NO834688L - NON-CONSUMABLE ELECTRODE COMPOSITION AND USE OF IT - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å for-This invention relates to a method for

binde en metallisk elektrisk leder med et elektrisk ledende keramisk elektrode-legeme for fremstilling av en elektrode-anordning som er egnet til bruk ved fremstilling av metall ved elektrolyse. bonding a metallic electrical conductor with an electrically conductive ceramic electrode body to produce an electrode device suitable for use in the production of metal by electrolysis.

En rekke materialer, herunder eksempelvis metaller såsom aluminium, bly, magnesium, sink, zirkonium, titan og silisium, kan fremstilles ved elektrolytiske prosesser. De enkelte prosesser kan i noen henseende avvike fra hverandre, men ved samtlige anvendes en elektrode som må virke i et meget korro-sivt miljø. A number of materials, including for example metals such as aluminium, lead, magnesium, zinc, zirconium, titanium and silicon, can be produced by electrolytic processes. The individual processes may differ in some respects, but in all of them an electrode is used which must work in a very corrosive environment.

Et eksempel på slike prosesser til fremstilling avAn example of such processes for the production of

metall er den velkjente Hall-Heroult-prosess (i det følgende kort betegnet som Hall-prosessen) for fremstilling av aluminium, hvor aluminiumoksyd oppløst i et smeltet fluoridsalt-bad elektrolyseres ved temperaturer fra 900 til 1000°C. Ved prosessen slik den i alminnelighet utføres i våre dager anvendes karbon som anode for reduksjon av aluminiumoksydet, metal is the well-known Hall-Heroult process (hereinafter referred to briefly as the Hall process) for the production of aluminium, where aluminum oxide dissolved in a molten fluoride salt bath is electrolysed at temperatures from 900 to 1000°C. In the process as it is generally carried out nowadays, carbon is used as the anode for the reduction of the aluminum oxide,

og reduksjonen resulterer i smeltet aluminium, og karbonet oksyderes først og fremst til som avgis som en gass. Til tross for den vanlige bruk av karbon som anode-materiale ved utførelse av Hall-prosessen så er dette forbundet med en rekke ulemper. and the reduction results in molten aluminium, and the carbon is oxidized primarily to which is given off as a gas. Despite the usual use of carbon as anode material when performing the Hall process, this is associated with a number of disadvantages.

Da karbon forbrukes i relativt store mengder ved Hall-prosessen, ca. 420-550 kg pr. tonn produsert aluminium, må anoden stadig fornyes og innstilles slik at den riktige anodekatode-avstand opprettholdes i cellen for effektiv fremstilling av aluminium. Hvis for-brente anoder anvendes, vil det sees at det vil trenges et relativt stort anlegg for fremstilling av tilstrekkelig med anoder til driften av en aluminium-smelte-ovn. For oppnåelse av den aluminium-renhet som er påkrevet for å tilfredsstille standardene for primær aluminium, må enn-videre anoden være av relativt rent karbon, og tilgjengelig-heten og omkostningene til råmaterialer for fremstilling av karbonet blir av aluminium-produsentene tillagt stadig økende betydning. As carbon is consumed in relatively large quantities by the Hall process, approx. 420-550 kg per tonnes of aluminum produced, the anode must be constantly renewed and adjusted so that the correct anode-cathode distance is maintained in the cell for efficient production of aluminium. If burnt anodes are used, it will be seen that a relatively large plant will be needed for the production of sufficient anodes for the operation of an aluminum melting furnace. In order to achieve the aluminum purity that is required to satisfy the standards for primary aluminium, the anode must also be of relatively pure carbon, and the availability and costs of raw materials for the production of the carbon are increasingly important to the aluminum producers .

På grunn av de ulemper som hefter med anvendelsen avDue to the disadvantages associated with the application of

karbon som anode-materiale, har man kontinuerlig søkt å finne inerte eller ikke-konsumerbare materialer som kan virke som carbon as anode material, there has been a continuous search to find inert or non-consumable materials that can act as

anoden med en rimelig grad av elektrokjemisk effektivitet,the anode with a reasonable degree of electrochemical efficiency,

og som vil motstå den høye temperatur og det ytterst korrosive miljø i et smeltet saltbad. En rekke forskjellige typer av materialer er blitt foreslått og forsøkt, herunder keramiske oksyder, metaller og keramiske overgangs-metall-borider og -karbider, og gassformige brennstoffer, såsom naturgass eller hydrogen, som reaktanten i anoder av brensel-celle-typen. Ut fra publisert litteratur vil få eller ingen materialer som er forsøkt, overleve lengre tid i en aluminium-elektrolyse-celle; noen keramiske oksyder er imidlertid blitt rapportert å være korrosjons-resistente under celle-driften. En litteratur- og patent-oversikt vedrørende inerte anoder til bruk ved fremstilling av aluminium finnes i artikler med tittelen "Inert anodes for aluminum electrolysis in Hall-Heroult cells (I)<B>av Kari Billenhaug og H. A. Øye, volume 57, nr. 2, Aluminum, 1981, og "Inert anodes for aluminum electrolysis in Hall-Heroult cells (II)" av Kari Billenhaug og H. A. Øye, Volume 57, nr. 3, Aluminum, 1981. and which will withstand the high temperature and extremely corrosive environment in a molten salt bath. A number of different types of materials have been proposed and attempted, including ceramic oxides, metals and ceramic transition metal borides and carbides, and gaseous fuels, such as natural gas or hydrogen, as the reactant in fuel cell anodes. Based on the published literature, few or no materials that have been tested will survive for any length of time in an aluminum electrolysis cell; however, some ceramic oxides have been reported to be corrosion-resistant during cell operation. A literature and patent overview regarding inert anodes for use in the production of aluminum can be found in articles entitled "Inert anodes for aluminum electrolysis in Hall-Heroult cells (I)<B>by Kari Billenhaug and H. A. Øye, volume 57, no. 2, Aluminum, 1981, and "Inert anodes for aluminum electrolysis in Hall-Heroult cells (II)" by Kari Billenhaug and H. A. Øye, Volume 57, no. 3, Aluminum, 1981.

Et hovedproblem ved utviklingen og anvendelsen av ikke-konsumerbare anoder for fremstilling av aluminium ved elektrolyse har vært problemet med å finne en tilfredsstillende metode for tilveiebringelse av en forbindelse mellom et elektrisk ledende keramisk materiale og en metall-leder som fører fra cellen til en energi-kilde. Ved en typisk drift av en Hall-celle under anvendelse;av karbon som anode, dannes anoden til en blokk med rektangulært tverrsnitt, og en metallisk stang eller skinne innleires deri ved at man tilveiebringer et hull i blokken, stikker stangen inn i hullet og fyller rommet mellom stangen og blokken med smeltet jern. Når jernet størkner, krymper det tett rundt stangen og bort fra hulloverflåtene i karbonblokken, men adskillelse hindres ved at man sørger for inngrep mellom blokken og det størknede jern. En sådan inngrepsanordning består eksempelvis i at man tilveiebringer fordypninger i hullets sidevegger. Når den ovenfor beskrevne sammenstilling plasseres i en Hall-celle inneholdende et saltbad, hvilket holdes ved ca. 1000°C, stiger temperaturen i stangen, støpe-jernet og karbonet i forbindelses-sonen fra romtemperatur til ca. 700-800°C. Stangen, støpejernet og karbonet i forbindelses-sonen ekspanderer på grunn av denne temperatur-stigning, og en hovedsakelig tett og rimelig effektiv elektrisk forbindelse oppnåes..Da stangen og støpejernet kan ekspandere relativt fritt longitudinelt, vil den viktigste elektriske kontakt mellom legemet og metallet på A major problem in the development and use of non-consumable anodes for the production of aluminum by electrolysis has been the problem of finding a satisfactory method of providing a connection between an electrically conductive ceramic material and a metal conductor leading from the cell to an energy source. In a typical operation of a Hall cell using carbon as the anode, the anode is formed into a block of rectangular cross-section, and a metallic rod or rail is embedded therein by providing a hole in the block, inserting the rod into the hole, and filling the space between the rod and the block with molten iron. When the iron solidifies, it shrinks tightly around the rod and away from the hole surfaces in the carbon block, but separation is prevented by providing an engagement between the block and the solidified iron. Such an engagement device consists, for example, in providing depressions in the side walls of the hole. When the assembly described above is placed in a Hall cell containing a salt bath, which is kept at approx. 1000°C, the temperature in the rod, the cast iron and the carbon in the connection zone rises from room temperature to approx. 700-800°C. The rod, the cast iron and the carbon in the connection zone expand due to this temperature rise, and a mainly tight and reasonably efficient electrical connection is achieved.. As the rod and the cast iron can expand relatively freely longitudinally, the most important electrical contact between the body and the metal will

grunn av den termiske utvidelse være langs sideflatene.due to the thermal expansion be along the side surfaces.

Når keramiske materialer anvendes for anode-legemene,When ceramic materials are used for the anode bodies,

vil imidlertid en sådan forbindelse av flere grunner ikke være tilfredsstillende. however, such a connection will not be satisfactory for several reasons.

Ved anvendelse av karbon som anode-legeme er detWhen using carbon as the anode body it is

ønskelig at det er i blokk-form, fordi det konsumeres under den elektrolytiske prosess, og en stor blokk eller masse medfører at den hyppighet med hvilken anodene må ut-skiftes, nedsettes. På den annen side er det ikke ønskelig å tilveiebringe en anode av keramiske materialer i en stor masse eller blokk, da keramiske anode-legemer typisk er kostbarere å fremstille enn karbon-anode-legemer, og karbon-materialene er typisk bedre ledere for elektrisitet enn de keramiske materialer som anvendes i inerte anoder. it is desirable that it is in block form, because it is consumed during the electrolytic process, and a large block or mass means that the frequency with which the anodes must be replaced is reduced. On the other hand, it is not desirable to provide an anode of ceramic materials in a large mass or block, as ceramic anode bodies are typically more expensive to manufacture than carbon anode bodies, and the carbon materials are typically better conductors of electricity than the ceramic materials used in inert anodes.

