Verfahren zum Verbinden der Kohleblöcke im kontinuierlichen Betrieb von Kohleelektroden, und Kohleblock zur Ausführung dieses Verfahrens Für das kontinuierliche Arbeiten mit elek trischen Öfen, die mit Kohleelektroden betrie ben werden, ist es bekannt, selbstbackende kontinuierliche Elektroden zu verwenden. Es ist weiterhin bekannt, mit festen vorgebrann- ten Elektroden in der ZV eise zu arbeiten, dass auf die abbrennenden Elektrodenblöcke neue Elektroclenblöeke aufgesetzt werden.
Hierbei ist es besonders wichtig, dass zwischen den einzelnen Elektrodenblöcken eine elektrisch gut leitende Verbindung besteht. Dies hat man bisher dadurch zu erreichen versucht, d@ass man die einzelnen Blöcke miteinander durch eine formschlüssige Verbindung, wie z. B. durch Gewindeansätze oder durch schwalbenschwanz- förmige Nuten und Leisten, verbunden hat.
Abgesehen von der umständlichen Hand- lrabung, zu der solche Verbindungen führen, ist ein sicherer Stromübergang auch hierbei nicht gewährleistet, dpa die wirksame Kontakt fläche zwisellen den Blöcken nur klein bleibt. Man hat daher auch schon vorgeschlagen, zwi- Sehen die Blöcke vor dem Zusammenfügen eine dünne Schicht flüssigen Bindemittels, wie z.
B. von dünnen Mischungen aus Pech und Pechkoks, einzubringen, das die neben den direkten Kontaktflächen vorhandenen Zwi schenräume zwischen den Blöcken ausfüllen und sieh nach dem Verkoken an der Strom leitung beteiligen soll. Es hat ,sich jedoch ge- zeigt, dass diese dünne Bindemittelschicht beim Verkoken schrumpft und reisst und so ihren Zweck nicht erfüllt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden der Kohleblöcke im kontinuierlichen Betrieb von Kohleelektroden für Elektroöfen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die vorgeb:rannten Kohl'eblöcke auf einandergesetzt werden unter Einbringung einer Zwischenschicht aus einer ungebrannten .Masse von solcher Zusammensetzung, --Hin- deststärke und Konsistenz,
dass eine meelra- niseh feste Verbindung und ein sicherer Stromübergang zwischen den Kohleblöcken nach der Verkokung gewährleistet ist.
Nach dem 'Verfahren gemäss vorliegender Erfindung wird eine feste Verbindung und ein sicherer Stromübergang zwischen den Blöcken nach der Verkokung gewährleistet. Zweckmässigerweis.e weist hierzu die Verbin dungsschicht eine Stärke von mindestens 5, vorzugsweise jedoch von 10 bis 15 mm auf. Die Konsistenz der Verbindungsmasse ist vor teilhaft derartig, dass sie in der Wärme zwar plastisch ist und sich gut und dicht aufbrin gen lässt, aber nicht. infolge des! Druckes des oben aufliegenden Elektrodenblockes unter halb der Verkokungstemperatur seitlich her ausläuft.
Sie sollte also der von Mörtel beim Vermauern von Ziegelsteinen entsprechen, was sich durch richtige Wahl der Körnung der Festbestandteile (z. B. Koks) und des Binde mittels (z. B. Pech) leicht. verwirklichen lässt.
Es ist zweckmässig, die Verbindungsflächen derartig auszugestalten, dass ein seitlichens Verrutschen der Blöcke gegeneinander aus geschlossen ist.
Um ein etwaiges Austreten der Verbin- dungsmasse weiter zu erschweren und gleieh- zeitig die Verbindungsfläche zu vergrössern, ist es vorteilhaft, eine oder beide sieh gegen überstehenden Stirnflächen der einzelnen Blöcke mit einer Rippung zu versehen, vor zugsweise einer solchen, bei der die Rippen parallel zu den Aussenkanten der Stirnflächen verlaufen, bei runden Blöeken also mit in Form von konzentrischen Kreisen angeordne- ten Rippen.
Es ist auch möglich, dass das Aufbringen der Schicht nicht in einer zusammenhängen den Fläche, sondern in einzelnen voneinander durch Zwischenräume getrennten kleineren Flächen vorgenommen wird. Zweckmässig wird das Bindemittel in dieser Form an der Unter seite des jeweils aufzusetzenden Kohleblockes angebracht, da hierdlurch ein vorzeitiges Er wärmen und zu starkes Erweichen der Ver bindungsmasse vermieden wird.
