-
Verfahren zum Verbinden von vorgebrannten, stumpf aufeinandergesetzten
Kohleblöcken für kontinuierliche Elektroden und nach diesem Verfahren hergestellte
kontinuierliche Anode für die Aluminium-Schmelzflußelektrolyse Für den Betrieb von
Elektroöfen mit kontinuierlichen Elektroden sind die selbstbackenden sogenannten
Söderberg-Elektroden wie auch Elektroden aus vorgebrannten Kunstkohleblöcken bekannt.
Beim Arbeiten mit vorgebrannten Kohleblöcken werden diese jeweils ihrem Verbrauch
entsprechend durch Aufsetzen aufeinanderpassender weiterer Blöcke auf die vorhergehenden
ergänzt.
-
Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Verbinden der aufeinandergesetzten
Kohleblöcke bekannt. So ist bereits beschrieben worden die Ausbildung der Verbindungsstellen
als Kegel und Kegelhülse in Verbindung mit einer Verstiftung. An Stelle der Verstiftung
ist auch bereits eine waagerechte Bohrung, welche durch den Kegel und die Kegelhülse
hindurchgeführt ist und in welche ein Doppelkeil eingeführt ist, bekanntgeworden.
-
Weiterhin gehört die Benutzung eines doppelkegelförmigen Gewindenippels,
welcher in entsprechende, mit Gewinden versehene Aussparungen, an den Verbindungsstellen
der Blöcke eingreift, zum Stand der Technik, wobei diese Verbindung gegen Drehung
ebenfalls mittels Arretierungsstift gesichert wird.
-
Eine andere Verbindungsart besteht in stumpfem Aufeinandersetzen der
Kohleblöcke mit einer Kittzwischenlage, die sich bei hinreichender Temperatur mit
Annäherung der Verbindungsstelle an das Schmelzbad verfestigt. Gleichzeitig können
zusätzlich noch durch mehrere Blöcke hindurchgehende senkrechte Bohrungen vorhanden
sein, welche zur Aufnahme von Tragankern dienen. Zur weiteren Erhöhung der Haftfestigkeit
neben der Notwendigkeit einer guten elektrischen Leitfähigkeit werden die an der
Verbindung beteiligten Kohlenoberflächen häufig noch gerippt oder mit Nut und Feder
versehen.
-
Ein anderes Verfahren benutzt Metallstifte, die in der Nähe der Stoßstelle
der Blöcke in die Blöcke eingebrannt sind und teilweise aus diesen hervorragen.
Diese hervorstehenden Stifte von zwei aneinanderstoßenden Blöcken werden durch aufgeschweißte
Bleche oder Stäbe miteinander verbunden.
-
Es ist auch bereits bekannt, die stumpf aneinanderstoßenden Kohleblöcke
mittels schwalbenschwanzförmige oder ähnlich gestaltete Verbindungsstücke miteinander
zu verbinden, welche in entsprechende Aussparungen in den Verbindungsflächen von
zwei Kohleblöcken eingreifen.
-
Schließlich sind Verbindungen zwischen Kohleblöcken bekanntgeworden,
bei welchen ein Verbindungsstück verwendet wird, das aus mehreren im Querschnitt
kreis- oder nahezu kreisförmigen, durch Stege verbundenen Teilen, besteht und seiner
Längsachse nach die zu verbindenden Blöcke an den Stoßenden längs ihrer ganzen Tiefe
durchdringt.
-
Es ist nicht zu umgehen, daß die Elektrode an einem der Kohleblöcke
gehalten und mit Strom versorgt wird, welcher nicht der unterste oder einer der
unteren ist. Infolgedessen muß die Verbindung zwischen dem übrigen Teil der Elektrode
und den unteren Kohleblöcken so fest sein, daß das Gewicht dieser unteren Blöcke
sicher getragen wird.
-
Aus dem aufgezeigten Stand der Technik ist ersichtlich, daß bereits
verschiedene Bemühungen erfolgten, um Verbindungen zwischen Kohleblöcken herzustellen.
Einige dieser Verfahren haben praktische Bedeutung erlangt und werden in der Technik
auch benutzt.
-
Die vorliegende Erfindung weist einen neuen Weg auf, um eine sichere,
haltbare und in der Herstellung einfach zu bewerkstelligende billige Verbindung
zwischen Kohleblöcken zu schaffen. Sie hat ein Verfahren zum Verbinden von vorgebrannten,
stumpf aufeinandergesetzten Kohleblöcken für kontinuierliche Elektroden zum Gegenstand,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Blöcke mit zur Lotrechten und zur Waagerechten
geneigt verlaufenden Bohrgängen versehen werden, die so verlaufen, daß sie sichbeim
Aufsetzen eines oberen Blockes auf einen unteren Block vom oberen Block in die Bohrungen
des bzw. der unteren Blöcke miteinander in ihrer Achse fluchtend fortsetzen und
daß dann in die vom oberen in
den bzw. die unteren Blöcke durchgellenden
Bohrgänge Verbindungskerne .eingebracht werden, die mindestens durch die Ansetzfuge
von zwei Kohleblöcken hindurchreichen. Es werden vorzugsweise Verbindungskerne zylindrischen
Querschnittes verwendet.
