NO883887L - CARBON ANNEX MOUNTING DEVICE. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en festeanordning for feste av en anodehenger til en karbonholdig anode som benyttes i celler for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse ifølge Hall-Heroult-prosessen, som angitt i ingressen til foreliggende søknads krav 1. The present invention relates to a fastening device for fastening an anode hanger to a carbon-containing anode which is used in cells for the production of aluminum by melt electrolysis according to the Hall-Heroult process, as stated in the preamble to claim 1 of the present application.

Aluminium fremstilles i det vesentlige ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i et kryolittholdig bad. Elektrolyseovnene som tillater dette, består av en karbonkatode anbragt i en stålbeholder som innvendig er isolert med ildfaste, isolerende produkter. Over karbonkatoden er det anordnet en karbonanode eller et antall karbonanoder som er nedsenket i det kryolittholdige bad og som gradvis oksyderes av oksygen som stammer fra dekomponeringen av aluminiumoksyd. Aluminum is essentially produced by electrolysis of aluminum oxide dissolved in a bath containing cryolite. The electrolysis furnaces that allow this consist of a carbon cathode placed in a steel container that is internally insulated with refractory, insulating products. Above the carbon cathode is arranged a carbon anode or a number of carbon anodes which are immersed in the cryolite-containing bath and which are gradually oxidized by oxygen originating from the decomposition of aluminum oxide.

Strøm føres gjennom cellene fra topp til bunn. Kryolitten holdes i flytende tilstand ved hjelp av Joule-effekten ved en temperatur nær størkningstemperaturen. De vanlige temperaturer for drift av disse celler er mellom 930 og 980° C. Det aluminium som fremstilles, er derfor flytende og avsettes ved gravitasjon på den tette katode. Aluminium som fremstilles, eller en del av det fremstilte aluminium, blir regelmes-sig suget av ved hjelp av en støpeøse og dekantert til smelte-ovner. Brukte anoder erstattes av nye. Current is passed through the cells from top to bottom. The cryolite is kept in a liquid state by means of the Joule effect at a temperature close to the solidification temperature. The usual temperatures for operating these cells are between 930 and 980° C. The aluminum produced is therefore liquid and is deposited by gravity on the dense cathode. Aluminum that is produced, or part of the aluminum produced, is regularly sucked off with the help of a ladle and decanted into melting furnaces. Used anodes are replaced by new ones.

Strømstyrken for disse elektrolyseovner er mellom 100.000The amperage for these electrolysis furnaces is between 100,000

og 300.000 ampere i dag. Strømforbindelser og fordelings-skinner fremstilles derfor av industrielle metaller med høy and 300,000 amperes today. Power connections and distribution rails are therefore manufactured from industrial metals with high

elektrisk konduktivitet, dvs. vanligvis rent eller legert kobber og aluminium. electrical conductivity, i.e. usually pure or alloyed copper and aluminium.

Karbonanodene henger i såkalte anodehengere som igjen er festet med klemmer til en anodebjelke for elektrisk og mekanisk tilkobling. Etter hvert som karbonanodene forbrukes og metall tappes fra cellen (metallet utgjør den egentlige katode) blir anodebjeiken senket for å bibeholde en mest mulig konstant avstand mellom katoden og karbonanodene. The carbon anodes hang in so-called anode hangers which in turn are attached with clamps to an anode beam for electrical and mechanical connection. As the carbon anodes are consumed and metal is drained from the cell (the metal constitutes the actual cathode), the anode bench is lowered to maintain as constant a distance as possible between the cathode and the carbon anodes.

I en elektrolysecelle av vanlig størrelse finnes ca. 20-30 karbonanoder, og siden disse anodene forbrukes gradvis, må In an electrolysis cell of normal size there are approx. 20-30 carbon anodes, and since these anodes are consumed gradually, must

en anode skiftes etter ca. 20-30 døgns funksjonstid avhengig av størrelsen på karbonanodene. Hver celle får dermed omtrent ett anodeskift hver dag. an anode is changed after approx. 20-30 day working life depending on the size of the carbon anodes. Each cell thus receives approximately one anode change each day.