Som nevnt ovenfor er forbindelsen mellom karbon-anodenAs mentioned above, the connection is between the carbon anode

og metall-skinnen ved anvendelse av støpejern som forbindelses-medium først og fremst basert på at støpejernets sideflater er i god kontakt med de tilstøtende sideflater i hullet i karbon-blokken, slik at det oppnåes en rimelig tilfredsstillende elektrisk forbindelse. Variasjoner i elektrisk ledningsevne hos en sådan forbindelse på grunn av eksempelvis slike forhold som uregelmessigheter i støpejernets og karbon-blokkens overflater, kan tolereres på grunn av den relativt korte tid over hvilken en individuell karbon-blokk funksjonerer som anode. I tilfellet av en anode fremstilt av keramiske materialer er imidlertid de fleste av de keramiske materialer som er egnet til bruk som anoder, and the metal rail using cast iron as a connection medium primarily based on the cast iron's side surfaces being in good contact with the adjacent side surfaces in the hole in the carbon block, so that a reasonably satisfactory electrical connection is achieved. Variations in electrical conductivity of such a connection due to, for example, conditions such as irregularities in the surfaces of the cast iron and the carbon block, can be tolerated due to the relatively short time over which an individual carbon block functions as an anode. In the case of an anode made of ceramic materials, however, most of the ceramic materials suitable for use as anodes,

mindre effektive elektriske ledere enn karbon, og enn-less efficient electrical conductors than carbon, and than-

videre må anoden for å være effektiv funksjonere over en forlenget periode av celledriftstid. Sikring av en kontinuerlig intim kontakt mellom det keramiske anode-legeme og metall-lederen ansees derfor å være mer kritisk enn den kontakt som kreves mellom en karbonblokk og metall-lederen. furthermore, to be effective, the anode must function over an extended period of cell operating time. Ensuring a continuous intimate contact between the ceramic anode body and the metal conductor is therefore considered to be more critical than the contact required between a carbon block and the metal conductor.

Forbindelsen mellom et ikke-konsumerbart anode-materiale og en metall-leder til bruk ved elektrolytisk fremstilling av metall må ideelt være korrosjons-resistent, ha et minimalt spenningstopp over forbindelsen og funksjonere slik at det keramiske materiale bibeholdes som en helhet når det utsettes for temperatur-forskjeller av størrelses-orden 1000°C. The connection between a non-consumable anode material and a metal conductor for use in the electrolytic production of metal must ideally be corrosion resistant, have a minimal voltage peak across the connection and function so that the ceramic material is maintained as a whole when exposed to temperature -differences of the order of 1000°C.

En rekke fremgangsmåter til fremstilling av forbindelser mellom keramiske materialer og metall-ledere ved den elektrolytiske fremstilling av aluminium er blitt foreslått. I USrpatent 3 718 550 foreslås tre forskjellige fremgangsmåter. Ved en av disse fremgangsmåter beskrives et keramisk anode-rør som har en lukket ende og inneholder smeltet sølv, og en titankarbid-stang forbundet med en strømkilde rager ned i det smeltede sølv. Ved en annen fremgangsmåte blir den indre overflate av røret dekket med et tynt lag av sølv eller platina, og en hul sylinder av nikkel-legering-trådduk føres inn i røret til kontakt ved sølv- eller platina-laget og forbindes med nikkel-legering-tråder til en leder som fører til strømkilden. Ved en tredje fremgangsmåte inneholder det keramiske anode-rør nikkel-pulver, og en stang av zirkonium-diborid forbundet med en leder som fører til strømkilden, innføres i nikkel-pulveret. US-patent 3 960 678 beskriver keramiske anode-legemer av forskjellige utformninger i kontakt med elektrolytten. Tilstøtende anoden, men ikke i kontakt med elektrolytten, er et materiale, betegnet som en strømfordeler, som kan være et metall såsom Ni, Cu, Co, Mo eller smeltet sølv eller et ikke-metallisk materiale såsom et karbid, nitrid eller borid. Strømtilførselsledninger forbundet med strøm-fordeleren kan være laget av de samme materialer, og det foreslås at strømfordeleren og strømtilførselslederen kan være et enkelt stykke. Patentet beskriver ikke hvordan de forskjellige forbindelser skal fremstilles. I US-patent 4 187 155 foreslås at strømtilførselsledninger kan forbindes med keramiske elektroder ved at strømlederen smeltes inn i elektroden under formnings- og sintringsprosessen eller ved tilveiebringelse av en forbindelse etter sintring, men beskriver ikke noen som helst metode for tilveiebringelse av slike forbindelser på en slik måte at man unngår brudd i det keramiske materiale under bruken. A number of methods for producing connections between ceramic materials and metal conductors in the electrolytic production of aluminum have been proposed. In US patent 3 718 550 three different methods are proposed. In one of these methods, a ceramic anode tube is described which has a closed end and contains molten silver, and a titanium carbide rod connected to a current source projects into the molten silver. In another method, the inner surface of the tube is covered with a thin layer of silver or platinum, and a hollow cylinder of nickel-alloy wire cloth is inserted into the tube to contact the silver or platinum layer and connected with nickel-alloy wires to a conductor leading to the power source. In a third method, the ceramic anode tube contains nickel powder, and a rod of zirconium diboride connected to a conductor leading to the current source is introduced into the nickel powder. US Patent 3,960,678 describes ceramic anode bodies of various designs in contact with the electrolyte. Adjacent to the anode, but not in contact with the electrolyte, is a material, referred to as a current distributor, which may be a metal such as Ni, Cu, Co, Mo or molten silver or a non-metallic material such as a carbide, nitride or boride. Power supply lines connected to the power distributor can be made of the same materials, and it is proposed that the power distributor and the power supply conductor can be a single piece. The patent does not describe how the various compounds are to be produced. US Patent 4,187,155 suggests that power supply lines may be connected to ceramic electrodes by melting the current conductor into the electrode during the forming and sintering process or by providing a connection after sintering, but does not describe any method of providing such connections on a in such a way as to avoid breakage of the ceramic material during use.

Forslag eller beskrivelse vedrørende fremstillingProposal or description regarding manufacturing

av metallbindinger mellom keramiske materialer og metaller ved sveising, slaglodding eller andre metoder for oppnåelse av binding til metall er blitt fremsatt. Patenter som omhandler slike metoder, er eksempelvis US-patent 3 022 195, 3 414 963, 3 152 871, 3 284 174, 3 839 779, 3 911 553, 3 915 369, 3 993 411 og 3 994 430. Imidlertid dreier ikke noen av disse patenter seg om det å forbinde et elektrisk ledende, keramisk metalloksyd-elektrode-legeme med en metall-leder til bruk ved fremstilling av et metall ved elektrolyse. Hittil har det ikke vært ansett mulig å tilveiebringe en sådan forbindelse ved fremstilling av et metall på grunn av frakturering av eller svikt i forbindelsen som følge av utvidelse og/eller kontraksjon av de sammenstilte deler over den ekstreme temperatur-forskjell som gjør seg gjeldende ved fremstilling av metall ved elektrolyse. of metal bonds between ceramic materials and metals by welding, brazing or other methods for achieving bonding to metal have been proposed. Patents that deal with such methods are, for example, US patents 3,022,195, 3,414,963, 3,152,871, 3,284,174, 3,839,779, 3,911,553, 3,915,369, 3,993,411 and 3,994,430. some of these patents relate to connecting an electrically conductive ceramic metal oxide electrode body with a metal conductor for use in the production of a metal by electrolysis. Until now, it has not been considered possible to provide such a connection in the manufacture of a metal due to fracturing of or failure of the connection as a result of expansion and/or contraction of the assembled parts over the extreme temperature difference that applies during manufacture of metal by electrolysis.

Det skulle derfor være ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte til å forbinde et keramisk legeme med en metall-leder til bruk ved fremstilling av metall ved elektrolyse. It would therefore be desirable to provide a method for connecting a ceramic body with a metal conductor for use in the production of metal by electrolysis.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en ikke-konsumerbar elektrode-innretning som er egnet til bruk ved fremstilling av metall ved elektrolytisk reduksjon av en metallforbindelse oppløst i et smeltet salt, hvilken innretning omfatter: en metall-leder for tilførsel av elektrisk energi; According to the present invention, a non-consumable electrode device is provided which is suitable for use in the production of metal by electrolytic reduction of a metal compound dissolved in a molten salt, which device comprises: a metal conductor for supplying electrical energy;

et keramisk elektrode-legeme som har fritt metall eller metall-legering i i det minste en del derav for tilveiebringelse av en forbindelse mellom metall-lederen og det keramiske legeme; og a ceramic electrode body having free metal or metal alloy in at least a portion thereof to provide a connection between the metal conductor and the ceramic body; and

en forbindelse mellom metall-lederen og nevnte del av det keramiske elektrode-legeme, hvilken forbindelse er dannet av en metall-binding mellom nevnte frie metall eller metall-legering og en del av metall-lederen. a connection between the metal conductor and said part of the ceramic electrode body, which connection is formed by a metal bond between said free metal or metal alloy and part of the metal conductor.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes også en frem gangsmåte til fremstilling av metall ved elektrolytisk reduksjon av en metallforbindelse oppløst i et smeltet metall, hvilken fremgangsmåte innbefatter at man tilveiebringer en ikke-konsurnerbar anodeinnretning ved de følgende trinn: man tilveiebringer en metall-leder for tilførsel av elektrisk energi; According to the invention, a process for the production of metal by electrolytic reduction of a metal compound dissolved in a molten metal is also provided, which method includes providing a non-consumable anode device in the following steps: providing a metal conductor for the supply of electrical energy;

tilveiebringer et keramisk elektrode-legeme som har fritt metall eller metall-legering i i det minste en del derav for tilveiebringelse av en forbindelse mellom metall-lederen og det keramiske legeme; og providing a ceramic electrode body having free metal or metal alloy in at least a portion thereof for providing a connection between the metal conductor and the ceramic body; and

forbinder det keramiske legeme med metall-lederen ved tilveiebringelse av en metallbinding mellom en del av metall-lederen og det frie metall eller metall-legering i den del av det keramiske legeme som har det frie metall eller metall-legering deri. connects the ceramic body to the metal conductor by providing a metal bond between a portion of the metal conductor and the free metal or metal alloy in the portion of the ceramic body that has the free metal or metal alloy therein.

