer of metal, which is resistant to oxidation before its temperature rises to a considerable height is brought.

Vorzugsweise liegt die Verbindungsstelle zwischen den beiden verschiedenen Stoffen, aus denen das Stromführungselement besteht, in einer Wand der Reduktions- bzw. der Raffinationszelle.The junction is preferably between the two different ones Substances that make up the current-carrying element in a wall of the reduction or the refining cell.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt auf der Linie 1-I der Fig. 2 durch ein zylindrisches Gesenk, in dem aus pulverförmigen Stoffen das Stromführungselement hergestellt werden kann; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-11 der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Querschnitt einer elektrolytischen Reduktionszelle mit Stromführungselementen gemäß der Erfindung; Fig.4 ist ein Schnitt durch eine Reduktionszelle und zeigt eine weitere Anwendung der Stromführungselemente; Fig. 5 ist ein vertikaler Längsschnitt auf der Linie V-V der Fig. 6 an einem Ende einer Reduktionszelle; Fig. 6 zeigt die linke Seite einer Reduktionszelle nach Fig. 5; wobei der obere Teil der Figur auf der Linie VI-VI der Fig. 5 geschnitten ist und der untere Teil eine Ansicht zeigt, in der das Flußmittel und die Schicht geschmolzenen Aluminiums weggelassen sind, wobei ein Teil der Anoden abgebrochen gezeigt ist, und Fig.7 ist ein Vertikalschnitt durch eine Raffinationszelle.Some embodiments of the invention will now be referenced explained in more detail on the drawings: Fig. 1 is a vertical section on the line 1-I of Fig. 2 through a cylindrical die in which powdered substances the current-carrying element can be produced; Fig. 2 is a section along the line II-11 of Figure 1; Fig. 3 is a cross section of an electrolytic reduction cell with current-carrying elements according to the invention; Fig.4 is a section through a Reduction cell and shows a further application of the current-carrying elements; Fig. 5 is a vertical longitudinal section on the line V-V of FIG. 6 at one end of one Reduction cell; Fig. 6 shows the left side of a reduction cell according to Fig. 5; wherein the upper part of the figure is cut on the line VI-VI of FIG. 5 and the lower part shows a view in which the flux and the layer have melted Aluminum are omitted, with part of the anodes shown broken off, and Figure 7 is a vertical section through a refining cell.

In den Fig. 1 und 2 ist die Herstellung eines Stromführungselementes aus Titancarbid und Titandiborid dargestellt. Das Titancarbid, welches im Handel erhältlich ist, enthält im allgemeinen zwischen 90 und 96 Gewichtsprozent Titancarbid, bis 2 Gewichtsprozent freien Kohlenstoff; etwas Titannitrid; Eisen und Sauerstoff, letzteren möglicherweise in der Form von Titanoxyd. Der Sauerstoffgehalt des Titancarbids soll möglichst nicht mehr als 1 Gewichtsprozent betragen, da ein Sauerstoffgehalt von mehr als 1 Gewichtsprozent Sprünge in dem Element hervorruft, wenn es geschmolzenem Aluminium ausgesetzt ist. Da das Titancarbid des Elementes erfindungsgemäß nicht dem geschmolzenen Aluminium ausgesetzt wird; ist diese Forderung nicht kritisch. Trotzdem soll der Sauerstoffgehalt unter 1 Gewichtsprozent gehalten werden, da die Möglichkeit besteht, daß geschmolzenes Aluminium an dem Leiter bis zu jenem Teil entlangkriecht, der im wesentlichen aus Titancarbid besteht. Dieser Zustand ist indessen nicht so lästig, da der Carbidteil nicht dauernd von geschmolzenem Aluminium umgeben ist. Vorzugsweise soll das Titancarbid, welches verwendet wird, weniger als 1 Gewichtsprozent freien Kohlenstoff und weniger als 1 Gewichtsprozent Eisen enthalten. Stickstoff ist im allgemeinen in der Form von 1 bis 5 Gewichtsprozent Titannitrid anwesend.1 and 2 show the production of a current-carrying element made of titanium carbide and titanium diboride. The titanium carbide, which is commercially available is available, generally contains between 90 and 96 percent by weight of titanium carbide, up to 2 percent by weight free carbon; some titanium nitride; Iron and oxygen, the latter possibly in the form of titania. The oxygen content of the titanium carbide should not be more than 1 percent by weight if possible, as there is an oxygen content of more than 1% by weight causes cracks in the element when it is molten Aluminum is exposed. Since the titanium carbide of the element according to the invention is not exposed to the molten aluminum; this requirement is not critical. Nevertheless, the oxygen content should be kept below 1 percent by weight, since the There is a possibility of molten aluminum on the conductor up to that part creeps along, which consists essentially of titanium carbide. This state is however, not as troublesome as the carbide portion is not permanently from molten aluminum is surrounded. Preferably the titanium carbide that is used should be less than 1 percent by weight free carbon and less than 1 percent by weight iron contain. Nitrogen is generally in the form of 1 to 5 percent by weight Titanium nitride present.