Vor dem Aufsetzen dies neuen Kohlebloekes auf den darunter befindlichen, wird ersterer dabei an der Unterseite vorzugsweise mit streifenförmig aufgelegter Verbindungmasse belegt. Nach dem Aufsetzen dies Blockes auf den untern Block breitet sich die Verbin dungsmasse dann gleichförmig über die ge samte Verbindungsfläche aus.
Die Sehieht- stärke der aufgelegten Streifen wird dabei so bemessen, dass auch nach gleichmässiger Ver teilung der Verbindungsmasse zwischen den Blöcken noch .eine Schichtstärke von min destens 5, vorzugsweise jedbeh 10-15 1Vlilli- metern erhalten bleibt.
Mit. Vorteil kann man auch Kohleblöeke verwenden, bei denen die Verbindung,sm:lsse in Vertiefungen, z. B. Nuten, Rillen, Löchern oder dergleichen, eingebracht ist, die sich an der Ober- und/oder Unterseite der Kohle blöcke befinden. Die Anbringung der Ver- bindungsmasse ist in diesem Fall besonders einfach. Die heisse, dickflüssige Masse wird über die zu präparierende Fläche vergossen und d.er übersehuss mit einem Lineal oder der gleichen abgezogen.
Dabei bleiben die vor sehenen Vertiefungen mit Verbindungsmasse gefüllt. Die Anzahl und Abmessung der Ver tiefungen ist so berechnet, dass die darin ver bleibende Verbindungsmasse ausreicht, eine Zwi:sehensühieht von mindestens 5, vor7usis- weise von 10 bis 15 Millimetern Dicke zwi- :sehen zwei Kohleblöcken entstehen zu lassen.
Dabei wird die der Unterseite gegenüberlie gende Oberseite der Kohleblöcke zweel-imäf.;i±# so ausgebildet, d.ass beim Aufsetzen ebnes neuen Blockes auf den bereits in Betrieb befindlielien auf beiden V erb-indung,sfläelien die Erhebuncen der einen Fläche in entspre chende Vertiefungen der andern Fläche pas sen, so dass sich zwischen beiden Flächen eine nahezu gleichmässig dicke Schicht von Verbin dungsmasse ausbreiten kann.
Die Kohleblöcke gemäss vorliegender Erfin dung lassen sich in einfacher Weise mit Ver- bindungsmasse, z. B. in streifenförmiger An ordnung, versehen und sind dann beim Lagern und beim Transport sehr unempfindlich gegen raube Behandlung, Stösse und dergleichen, wenn die Verbindungmasse geschützt in den Vertiefungen der Oberfläche angeordnet ist. Die auf der Oberfläche des Kohleblockes vor zusehenden Vertiefungen können auch als Nu ten und Federn ausgebildet werden, oder aber man kann die Oberflächen der Blöcke wellen förmig gestalten.
Hierdurch gelingt es, ausser der vorteilhaften Unterbringung der Kitt masse auch ausreiehende Berührungsfläehep zwischen den einzelnen Kohleblöcken zu Sehaf fen, wodurch der Stromtransport einwandfrei möglich ist.
Zur Stromzuführung kann man die hierzu benötigten Klemmbaeken, Kontakte, Nippel oder dergleichen seitlich oder von oben an die Elektroden heranführen. Im letzteren Falle verwendet man zum Beispiel sogenannte Klemmnippel. Dies sind Stangen, die mit einem meist zylindrischen Kopf versehen sind und die von oben mit. dem Kopf zuerst in senkrechte Löcher der Elektroden eingeführt -erden. Entsprechend dem Verbrauch Jer Elektrode im Ofen werden die Nippel von Zeit, zu Zeit in den senkrechten Löchern der Elektrode nach oben gezogen.
Hierbei wird die Anordnung zweckmässi- gerweise so getroffen, dass die Elektrode aus zwei oder mehreren Kohleblöeken besteht, die senkrecht. durchgehende Löcher aufweisen, in die die aus einem zylindrischen Kopf bestehen den Klemmnippel eingeführt werden, wobei die Nippel durch Spreizen ihres Kopfes Lest mit den Blöcken verbunden werden. In dem Masse, wie die beispielsweise als Anode be nutzte Elektrode verbraucht wird, wandern die Nippel mit dem untern Kohlebloek immer tiefer und erreichen nach einem bestimmten Verbrauch das Niveau des Elektrolyten.
