DE1188823B - Vorrichtung zur Stromzufuehrung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zur Stromzufuehrung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der VorrichtungInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
C22d
Deutsche Kl.: 40 c-3/12
Nummer: 1188 823
Aktenzeichen: E 24414 VI a/40 c
Anmeldetag: 1. März 1963
Auslegetag: 11. März 1965
Die Erfindung betrifft die Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen
Herstellung von Aluminium, der mit kontinuierlichen und selbstbackenden Anoden arbeitet. In einem derartigen
Ofen besteht im allgemeinen die Kathode aus fertiggebrannten Blöcken, welche den Ofenboden
bilden. Der Strom wird diesen Blöcken mit Hilfe von eisernen Kontakten, z. B. in Form von Flachstahl
zugeführt, die durch die Ofenwandung oder durch den Ofenboden in die Blöcke eingeführt und in diesen
festgegossen werden. Der Ofenboden bzw. die Kathode wird nach und nach geschwächt, teils weil
das flüssige Aluminium an den Blöcken zehrt und teils weil die Blöcke bersten und zerbröckeln. Letzteres
ist den Temperaturschwankungen im Ofen zuzuschreiben, da hierdurch die Eisenkontakte in den
Blöcken arbeiten. Das flüssige Aluminium kommt also direkt mit den Eisenkontakten in Berührung und
nimmt von ihnen Eisen auf. Der Ofen muß dann zur Erneuerung des Bodens bzw. der Kathode außer Betrieb
gesetzt werden. Ein Ofenboden hat im allgemeinen nur eine Lebensdauer von etwa 3 bis 5 Jahren,
und die Erneuerung ist durch den Arbeitsaufwand und Produktionsverlust mit erheblichen Kosten
verbunden. Man rechnet außerdem damit, daß der Ofenboden 15 bis 25 % der während der Elektrolyse
aufgewendeten Fluoridmenge in sich aufnimmt. Es gehen somit bedeutende Mengen wertvoller Fluorverbindungen
in den abgebauten Ofenböden verloren.
Es ist bekannt, daß die Lebensdauer der Böden wesentlich verlängert und die Verunreinigungen
durch Eisen aus den Bodenkontakten vermieden werden können, wenn man das geschmolzene Aluminium
am Ofenboden als Kathode verwendet und diesem den Strom direkt mittels vertikalen aus einem
elektrisch leitenden Material bestehenden Kathodenkontakten zuführt. Diese werden nicht nennenswert
vom flüssigen Aluminium angegriffen. Hierfür sind beispielsweise Boride oder Karbide aus Titan oder
Zirkonium, gegebenenfalls in Mischung, verwendbar. Derartige Stoffe werden auch bei den auftretenden
Temperaturen vom geschmolzenen Kryolithbad nicht angegriffen.
Erfindungsgemäß werden vertikale Kathodenkontakte durch die Anode und das Schmelzbad direkt in
das flüssige Aluminium am Ofenboden eingeführt. Die Kathodenkontakte müssen selbstverständlich
gegenüber der Anode elektrisch isoliert sein. Zur Vermeidung eines Stromüberganges von den Kontaktbolzen
an das geschmolzene Bad müssen die Kathodenkontakte mit einer Schicht aus einem elek-Vorrichtung
zur Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen
Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
Anmelder:
Elektrokemisk A/S, Oslo
Vertreter:
Vertreter:
Dr. G. W. Lotterhos
und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,
Frankfurt/M., Annastr. 19
Als Erfinder benannt:
Dr. Mathias övrom Sem, Oslo
Beanspruchte Priorität:
Norwegen vom 5. März 1962 (143 498)
irisch isolierenden Material, z. B. durch Siliciumnitrid gebundenes Siliciumcarbid oder einem anderen
geeigneten Material, versehen werden. Bei der Stromzuführung an die Kathode muß dafür Sorge
getragen werden, daß stets genügende Mengen von flüssigem Aluminium am Ofenboden vorhanden sind,
so daß die Stromkonzentration im Metall nicht zu groß wird. Die Höhe der geschmolzenen Aluminiumschicht
soll im allgemeinen etwa 20 cm oder mehr betragen. Da das geschmolzene Aluminium infolge
des Pincheffektes um jeden Kontakt herabgepreßt wird, muß die Stromstärke in jedem Kontakt auf
z. B. 4000 bis 5000 A begrenzt werden. Demnach werden z.B. in einem 100000-A-Ofen etwa 25
durch die Anode eingeführte Kathodenkontakte vorgesehen.