Titandiborid und auch Zirkoniumborid, welches ähnliche Eigenschaften hat, ist verhältnismäßig unempfindlich gegen Verunreinigungen für die beabsichtigten Zwecke. So haben Versuche gezeigt, daß bis zu 1 Gewichtsprozent freier Kohlenstoff, Stickstoff, überschüssiges Bor, Kohlenstoff und Eisen in Verbindungen keine nachteiligen Wirkungen auf Titandiborid ausüben, welches geschmolzenem Aluminium ausgesetzt ist, obgleich eine vorsätzliche Zugabe von 10 Gewichtsprozent Borcarbid sich als schädlich herausgestellt hat. Titandiborid mit einem Sauerstoffgehalt von 1,4 Gewichtsprozent ist erfolgreich in Reduktionszellen-Versuchen verwendet worden.Titanium diboride and also zirconium boride, which have similar properties has is relatively insensitive to contamination for the intended Purposes. Experiments have shown that up to 1 percent by weight of free carbon, Nitrogen, excess boron, carbon and iron in compounds are not detrimental Have effects on titanium diboride exposed to molten aluminum, although a deliberate addition of 10 percent by weight boron carbide turns out to be detrimental has turned out. Titanium diboride with an oxygen content of 1.4 percent by weight has been used successfully in reduction cell experiments.

Im Handel erhältliches Titancarbid wurde in einer Kugelmühle mit Stahlkugeln von 13 mm Durchmesser zu einem Pulver vermahlen. Das Mahlen erstreckte sich über 17 Stunden. Eine Analyse des Materials ergab 94,8 % Titancarbid, 0,63 % freier Kohlenstoff, 0;69% Eisen, 0,660/0 Titannitrid und weniger als 1% Sauerstoff. (Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozente.) In ähnlicher Weise wurde Titandiborid 5 Stunden lang gemahlen. Die Analyse ergab: 96,7% Titandiborid, 0,7 % freier Kohlenstoff, einen Gesamtkohlenstoffgehalt von 1,02%, 1,4% Titancarbid, 1,080/0 Eisen, 0,15% Stickstoff und weniger als l0/0 Sauerstoff. Eine Charge l von 60g des gepulverten Carbids wurde in die Ausnehmung 2 eines zylindrischen Graphitgesenks 3 gebracht und darauf eine Charge 4 des gepulverten Diborids. Die Wand 2 des Gesenks 3 war mit einer Schicht 5 eines Carbids eines der Übergangselemente der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems überzogen, in diesem Falle mit Titancarbid, um ein Festhaften der Charge in dem Gesenk zu verhindern.Commercially available titanium carbide was made in a ball mill with steel balls ground to a powder of 13 mm in diameter. The grinding extended over 17 hours. Analysis of the material found 94.8% titanium carbide, 0.63% free carbon, 0; 69% iron, 0.660 / 0 titanium nitride and less than 1% oxygen. (All percentages are percentages by weight.) Similarly, titanium diboride was milled for 5 hours. The analysis showed: 96.7% titanium diboride, 0.7% free carbon, a total carbon content of 1.02%, 1.4% titanium carbide, 1.080 / 0 iron, 0.15% nitrogen and less than 10/0 Oxygen. A 60g batch of powdered carbide was placed in the recess 2 brought a cylindrical graphite die 3 and then a batch 4 of the powdered Diborides. The wall 2 of the die 3 was one of those with a layer 5 of a carbide Transitional elements of the IV., V. and VI. Group of the periodic table covered, in this case with titanium carbide to prevent the charge from sticking in the die.