Oppfinnelsen angår en sammenstilling av et ikke-konsumerbart keramisk elektrode-legeme og en metall-leder som er egnet til bruk ved fremstilling av metall ved elektrolytisk reduksjon av en metall-forbindelse oppløst i et smeltet salt. Den sammenstilte innretning oppnåes ved at man tilveiebringer en metallbinding mellom det keramiske legeme og metall-lederen, eksempelvis ved sveising, slaglodding, friksjonssveising eller diffusjonssvesising. Det keramiske legeme kan bestå av hvilken som helst keramisk materiale og/eller kombinasjoner av metaller og keramiske materialer som er egnet til bruk som en elektrode i en fremgangsmåte til fremstilling av et metall ved elektrolyse og innbefatter i i det minste den del av legemet som skal forbindes med metall-lederen, et innhold av fritt metall eller metall-legering som er tilstrekkelig til å be-virke dannelse av en metallbidning. Det vil forståes at ordet "keramisk" i det foreliggende skal innbefatte de kombinasjoner av keramiske materialer og metaller som vanligvis betegnes cermets. Ved utførelse av den fore liggende oppfinnelse må det frie metall eller metall-legering i det keramiske materiale ha en høyere smelte-temperatur enn den maksimale temperatur som det keramiske legeme vil bli utsatt for under driften av en celle ved fremstilling av et bestemt metall ved elektrolyse. Ved eksempelvis fremstilling av aluminium er keramiske materialer som innbefatter Ni eller NiFe som et fritt metall eller metall-legering, egnet til bruk i en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse, men oppfinnelsen er ikke begrenset til de nettopp nevnte eksempler. Andre frie metaller eller metaller som kan kombineres under dannelse av metall-legeringer, innbefatter eksempelvis Fe, Al, Mg, Ca, Co, Si, Sn, Ti, Cr, Mn, Zr, Cu, Nb, Ta, The invention relates to an assembly of a non-consumable ceramic electrode body and a metal conductor which is suitable for use in the production of metal by electrolytic reduction of a metal compound dissolved in a molten salt. The assembled device is achieved by providing a metal bond between the ceramic body and the metal conductor, for example by welding, brazing, friction welding or diffusion welding. The ceramic body may consist of any ceramic material and/or combinations of metals and ceramic materials which are suitable for use as an electrode in a method of producing a metal by electrolysis and includes at least the part of the body to be joined with the metal conductor, a content of free metal or metal alloy which is sufficient to effect the formation of a metal bond. It will be understood that the word "ceramic" herein shall include those combinations of ceramic materials and metals commonly referred to as cermets. In carrying out the present invention, the free metal or metal alloy in the ceramic material must have a higher melting temperature than the maximum temperature to which the ceramic body will be exposed during the operation of a cell in the production of a specific metal by electrolysis . In the production of aluminum, for example, ceramic materials that include Ni or NiFe as a free metal or metal alloy are suitable for use in a device according to the present invention, but the invention is not limited to the examples just mentioned. Other free metals or metals that can be combined to form metal alloys include, for example, Fe, Al, Mg, Ca, Co, Si, Sn, Ti, Cr, Mn, Zr, Cu, Nb, Ta,

Li, Y, Pt, Pd og Ir. Videre er oppfinnelsen men å omfatte hvilket som helst elektrode-legeme som kan ha et egnet keramisk lag som en ytre overflate. For eksempel er det blitt foreslått at en elektrode vil kunne lages ved flammesprøyting eller plasmasprøyting av ét belegg av keramisk materiale på et basis-materiale såsom titan, nikkel, kobber, et karbid, et nitrid, etc. Keramiske materialer som hittil har vist det beste potensiale for anvendelse som ikke-konsumerbare elektroder ved en elektrolytisk prosess for fremstilling av metall, er metalloksyder og kombinasjoner av metaller og metalloksyder betegnet cermets, men den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til metalloksyd og/eller cermet-materialer. Li, Y, Pt, Pd and Ir. Furthermore, the invention is to include any electrode body which can have a suitable ceramic layer as an outer surface. For example, it has been proposed that an electrode could be made by flame spraying or plasma spraying of one coating of ceramic material on a base material such as titanium, nickel, copper, a carbide, a nitride, etc. Ceramic materials that have so far shown the best potential for use as non-consumable electrodes in an electrolytic process for the production of metal, metal oxides and combinations of metals and metal oxides are termed cermets, but the present invention is not limited to metal oxide and/or cermet materials.

Det frie metall eller metall-legeringen kan tilveiebringes ved at man i det minste delvis reduserer, ved anvendelse av et egnet reduksjonsmiddel, i det minste en av de metallforbindelser sin foreligger i det keramiske legeme, i et område hvor metallbindingen skal dannes. Andre metoder til å tilveiebringe en hovedsakelig metallisk forbindende overflate på anoden kan også være egnet. For eksempel kan fritt metall tilveiebringes i en cermet ved innføring av metallpartikler i en keramisk blanding før sintring. Som et alternativ kan et lag av metall påføres overflaten av det keramiske legeme som skal forbindes, ved eksempelvis pletter ing, plasma-, The free metal or metal alloy can be provided by at least partially reducing, by using a suitable reducing agent, at least one of the metal compounds present in the ceramic body, in an area where the metal bond is to be formed. Other methods of providing a predominantly metallic bonding surface on the anode may also be suitable. For example, free metal can be provided in a cermet by introducing metal particles into a ceramic mixture before sintering. As an alternative, a layer of metal can be applied to the surface of the ceramic body to be joined, for example by plating, plasma,

sprøyting eller kjemisk dampavsetning. Etter tilveiebringelsen av metallet på en måte som antydet ved de foregående eksempler, kan en metallbinding mellom det keramiske anode-legeme og metall-léder-stangen dannes. spraying or chemical vapor deposition. After providing the metal in a manner as suggested by the previous examples, a metal bond between the ceramic anode body and the metal-conductor rod can be formed.

Metall-lederen kan være av hvilket som helst metall somThe metal conductor can be of any metal such as

er egnet til bruk som en leder i en gitt elektrolyse-prosess,is suitable for use as a conductor in a given electrolysis process,

kan forbindes med elektrode-legemet med en metallbindings-forbindelse og er forlikelig med elektroden i cellemiljøet. can be connected to the electrode body with a metal bonding compound and is compatible with the electrode in the cell environment.

Det vil si at ingen skadelig reaksjon mellom det keramiske materiale og metallet finner sted som skyldes forbindelsen mellom de to materialer. This means that no harmful reaction between the ceramic material and the metal takes place due to the connection between the two materials.

For oppfinnelsens formål er uttrykket "metallbinding" For the purpose of the invention, the term "metal bond" is

ment å bety en binding som dannes mellom metall-lederen og det frie metall eller metall-legeringen i det keramiske legeme, slik den kan oppnås ved slike teknikker som sveising, med eller uten bruk av en metallsveisetråd, slaglodding, diffusjonssveising eller friksjonssveising, for eksempel. "Friksjonssveising" er ment å bety hvilken som helst sveisemetode hvorved den varme som er nødvendig for oppnåelse av sveisen mellom de to..legemer, genereres ved friksjon mellom de to legemer, og innbefatter slike sveisemetoder som for eksempel treghetssveising. intended to mean a bond formed between the metal conductor and the free metal or metal alloy in the ceramic body, as may be achieved by such techniques as welding, with or without the use of a metal welding wire, brazing, diffusion welding or friction welding, for example . "Friction welding" is intended to mean any welding method whereby the heat necessary to achieve the weld between the two bodies is generated by friction between the two bodies, and includes such welding methods as, for example, inertia welding.

Ved diffusjonssveising oppnås en skjøt eller forbindelse mellom to artikler ved vandring av partikler fra en artikkel til en annen, eller ved innbyrdes vandring av partikler mellom artiklene når en overflate av den ene artikkel er i intim kontakt med en overflate av den andre artikkelen. Anvendelse av trykk, varme eller en kombinasjon av varme og trykk på kontaktflatene fremskynder diffusjonen av i det minste en del av materialet i den ene artikkel inn i den andre, hvorved en forbindelse oppnås. In diffusion welding, a joint or connection between two articles is achieved by migration of particles from one article to another, or by mutual migration of particles between articles when a surface of one article is in intimate contact with a surface of the other article. Application of pressure, heat, or a combination of heat and pressure to the contact surfaces accelerates the diffusion of at least a portion of the material of one article into the other, thereby achieving a bond.

Det vises til tegningen.It refers to the drawing.

Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom et elektrode-legemeFig. 1 shows a cross section through an electrode body

i en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse med et reduksjons- in a device according to the present invention with a reduction

middel i kontakt med en del av legemet.agent in contact with a part of the body.

Fig. 2 er et tverrsnitt av et alternativt elektrode-legeme i en innretning ifølge oppfinnelsen med et reduksjonsmiddel i kontakt med en del av legemet. Fig. 3 viser et tverrsnitt av en inert-elektrode-innretning ifølge foreliggende oppfinnelse som innbefatter det elektrode-legeme som er vist på fig. 1. Fig. 4 viser et tverrsnitt av en inert-elektrode-innretning ifølge foreliggende oppfinnelse som innbefatter det elektrode-legeme som er vist på fig. 2. Fig. 5 viser et tverrsnitt av elementene i en ytterligere alternativ utførelsesform ifølge oppfinnelsen før elementene er forbundet ved friksjonssveisirig. Fig. 6 viser et tverrsnitt av de elementer som er vist på fig. 5, etter friksjonssveising til en innretning ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 viser et tverrsnitt av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium med en inert-elektrode-innretning ifølge foreliggende oppfinnelse anordnet i cellen. Fig. 8 er et tverrsnitt av et alternativt elektrode-legeme anordnet i en innretning ifølge oppfinnelsen, med et reduksjonsmiddel i kontakt med en del av legemet og viser en redusert sone på nevnte del. Fig. 9 er et tverrsnitt av en innretning ifølge oppfinnelsen som innbefatter det elektrode-legeme som er vist på fig. 1. Fig. 10 er et tverrsnitt av en innretning ifølge oppfinnelsen som innbefatter det elektrode-legeme som er vist på fig. 8. Fig. 2 is a cross-section of an alternative electrode body in a device according to the invention with a reducing agent in contact with part of the body. Fig. 3 shows a cross section of an inert electrode device according to the present invention which includes the electrode body shown in fig. 1. Fig. 4 shows a cross section of an inert electrode device according to the present invention which includes the electrode body shown in fig. 2. Fig. 5 shows a cross-section of the elements in a further alternative embodiment according to the invention before the elements are connected by friction welding. Fig. 6 shows a cross-section of the elements shown in fig. 5, after friction welding to a device according to the invention. Fig. 7 shows a cross section of an electrolysis cell for the production of aluminum with an inert electrode device according to the present invention arranged in the cell. Fig. 8 is a cross-section of an alternative electrode body arranged in a device according to the invention, with a reducing agent in contact with a part of the body and shows a reduced zone on said part. Fig. 9 is a cross-section of a device according to the invention which includes the electrode body shown in fig. 1. Fig. 10 is a cross-section of a device according to the invention which includes the electrode body shown in fig. 8.