Zu diesem Zeitpunkt werden die bisher benutzten Nippel gelockert. und höher gezogen, damit ein Abbrand der Nippel und damit. eine Ver- unreinigung der Elektrolyten nicht eintreten kann.
Es lässt sich bei der bisherigen Arbeits weise nicht. vermeiden, dass die Köpfe der Nippel durch den heissen Elektrolyten, in des sen Nähe sie geführt werden müssen, stark erhitzt und dadurch vorzeitig unbrauchbar werden. Ferner steigen durch die offenen Löcher die Reaktionsgase, die erhebliche @Ien- gen Kohlendioxyd enthalten, von der Ua.ter- seite auf, wobei sie durch die Kaminwirkung der durchgehenden Öffnung unterstützt. wer den, und. verursachen durch Umsatz mit dem Kohlenstoff der Anode Formänderungen in den Löchern der Kohleblöcke.
Diese Nachteile können dadürch vermie den werden, da.ss man die Kohleblöcke ausser mit durehgehenden Löchern auch mit solchen versieht, die nach unten blind enden. Solange die Anode beispielsweise aus zwei überein ander befindlichen, erfindungsgemäss verbun denen Blöcken besteht, werden die Nippel. in dem untern Block befestigt, tragen die Anode und leiten ihr den Strom zu.
Nun werden sowohl in dem untern als auch in dem obern Kohlebloek blind in den Kohleblöeken endende Öffnungen in Form von Kanälen vorgesehen, in denen ebenfalls Nippel befestigt sind.
So- bald der untere Block bei der Elektrolyse so weit. verbraucht" ist, dass die Gefahr des Ein dringens von Elektrolyt in die blind endenden Öffnungen besteht, werden die in diesen Öffnungen befindlichen Nippel herausgezogen, und die in dem darüber befindlichen Kohle- block befindlichen Nippel übernehmen deren Funktion, während man gleichzeitig einen dritten Kohleblock auf den bisher oben befind= liehen Block aufsetzen kann.
Diese Operatio nen wiederholen sich weiter sinngemäss.
Bei der Aluminiumelektrolyse werden die in der Elektrolysezelle befindlichen Anoden nicht nur an ihrem in den Elektrolyten tau chenden Ende durch den elektrochemischen Prozess verbraucht, sondern es entstehen auch ausserhalb dies Elektrolyten Verluste an Anodensubstanz, und zwar durch Einwirkung des Luftsauerstoffes auf die Anode, die in der Nähe des etwa, 1000 C heissen Elektro lyten an ihrer der Luft ausgesetzten Ober fläche ein Temperaturgefälle von etwa 900 bis etwa 150 C aufweist. In der Zone von 900 bis etwa 450 C wird die Anode durch den Luftsauerstoff so stark angegriffen, dass sie an ihrer Oberfläche etwa 15 bis 35 mm tief abgetragen wird.
Der im Elektro lyten zur Wirkung gelangende Querschnitt der Anode ist deshalb wesentlich geringer als der ursprüngliche, und der durch den sogenann ten Luftabbrand hervorgerufene Verlust an Substanz ist ein wesentlicher Teil des gesam ten Anodenverbrauches der Elektrolysezelle. Es sind bereits Verfahren bekannt, den Ab- brand'verlust der Anoden einzuschränken. Zum Beispiel verwendet man bor- und phos phorhaltige Verbindungen, mit denen die Oberfläche der Anoden bestrichen oder ge tränkt wird.
Dieses Verfahren ist verhältnis mässig kostspielig. Es ist auch bekannt, durch konstruktive Massnahmen den Abbrandverlust einzuschränken, indem man zum Beispiel die Zahl der Anoden je Zelle verringert und dafür ihren Querschnitt entsprechend vergrö ssert, wodurch die dem Luftsauerstoff darge botene Fläche verhältnismässig verkleinert wird, oder der gesamte Anodenquerschnitt einer Zelle wird verkleinert,
wodurch sich die Absenkgeschwindigkeit der Anode erhöht und damit die Verweilzeit in der dem Luftabbrand ausgesetzten Zone verringert. Diese konstruk tiven Massnahmen verändern aber gleichzeitig andere Eigenschaften der Zelle, so dass sie nicht allein zu Gunsten eines geringen Luft abbrandes der Anoden angewendet werden können, wenn andere Erwägungen nicht sogar eine Anwendung im entgegengesetzten Sinne erforderlich machen. Zudem ist ihre Wirksain- keit auch beschränkt.