Die Kathodenkontakte können z. B. mit Hilfe von Aluminiumrohren mit größerem Durchmesser als der
der Kontakte durch die Anode eingeführt werden. Die Rohre durchschneiden die Anode und können je
nach dem Verbrauch nach oben verlängert werden. Die Rohre können aus z. B. dünnen Aluminiumblechen
bestehen. Der ringförmige Raum zwischen
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dem Kontakt und dem Rohr kann mit einem elek- backen, weich und plastisch ist. Aus der Zeichnung
trisch isolierenden Verschluß abgedeckt werden. Da ist zu ersehen, wie das Aluminiumrohr 5 unter die
keine besonders hohe Temperatur am Kopf der Backzone hinabragt. Der Kontakt 4 ist mit einer
Anode entsteht, braucht der Verschluß nicht unbe- isolierenden Schicht versehen, die den Kontakt vom
dingt aus feuerfestem Material bestehen. Es können 5 Bade isoliert. Diese Isolation kann z. B. wie eine
auch größere Rohre oder Kanäle aus Aluminium- Hülse 7 aus einem widerstandsfähigen Material ausblech,
die mehrere Kathodenkontakte führen, ver- geführt sein. 8 deutet Abstandstücke an, die einen
wendet werden. Man kann ferner sogenannte per- direkten Kontakt zwischen dem Kathodenkontakt 4
manente Rohre verwenden, die in der Anode fest- und der Anode 1, bzw. dem Rohr 5, verhindern. Der
gebacken werden. Diese Rohre werden aus der io Kathodenkontakt kann auch in der Weise von der
Anode gelöst und emporgezogen, je nachdem diese Anode isoliert werden, daß der Zwischenraum zwiverbraucht
wird, und zwar in dergleichen Weise, wie sehen dem Kontakt 4 und dem Rohr 5 mit Tonerde
man vertikale anodische Kontaktbolzen entsprechend angefüllt wird. Hierdurch wird gleichzeitig verhindern
Anodenverbrauch löst und hochzieht. In sol- dert, daß Ofengase und Teerdämpfe auf diesem Wege
chen Fällen sollten die Rohre aus Eisen hergestellt 15 entweichen. Man kann auch gegebenenfalls Al2O3
sein. Der unterste Teil der Rohre kann gegebenen- auf diesem Wege kontinuierlich aufgeben. Die Tonfalls,
zur Erleichterung des Losreißens, konisch ge- erde kann mit Fluoriden vermischt werden, so daß sie
formt werden. Die Rohre sollen gelöst und gehoben durch die Wärmeeinwirkung sintert. Die Öffnung
werden, bevor sie in das Schmelzbad hinabreichen, zwischen dem Kontakt 4 und dem Rohr 5 kann auch
vorzugsweise sobald das untere Ende derselben unter ao mit der Gassammelanlage in Verbindung gesetzt werdie
Backzone der Anode gelangt ist. Man kann auch den, so daß auf diesem Wege Gas aus dem Ofen
die Rohre mit einem Gewinde versehen, so daß sie entfernt werden kann.