Nedenfor vil foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen bli beskrevet i forbindelse med fremstilling av aluminium ved elektrolyse, men oppfinnelsens ramme er ment å innbefatte også utnyttelse av oppfinnelsen ved fremstilling av andre metaller ved elektrolyse. Below, preferred embodiments of the invention will be described in connection with the production of aluminum by electrolysis, but the scope of the invention is intended to also include utilization of the invention in the production of other metals by electrolysis.

Ved disse foretrukne utførelsesformer kan hvilket som helst keramisk materiale anvendes for det legeme som er egnet til bruk som anode ved den elektrolytiske fremstilling av aluminium og innbefatter i det minste i den del av legemet som skal skjøtes til metall-lederen, et innhold av fritt metall eller metall-legering som er tilstrekkelig til å gi en metallbinding mellom lederen og det keramiske legeme. En foretrukken sammensetning for det keramiske legeme består In these preferred embodiments, any ceramic material can be used for the body which is suitable for use as an anode in the electrolytic production of aluminum and includes, at least in the part of the body to be joined to the metal conductor, a content of free metal or metal alloy sufficient to provide a metal bond between the conductor and the ceramic body. A preferred composition for the ceramic body consists of

av metalloksyder, og en mer foretrukken sammensetning av materialer er 20 vekt% Fe, 60 vekt% NiO og 20 vekt% Fe304. of metal oxides, and a more preferred composition of materials is 20 wt% Fe, 60 wt% NiO and 20 wt% Fe 3 O 4 .

For fremstilling av et anode-legeme til bruk ved utførelseFor making an anode body for use in execution

av den foreliggende oppfinnelse blir de foran nevnte materialer plassert i en hensiktsmessig utformet form og reaksjonssintret i en argon-atmosfære ved en temperatur på ca. 1275-1350°C i ca. 4 timer under et trykk på ca. 172 MPa. Denne reaksjons-sintring resulterer i et sammenvevet nettverk av metallisk materiale og oksyder, hvor det metalliske materiale inneholder Ni-Fe-legering og oksydmaterialet inneholder (Ni,Fe)0 og NixFe3_x04. Fasongen av legemet er ikke kritisk eller av-gjørende for oppfinnelsens formål; det kan ha hvilken som helst fasong eller konfigurasjon som tilveiebringer en tilgjengelig overflate for utførelse av en metall-bindingsforbindelse med metall-lederen. of the present invention, the aforementioned materials are placed in an appropriately designed form and reaction sintered in an argon atmosphere at a temperature of approx. 1275-1350°C for approx. 4 hours under a pressure of approx. 172 MPa. This reaction sintering results in an interwoven network of metallic material and oxides, where the metallic material contains Ni-Fe alloy and the oxide material contains (Ni,Fe)0 and NixFe3_x04. The shape of the body is not critical or decisive for the purposes of the invention; it may have any shape or configuration that provides an accessible surface for making a metal-to-metal bond with the metal-to-conductor.

Utformninger som er egnet for en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse, er vist på fig. 1, 2 og 8. På fig. 1 Designs that are suitable for a device according to the present invention are shown in fig. 1, 2 and 8. In fig. 1

er anodelegemet 10 en sylindrisk kopp med en bunnvegg 12 og en sidevegg 14. Tykkelsen av veggene behøver bare være til-?-strekkelig til å tilveiebringe den nødvendige mekaniske styrke under hensyntagen til anodelegemets størrelse, og hjørnene på koppen kan være avrundet om det ønskes. Anodelegemet 10 på fig. 2 er et sylindrisk fast legeme, men kan ha hvilket som helst ønsket tverrsnitt som er egnet for oppnåelse av en metall-binding. the anode body 10 is a cylindrical cup with a bottom wall 12 and a side wall 14. The thickness of the walls need only be sufficient to provide the necessary mechanical strength taking into account the size of the anode body, and the corners of the cup can be rounded if desired. The anode body 10 in fig. 2 is a cylindrical solid body, but may have any desired cross-section suitable for obtaining a metal bond.

Fig. 8 ligner fig. 1, idet legemet 10 er sylindrisk og har en bunnvegg 12 og en sidevegg 14. En sylindrisk tapp 16 som rager oppover fra bunnveggen 12, er anordnet for å lette sammenstillingen med en metall-leder, hvilket vil bli forklart senere. Fig. 8 is similar to fig. 1, the body 10 being cylindrical and having a bottom wall 12 and a side wall 14. A cylindrical pin 16 projecting upwards from the bottom wall 12 is arranged to facilitate assembly with a metal conductor, which will be explained later.

For tilveiebringelse av en egnet forbindelsesoverflate på anodelegemet blir et område av forbindelsen redusert ved hjelp av et reduksjonsmiddel, såsom eksempelvis karbon, og tilstrekkelig varme tilføres til at metalloksydet eller oksydene reduseres til et metall eller metall-legering. Den måte karbonet anvendes på som reduksjonsmiddel, er ikke særlig vesentlig ved utførelsen av oppfinnelsen, og egnede temperaturer og tidsrom for oppnåelse av den ønskede reduksjon vil være kjent for fagfolk på området. Typisk blir koppen 10, To provide a suitable connection surface on the anode body, an area of the connection is reduced by means of a reducing agent, such as for example carbon, and sufficient heat is supplied so that the metal oxide or oxides are reduced to a metal or metal alloy. The manner in which the carbon is used as a reducing agent is not particularly significant in the execution of the invention, and suitable temperatures and time periods for achieving the desired reduction will be known to those skilled in the field. Typically the cup will be 10,

som vist på fig. 1, fyllt med et karbonholdig materiale 20as shown in fig. 1, filled with a carbonaceous material 20

og oppvarmet til en temperatur over 900°C for derved i det minste delvis å redusere en sone 18 av metalloksyd-materialet ved og nær de overflater som det karbonholdige materiale er i kontakt med. Oppvarmningstidsrommet kan variere i avhengig-het av den grad av reduksjon som ønskes. Et anodelegeme 10, for eksempel som vist på fig. 2, blir ganske enkelt laglagt ved et karbonholdig materiale 20 og prosessert på en måte som beskrevet for prosesseringen av det anodelegeme som er vist på fig..l. Typisk antas det at sammensetningen av materialet i den reduserte sone 18 omfatter Ni, NiFe-legering som fritt metall og metall-legering i en keramisk grunnmasse av (Ni,Fe)0 og Ni Fe-, 0.. and heated to a temperature above 900°C to thereby at least partially reduce a zone 18 of the metal oxide material at and near the surfaces with which the carbonaceous material is in contact. The heating period can vary depending on the degree of reduction desired. An anode body 10, for example as shown in fig. 2, is simply layered with a carbonaceous material 20 and processed in a manner as described for the processing of the anode body shown in Fig. 1. Typically, it is assumed that the composition of the material in the reduced zone 18 comprises Ni, NiFe alloy as free metal and metal alloy in a ceramic base mass of (Ni,Fe)0 and Ni Fe-, 0..

^ x 3-x 4^ x 3-x 4

Det menes at man ved å variere tidsrommet og/eller temperaturen for oppvarmning kan redusere sone 18 praktisk talt fullstendig til fritt metall eller metall-legering. Den reduksjons-grad som er påkrevet, er imidlertid bare den som er nødvendig for oppnåelse av en metallbinding mellom metall-lederen og det keramiske legeme med tilstrekkelig styrke til at innretningen under bruken bibeholdes som en anode i en elektrolytisk prosess for fremstilling av metall, såsom aluminium. It is believed that by varying the time period and/or temperature for heating, zone 18 can be practically completely reduced to free metal or metal alloy. The degree of reduction that is required, however, is only that necessary to achieve a metal bond between the metal conductor and the ceramic body of sufficient strength for the device to be retained during use as an anode in an electrolytic process for the production of metal, such as aluminum.

Som et alternativ til anvendelsen av karbon som et reduk-sjons-middel er oppvarmning i nærvær av hydrogen eller et hydrogenholdig materiale en tilfredsstillende metode til å redusere metalloksydet eller oksydene til primære metaller eller metall-legeringer. Således omdannes en del av anode-legemet til en seksjon som er meget resistent mot termisk sjokk og har et lag som innbefatter fritt metall eller metall-legering som innblandes i det keramiske oksyd-legeme gjennom en overgangssone med variabel sammensetning. As an alternative to the use of carbon as a reducing agent, heating in the presence of hydrogen or a hydrogen-containing material is a satisfactory method of reducing the metal oxide or oxides to primary metals or metal alloys. Thus, part of the anode body is converted into a section that is highly resistant to thermal shock and has a layer that includes free metal or metal alloy that is mixed into the ceramic oxide body through a transition zone of variable composition.

For oppnåelse av en sammenføyning mellom det keramiske legeme og metall-lederen ved diffusjonssveising, som vist på fig. 3 og 4, plasseres en ende av den metalliske stang eller skinne 4 0 i intim kontakt med overflaten av den reduserte del 18 av legemet 10, hvoretter den sammenstilte innretning opp-varmes i en inert atmosfære mens kontaktflatene utsettes for press. Den varme og/eller ved trykk som anvendes, kan velges innenfor vide grenser. I alminnelighet gjelder at jo sterkere varme og trykk som anvendes, desto mindre tid er påkrevet for oppnåelse av en tilfredsstillende binding. Stangen eller skinnen kan bestå av hvilket som helst metall eller metall-legering som er egnet for dannelsen av diffusjonssveisen 42. Sveisén 42 er vist som en stiplet linje som skal indikere at diffusjonssveisen i en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse er en forbindelse mellom de to legemer, hvori metallpartiklene i de to legemer blir sammenblandet, og det tilveiebringes således en metallbinding. To achieve a joint between the ceramic body and the metal conductor by diffusion welding, as shown in fig. 3 and 4, one end of the metallic rod or rail 40 is placed in intimate contact with the surface of the reduced portion 18 of the body 10, after which the assembled device is heated in an inert atmosphere while the contact surfaces are subjected to pressure. The heat and/or pressure used can be chosen within wide limits. In general, the stronger the heat and pressure used, the less time is required to achieve a satisfactory bond. The rod or rail can consist of any metal or metal alloy suitable for the formation of the diffusion weld 42. The weld 42 is shown as a dashed line to indicate that the diffusion weld in a device according to the present invention is a connection between the two bodies, in which the metal particles in the two bodies are mixed together, and a metal bond is thus provided.

Egnet temperatur, trykk og tid for oppnåelse av en diffusjonssveis er ved denne foretrukne utførelsesform eksempelvis 1000°C i 48 timer med ca. 11 kg trykk utøvet longitudinelt gjennom stangen ved hjelp av en vektlast på den oppstående stangende. In this preferred embodiment, suitable temperature, pressure and time for achieving a diffusion weld is, for example, 1000°C for 48 hours with approx. 11 kg of pressure exerted longitudinally through the rod by means of a weight load on the upright rod end.

