Selbstbackende Elektrode zur Darstellung von Netallen und Legierungen. Die Darstellung von Aluminium ge- cliieht dadurch, dass man eine Lösung von A1_0., in geschmolzenem Kryolith bei einer Temperatur von etwa. 1000 elektrolysiert. Der Schmelzofen wird mit einem leitenden Boden versehen, der als Kathode dient, und mit. Oberelektroden, die senkrecht ins Bad hineinhängen, und als Anoden dienen. Der Ofen ist oben offen und die Oberfläche des Elektrolyten erstarrt und bildet eine Kruste, auf welche man das Rohmaterial füllt.
Die Kruste wird jedesmal zerbrochen, wenn man dem Bad neues Material zuführen muss und dies findet im allgemeinen alle -1 oder Stunden statt. Die Tonerde, die als Roh material dient, wird auf die Kruste gegeben, sobald sich diese gebildet hat und dient als Wärmeisolation des Schmelzofens während der folgenden Betriebsperiode, bis die Kruste wieder zerbrochen werden muss.
Man kontrolliert den Betrieb des Sehmelz- ofensdurch Beobachtung des "Anodeneffek- tes", der .dann jedesmal eintritt, wenn die Tonerde im Elektrolyten verbraucht ist und neues Material zugeführt werden muss. Dieser ,.Anodeneffekt" wird von einer plötzlichen Steigung des. elektrischen Widerstandes des Ofens begleitet, so, dass die erforderliche Spannung pro Ofen oft auf das Fünf- bis Zehnfache der gewöhnlichen Arbeitsspannung erhöht wird.
Der "Anodeneffekt" wird be seitigt durch Durehbrechen der auf dem Bade gebildeten Kruste und Durchrühren des Ofeninhaltes mit Hilfe von Eisenstangen oder Rechen, damitdieKrustenmaterialien mitdem Bad gemischt werden. Wir werden hier nicht darauf näher eingehen, was: den "Anoden effekt" bewirkt.
Es genügt darauf aufmerk sam zu sein, dass ,die plötzliche Steigerung des Energieverbrauches. des Ofens keine Er höhung der Ofenproduktion mit sich führt, sondern dass@ die erhöhte Energiemenge direkt in Wärme umgesetzt wird. Wenn man Jes- halb nicht möglichst schnell den "Anoden- effekt" beseitigt, so wird er die Temperatur des Ofens zum beträchtlichen Steigen brin gen.
Die gewöhnlichen Aluminiumöfen haben eine .grosse Anzahl Oberelektroden, die als Anoden dienen. Ihre Anzahl wechselt ge wöhnlich zwischen 10 und 48 in jedem Ofen. Diese Elektroden sind meist in zwei Reihen angeordnet mit einem geeigneten Zwischen raum zwischen den Reihen. Die Öfen werden nach Zerschlagen der Kruste zwischen zwei Reihen von Elektroden durchgerührt. An die ser Stelle ist -die Kruste dünn, während sie an der Aussenseite der Elektrodenreihe viel dicker und fester ist.
Die Behandlung des Ofens. (wie oben be schrieben) besteht aus. einer Reihe von Ope rationen, wie Zerbrechen der Kruste, Beseiti gung des "Anodeneffektes", Umrühren des Bades, Beschickung mit Tonerde etc. Der Ausdruck "Behandlung" des Ofens ist in der Folge benutzt, um alle diese Operationen zu bezeichnen.
Der Erfinder ist damit beschäftib-t ge wesen, die sogenannten Söderberg's selbst backenden Elektroden insbesondere für die Verwendung in Aluminiumöfen anzupassen. Dieses Elektrodensystem ist unter anderem in den Schweiz. Patenten Nr. 121661 und 124 016 beschrieben.
Durch Versuche hat man einen Alu miniumofen konstruiert, der diese Elektroden anwendet, gewöhnlich nur eine grosse Ober elektrode in jedem Ofen. Diese Elektrode kann die 10 bis 48 Einzelelektroden ersetzen, die in gewöhnlichen Öfen benutzt werden.