Som nevnt i det foranstående er karbonanodene opphengt i anodehengere. Disse anodehengere tjener to oppgaver, nemlig å fastholde karbonanodene i riktig avstand fra katoden og å lede strøm fra anodeskinnen ned gjennom karbonanodene. As mentioned above, the carbon anodes are suspended in anode hangers. These anode hangers serve two tasks, namely to maintain the carbon anodes at the correct distance from the cathode and to conduct current from the anode rail down through the carbon anodes.

Strømstyrken for elektrolyseovnene er idag mellom 100.000The amperage for the electrolysis furnaces is today between 100,000

og 300.000 ampere. Anodehengerne er derfor i størst mulig grad fremstilt av metall med høy elektrisk konduktivitet, and 300,000 amperes. The anode hangers are therefore, to the greatest extent possible, made of metal with high electrical conductivity,

dvs. vanligvis rent eller legert kobber og aluminium. Siden den nederste del av anodehengerne befinner seg ved temperaturer nær temperaturen til det kryolittholdige bad, er imidlertid denne delen av anodehengeren fremstilt av et materiale som er motstandsdyktig overfor disse temperaturer, dvs. vanligvis stål. i.e. usually pure or alloyed copper and aluminium. Since the lower part of the anode hangers is at temperatures close to the temperature of the cryolite-containing bath, however, this part of the anode hanger is made of a material resistant to these temperatures, i.e. usually steel.

Ved den konstruksjonsmessige løsning som idag benyttes består ståldelen av et tverrgående åk med to eller flere nedadragende sylindriske nipler, mens den øvre metalldelen normalt har rektangulært tverrsnitt og er sveiset eller på annen måte festet til ståldelen. Videre er anodehengerne festet til karbonanodene ved at niplene er støpt fast i hull i anodene ved hjelp av støpejern. In the constructional solution used today, the steel part consists of a transverse yoke with two or more downwards cylindrical nipples, while the upper metal part normally has a rectangular cross-section and is welded or otherwise attached to the steel part. Furthermore, the anode hangers are attached to the carbon anodes by the nipples being cast firmly into holes in the anodes using cast iron.

Denne festemetode hvor det benyttes et stålåk med niplerThis fastening method uses a steel yoke with nipples

som er innstøpt i anodene er imidlertid beheftet med flere ulemper. Således er anodespenningen høy med derav følgende øket energitap på grunn av lite kontaktareal, ujevn strømfor-deling og dårlig elektrisk forbindelse mellom niplene og støpeforbindelsen og mellom støpeforbindelsen og anoden. Videre er den mekaniske forbindelsen ved innstøping dårlig, noe som sammen med termiske spenninger, på grunn av forskjell i utvidelseskoeffisient mellom stålåket og anoden, fører til at anoden ofte løsner fra stålåket, såkalt "kullslipp". Kullslipp medfører driftsforstyrrelser og ekstraarbeid som følge av at det må foretas opprenskninger og innsettes ny anode. which is embedded in the anodes is, however, subject to several disadvantages. Thus, the anode voltage is high with consequent increased energy loss due to small contact area, uneven current distribution and poor electrical connection between the nipples and the casting connection and between the casting connection and the anode. Furthermore, the mechanical connection during embedding is poor, which, together with thermal stresses, due to the difference in expansion coefficient between the steel yoke and the anode, leads to the anode often detaching from the steel yoke, so-called "coal slip". Coal spillage causes operational disruptions and extra work as a result of which cleaning must be carried out and a new anode must be inserted.