For oppnåelse av en metallbinding 42 og dannelse av en innretning 3 0 ut fra det keramiske legeme og metall-lederen, som vist på fig. 3 og 4, kan man alternativt sveise en metallstang eller -skinne 4 0 til den reduserte seksjon av anode-legemet 10 ved friksjonssveising, fortrinnsvis ved treghetssveising. Stangen eller skinnen kan bestå av hvilket som helst metall eller legering som er egnet for skjøting ved friksjonssveising til angjeldende metalloverflate på anodelegemet. Den utførelsesform som er vist på fig. 3, kan være fordelaktig ved dannelse av en friksjonssveis mellom det keramiske legeme og metall-lederen, fordi mindre keramisk materiale er påkrevet for fremstilling av et legeme med tilsvarende overflateareal enn hvis et fast legeme, såsom det som er vist på fig. 4, ble anvendt. For achieving a metal bond 42 and forming a device 30 from the ceramic body and the metal conductor, as shown in fig. 3 and 4, one can alternatively weld a metal rod or rail 40 to the reduced section of the anode body 10 by friction welding, preferably by inertia welding. The rod or rail may be of any metal or alloy suitable for joining by friction welding to the relevant metal surface of the anode body. The embodiment shown in fig. 3, can be advantageous in forming a friction weld between the ceramic body and the metal conductor, because less ceramic material is required for the production of a body with a similar surface area than if a solid body, such as that shown in fig. 4, was applied.

For oppnåelse av en metallbinding mellom det keramiske legeme og metall-lederen som vist på fig. 9 og 10 sveises en metallstang eller -skinne 40 ved lysbuesveising, for eksempel TIG-sveising, til den reduserte seksjon av anode-legemet 10 To achieve a metal bond between the ceramic body and the metal conductor as shown in fig. 9 and 10, a metal rod or rail 40 is welded by arc welding, for example TIG welding, to the reduced section of the anode body 10

og tilveiebringer således en metallbinding gjennom sveisen 42. Stangen eller skinnen kan bestå av hvilket som helst metall eller legering som er egnet for skjøting ved sveising, slaglodding eller lignende til angjeldende metalloverflate på anode-legemet. Den utførelsesform som er vist på fig. 10 med and thus provides a metal bond through the weld 42. The rod or rail may consist of any metal or alloy suitable for joining by welding, brazing or the like to the relevant metal surface of the anode body. The embodiment shown in fig. 10 incl

en tapp eller stuss 16 ragende oppover fra bunnveggen 12, kan være fordelaktig ved dannelsen av sveisen 42. a pin or spigot 16 projecting upwards from the bottom wall 12 can be advantageous when forming the weld 42.

Når overflaten av det legeme som skal skjøtes, inneholder Ni og NiFe for eksempel, består en egnet stang eller skinne When the surface of the body to be joined contains Ni and NiFe, for example, a suitable rod or rail is made

av Ni eller Ni-legering, men det synes klart at andre metall-legeringer som kan skjøtes ved friksjonssveising også kan anvendes som metall-ledere. of Ni or Ni alloy, but it seems clear that other metal alloys that can be joined by friction welding can also be used as metal conductors.

Ved en av friksjonssveisemetodene blir de arbeidsstykker som skal sammenføyes, dvs. leder-stangen og det keramiske legeme, montert koaksialt i mot hinannen vendende fastspennings-anordninger på en dreiebenk, med de overflater som skal sammen-føyes, innstilles nær hinannen. Den ene fastspenningsanordning holdes i ro, og den andre er innrettet til å rotere i forhold til den førstnevnte fastspenningsanordning, og midler for utøvelse av en aksial kraft gjennom det ene arbeidsstykke mot det andre arbeidsstykke blir også tilveiebragt. In one of the friction welding methods, the workpieces to be joined, i.e. the conductor rod and the ceramic body, are mounted coaxially in facing clamping devices on a lathe, with the surfaces to be joined set close to each other. One clamping device is held stationary, and the other is arranged to rotate relative to the first-mentioned clamping device, and means for exerting an axial force through one workpiece against the other workpiece are also provided.

For oppnåelse av en sveis blir den roterbare fastspenningsanordning bragt til å rotere med en på forhånd bestemt hastighet, og under rotasjonen utøves et aksialt trykk fra det ene arbeidsstykke til det andre en kort tid, og deretter blir trykket forbigående opphevet. Syklusen omfattende anvendelse og oppheving av trykket blir så gjentatt inntil arbeidsstykkene er blitt tilstrekkelig oppvarmet ved friksjon mellom de overflater som skal sammenføyes, til at i det minste det ene arbeidsstykke kommer i en plastisk eller halvsmeltet tilstand, ved hvilket punkt rotasjonen av fastspenningsanordningen stanses og tilstrekkelig aksialt trykk utøves fra det ene arbeidsstykke til det andre til at det oppnåes en forening av metallpartikler i det ene arbeidsstykke med metallpartikler i det andre arbeidsstykke, hvorved det dannes en forbindelse som har en sone av metallpartikler fra det ene arbeidsstykke blandet med metallpartikler fra det andre arbeidstykke. Rotasjonshastigheten, trykket, tiden som trykket anvendes i, og andre parametere ved metoden varierer med material-typen og størrelsen av de legemer som skal sammenføyes. To achieve a weld, the rotatable clamping device is made to rotate at a predetermined speed, and during the rotation an axial pressure is exerted from one workpiece to the other for a short time, and then the pressure is temporarily lifted. The cycle of application and release of pressure is then repeated until the workpieces have been sufficiently heated by friction between the surfaces to be joined, so that at least one workpiece enters a plastic or semi-molten state, at which point the rotation of the clamping device is stopped and sufficient axial pressure is applied from one workpiece to the other until a union of metal particles in one workpiece with metal particles in the other workpiece is achieved, whereby a compound is formed which has a zone of metal particles from one workpiece mixed with metal particles from the other workpiece. The speed of rotation, the pressure, the time in which the pressure is applied, and other parameters of the method vary with the type of material and the size of the bodies to be joined.

En foretrukken metode til friksjonssveising er betegnet med treghetssveising og foretrekkes fremfor en metode såsom den nettopp beskrevne, fordi den er hurtigere, og varmesonen fra den bevirkede friksjon er mer lokalisert og mer generelt be- A preferred method of friction welding is termed inertia welding and is preferred over a method such as the one just described, because it is faster, and the heat zone from the friction produced is more localized and more generally produced.

grenset til forbindelsesområdet.the border of the connection area.

Ved treghetssveising er apparatet for fremstilling av sveising hovedsakelig det samme som det ovenfor beskrevne, In inertia welding, the apparatus for making the weld is essentially the same as that described above,

med unntagelse av at en treg masse eller et løpehjul og clutch (friksjonskopling) anvendes på den roterende fast-spenningsanordningsaksel. except that an inertial mass or an idler and clutch (friction clutch) is used on the rotating fixed tension device shaft.

For oppnåelse av en sveis ved treghetsraetoden monteresTo achieve a weld by the inertia rod is mounted

de arbeidsstykker som skal sammenføyes, i fastspennings-anordningene med de overflater som skal sammenføyes, vendende mot hverandre, og akselen med den roterende fastspenningsanordning og løpehjulet veies opp til en forhåndsbestemt hastighet, ved hvilket punkt aksialt trykk utøves gjennom delene en kort tid, hvoretter clutchen frakoples, og under opprettholdelse av aksialt trykk fortsettes rotasjonen på the workpieces to be joined, in the clamping devices with the surfaces to be joined, facing each other, and the shaft with the rotating clamping device and the impeller are weighted up to a predetermined speed, at which point axial pressure is applied through the parts for a short time, after which the clutch is disconnected, and while maintaining axial pressure, the rotation is continued on

grunn av den energi som det roterende løpehjul har, inntil løpehjulet stanser. Ved valg av passende løpehjul-masse, due to the energy that the rotating impeller has, until the impeller stops. When choosing the appropriate impeller mass,

trykk og tidslengde for opprettholdelse av trykket for de gitte materialer og størrelse av delene kan en forbindelse såsom den tidligere beskrevne som ble dannet ved friksjonssveising, oppnåes. pressure and length of time for maintaining the pressure for the given materials and size of the parts, a connection such as the one previously described which was formed by friction welding can be achieved.

Fig. 6 viser en alternativ utførelsesform av en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor det også oppnås en hvis grad av beskyttelse mot korrosjon på den viktigste strømførende del av forbindelsen når innretningen anvendes ved elektrolytisk produksjon av et metall. Fig. 6 shows an alternative embodiment of a device according to the present invention, where a certain degree of protection against corrosion is also achieved on the most important current-carrying part of the connection when the device is used in the electrolytic production of a metal.

Elementene i innretningen 30 er, før friksjonssveisingen, et elektrode-legeme 10 og en metall-leder 40, som vist på fig. 5. Elektrode-legemet 10 er en sylinder med lukket ende, fortrinnsvis med en åpning 16 som skråner innover fra toppen til bunnen. Legemet 10 har fortrinnsvis en sammensetning av materialer som er beskrevet i forbindelse med utførelsesformene på fig. 1 og 2, og er reaksjonssintret og forsynt med en redusert del 18 innenfor åpningen på en måte som beskrevet tidligere. The elements in the device 30 are, before the friction welding, an electrode body 10 and a metal conductor 40, as shown in fig. 5. The electrode body 10 is a cylinder with a closed end, preferably with an opening 16 which slopes inwards from the top to the bottom. The body 10 preferably has a composition of materials which are described in connection with the embodiments in fig. 1 and 2, and is reaction-centered and provided with a reduced part 18 within the opening in a manner as described previously.

Arbeidsstykkene 40, 10 friksjonssveises til innretningenThe workpieces 40, 10 are friction welded to the device

30 som vist på fig. 6 ved den tidligere beskrevne metode, hvorved det dannes innretninger som vist på fig. 3 og 4. 30 as shown in fig. 6 by the previously described method, whereby devices are formed as shown in fig. 3 and 4.