in Übereinstimmung mit dem Anodenverbrauch in In F i g. 2 zeigt die rechte Hälfte einen horizonder
Anode emporgeschraubt werden können. Um zu talen Schnitt durch eine Anode, die mit Kathodenverhindern,
daß die Rohre durch Aufnahme von 25 kontakten 4 gemäß F i g. 1 ausgerüstet ist. Die verKohlenstoff
geschwächt oder durch schwefelhaltige tikalen Anodenkontakte 9 tragen die Anode und
Gase in der Anode abgezehrt werden, müssen sie an führen ihr gleichzeitig den Strom zu. Durch diese
ihrer Außenwand mit Hilfe eines widerstandsfähigen Anordnung können die Kathodenschienen und die
Materials, wie Titankarbid geschützt werden. Anodenschienen nebeneinander angebracht werden
Es ist bekannt, horizontale Kathodenkontakte zu 30 bei paralleler oder gemischter Zuleitung. Die entverwenden,
die an den Längsseiten der Elektrolyse- gegengesetztgerichteten Ströme bewirken dann, daß
öfen direkt in das flüssige Aluminium eingeführt die magnetischen Felder überall im Ofen minimal
werden. Bei dieser Anordnung laufen die Kathoden- werden, und die bekannten Aufstauungen von flüssischienen
längs der Ofenwanne, wo sie die Arbeit in gern Aluminium werden demzufolge nicht vorkom-
und um den Ofen behindern. Durch die Anwendung 35 men. In Fig. 2 ist eine Anode 1 mit zwei Reihen
von vertikalen oder annähernd vertikalen Kathoden- von Anodenkontakten 9 dargestellt. Selbstverständkontakten
gemäß der Erfindung sind diese längslau- lieh kann die Erfindung mit einer beliebigen Anzahl
fenden Schienen nicht erforderlich, wodurch man von Kontaktreihen ausgeübt werden,
leichter an den Ofen herangelangen kann und gleich- Man kann auch die Anodenkontakte als Rohre anzeitig Platz einspart. Nach der Anordnung gemäß 40 fertigen und die Kathodenkontakte in diesen anbrinder Erfindung werden die Kathodenschienen zusam- gen. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 2 angemen mit den Anodenschienen oberhalb des Ofens deutet, in der die Anodenkontakte mit 10 und die angebracht. Hierdurch erzielt man auch erhebliche Kathodenkontakte mit 11 bezeichnet sind. Die Kaelektrotechnische Vorteile, da infolge der parallelen, thoden- und Anodenkontakte müssen selbstverständaber entgegengesetztgerichteten Ströme die magneti- 45 Hch sorgfältig voneinander isoliert werden. Bekanntschen Felder in und um den Ofen verringert werden, lieh beträgt die Spannung in einem Aluminiumofen so daß die ungünstigen Aufstauungen von flüssigem nur etwa 4,5 V. Durch eine derartige Anordnung erAluminium nicht auftreten. zielt man weiterhin verbesserte elektromagnetische
leichter an den Ofen herangelangen kann und gleich- Man kann auch die Anodenkontakte als Rohre anzeitig Platz einspart. Nach der Anordnung gemäß 40 fertigen und die Kathodenkontakte in diesen anbrinder Erfindung werden die Kathodenschienen zusam- gen. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 2 angemen mit den Anodenschienen oberhalb des Ofens deutet, in der die Anodenkontakte mit 10 und die angebracht. Hierdurch erzielt man auch erhebliche Kathodenkontakte mit 11 bezeichnet sind. Die Kaelektrotechnische Vorteile, da infolge der parallelen, thoden- und Anodenkontakte müssen selbstverständaber entgegengesetztgerichteten Ströme die magneti- 45 Hch sorgfältig voneinander isoliert werden. Bekanntschen Felder in und um den Ofen verringert werden, lieh beträgt die Spannung in einem Aluminiumofen so daß die ungünstigen Aufstauungen von flüssigem nur etwa 4,5 V. Durch eine derartige Anordnung erAluminium nicht auftreten. zielt man weiterhin verbesserte elektromagnetische
Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch Verhältnisse im Ofen,
veranschaulicht. 50 Fig. 3 zeigt eine Ausführung, wonach mehrere
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Kathodenkontakte 4 in einem gemeinschaftlichen
Kathodenkontakt; Kanal 12 angebracht sind. Sowohl der Kanal wie die
F i g. 2 und 3 zeigen horizontale Schnitte durch eine Kathodenkontakte haben bei der dargestellten AusAnode, die mit vertikalen Kathodenkontakten gemäß führungsform rechteckigen Querschnitt. Der Kanal
der Erfindung ausgerüstet ist. 55 kann jedoch jeden beliebigen Querschnitt haben. Die
In den Figuren bezeichnet 1 die Anode. 2 ist das Wandung des Kanals kann beispielsweise aus dünfiüssige
Aluminium am Boden des Ofens und 3 ist nen, z. B. etwa 0,3 mm dicken, Aluminiumblechen
das geschmolzene Kryolithbad. 4 ist ein Kathoden- bestehen. Die Bleche werden aufgerollt, und die
kontakt, der in das flüssige Aluminium 2 hinabragt, Rollen werden über dem Ofen angebracht. Die
das die Kathode des Ofens darstellt. 5 ist ein äußeres 6o Bleche befestigen sich an der Anode während der
Rohr, das ein oder mehrere Kathodenkontakte um- Verkokung des Bindemittels und werden dadurch
gibt. Dieses Rohr kann, wie erwähnt, aus Aluminium automatisch mit der Elektrode abwärts gezogen, je
hergestellt sein. Es wird im Maße, wie es unten ab- nachdem sich diese gegen das Schmelzbad bewegt,
schmilzt, oben verlängert. Das Rohr kann mit einer Hierbei wickelt sich das Blech nach und nach von
isolierenden Schicht versehen sein, die nicht in der 65 den Rollen ab. In dem Gebiet, wo die Aluminium-Zeichnung
gezeigt ist. 6 bezeichnet die Backzone der bleche den weichen ungebackenen Teil der Elek-Anode.