Die Stärke der Schicht ist in den Fig. 1 und 2 zum Zwecke der Darstellung übertrieben. Auf die Charge wurde 11/2 Stunden lang ein Druck von etwa 0,15 t/cmmittels der Graphitstempel6 ausgeübt. Während der Druckanwendung wurde die Charge schnell auf eine Temperatur von 2070° C mittels eines spiralförmigen Graphitheizelementes 7 gebracht, das um das Gesenk gewickelt und mit den Anschlußenden 8 an eine Wechselstromquelle angeschlossen war. Dieser Vorgang wird vorzugsweise in einer Schutzatmosphäre, z. B. in Wasserstoff, oder im Vakuum ausgeführt: Man erhält eine gesinterte kompakte Masse, die man abkühlen läßt und dann aus dem Gesenk entfernt. Es wurde gefunden, daß die Masse eine Porosität von 8 Volumprozent besitzt. Der zylindrische Stab, der so entsteht, hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Länge von 100 mm. Dabei bestehen im wesentlichen jeweils gleiche Längen aus Diborid und Carbid. Die Festigkeit des Stabes wurde geprüft, wobei der Stab in dem Diboridteil gerissen ist. Die Zugfestigkeit betrug etwa 16 kg/mm=.The thickness of the layer is shown in Figures 1 and 2 for purposes of illustration exaggerated. A pressure of about 0.15 t / cm mean was applied to the batch for one and a half hours the graphite stamp6 exercised. During the application of pressure, the batch became rapid to a temperature of 2070 ° C by means of a spiral graphite heating element 7 brought that wound around the die and with the connection ends 8 to an alternating current source was connected. This process is preferably carried out in a protective atmosphere, e.g. B. in hydrogen, or in a vacuum: A sintered one is obtained compact mass that is allowed to cool and then removed from the die. It was found that the mass has a porosity of 8 percent by volume. The cylindrical one The rod that is created in this way has a diameter of 20 mm and a length of 100 mm. There are essentially the same lengths of diboride and carbide. the Strength of the rod was tested, whereby the rod cracked in the diboride part is. The tensile strength was about 16 kg / mm =.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Carbid und dem Diborid ist eine gesinterte Verbindung, die mechanisch fest ist und eine Bruchfestigkeit besitzt, die wenigstens gleich oder der schwächeren der beiden Substanzen, im allgemeinen des Diborids, ist. Stromführungselemente, die auf diese Weise hergestellt sind, haben für die beabsichtigten Zwecke eine ausreichende mechanische Festigkeit und zeigen an der Verbindungsstelle keine Änderung des elektrischen Widerstands. Weiterhin haben sie eine ausreichende Beständigkeit gegen Temperaturschwankungen und können in geschmolzenes Aluminium von 750° C geworfen werden, wenn der Temperaturunterschied nicht größer ist als 200° C, ohne zu reißen.The junction between the carbide and the diboride is one sintered connection that is mechanically strong and has a breaking strength, which is at least the same or the weaker of the two substances, in general of diboride, is. Current-carrying elements made in this way have sufficient mechanical strength and for the intended purposes show no change in electrical resistance at the junction. Farther they have sufficient resistance to temperature fluctuations and can be thrown into molten aluminum of 750 ° C when the temperature difference does not exceed 200 ° C without cracking.

Obgleich nach dem obigen Beispiel ein stabförmiges Stromführungselement mit etwa gleich langen Teilen aus Carbid und Diborid erhalten wurde, kann soviel wie möglich der Elemente aus Carbid bestehen, da dieses billiger als Diborid ist.Although a rod-shaped current-carrying element according to the above example was obtained with parts of carbide and diboride of approximately equal length, so much can be achieved as possible of the elements consist of carbide, since this is cheaper than diboride.

Bei der Auswahl der Verbindung für die Herstellung zusammengesetzter Stromführungselemente gemäß der Erfindung sollen Verbindungen gewählt werden, die möglichst gleiche Eigenschaften haben.When choosing the connection for making composite Current-carrying elements according to the invention are to be selected connections that have the same properties as possible.