Ved friksjonssveising av legemer vil den varme som frembringes ved friksjonen mellom de to legemer, gjøre metallene i legemene plastiske i en sone nær de overflater hvor varmen frembringes. Når så longitudinelt trykk utøves for dannelse av metallbindings-forbindelsen, vil i det minste en del av det plastiske metall fortrenges, hvorved det presses opp i mellomrommet mellom de to legemer mens sveisen dannes. I innretningen 30 som er vist på fig. 6, benyttes det fortrengte metall 17 til å fylle i det minste en del av rommet mellom legemet 10 og stangen 40 som er plassert i åpningen 16. Det vil sees at når det plastiske metall 17 fortrenges på grunn av det longitudinelle trykk på legemene, presses det oppover og fyller i det minste en del rommet mellom legemet 10 og stangen 40 som er plassert i åpningen 16. Graden av oppoverrettet bevegelse av det plastiske metall 17 er en funksjon av en rekke variable, som for eksempel dimensjons-forholdende mellom stangen 40 og åpningen 16. Det er ikke nødvendig at åpningen 16 i legemet har en avskrånet form, men det vil sees at den avskrånende form letter den oppoverrettede bevegelse av metallet. Videre vil utstrekningen av en sveiset metallbindings-forbindelse bort fra de varmefrembringende overflater av stangen 4 0 og legemet 10 variere med graden av temperaturøkning i stangen 4 0 og legemet 10 bort fra de varmefrembringende overflater. Det menes at med riktig dimensjons-forhold mellom stangen 4 0 og legemets åpning 16, samt anvendelse av egnet hastighet, trykk og sveise-syklustid ved utførelsen av sveisen, kan hele det rom som omgir stangen 4 0 fylles med fortrengt metall 17 og en metallbinding oppnåes mellom stangen og legemet gjennom hele dybden av åpningen 16. In friction welding of bodies, the heat produced by the friction between the two bodies will make the metals in the bodies plastic in a zone close to the surfaces where the heat is produced. When such longitudinal pressure is exerted to form the metal bond connection, at least part of the plastic metal will be displaced, whereby it is pressed up into the space between the two bodies while the weld is being formed. In the device 30 which is shown in fig. 6, the displaced metal 17 is used to fill at least part of the space between the body 10 and the rod 40 which is placed in the opening 16. It will be seen that when the plastic metal 17 is displaced due to the longitudinal pressure on the bodies, pressed it upwards and fills at least part of the space between the body 10 and the rod 40 which is placed in the opening 16. The degree of upward movement of the plastic metal 17 is a function of a number of variables, such as, for example, the dimensional relationship between the rod 40 and the opening 16. It is not necessary that the opening 16 in the body has a chamfered shape, but it will be seen that the chamfered shape facilitates the upward movement of the metal. Furthermore, the extent of a welded metal bonding connection away from the heat-generating surfaces of the rod 40 and the body 10 will vary with the degree of temperature increase in the rod 40 and the body 10 away from the heat-generating surfaces. It is believed that with the correct dimensional relationship between the rod 40 and the opening 16 of the body, as well as the application of suitable speed, pressure and welding cycle time when performing the weld, the entire space surrounding the rod 40 can be filled with displaced metal 17 and a metal bond is achieved between the rod and the body through the entire depth of the opening 16.

Uansett om rommet er fullstendig fyllt eller ikke, vil det sees at en sammenføyet innretning som den som er vist på fig. 6, vil utgjøre en forbindelse som har optimal styrke, og det fortrengte metall 17 vil også virke til å beskytte forbindelsens strømførende del 19 ved bunnen av åpningen 16 mot elektrolyse-produktene når innretningen anvendes ved elektrolytisk produksjon av metall, hvilket nå skal forklares. Regardless of whether the space is completely filled or not, it will be seen that a joined device such as that shown in fig. 6, will form a connection that has optimal strength, and the displaced metal 17 will also act to protect the current-carrying part 19 of the connection at the bottom of the opening 16 against the electrolysis products when the device is used in the electrolytic production of metal, which will now be explained.

Anvendelsen av en innretning ifølge denne oppfinnelseThe use of a device according to this invention

for fremstilling av aluminium med en typisk elektrolytisk prosess beskrives under henvisning til fig. 7. En beholder 50 egnet til å inneholde et smeltet saltbad 60 er innrettet som en katode. Egnede celle-materialer og konstruksjonen av cellen er kjent for fagfolk på området. for the production of aluminum with a typical electrolytic process is described with reference to fig. 7. A container 50 suitable for containing a molten salt bath 60 is arranged as a cathode. Suitable cell materials and the construction of the cell are known to those skilled in the art.

Det smeltede saltbad 60 består typisk av A1203oppløstThe molten salt bath 60 typically consists of Al 2 O 3 dissolved

i et smeltet salt i hvilket vektforholdet mellom NaF og A1F3holdes ved ca. 1,1, og saltbadet ytterligere inneholder ca. 5 vekt% CaF2og 5 vekt% A1203. En anodeinnretning 30 ifølge foreliggende oppfinnelse som tidligere beskrevet anordnes i det smeltede saltbad ved at metall-lederen 4 0 festes til et bæreorgan 80 med en klemanordning 7 0 eller annen egnet opp-hengningsanordning som vil være kjent for fagfolk på området, og en positiv leder fra en strømkilde festes til lederen 40. Fortrinnsvis blir innretningen 30 anordnet i badet 60 med den øvre kant av anode-legemet 10 over badets nivå, hvorved angrep fra saltbadet pg elektrolyse-produktene på det reduserte indre av legemet og metall-lederen 4 0 blir minst mulig. in a molten salt in which the weight ratio between NaF and A1F3 is kept at approx. 1.1, and the salt bath further contains approx. 5% by weight CaF2 and 5% by weight A12O3. An anode device 30 according to the present invention as previously described is arranged in the molten salt bath by attaching the metal conductor 40 to a support member 80 with a clamping device 70 or other suitable suspension device that will be known to experts in the field, and a positive conductor from a current source is attached to the conductor 40. Preferably, the device 30 is arranged in the bath 60 with the upper edge of the anode body 10 above the level of the bath, whereby attack from the salt bath due to the electrolysis products on the reduced interior of the body and the metal conductor 40 is least possible.

Ved driften av cellen holdes badet 60 ved ca. 960°C, og en strømtetthet på ca. 1 amp/cm 2 overflateareal av bunnen av anode-legemet 10 opprettholdes med en anode/katode-avstand på ca. 38 mm. During the operation of the cell, the bath 60 is kept at approx. 960°C, and a current density of approx. 1 amp/cm 2 surface area of the bottom of the anode body 10 is maintained with an anode/cathode distance of approx. 38 mm.

Utført på denne måte resulterer prosessen i reduksjon av det oppløste A1203, hvorunder oksygen utvikles ved anoden 10 og smeltet aluminium 90 avsettes og oppsamles på bunnen av cellen 50. Carried out in this manner, the process results in reduction of the dissolved Al 2 O 3 , during which oxygen is evolved at the anode 10 and molten aluminum 90 is deposited and collected at the bottom of the cell 50 .

De følgende eksempler vil ytterligere belyse fremstillingen av en forbindelse mellom et legeme av keramisk oksyd og en metall-leder ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. The following examples will further illustrate the production of a connection between a body of ceramic oxide and a metal conductor by a method according to the invention.

Eksempel 1Example 1

En serie av forsøksinnretninger sammensatt av keramiske metalloksyd-anodelegemer og metall-lederstenger ble fremstilt ved hjelp av "Model NO. 90B Inertia Weider", produsert av Manufacturing Technology, Inc., et datterselskap av Adams Engineering, Inc., Mishawaka, Indiana, U.S.A. A series of test devices composed of metal oxide ceramic anode bodies and metal conductor rods were fabricated using "Model NO. 90B Inertia Weider", manufactured by Manufacturing Technology, Inc., a subsidiary of Adams Engineering, Inc., Mishawaka, Indiana, U.S.A.

De keramiske anode-legemer var sylindriske faste materialer med en diameter på 19 mm og en lengde på 41 mm og besto av 20 vekt% Fe, 60 vekt% NiO og 20 vekt% Fe304. Sylinderne ble reaksjonssintret i en argon-atmosfære ved en temperatur på ca. 1275°C i 4 timer ved et trykk på 172 MPa. The ceramic anode bodies were cylindrical solids with a diameter of 19 mm and a length of 41 mm and consisted of 20 wt% Fe, 60 wt% NiO and 20 wt% Fe 3 O 4 . The cylinders were reaction sintered in an argon atmosphere at a temperature of approx. 1275°C for 4 hours at a pressure of 172 MPa.

En endeflate av hver sylinder ble deretter redusert, hvorved det ble dannet en overflate som hadde frie metallpartikler, ved at et lag av karbon ble anbrakt på den overflate som skulle reduseres, og sylinderen ble oppvarmet ved en temperatur på An end face of each cylinder was then reduced, thereby forming a surface having free metal particles, by depositing a layer of carbon on the surface to be reduced, and heating the cylinder to a temperature of

ca. 1000 Ci 12 timer i argonatmosfære.about. 1000 Ci 12 hours in argon atmosphere.

Metall-leder-stenger for forbindelse med hver sylinderMetal-conductor rods for connection with each cylinder

var av nikkel-legering 200 og hadde en diameter på 19 mm og en lengde på 52 mm, og en del av den ende som skulle skjøtes, ble maskinert til 12,7 mm diameter og 12,7 mm lengde. was nickel-alloy 200 and had a diameter of 19 mm and a length of 52 mm, and part of the end to be joined was machined to 12.7 mm diameter and 12.7 mm length.

Den reduserte overflate på hver anodesylinder og endenThe reduced surface area on each anode cylinder and the end

av hver metall-leder-stang som skulle skjøtes, ble tørr-slipt til en 32 RMS finish. of each metal-conductor rod to be spliced was dry-ground to a 32 RMS finish.

Ved fremstilling av de sammenskjøtede innretninger av anodelegemet og metall-leder-stang ble anodelegemet montert i en fastspenningsinnretning i sveisemaskinen, som var innrettet til å dreie legemet om dettes lengdeakse. Da det keramiske materiale er relativt skjørt, ble legemet holdt fast i fastspenningsinnretningen med den overflate av legemet som skulle skjøtes til metall-stangen, 2 mm innenfor front-flaten av den åpne fastspenningsinnretning en slik oppstøtting for legemet hindret brudd på legemet når den longitudinelle kraft utøves på legemet under skjøtingen av dette til stangen ved treghetssveising. When manufacturing the jointed devices of the anode body and metal-conductor rod, the anode body was mounted in a clamping device in the welding machine, which was arranged to rotate the body about its longitudinal axis. As the ceramic material is relatively fragile, the body was held in the clamping device with the surface of the body to be joined to the metal rod, 2 mm inside the front surface of the open clamping device, such support for the body prevented breakage of the body when the longitudinal force exerted on the body during the joining of this to the rod by inertia welding.