Det relativt kostbare utstyret (støpeøse, smelteovn, rense-utstyr etc.) som anvendes og arbeidet som medgår i forbindelse med innstøpingen, medfører dessuten at festemetoden som sådan er kostbar, og de totale utgifter som er forbundet med anvend-elsen av festemetoden er derfor høye. The relatively expensive equipment (casting ladle, melting furnace, cleaning equipment etc.) that is used and the work involved in connection with the embedment also means that the fastening method as such is expensive, and the total expenses associated with the use of the fastening method are therefore high.

I søkerens egen norske patent nr. 152800 er det beskrevetIt is described in the applicant's own Norwegian patent no. 152800

en festemetode mellom en inert anodetopp og en anodehenger hvor det i anodetoppen er anordnet et langsgående spor med svalehodeformet tverrsnitt og hvor niplene på anodehengernes stålåk er forsynt med en utforming som korresponderer med sporet i anodetoppen. Niplene og dermed anodehengeren fastholdes i sporet ved hjelp av en fjærende virkning ved at niplenes nedre ender er forsynt med vertikale slisser. an attachment method between an inert anode top and an anode hanger where a longitudinal groove with a swallow's head-shaped cross-section is arranged in the anode top and where the nipples on the anode hanger's steel yoke are provided with a design that corresponds to the groove in the anode top. The nipples and thus the anode hanger are held in the groove by means of a springy effect in that the lower ends of the nipples are provided with vertical slits.

Det har imidlertid vist seg i praksis at denne festemetode ikke er anvendbar på grunn av sprekkdannelser som resulterer i kullslipp. Sprekkene oppstår i de spisse hjørnene i sporet som følge av de store spenningskonsentrasjoner som her dannes. Det er dessuten en ulempe med denne festemetode at anodespenningen er relativt høy bl.a. på grunn av lite kontaktareal mellom anoden og hengeren. However, it has been shown in practice that this fastening method is not applicable due to the formation of cracks which result in the release of coal. The cracks occur in the sharp corners of the track as a result of the large stress concentrations that form here. It is also a disadvantage of this fastening method that the anode voltage is relatively high, i.a. due to small contact area between the anode and the hanger.

Det har vært et formål med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en festeanordning mellom anodehenger og anode som ikke er beheftet med ovennevnte ulemper, dvs. som er mekanisk sterk, kostnadsmessig rimelig og som har lav anodespenning og god strømfordeling i anoden. It has been an aim of the present invention to arrive at a fastening device between anode hanger and anode which is not affected by the above-mentioned disadvantages, i.e. which is mechanically strong, cost-effective and which has low anode voltage and good current distribution in the anode.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved hjelp av en festeanordning hvor anoden på oversiden er forsynt med minst ett langsgående spor hvorav i det minste en nedre del av sporet har hovedsakelig sirkulær utforming som har større diameter enn bredden på sporets øvre del, og at anodehengerens ståldel har komplementær utforming og strekker seg i det vesentlige langs hele sporets lengde, som angitt i den karakteriserende delen av foreliggende søknads krav 1. According to the invention, this is achieved by means of a fastening device where the anode on the upper side is provided with at least one longitudinal groove of which at least a lower part of the groove has a mainly circular design which has a larger diameter than the width of the upper part of the groove, and that the anode hanger's steel part has a complementary design and essentially extends along the entire length of the track, as stated in the characterizing part of claim 1 of the present application.

De uselvstendige kravene 1-5 angir fordelaktige utførelserThe independent claims 1-5 state advantageous embodiments

av oppfinnelsen. Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til figurene hvor: Fig. 1 viser i tverrsnitt og delvis i lengdesnitt en anodehenger påmontert en anode hvor det benyttes en festeanordning i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2 viser i tverrsnitt en anodehenger påmontert en anode hvor det benyttes et spor med alternativ utforming, og of the invention. The invention will now be described in more detail by means of an example and with reference to the figures where: Fig. 1 shows in cross-section and partly in longitudinal section an anode hanger mounted on an anode where a fastening device according to the invention is used, Fig. 2 shows in cross-section an anode hanger mounted on an anode where a track with an alternative design is used, and

Fig. 3 viser i tverrsnitt en anodehenger påmontert enFig. 3 shows a cross-section of an anode hanger mounted on one

anode hvor det benyttes to spor.anode where two tracks are used.