Unter derselben ist die Anode fest- und fertig- trode passieren, müssen Absteifer 13 verwendet wergebacken,
während der darüberliegende Teil unge- den. Diese Absteifer können eventuell stationär sein.
bezeichnet permanente Formstücke am Ende der Kanäle.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Stromzuführung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen
Herstellung von Aluminium, der mit einer kontinuierlichen und selbstbackenden Anode ausgerüstet
ist und bei dem das geschmolzene Aluminium am Ofenboden als Kathode dient und die
Stromzuführung an die Kathode mit Hilfe von Kontaktbolzen erfolgt, die aus einem gut leitenden
Material, wie Boriden oder Karbiden insbesondere des Titans oder Zirkoniums, bestehen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen (4) vertikal oder annähernd vertikal
durch die Anode (1) hindurchgeführt sind und in das die Kathode bildende geschmolzene Aluminium
(2) am Ofenboden herabragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbolzen (4) in einem
oder mehreren Rohren oder Kanälen (5,12), die die Anode (1) durchqueren, isoliert angebracht
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlaufenden
Rohre oder Kanäle (5,12) aus Aluminium bestehen, mit der Anode (1) verbunden sind und
entsprechend dem Anodenverbrauch nach oben verlängert werden können.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mehrere Kathodenkontakte in einem gemeinschaftlichen
Kanal angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12) mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist
und seine Wandung aus dünnen an der Achse (1) befestigten Aluminiumblechen besteht, wobei
die Bleche als Rollen über der Anode angebracht sind und je nach dem Anodenverbrauch automatisch
abwärts gezogen werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die durchgehenden
Rohre (5) aus Eisen bestehen und sieb durch die Backzone (6) der Anode (1) erstrecken
und je nach dem Verbrauch der Anode emporgezogen werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eisernen Rohre
(5) gleichzeitig Strom an die Anode (1) leiten.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die eisernen Rohre (5) an ihrer Außenwand mit einer Schicht aus einem gegen die Aufnahme
von Kohlenstoff und die Abzehrung durch schwefelhaltige Gase wirkendem Material versehen
werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eisernen Rohre (5) mit
einem Gewinde versehen werden und je nach dem Verbrauch der Anode in derselben emporgeschraubt
werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenkontakte (4) mittels
einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material, das nicht vom Fluoridschmelzbad
angegriffen wird, von dem Bad isoliert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen
dem Rohr (5) und dem Kathodenkontakt (4) Tonerde aufgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die stromführenden Schienen für die Kathodenkontakte und die stromführenden Schienen für die Anode parallel und eventuell
gemischt zugeleitet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen
den Kathodenkontakten (4) und dem darumliegenden Rohr oder Kanal (5, 12) zum Aufsammeln
eines Teiles der Ofengase verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 814 031.
Britische Patentschrift Nr. 814 031.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 518/364 3.65 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO14349862 | 1962-03-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1188823B true DE1188823B (de) | 1965-03-11 |
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ID=19908646
Family Applications (1)
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DEE24414A Pending DE1188823B (de) | 1962-03-05 | 1963-03-01 | Vorrichtung zur Stromzufuehrung an die Kathode eines Ofens zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung |
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GB (1) | GB992528A (de) |
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