In der Praxis haben die Stromführungselemente oder die Stromzuführungen für Reduktions- bzw. Raffinationszellen im allgemeinen einen Durchmesser in der Größenordnung von 50 mm und eine Länge, die von dem beabsichtigten Verwendungszweck abhängt, aber im allgemeinen nicht kleiner als 100 mm ist.In practice, the current-carrying elements or the power supply lines for reduction or refining cells generally have a diameter in the Order of 50 mm and a length that depends on the intended use depends, but is generally not smaller than 100 mm.

Die in Fig. 3 gezeigte Reduktionszelle besitzt eine Grundplatte 10 aus einem feuerfesten Material, wie Magnesit, auf der eine flache Wanne 11 gelagert ist, welche aus Kohlenstoff besteht. Diese wird von einer Umgebungswand aus Flußstahl gestützt und gehalten. An den Längskanten der oberen Bodenfläche der Wanne 11 sind zwei Kanäle 13 gebildet, in welche im Abstand voneinander stabförmige Stromführungselemente 14 hineinragen, die in der beschriebenen Weise hergestellt sind. Der Teil, der in die Kanäle 13 hineinragt, besteht im wesentlichen aus Titandiborid, während der Rest aus Titancarbid besteht; die Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Stoffen ist bei 15 angedeutet und liegt in der Wand der Wanne 11, so daß weder die Verbindungsstelle 15 noch der Teil des Elementes 14, der im wesentlichen aus Titancarbid besteht, dem geschmolzenen Aluminium ausgesetzt ist. In dieser Anordnung erstreckt sich jedes Stromführungselement 14 horizontal durch die Wand der Wanne 11. Sein äußeres Ende ist mit einer Stromschiene 17 aus Reinaluminium verbunden.The reduction cell shown in Fig. 3 has a base plate 10 made of a refractory material, such as magnesite, on which a flat trough 11 is mounted, which consists of carbon. This is supported and held in place by a surrounding wall made of mild steel. On the longitudinal edges of the upper bottom surface of the trough 11, two channels 13 are formed, into which rod-shaped current-carrying elements 14 protrude at a distance from one another, which are produced in the manner described. The part which protrudes into the channels 13 consists essentially of titanium diboride, while the remainder consists of titanium carbide; the junction between these two substances is indicated at 15 and lies in the wall of the trough 11, so that neither the junction 15 nor that part of the element 14, which consists essentially of titanium carbide, is exposed to the molten aluminum. In this arrangement, each current-carrying element 14 extends horizontally through the wall of the tub 11. Its outer end is connected to a busbar 17 made of pure aluminum.

Die Stromschienen 17 sind, wie bei 18 in der linken Seite der Fig. 3 gezeigt, mit einer Hauptstromschiene 19 verbunden, die sich seitlich entlang der Zelle erstreckt und zum negativen Pol der Stromquelle führt.The busbars 17 are, as at 18 in the left side of FIG. 3, connected to a main busbar 19 extending laterally along the Cell extends and leads to the negative pole of the power source.

Die Anode 20 der Zelle besteht aus Kohlenstoff und ist über geeignete Mittel (nicht gezeigt) mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 4. gezeigt ist, sind die Stromführungselemente 14 vertikal angeordnet und von unten durch die Bodenplatte der Kohlenstoffwanne 11 hindurchgeführt. Die oberen Enden der Stromführungselemente 14, die im wesentlichen aus Titandiborid bestehen, ragen ein kurzes Stück über die obere Bodenfläche der Wanne hinaus und stellen eine elektrische Verbindung mit dem Sumpf 16 aus geschmolzenem Aluminium und den negativen Stromschienen 17 her, die elektrisch mit der Hauptstromschiene 19 verbunden sind. Die Verbindungsstelle 15 zwischen den beiden Stoffen des Elements 14 ist in die Grundplatte eingebettet.The anode 20 of the cell is made of carbon and is suitable Means (not shown) connected to the positive pole of the power source. At a Another embodiment, which is shown in Fig. 4, are the current-carrying elements 14 arranged vertically and from below through the bottom plate of the carbon tub 11 passed through. The upper ends of the current-carrying elements 14, which are essentially consist of titanium diboride, protrude a short distance above the upper bottom surface of the Well out and make an electrical connection to the sump 16 of molten Aluminum and the negative busbars 17, which are electrically connected to the main busbar 19 are connected. The junction 15 between the two substances of the element 14 is embedded in the base plate.