Die in. der Folge beschriebene Elektroden konstruktion kann auch in anderen Elektro- lyseöfen verwendet werden.
Die Benutzung einer einzigen grossen Söderbergelektrode in jedem Ofen führt eine Reihe von Vorteilen mit sich, besonders in bezug auf Reduktion der Elektrodenkosten, die einer der grössten Ausgabeposten in der Darstellung von Aluminium sind.
Ein Nachteil der grossen Elektrode ist es, dass der Ofen von der Aussenseite der Elek- trode behandelt werden. muss, wo die Kruste .dick und fest ist. Wenn man .deshalb kein besonderen Vorsichtsmassregeln nimmt, so wird mehr Arbeit erforderlich sein als ge wöhnlich, um die Kruste zu zerbrechen und den Ofen zu durchrühren.
Dieses. Verhältnis wird .dadurch ver- echlimmert, dass-der "Anodeneffekt" von einer grösseren Spannungssteigerung begleitet wird, wenn nur eine Elektrode in jedem Ofen benutzt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass .die vielen Elektroden der gewöhnlichen Öfen nicht genau zu demselben Zeitpunkt "Anodeneffekt" ,geben, so dass; der Energie verlust kleiner wird, als wenn nur eine Elek trode benutzt wird.
Dieses Verhalten macht es sehr wünschenswert, die Zeit zu reduzieren, die erforderlich ist, um die Kruste zu zer brechen und den "Anodeneffekt" zu be seitigen.
Der Erfinder hat nun eine sehr einfache und effektive Weise gefunden, um an be stimmten Stellen im Ofen die Kruste leicht zerbrechlich zu machen, indem die Elektrode mit mindestens einer von der Aussenseite zu gänglichan. Öffnung versehen wird, durch welche der Ofeninhalt .durchgerührt und Roh materialien zugeführt werden können. Die Arbeitsöffnungen können bei Elektroden von jeder beliebigen Q.uerschnittsform, rund oder länglich benutzt werden.
Die Öffnungen fül len sich mit geschmolzenem Elektrolyt und die Kruste wird in den Öffnungen ziel dün ner als, um die Elektrode herum, voraus gesetzt, dass die Öffnungen richtige Grösse und Form haben. Man hat auch gefunden, dass die Kruste unter günstigen Bedingungen viel dünner wird als in irgend einem andern existierenden Aluminiumofen, so dass die Be handlung des Ofens sowohl leichter, als auch schneller ausgeführt werden kann als in je dem andern Fall.
Dies ist für den Betrieb des Ofens von -der grössten Bedeutung nicht nur wegen .des niedrigeren Verbrauches an Ener gie und Arbeit bei der Behandlung -des Ofens während des ,,Anodeneffektes", sondern auch, weil die Kapazität des Ofens von diesen Be dingungen abhängt. Man kann diesen Ar- beitsöffnungen eine sehr verschiedene Form und Grösse geben..
Die Menge Rohmaterial, die auf einmal .durch eine Öffnung zugeführt werden kann, ist aber von der Grösse dieser Öffnung abhängig und es wirrt deshalb not wendig, die Materialzufuhr nach der Anord nung und Grösse der Öffnung einzurichten.
Man kann den Ofen mit regelmässigen Zeitinterwallen von zum Beispiel zwei bis vier Stunden durchrühren, wodurch man den "Anodeneffekt" vermeidet oder beschränkt, man kann aber auch da.s Eintreten des "Anodeneffekte" abwarten wie jetzt üblich.
Folgendes Beispiel zeigt den Nutzen der Arbeitsöffnungen: Ein bestimmter Ofen erfordert gewöhn lich 2 Minuten Arbeit mit zwei Mann, um den "Anodeneffekt" zu beseitigen. Er erforderte ferner 10 Minuten Arbeit von einem Manne, um die Kruste zu zerbrechen und das, Bad zu mischen. Für jeden "Anodeneffekt" war so mit angenähert 1-1 Minuten Arbeit von einem Manne erforderlich. Diese Arbeit wurde a..,zf 1 Minute Arbeit von einem Manne reduziert, wenn man .durch eine Öffnung in der Elek trode, wie oben beschrieben, den Ofen durch rührte.