Metall-leder-stangen ble montert i en ikke-roterende fastspenningsinnretning koaksialt med anode-legemet, med den stangoverflate som skulle skjøtes, vendende mot den overflate av legemet som skulle skjøtes. Som allerede nevnt ble en del av metall-leder-stangen på den ende som skulle skjøtes, maskinert til en diameter på 12,7 mm og en lengde på 12,7 mm, slik at det ble tilstrekkelig klaring mellom stangen og anode-legemet-fastspenningsinnretningen når legémet og stangen ble forbundet med hverandre. The metal-conductor rod was mounted in a non-rotating fixture coaxial with the anode body, with the rod surface to be joined facing the surface of the body to be joined. As already mentioned, part of the metal-conductor rod on the end to be joined was machined to a diameter of 12.7 mm and a length of 12.7 mm, so that there was sufficient clearance between the rod and the anode body- the clamping device when the body and the rod were connected to each other.

Med arbeidsstykkene, dvs. anode-legemet og metall-stangen, montert i sveisemaskinen ble anode-legemet rotert ved en forhåndsbestemt hastighet, anode-legemet og metall-stangen! > ble beveget aksialt i forhold til hverandre, slik at grense-flaten mellom de to arbeidsstykker ble utsatt for en forhåndsbestemt aksial kraft i et kort tidsrom. Friksjonen mellom de to tilstøtende flater av legemet og stangen skaffet hurtig tilstrekkelig varme til å bringe metallpartiklene i legemet og metallet i stangen ved og nær frontflatene av stangen og legemet i en plastisk tilstand, og fortsettelse av sammenpressings-kraften bevirket smelting av de to arbeidsstykker ved grense- flaten. En koblingsanordning på drivakselen for anodelegemet-fastspenningsinnretningen ble deretter frakoplet, hvoretter akselen fortsatte å rotere på grunn av den treghetskraft som vekten på drivakselen utøvet, med avtagende hastighet inntil rotasjonen ble stanset ved kjølingen og den metalliske smelting av metallene i arbeidsstykkene. En oppsummering av hastigheten, trykkene og andre kriterier vedrørende fremstillingen av de sveisede prøver er angitt i tabell I. With the workpieces, i.e. the anode body and the metal rod, mounted in the welding machine, the anode body was rotated at a predetermined speed, the anode body and the metal rod! > were moved axially in relation to each other, so that the interface between the two workpieces was exposed to a predetermined axial force for a short period of time. The friction between the two adjacent surfaces of the body and the rod quickly produced sufficient heat to bring the metal particles in the body and the metal in the rod at and near the front surfaces of the rod and body into a plastic state, and continuation of the compressive force caused the melting of the two workpieces by the boundary surface. A coupling device on the drive shaft of the anode body clamping device was then disengaged, after which the shaft continued to rotate due to the inertial force exerted by the weight of the drive shaft, at decreasing speed until the rotation was stopped by the cooling and metallic melting of the metals in the workpieces. A summary of the speed, pressures and other criteria regarding the production of the welded samples is given in table I.

Samtlige sammenskjøtede prøveinnretninger ble ved visuell observasjon funnet å være ensartet sammensmeltet ved grense-flaten mellom de to arbeidsstykkene og ble bedømt å være tilfredsstillende sveiset for oppfinnelsens formål. All jointed test devices were found by visual observation to be uniformly fused at the interface between the two workpieces and were judged to be satisfactorily welded for the purpose of the invention.

To av de ovennevnte forsøksinnretninger ble utprøvet i Two of the above-mentioned experimental devices were tested in

en prosess for fremstilling av aluminium. a process for the manufacture of aluminium.

Forsøksinnretningene ble utprøvet i en elektrolyse-celle innrettet for fremstilling av aluminium, hvor cellen inneholdt et bad med et NaF/AlF3~vektforhold på ca. 1,1 og inneholdt 5 vekt% CaF2og 5 vekt% A^O-j. Ved utførelsen av forsøket ble anode-legemet nedsenket i elektrolytten med den øvre reduserte anodeoverflate og den sveisede forbindelse over badets nivå, og den frie ende av nikkel-stangen ble forbundet med en ledning fra en strømkilde. Cellen ble drevet ved en gjennomsnittlig badtemperatur på 960°C og en strømtetthet på en 1 amp/cm 2, med en anode/katode-avstand på ca. 38 mm. The experimental devices were tested in an electrolysis cell designed for the production of aluminium, where the cell contained a bath with a NaF/AlF3 ~ weight ratio of approx. 1.1 and contained 5% by weight CaF2 and 5% by weight A^O-j. In carrying out the experiment, the anode body was immersed in the electrolyte with the upper reduced anode surface and the welded connection above the level of the bath, and the free end of the nickel rod was connected to a wire from a power source. The cell was operated at an average bath temperature of 960°C and a current density of 1 amp/cm 2 , with an anode/cathode distance of approx. 38 mm.

Forsøket med den ene testinnretning varte i 48 timer, men forsøket med den andre ble avbrutt etter 9 timer på grunn av en svikt i testcelle-utstyret, hvilken ikke hadde noe å gjøre med den inerte anode-innretning. Under forsøkene ble strømmen til hver anode overvåket og regulert individuelt. På grunn av begrenset tilgjengelighet til cellen ble forbindelsens spenning ikke overvåket, men måling av det totale spenningsfall under driften av cellen viste at spenningsfallet over forbindelsene var tilfredsstillende. The experiment with one test device lasted 48 hours, but the experiment with the other was interrupted after 9 hours due to a failure of the test cell equipment, which had nothing to do with the inert anode device. During the experiments, the current to each anode was monitored and regulated individually. Due to limited accessibility to the cell, the connection voltage was not monitored, but measurement of the total voltage drop during operation of the cell showed that the voltage drop across the connections was satisfactory.

Undersøkelse av anodene etter de nevnte forsøk viste at sveisene var intakte, og at innretningene var egnet for fremstilling av aluminium i henhold til den i forsøkene anvendte prosess. Examination of the anodes after the aforementioned tests showed that the welds were intact, and that the devices were suitable for the production of aluminum according to the process used in the tests.

Eksempel 2Example 2

Et koppformet legeme av keramisk metalloksyd, ytre diameter ca. 75 mm, innvendig diameter ca. 55 mm og høyde ca. 70 mm, ble fremstilt av materialer bestående av 20 vekt% Fe, 60 vekt% NiO og 20 vekt% Fe304. Materialene ble blandet og plassert i en gummi- eller fleksibel kopplignende form og reaksjonssintret i en argonatmosfære ved et trykk på 20 ksi og 1350°C i 12 timer. A cup-shaped body of ceramic metal oxide, outer diameter approx. 75 mm, internal diameter approx. 55 mm and height approx. 70 mm, was made from materials consisting of 20 wt% Fe, 60 wt% NiO and 20 wt% Fe3O4. The materials were mixed and placed in a rubber or flexible cup-like mold and reaction sintered in an argon atmosphere at a pressure of 20 ksi and 1350°C for 12 hours.

Koppen ble deretter fyllt med karbon-mastiks-sement og oppvarmet i argonatmosfære ved en temperatur på 1075°C i 24 timer, slik at i det minste den innvendige overflate av koppens bunn ble redusert under oppnåelse av en sone nær overflaten som inneholdt Ni eller Ni og NiFe. The cup was then filled with carbon-mastic cement and heated in an argon atmosphere at a temperature of 1075°C for 24 hours, so that at least the inner surface of the bottom of the cup was reduced to obtain a near-surface zone containing Ni or Ni and NiFe.

En stang av nikkel-legering 200, med en diameter påA bar of nickel-alloy 200, with a diameter of

31,8 mm og en høyde på ca. 15 cm, ble plassert i koppen med stangens nedre overflate i intim kontakt med en del av den innvendige overflate av toppens bunn. Kopp/stang-innretningen ble deretter oppvarmet i en argonatmosfære og holdt ved 1000°C 31.8 mm and a height of approx. 15 cm, was placed in the cup with the lower surface of the rod in intimate contact with part of the inner surface of the bottom of the top. The cup/rod device was then heated in an argon atmosphere and held at 1000°C

i 48 timer ved et trykk på 10,9 kg utøvet longitudinelt gjennom stangen ved hjelp av en tilsvarende vekt-belastning mot stangens oppstående ende, og en diffusjonssveiset skjøt mellom anode-legemet og metallstangen ble tilveiebragt. for 48 hours at a pressure of 10.9 kg applied longitudinally through the rod by means of a corresponding weight load against the upstanding end of the rod, and a diffusion welded joint between the anode body and the metal rod was provided.

Et bornitrid-lokk som hadde en åpning for den nevnteA boron nitride lid that had an opening for the aforementioned

stang med 31,8 mm diameter, ble deretter plassert over kopp-åpningen, og sømmene mellom lokket og koppkanten og den ledende stang ble forseglet med en bornitridpasta. Skjønt det ikke ansees å være nødvendig i forbindelse med oppfinnelsen, ble bornitrid-lokket anvendt som en sikkerhetsforanstaltning for å hindre badet eller elektrolyse-produktene i å komme i kontakt med den reduserte del av legemet, den ledende stang eller den diffusjonssveisede forbindelse. 31.8 mm diameter rod was then placed over the cup opening, and the seams between the lid and the cup rim and the conductive rod were sealed with a boron nitride paste. Although not considered necessary in connection with the invention, the boron nitride cap was used as a safety measure to prevent the bath or electrolysis products from contacting the reduced portion of the body, the conductive rod, or the diffusion welded joint.

En stang av nikkel-legering 2 00, diameter 9,5 mm, ble deretter forbundet med den frie ende av den nevnte ledende stang med en diameter på 31,8 mm, og innretningen ble montert i en Hall-celle med kanten av koppen over badnivået, idet stangen med 9,5 mm diameter ble forbundet med en bæreskinne. A 9.5mm diameter nickel alloy 200 rod was then connected to the free end of said 31.8mm diameter conductive rod and the device was mounted in a Hall cell with the edge of the cup over the bath level, as the rod with a diameter of 9.5 mm was connected with a support rail.

Badet i Hall-cellen besto av 80,7 vekt% kryolitt,The bath in the Hall cell consisted of 80.7 wt% cryolite,

12,4 vekt% A1F3, 5,0 vekt% CaF2og 1,9 vekt% A1203, og elektro-lysen ble utført ved en temperatur på ca. 960°C, en anodestrøm-tetthet på 1 amp/cm 2 og en anode/katode-avstand på ca. 38 mm. 12.4% by weight A1F3, 5.0% by weight CaF2 and 1.9% by weight A12O3, and the electrolysis was carried out at a temperature of approx. 960°C, an anode current density of 1 amp/cm 2 and an anode/cathode distance of approx. 38 mm.