Fig. 5 und 6 zeigen die Anwendung des Stromführungselements 14 in einer üblichen Reduktionszelle. In den aus Graphitblöcken bestehenden Boden der Wanne 11 sind Stahlstäbe 23 eingebettet, welche die Blöcke elektrisch mit der außerhalb der Zelle liegenden Stromschiene verbinden, die ihrerseits zum negativen Pol führt. Solche Zellen haben den Nachteil, daß zwischen dem geschmolzenen Aluminiumsumpf 16 und der Wanne 11 ein hoher elektrischer Widerstand auftritt, weil das geschmolzene Aluminium den Kohlenstoff nicht benetzt und sich auf dem Boden der Wanne während des Betriebes der Zelle ein schlecht leitenden Schlamm absetzt.FIGS. 5 and 6 show the application of the current-carrying element 14 in FIG a common reduction cell. In the bottom of the graphite blocks Tub 11 are embedded steel rods 23, which the blocks electrically with the outside Connect the busbar lying on the cell, which in turn leads to the negative pole. Such cells have the disadvantage that between the molten aluminum sump 16 and the tub 11 a high electrical resistance occurs because the melted Aluminum does not wet the carbon and settles on the bottom of the tub while the operation of the cell deposits a poorly conductive sludge.

Um diesen Nachteil zu überwinden, werden zylindrische Stromführungselemente 14 in Ausnehmungen eingesetzt, die in den Blöcken des Zellenbodens gebildet sind. Diese stangenförmigen Elemente sind etwas länger als die Tiefe der Ausnehmungen, so daß ihre oberen Enden, die im wesentlichen aus Titandiborid bestehen, in den Sumpf aus geschmolzenem Metall 16 hineinragen und für den Elektrolysenstrom Wege geringen elektrischen Widerstandes bilden. Die Verbindungsstellen 1.5 zwischen den Stoffen des Elements liegen in den Ausnehmungen des Zellenbodens. Daher kann der Hauptteil des Elements 14 im wesentlichen aus Titancarbid bestehen. Die Ausnehmungen sind gleichmäßig verteilt über den Stahlstäben 23 angeordnet, enden aber kurz über diesen, so daß eine Zwischenschicht aus festem Kohlenstoff verbleibt, die ein Leckwerden der Zelle verhindert. Die Stromführungselemente 14 sind vorzugsweise mittels einer dünnen Pechschicht in ihren Stellungen befestigt.In order to overcome this disadvantage, cylindrical current-carrying elements 14 are used in recesses which are formed in the blocks of the cell bottom. These rod-shaped elements are somewhat longer than the depth of the recesses, so that their upper ends, which consist essentially of titanium diboride, protrude into the sump of molten metal 16 and form paths of low electrical resistance for the electrolysis current. The connection points 1.5 between the materials of the element lie in the recesses of the cell bottom. Therefore, the major part of the element 14 can consist essentially of titanium carbide. The recesses are arranged evenly distributed over the steel rods 23, but end just above these, so that an intermediate layer of solid carbon remains, which prevents the cell from leaking. The current-carrying elements 14 are preferably fastened in their positions by means of a thin layer of pitch.