Es geht hieraus hervor, da.ss die Be handlung des Ofens. auf ein Mindestmass re duziert worden ist.
Die Öffnungen können beispielsweise mit- telst einer aus Eisen oder anderem Metall hergestellten Form gebildet werden, ,die in die Elektrode eingeführt ist. Diese Form wird am besten entfernt, bevor sie die Badol-ber- fläche erreicht. Das Entfernen der Form ist jedoch nicht nötig, wenn sie aus einem Meall wie Aluminium besteht, das für den Betrieb des Ofens nicht schädlich ist.
Man kann in diesem Falle das Metall schmelzen und in den Ofen herabtropfen lassen. Die Öffnungen können auch aus Holz oder einem ähnlichen Material gebildet werden, das in die Elek trode eingebettet wird. Das Holz verbrennt oder wird verkohlt und man formt die Öff nung leicht bei Entfernung .der resultieren den Asche oder Holzkohle. Man kann auch die Öffnungen durch Einführung von Blök- ken geeigneter Form herstellen, die aus. dem Elektrolyt selbst gegossen sind. Die Blöcke werden dann in :der Elektrod enmasse ein gebettet.
Die Öffnungen werden beim Schmel zendes Materials gebildet.
Falls die Formen aus Metall bestehen, können sie @so. ausgeführt werden, dass, sie gleichzeitig Silos für das Rohmaterial (Kryolith und Aluminiumoxyd) bilden. Diese Silos müssen dann kurz über der Badeober fläche münden und müssen durch irgend einen geeigneten bekannten Mechanismus ge öffnet werden können. Die Rohmaterialien werden dann an der Stelle herunterfallen, wo sie sehr leicht dem Bad zugeführt werden können. In dieser Weise kann man leicht eine automatische Beschickung von Aluminium öfen anordnen.
Es kann bei dieser Anord nung vorteilhaft sein, den mittleren Teil der Form, der sich also im zentralen Teil der Elektrode befindet, als Gaskanal anzuordnen und die Teile, die sich an der Peripherie be finden, als Silos auszuführen.
Diese Anord nung ist in wärmetechnischer Hinsicht für die Elektrode sehr vorteilhaft, indem der heisseste Teil der Elektrode durch einen guten Luftzug gekühlt wird. Dadurch werden die Backverhältnisse sehr gleichmässig und in einem Horizontalschnitt ,durch die Elektrode wird das Backen überall gleich weit vor- geschritten sein.
Alle Kontakte derselben Reihe werden deshalb dieselbe .Stromstärke aufnehmen. In der Zeichnung sind verschie dene Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Elektrode mit einer durehgehen:den Arbeitsöffnung ver sehen, die die Elektrode in zwei Hälften teilt. Die Elektrode ist in einem Ofen 1 gezeigt von der Art, die zur Darstellung von Alu minium angewandt wird. 2 zeigt den ge schmolzenen Elektrolyt,<B>3</B> zeigt die Kruste er starrten Elektro:
lytes und Tonerde, 4 ist der untere Teil der Elektrode, nachdem der Alu miniummantel abgeschmolzen. ist. 5 zeigt die Arbeitsöffnung, die mittelst einer eisernen Form 6 aus zwei Eisenplatten in einem<B>Ab-</B> stand von zum Beispiel 15 bis<B>25</B> 2m be- stehend geformt wird. Die Eisenplatten sind durch Bolzen 7 verbunden.
Die Elektrode ist mit einem Aluminium mantel & in zwei Hälften versehen. Der Man tel trägt Rippen. 9, die im Schweiz. Patent Nr. 162 579 näher beschrieben sind und die dazu dienen, den Mantel mit der Elektrode beziehungsweise mit dem Aufhängungs mechanismus. zu verbinden.