I Fig. 1 vises som angitt ovenfor en anodehenger 1 påmontert en karbonholdig, forbakt anode 2. Anoden 2 er på oversiden forsynt med et langsgående spor 5 som strekker seg i hele dens lengde. Den nedre del av sporet har sirkulær utforming med en diameter som er større enn sporets øvre del og som har hovedsakelig parallelle sider. Sporet 5 dannes fortrinns-vis ved maskinering (utfresing og utboring) etter at anoden er varmebehandlet (forbrent). Imidlertid vil det også kunne være mulig å lage sporet under selve formingen av anoden, In Fig. 1, as stated above, an anode hanger 1 is shown mounted on a carbonaceous, prebaked anode 2. The anode 2 is provided on the upper side with a longitudinal groove 5 which extends along its entire length. The lower part of the groove has a circular design with a diameter that is larger than the upper part of the groove and which has mainly parallel sides. The groove 5 is preferably formed by machining (milling and boring) after the anode has been heat-treated (burned). However, it would also be possible to make the groove during the actual forming of the anode,

dvs. før den blir varmebehandlet.i.e. before it is heat treated.

Anodehengeren 1 består av en øvre del 4 av aluminium eller kobber som er forbundet (ved 3) til en nedre del av stål 6. Forbindelsen 5 kan være en form for sveiseforbindelse, lodde-forbindelse eller en støpeforbindelse som nevnt i søkerens egen norske patentsøknad nr. 871133. Ståldelen 6 har en i forhold til sporet komplementær utforming og omfatter et øvre flatt parti 9 og et nedre sirkulært parti 10. Ståldelen kan være laget av rundstål som er sveiset til et platestykke, eller den kan være fremstilt i ett stykke ved støping. The anode hanger 1 consists of an upper part 4 of aluminum or copper which is connected (at 3) to a lower part of steel 6. The connection 5 can be a form of welding connection, solder connection or a casting connection as mentioned in the applicant's own Norwegian patent application no. 871133. The steel part 6 has a design complementary to the groove and comprises an upper flat part 9 and a lower circular part 10. The steel part can be made of round steel that is welded to a piece of plate, or it can be produced in one piece by casting .

Ved monteringen føres ståldelen av anodehengeren inn i sporet fra anodens ene kortside. Sikker innfesting og god kontakt mellom stålet og anoden oppnås ved bruk av hensiktsmessig lim, støpejern eller kontaktkasse/stampekasse. For å hindre at badsmelten kommer i kontakt med stålet er sporet i områdene ved endene av ståldelen fylt med tettemiddel i form av karbonmasse e.l. During assembly, the steel part of the anode hanger is inserted into the groove from one short side of the anode. Secure attachment and good contact between the steel and the anode is achieved by using appropriate glue, cast iron or contact box/smash box. To prevent the bath melt coming into contact with the steel, the groove in the areas at the ends of the steel part is filled with a sealant in the form of carbon mass or the like.

Med den her viste løsning hvor det benyttes et sirkulært stålparti som strekker seg i omtrent hele karbonanodens lengde, tilveiebringes et stort kontaktareal mellom anoden og stålet. Sammen med anvendelse av lim, støpejern eller karbonmasse som kontakt- og festemiddel oppnås derfor lav anodespenning, god strømfordeling og god innfesting. Videre, siden sporet ikke har skarpe kanter, vil det ikke bli initert sprekker i anoden som vil kunne forårsake kullslipp. With the solution shown here, where a circular steel section is used which extends for approximately the entire length of the carbon anode, a large contact area is provided between the anode and the steel. Together with the use of glue, cast iron or carbon mass as a contact and fixing agent, low anode voltage, good current distribution and good fastening are therefore achieved. Furthermore, since the groove does not have sharp edges, cracks will not be initiated in the anode which could cause coal discharge.