Fig.7 zeigt die Anwendung der Stromführungselemente auf eine Raffinationszelle. Bei dieser Anordnung erstreckt sich das Stromführungselement 14, von dem ein Teil im wesentlichen aus Titandiborid besteht und der Rest im wesentlichen aus Titancarbid, im wesentlichen horizontal durch die isolierende (Magnesia-) Wand 24 der Zelle, um mit seinem inneren, aus Titandiborid bestehenden, Ende in eine Vertiefung 25, die im Boden der Zelle gebildet ist, hineinzuragen, so daß es in eine Masse 26 einer geschmolzenen Aluminiumlegierung eintaucht, die die Bodenschicht der Zelle bildet, wenn diese im Betrieb ist. Die Verbindungsstelle 15 liegt in der Wand 24. Ein weiteres, ebenso angeordnetes Stromführungselement steht mit der oberen Schicht 28 aus gereinigtem Aluminium in Verbindung, während auch hier die Verbindungsstelle 15a in der Wand 24 der Zelle eingebettet ist, so daß das aus Titandiborid bestehende Ende in die Schicht 28 hineinragt. Das äußere Ende des Elements 14a ist mit einer Aluminiumstromschiene 27 a verbunden, die mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist. Zwischen den Schichten 26 und 28 liegt in der üblichen Weise eine Schicht 29 aus geschmolzenem Flußmittel.7 shows the application of the current-carrying elements to a refining cell. In this arrangement, the current-carrying element 14, part of which consists essentially of titanium diboride and the remainder essentially of titanium carbide, extends essentially horizontally through the insulating (magnesia) wall 24 of the cell in order to The end protrudes into a recess 25 formed in the bottom of the cell so that it dips into a mass 26 of molten aluminum alloy which forms the bottom layer of the cell when it is in use. The connection point 15 is in the wall 24. Another, likewise arranged current-carrying element is in connection with the upper layer 28 made of cleaned aluminum, while here too the connection point 15a is embedded in the wall 24 of the cell, so that the end made of titanium diboride in the layer 28 protrudes. The outer end of the element 14a is connected to an aluminum busbar 27a, which is connected to the negative pole of the power source. Between layers 26 and 28 is a layer 29 of molten flux in the usual manner.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Stromführungselement zur Verwendung als Kathode oder als Stromzuführung einer Reduktionszelle für die Herstellung von Aluminium oder als Stromzuführung zur Anoden- oder Kathodenschicht einer Aluminiumraffinationszelle, wobei das Stromführungselement aus einer gesinterten kompakten Mässe zusammengesetzt ist, die wenigstens aus zwei Verbindungen besteht, die aus der Gruppe der Carbide und Boride des Titans, Zirkoniums, Tantals oder Niobs ausgewählt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Stromführungselementes, der mit geschmolzenem Aluminium in Berührung kommt, im wesentlichen aus wenigstens einem der Boride besteht, während der außerhalb des geschmolzenen Aluminiums liegende Teil des Stromführungselementes im wesentlichen aus wenigstens einem der Carbide besteht. PATENT CLAIMS: 1. Current-carrying element for use as a cathode or as a power supply for a reduction cell for the production of aluminum or as a power supply to the anode or cathode layer of an aluminum refining cell, wherein the current-carrying element is composed of a sintered compact size which consists of at least two compounds selected from the group of carbides and borides of titanium, zirconium, tantalum or niobium are selected, characterized in that that part of the current-carrying element which is in contact with molten aluminum comes, consists essentially of at least one of the borides, while the outside of the molten aluminum lying part of the current-carrying element substantially consists of at least one of the carbides. 2. Stromführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es über einen Teil seiner Länge, der von seinem mit geschmolzenem Aluminium in Berührung kommenden Ende ausgeht, im wesentlichen aus einem der Boride besteht. 2. Current-carrying element according to claim 1, characterized in that it is over part of its length that of its with molten aluminum coming into contact essentially runs out one of the borides. 3. Stromführungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daßdas Borid Titanboridist. 3. Current-carrying element according to claim 2, characterized in that that the boride is titanium boride. 4. Stromführungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb des geschmolzenen Aluminiums liegende Teil des Stromführungselementes im wesentlichen aus einem der Carbide besteht. 4. Current-carrying element according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the part of the outside of the molten aluminum Current-carrying element consists essentially of one of the carbides. 5. Stromführungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Cärbid Titancarbid ist. 5. Current-carrying element according to claim 4, characterized in that the carbide is titanium carbide. 6. Stromführungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbid weniger als 1 Gewichtsprozent Sauerstoff enthält. 6. Current-carrying element according to claim 5, characterized in that the titanium carbide is less than 1 percent by weight Contains oxygen. 7. Stromführungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Porosität kleiner als 10 Volumprozent ist.7. Current-carrying element according to one of the preceding claims, characterized in that its porosity is less than 10 percent by volume.