Cellen ble drevet i 79 timer, hvorunder det ble produsert 82 0 g av hovedsakelig aluminium-metall, og det gjennomsnittlige spenningsfall over forbindelsen var 0,19 volt. The cell was operated for 79 hours during which 820 g of predominantly aluminum metal was produced and the average voltage drop across the junction was 0.19 volts.

Eksempel 3Example 3

Fire sylindriske anode-legemer som besto av 2 0 vekt%Four cylindrical anode bodies which consisted of 20 wt%

Fe, 60 vekt% NiO og 20 vekt% Fe^ O^ og hadde gjennomsnittlige diametere på 26 mm og lengder på 74 mm, ble reaksjonssintret i argonatmosfære ved en temperatur på ca. 1275°C i 4 timer ved et trykk på 172 MPa, og den øvre overflate av hvert legeme ble redusert ved at overflaten ble bragt i kontakt med et lag av karbon for tilveiebringelse av karbonet, og oppvarmning av anodene i argonatmosfære til en temperatur på 1000°C i 12 timer. En stang av nikkel-legering 2 00, diameter 6,35 mm, ble der etter sveiset til legemet ved en TIG-sveisemetode under anvendelse av nikkel-legering som tilsatsmetall. Fe, 60 wt% NiO and 20 wt% Fe^O^ and had average diameters of 26 mm and lengths of 74 mm, were reaction sintered in an argon atmosphere at a temperature of approx. 1275°C for 4 hours at a pressure of 172 MPa, and the upper surface of each body was reduced by contacting the surface with a layer of carbon to provide the carbon, and heating the anodes in an argon atmosphere to a temperature of 1000 °C for 12 hours. A rod of nickel alloy 200, diameter 6.35 mm, was then welded to the body by a TIG welding method using nickel alloy as filler metal.

Hver av prøvene ble deretter testet i en elektrolyse-celle egnet for fremstilling av aluminium, hvilken celle inneholdt en badsammensetning med et NaF/AlF^-vektforhold på ca. 1,1 og inneholdt 5 vekt% CaF2og 5 vekt% A^O^. Ved utførelsen av testen ble anode-legemet nedsenket i elektrolytten med den øvre reduserte anode-overflate og den sveisede forbindelse over badets nivå, og den frie ende av nikkel-stangen ble forbundet med en strømkilde. Cellen ble drevet ved en gjennomsnittlig badtemperatur på 960°C og en strøm-tetthet på 1 amp/cm 2, med en anode/katode-avstand på ca. Each of the samples was then tested in an electrolysis cell suitable for the production of aluminium, which cell contained a bath composition with a NaF/AlF^ weight ratio of approx. 1.1 and contained 5% by weight CaF2 and 5% by weight A^O^. In performing the test, the anode body was immersed in the electrolyte with the upper reduced anode surface and the welded connection above the level of the bath, and the free end of the nickel rod was connected to a current source. The cell was operated at an average bath temperature of 960°C and a current density of 1 amp/cm 2 , with an anode/cathode distance of approx.

38 mm.38 mm.

Testen varte i 96 timer og strømmen til hver anode ble individuelt overvåket og regulert. På grunn av begrenset tilgjengelighet til cellen kunne forbindelsens spenning måles på bare to av anodene, og det gjennomsnittlige spenningsfall på disse to anoder over hele testperioden på 96 timer var 0,04 volt. The test lasted 96 hours and the current to each anode was individually monitored and regulated. Due to limited access to the cell, the junction voltage could be measured on only two of the anodes, and the average voltage drop on these two anodes over the entire test period of 96 hours was 0.04 volts.

Undersøkelse av anodene etter forsøket viste ingen sprekkdannelse i anodene og bare liten erosjon/korrosjon av "grop-typen" over de eksponerte overflater. Examination of the anodes after the experiment showed no cracking in the anodes and only slight "pitting" type erosion/corrosion over the exposed surfaces.

Eksempel 4Example 4

I dette eksempel ble et sylindrisk anode-legeme med en diameter på ca. 75 mm og en lengde på ca. 70 mm, og hvis sammensetning var den samme som for anoden i eksempel 3, reaksjonssintret og redusert på sin øvre overflate ved de metoder som er beskrevet i eksempel 3. In this example, a cylindrical anode body with a diameter of approx. 75 mm and a length of approx. 70 mm, and whose composition was the same as for the anode in example 3, reaction sintered and reduced on its upper surface by the methods described in example 3.

En stang av nikkel-legering 200, diameter ca. 30 mm, ble sveiset til den reduserte overflate ved en TIG-sveisemetode under anvendelse av nikkel-legering som tilsatsmetall. Etter sveisingen ble noen sprekkdannelse observert rundt sveise-området, og innretningen ble deretter oppvarmet til 1000°C og tillatt å kjølne ved romtemperatur slik at eventuelle spenninger ble eliminert eller minsket. A bar of nickel alloy 200, diameter approx. 30 mm, was welded to the reduced surface by a TIG welding method using nickel alloy as filler metal. After the welding, some cracking was observed around the welding area, and the device was then heated to 1000°C and allowed to cool at room temperature so that any stresses were eliminated or reduced.

Prøven ble deretter testet i en elektrolyse-celle påThe sample was then tested in an electrolysis cell on

samme måte som i eksempel 3 og ble utprøvet i 96 timer. Det gjennomsnittlige spenningsfall over forbindelsen ble under testen observert å være 0,3 0 volt. the same way as in example 3 and was tested for 96 hours. The average voltage drop across the connection was observed during the test to be 0.30 volts.

Undersøkelse av anoden etter at testen var ferdig, viste at de sprekker som ble observert i anoden før testen, ikke hadde vokst under driften av cellen. Examination of the anode after the test was completed showed that the cracks observed in the anode before the test had not grown during operation of the cell.

Oppfinnelsen er ovenfor beskrevet ved hjelp av foretrukne utførelsesformer, men kravene er ment å omfatte alle utførelsesformer som faller innenfor oppfinnelsens idé. The invention is described above by means of preferred embodiments, but the claims are intended to include all embodiments that fall within the idea of the invention.

Claims (10)

1. Ikke-konsumerbar elektrodeinnretning egnet til bruk ved fremstilling av metall ved elektrolytisk reduksjon av en metallforbindelse oppløst i et smeltet salt, hvilken innretning omfatter en metall-leder for tilførsel av elektrisk energi og et keramisk elektrode-legeme, karakterisert ved at det keramiske elektrode-legeme (10) har fritt metall eller metall-legering i i det minste en del (18) derav for fremstilling av en forbindelse mellom metall-lederen (40) og det keramiske legeme (10), og ved en forbindelse mellom metall-lederen (40) og nevnte del (18) av det keramiske elektrode-legeme (10), hvilken forbindelse er dannet av en metallbinding (42) mellom nevnte frie metall eller metall-legering med en del av metall-lederen (40).1. Non-consumable electrode device suitable for use in the production of metal by electrolytic reduction of a metal compound dissolved in a molten salt, which device comprises a metal conductor for supplying electrical energy and a ceramic electrode body, characterized in that the ceramic electrode body (10) has free metal or metal alloy in at least one part (18) thereof for making a connection between the metal conductor (40) and the ceramic body (10), and in the case of a connection between the metal conductor ( 40) and said part (18) of the ceramic electrode body (10), which connection is formed by a metal bond (42) between said free metal or metal alloy with part of the metal conductor (40). 2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbinding er en sveis (42-fig. 9), fortrinnsvis en inert gass-sveis.2. Device according to claim 1, characterized in that said metal bond is a weld (42-fig. 9), preferably an inert gas weld. 3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbinding er en diffusjons-sveiset forbindelse (42-fig. 3) mellom metall-lederen (40) og nevnte del (18) av det keramiske elektrode-legeme (10), hvilken forbindelse er dannet ved en diffusjon av metallpartikler mellom en del av metall-lederen (4 0) og nevnte del (18) av det keramiske legeme.3. Device according to claim 1, characterized in that said metal bond is a diffusion-welded connection (42-fig. 3) between the metal conductor (40) and said part (18) of the ceramic electrode body (10), which connection is formed by a diffusion of metal particles between a part of the metal conductor (40) and said part (18) of the ceramic body. 4. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte metallbinding er en smeltet-metall-forbindelse (42-fig. 3) mellom metall-lederen (40) og nevnte del (18) av det keramiske elektrode-legeme (10), hvilken forbindelse er dannet ved friksjonssveising av en del av metall-lederen (40) til nevnte del (18) av det keramiske elektrode-legeme (10).4. Device according to claim 1, characterized in that said metal bond is a molten metal connection (42-fig. 3) between the metal conductor (40) and said part (18) of the ceramic electrode body (10), which connection is formed by friction welding a part of the metal conductor (40) to said part (18) of the ceramic electrode body (10). 5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at sveisingen er treghetssveising.5. Device according to claim 4, characterized in that the welding is inertia welding. 6. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det produserte metall består av aluminium, bly, magnesium, sink, zirkonium, titan eller silisium.6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the produced metal consists of aluminium, lead, magnesium, zinc, zirconium, titanium or silicon. 7. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det frie metall eller metall-legering er Fe, Ni, Al, Mg, Ca, Co, Si, Sn, Ti, Cr, Mn, Zr, Cu, Nb, Ta, Li, Y, Pt, Pd eller Ir.7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the free metal or metal alloy is Fe, Ni, Al, Mg, Ca, Co, Si, Sn, Ti, Cr, Mn, Zr, Cu, Nb , Ta, Li, Y, Pt, Pd or Ir. 8. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det keramiske elektrode-legeme (10) innbefatter i det minste ett metalloksyd, og at det keramiske elektrode-legeme fortrinnsvis innbefatter i det minste en metallforbindelse bestående av minst to metalloksyder.8. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic electrode body (10) includes at least one metal oxide, and that the ceramic electrode body preferably includes at least one metal compound consisting of at least two metal oxides. 9. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte del (18) er en redusert del av det keramiske elektrode-legeme (10).9. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said part (18) is a reduced part of the ceramic electrode body (10). 10. Fremgangsmåte til fremstilling av metall ved elektrolytisk reduksjon av en metallforbindelse oppløst i et smeltet salt, karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter anvendelse av en ikke-konsumerbar elektrode-innretning som angitt i hvilket som helst av de foregående krav.10. Method for producing metal by electrolytic reduction of a metal compound dissolved in a molten salt, characterized in that the method includes the use of a non-consumable electrode device as stated in any of the preceding claims.