I Fig. 2 vises en alternativ utførelse av sporet 5 hvor dettes nedre del har oval utforming. Med en utforming av sporet som her vist, oppnås en reduksjon i spordybde, noe som igjen bevirker at butstykkelsen blir mindre (mindre anode-rest for den brukte anoden). Imidlertid er det ved denne utførelse viktig å passe på at krumningsradien ikke blir for liten slik at det initieres sprekkvekst. In Fig. 2, an alternative design of the groove 5 is shown, where its lower part has an oval design. With a design of the groove as shown here, a reduction in groove depth is achieved, which in turn causes the butt thickness to be smaller (less anode residue for the used anode). However, with this design it is important to ensure that the radius of curvature does not become too small so that crack growth is initiated.

I Fig. 3 vises en utførelse hvor det benyttes to parallelle spor og hvor ståldelen består av en V-formet forgrening med to komplementært utformede festepartier. Herved oppnås både bedre innfesting og bedre strømfordeling. Imidlertid vil denne utførelse være dyrere å anvende idet arbeidet ved infestingen og arbeidet med rensing av anodehengerne etter bruk blir mer omfattende. Fig. 3 shows an embodiment where two parallel tracks are used and where the steel part consists of a V-shaped branch with two complementary designed attachment parts. This achieves both better attachment and better power distribution. However, this design will be more expensive to use as the work during the installation and the work on cleaning the anode hangers after use will be more extensive.

Selv om det i det foranstående er vist eksempler hvor det benyttes ett eller to spor, vil det forstås at det innenfor oppfinnelsens ramme slik den er definert i kravene også vil kunne benyttes tre eller flere spor. Although the above shows examples where one or two tracks are used, it will be understood that within the scope of the invention as defined in the claims, three or more tracks can also be used.

Claims (4)

1. Festeanordning for feste av en anodehenger (1) til en karbonholdig anode (2) i celler for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse ifølge Hall-Heroultpro-sessen, hvor anodehengeren består av en øvre del (4) av aluminium, kobber e.l. og en nedre del (6) av stål hvor-til den karbonholdige anode er festet, karakterisert ved at anoden på oversiden er forsynt med minst ett langsgående spor (5) hvorav i det minste en nedre del (8) av sporet har hovedsakelig sirkulær utforming som har større diameter enn bredden på sporets øvre del, og at anodehengerens ståldel (6) har en i forhold til sporet (5) komplementær utforming og strekker seg i det vesentlige langs hele dets lengde.1. Fastening device for attaching an anode hanger (1) to a carbonaceous anode (2) in cells for the production of aluminum by melt electrolysis according to the Hall-Heroult process, where the anode hanger consists of an upper part (4) of aluminium, copper or the like. and a lower part (6) of steel to which the carbon-containing anode is attached, characterized in that the anode on the upper side is provided with at least one longitudinal groove (5) of which at least a lower part (8) of the groove has a mainly circular design that has a larger diameter than the width of the upper part of the groove, and that the steel part of the anode hanger (6) has a in relation to the groove (5) complementary design and extends substantially along its entire length. 2. Festeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at ståldelen (6) fastholdes i sporet (5) ved hjelp av liming e.l.2. Fastening device according to claim 1, characterized by that the steel part (6) is held in the groove (5) by means of gluing etc. 3. Festeanordning ifølge de foregående krav, karakterisert ved at den nedre del av sporet har oval utforming.3. Fastening device according to the preceding claims, characterized in that the lower part of the groove has an oval design. 4. Festeanordning ifølge de foregående krav, karakterisert ved at anoden er forsynt med to eller flere parallelle spor (5) og at ståldelen (6) er forsynt med to komplementære festedeler (9,10).4. Fastening device according to the preceding claims, characterized in that the anode is provided with two or more parallel grooves (5) and that the steel part (6) is provided with two complementary fastening parts (9,10).