Bei Elektrolyseöfen mit. mehr als einer Anode gelingt es, den Luftabbrand dadurch :stark einzuschränken, dass man die Zwischen räume zwischen den Anoden mit einer Schutz schicht ausfüllt, die den Zutritt des Luft sauerstoffes praktisch verhindert. Die Schutz schicht wird zum Beispiel durch Einfüllen eines pulverförmigen Stoffes gebildet und so hoch aufgefüllt., dass :
alle durch Luftabbrand gefährdeten Flächen bedeckt sind. Enge Zwi schenräume, vorübergehendes Abdecken der senkrechten Spalte zwischen den Anoden mit tels Leisten und sanftes Feststampfen bzw. Festklopfen der Schutzschicht erleichtert ihre Herstellung. Aus praktischen Gründen be nutzt man hierfür die Chemikalien, die dem Elektrolyten laufend zugefügt werden und meist in brauchbarer, pulverförmiger Kör nung vorliegen. Man kann diese Chemikalien einzeln oder such in beliebiger Mischung ver wenden, so z.
B. eine Mischung von kalzi- nierter Tonerde mit kalzinierter Soda.
Dieses Verfahren unterbindet den Luft- abbra.nd praktisch vollständig an allen Fli ehen, die durch Zwischenräume getrennt sind. Es ist besonders gut anwendbar beim Betrieb der Zellen mit kontinuierlichen, vorgebrann- ten Anoden, da. die Sehutzsehiehten dabei nicht durch das Auswechseln der Reste ge- stört werden.
Schliesslich ist es möglich, den Kohlebloek bereits vor dem Aufsetzen auf die Elektrode im Ofen mit allen erforderlichen Einriehtan- gen zur Halterung und Stromzuführung, wie z. B. Klemmbacken, Nippel und dergleichen, auszurüsten und den so vorbereiteten Kohle- block auf die in Betrieb befindliche Elektrode aufzusetzen und zu: befestigen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, in der Ausführungsfor men beispielsweise und schematisch dargestellt sind.
Fig. 1 stellt im senkrechten Schnitt die Anbringung der Verbindungsmasse an einem Kohlebloek in Streifenform dar.
Fig. 2 gibt ebenfalls im senkrechten Schnitt einen mit Federn versehenen Kohlebloek und dessen Verbindung mit einem mit Nuten %-er- schenen zweiten Block mit. Hilfe der Verbin- dungsmasse wieder.
Nach Fig. 3 sind die Kohleblöeke an ihrer untern bzw. obern Fläche wellenförmig ge staltet.
Fig. 4 zeigt. die bisher übliche Anordnung der Klemmnippel bei erfindungsgemäss mit einander zu verbindenden Kohleblöeken.
Fig. 5 veranschaulicht Einzelheiten von Fig. 4, während Fig. 6 die Ausbildung vier Öffnungen und Anbringung der Nippel ge mäss obigem Vorschlag verdeutlicht.
In Fig. 1 ist der Kohlebloek 1 in das z u elektrolysierende Schmelzbad eingetaucht.
Vor dem Aufsetzen des neuen Kohlebloeke:s 2 wird dieser an der Unterseite mit streifen förmig aufgelegter Verbindungsmasse 3 belegt. Nach dem Aufsetzen des Blockes 2 auf den untern Block 1. breitet sieh die Verbindungs masse gleichförmig über die gesamte Verbin dungsfläche aus. Die Schichtstärke der aufge legten Streifen wird dabei so bemessen. dass auch nach gleichmässiger Verteilung der Ver bindungsmasse zwischen den Blöcken noch eine Schichtstärke von mindestens 5, vorzugs- weise jedoch 10-15 Millimetern, erhalten bleibt.
In Fig. \? ist mit 4 der obere und mit 5 der untere Kohlebloek bezeichnet. Der Bloel, 4 besitzt, auf seiner Oberseite die Federn 6 und auf seiner untern Seite die Nuten 7, während : die Federn des -Blockes 5 mit 8 bezeichnet sind. In bzw. zwischen die Nuten 7 des Blocher 4 und die Federn 8 wird die Verbindungs masse eingebracht, worauf die Blöcke aufein- andergesetzt werden.