Die zwei Mantel hälften werden um die eiserne Form mittelst der Bolzen 10 und der Keile 11 zusammen- gehalten. Die Bolzen werden zweckmässig aus Eisen gemacht, müssen aber in dem Falle vom untern Ende des Mantels entfernt wer den, bevor der entsprechende Teil des: Man tels schmilzt und in den Ofen hineintaucht. Die Form endet etwa 5 bis 15 cm über der Badeoberfläche.
Sie muss, falls sie aus Eisen besteht, zum Beispiel alle :drei Tage in der Elektrode aufwärts gezogen werden, so, dass .das untere Ende nicht in die Schmelze Der Strom wird der Elektrode mittelst der Kontakte 12 und 13, die mit den Kabel schuhen 14 und 15 verbunden sind, zugeführt. Die Kontakte 1'2 :sind runde Steckkontakte, :
die in dem obern weichen Teil der Elektrode eingeführt werden und am untern Ende wie der herausgezogen werden. Sie werden zweck mässig mit den Kabelschuhen direkt verbun den. Die Kontakte 13 sind flache Kontakte, die an den auswendigen Rippen in die Elek trode eingeführt werden und mit diesen mit- telst Schrauben oder in anderer Weise ver bunden werden.
Bei dieser Anordnung kön nen die Kabelschuhe mit :dem obern Teil des Aluminiummantels verbunden werden, wie bei 15 gezeigt, und die Anordnung hat den Vorteil, dass es nicht nötig ist, die Kabel schuhe 15 jedesmal zu versetzen, wenn ein Satz Kontakte herausgezogen wird.
16 zeigt einen Aufhängungsrahmen der mittelst Eisenketten 17 und Bolzen. 1 & mit den auswendigen Aluminiumrippen verbun den ist.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Elektrode, die mit Hilfe einer Form 6 in zwei Hälften geteilt ist. Diese Form ist wieder geteilt, so .dass die Teile 6a und 6c (siehe F'ig. 4) Silos für die Rohmaterialien bilden, während der mittlere Teil 6b Abzugschorustein (Gas kanal) ist. 19 (Fig. 3) bezeichnet die Mün dung des Silos, wo eine Tür oder eine andere verstellbare Anordnung zum Leerender Silos angebracht ist. Diese Form kann auch für die Zufuhr elektrischen Stromes an die Elektrode benutzt werden.
Fig. 5 und 7 zeigen eine Elektrode mit Arbeitsöffnungen, die von aussen in die Elek trode hineingehen, aber nach oben verschlos sen sind. Die Öffnungen 5 werden mit Hilfe von flachen Eisenkontakten 13 (F'ig. 7) ge formt, die radial zwischen zwei Aluminium rippen in die Elektrode eingeführt sind und mit Hilfe der Bolzen 10 und der Keile 11 an :diese Rippen festgeklemmt werden. Die Kontakte sind in Fig. 6 von der Seite ge zeigt.
Sie werden zweckmässig schräg gestellt, so dass der untere Teil der Kontakte mög lichst nahe an: der Badoberfläche steht, bevor der Kontakt herausgezogen wird. Die Kon takte, die in der Elektrodenmasse fest gebacken sind, können herausgezogen werden, zum Beispiel mittelst einer Daumkraft oder sie können durch Schläge eines schweren Hammers am Ende des Kontaktes losgemacht werden. Der erste Schlag muss :dann na-eh un ten gerichtet werden.
Die Kontakte können benutzt werden, um4erElektrode den ganzen Strom zuzuführen oder sie können mit Kon takten gewöhnlieher Art zusammen an gewandt werden. Die Kabelschuhe können mit den Enden der Kontakte oder auch mit den Rippen verbunden werden. An :den Sei tenwänden der Öffnungen wird -die Elek- trodenmasse vollständig blossgelegt, sobald die Kontakte herausgezogen sind, weshalb etwas Luftzehrung durch Oxydation der glühenden Kohlenmasse in der Arbeitsöff nung entstehen wird, so dass. sich diese erwei tern wird.
Die Breite der Öffnung kann re guliert werden durch Regulieren des Ab standes. zwischen dem untersten Eisenkontakt und :der Badoberfläehe, sowie durch Regulie ren der Breite des Eisenkontaktes.