Aus Fig. 3 ist ersieht lieh, dass die Blöcke 4 und 5 eine wellenför mige Gestaltung ihrer obern und untern Flä chen besitzen, .so dass sich Vertiefungen 9 und Erhöhungen 10 ergeben, die passgereclit aus zubilden sind. Die Blöcke werden dann in ent sprechender Weise aufeinandergesetzt, wäh rend die Kittmasse in den jeweiligen Ver- tiefun-en untergebracht ist..
Nach Fig. 4 besteht. die Elektrode aus den Kohleblöeken 11 und 12, die durch .eine Zwi- sehensehieht \.'0 verbunden sind, und dient: bei dem Beispiel als Anode. 14 ist die Kathode und 15 der Elektrolyt-. In die senkrechten Löcher 1.9 der Kohleblöeke sind Klemmnippel 16 mit zylindrischem Kopf 17 eingeführt und durch Spreizen der Köpfe fest mit den Blök ken verbunden.
Die Nippel sind an dem Trä ger 18 befestigt, der die Elektrode trägt und gleichzeitig den Strom über die Nippel zu der Elektrode leitet. Der Träger 18 kann durch 'indwerk vertikal bewegt werden, um den Verbrauch der Elektrode im Elektrolyten aus- zugleiehen und den Abstand der Anode 11 von der Kathode 14 in der vorgeschriebenen Höhe zii halten.
Im Verlauf dieser Bewegung wan dern die Nippel 1.6 mit dem Block 11, der langsam verbraucht wird, immer tiefer und erreichen bald das Niveau des Elektrolyten. Zu diesem Zeitpunkt müssen die Nippel 16 gelockert und höher gezogen werden, so dass ihre Köpfe 17 sich etwa im Block 12 befinden. Während dieser Operation muss die Elektrode vorübergehend durch eine Hilfsvorricbt.ung in ihrer Höhe festgehalten werden, was durch die Klemmbacken 21 angedeutet ist. Nach dem. Verbrauch des Blockes 11. wird der Block 13 auf Block 12 befestigt, so dass nach Verbrauch eines Blockes immer ein neuer Block aufgesetzt wird.
Die beschriebene Ar beitsweise hat den Nachteil, dass die Nippel.- köpfe 17 durch den etwa<B>10000</B> C heissen Elek trolyt, der sich im untern Teil der Löcher 19 befindet, stark erhitzt und vorzeitig unbrauch bar werden, ferner steigen die Reaktionsgase, die erhebliche Mengen.
Kohlendioxyd enthal ten, von der Unterseite durch die Löcher der Elektrode, unterstützt durch die Kamin mir- kung der Löcher, nach oben und verursachen durch die Reaktion C02 -f- C = 2 CO Forrn- v eränderungen in den Löchern der Kohle blöcke, wie sie in Fig. 5 skizziert sind.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn man die Kohleblöcke ausser mit durchgehenden Löchern auch mit solchen versieht, die nach unten blind enden, wie letztere in Fig. 6 mit Ziffer 23 bezeichnet sind. Solange die Anode aus den Blöcken 11 und 12 gebildet wird, sind die Nippel 16 in dem Block 11 befestigt, tragen, die Anode und leiten ihr den Strom zu. Vorsorglich werden in den Löchern 23 des Blockes 12 ebenfalls Nippel 2\3 befestigt.
Sobald der Block 1.1 so weit verbraucht ist, dass Gefahr des Eindringens von Elektrolyt. in die Löcher 23 des Blockes 11 besteht, werden die Nippel 1.6 herausgezogen, die Nippel 22 über nehmen deren Funktion, und ein weiterer Block 13 wird auf Block 12 :aufgesetzt. Die Opera tionen wiederholen sich weiter sinngemäss.
Aus oben gesagtem ist ersichtlich, dass bei dieser Anordnung der Löcher in den Blöcken weder der Nippelkopf durch den heissen Elektrolyten beeinflusst noch das Loch durch aufsteigende Reaktionsgase verändert werden kann; ausserdem sind die Löcher 19 stets durch den darüber befindlichen Kohle block gesperrt, so dass eine Kaminwirkung unterbunden ist.. Nach dem Ziehen der Nippel aus der Unterkohle kann man die freiwerden: den Löcher 19 und 23 verschliessen, z. B. durch Einführen von Tonerde oder Kunst kohleerzeugnissen.