-
Zur Verbesserung der mechanischen Verbindung kann der Zwischenraum
zwischen den Verbindungskernen und den Bohrgangwandungen, sowie zwischen den einzelnen
Kohleblöcken mit einem sich vorzugsweise durch Erhitzen verfestigenden Kitt ausgefüllt
werden. Die Elektrode enthält demzufölge Bohrgänge, die sich durch zwei oder mehrere
Blöcke fortsetzen und in welche Verbindungskerne eingebracht werden, derart, daß
beirr Einsetzen mehrerer Verbindungskerne in einen Bohrgang die Stoßstellen dieser
Kerne im Inneren der Blöcke angeordnet werden.
-
Innerhalb der Bohrgänge neben .den Verbindungskernen etwa noch verbleibende
Hohlräume werden zweckmäßig mit Kernstücken und/oder Kittmasse ausgefüllt. Es versteht
sich von selbst, daß sich das Ausfüllen von Hohlräumen nur auf solche bezieht, die
nicht mehr zur Aufnahme von Verbindungskernen vorgesehen sind. So befinden sich
z. B. in den oberen Blöcken der Elektrode stets offene Bohrgänge, in welche erst
nach Aufsetzen eines weiteren Blockes noch Verbindungskerne eingesetzt werden. Solche
offenen Bohrgänge werden beim Betrieb der Elektrode zweckmäßig vorübergehend mit
einem Deckel oder Stopfen verschlossen, um das Eindringen von Staub u: dgl. zu vermeiden.
-
Das für die Verbindungskerne verwendete Material soll bei genügender
Festigkeit eine dem Elektrodenmaterial ähnliche Leitfähigkeit besitzen und andererseits
den Elektrolyten nicht vomnreinigen. Geeignet sind Kerne aus kohlenstoffhaltigem
Material. In vorzugsweiser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
als Verbindungskerne die bei der Herstellung der Bohrgänge in den Kohleblöcken anfallenden
Bohrkerne verwendet, wenn die Bohrgänge mit Hohlbohrern gebohrt werden, so daß die
Verbindungskerne aus dem gleichen Material wie die Elektroden selbst bestehen. Diese
Bohrkerne besitzen naturgemäß die Länge des Bohrganges durch einen Kohleblock.
-
Beim Einsetzen von auf diese Weise gewonnenen Bohrkernen wird die
Verbindung zwischen den Kohleblöcken so vorgenommen, daß die Bohrkerne etwa zur
Hälfte in den unteren Teil des Bohrganges des neu aufgesetzten Kohleblockes und
dementspre- ; chend etwa zur Hälfte in den oberen Teil des damit fluchtenden Bohrganges
des darunter befindlichen Kohleblockes eingeführt werden.
-
Bei der ersten Inbetriebnahme einer Elektrode ist es zweckmäßig, die
Bohrgänge etwa in der Mitte des ; untersten Kohleblockes (Anfahrblock) als Sacklöcher
blind enden zu lassen, um die Unterfläche der Elektrode nicht unnütz zu durchlöchern.
Blind endende Bohrgänge können im übrigen auch bei aufzusetzenden Blöcken in den
Fällen vorgesehen werden, wo zur Vermeidung von Hohlräumen in unteren Bohrgangenden
sonst noch ausfüllende Kernstücke und/ oder Kitt eingebracht werden müßten.
-
Wie erwähnt, ist es bereits bekannt, eine Halterung und Stromzuführung
bei kontinuierlich vorgebrannten Elektroden aus aufeinandergesetzten Kohleblöcken
dadurch zu erreichen, daß senkrechte, aufeinanderpassende; durchgehende und zum
Teil auch blind endende Löcher in die Kohleblöcke gebohrt werden, in die vertikale
Traganker eingeführt werden. Von dieser vorbekannten Maßnahme unterscheidet sich
das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedener Hinsicht. Diese Traganker sind nicht
dafür vorgesehen und auch nicht dazu geeignet, zwei Kohleblöcke miteinander zu verbinden.
Außerdem sind die Bohrgänge für die Traganker im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung
senkrecht angeordnet. Es ist erforderlich, diese nach Maßgabe des Elektrodenverbrauches
von Zeit zu Zeit höher zu setzen oder zu entfernen, damit sie nicht in das Schmelzbad
gelangen und dieses verunreinigen.
-
Zum Unterschied gegenüber dem Vorbekannten wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren in der beschriebenen Weise eine sichere, haltbare und auch in anderer
Hinsicht vorteilhaftere Verbindung der einzelnen Kohleblöcke bei kontinuierlichen
vorgebrannten Elektroden erzielt, ohne daß es dabei erforderlich ist, die Verbindungselemente
wieder zu entfernen. Dazu kommt, daß bei vorzugsweiser Verwendung von Bohrkernen
die Verbindung durch völlig artgleiches Material hergestellt wird und damit gleichmäßige
Leitfähigkeitsbedingungen in der Elektrode vorliegen. Die Halterung und Stromzuführung
erfolgt dagegen zweckmäßig in bekannter Weise, z. B. über seitlich angreifende Organe.
-
Zur Erzielung einer guten elektrischen Leitfähigkeit zwischen den
aufeinandergesetzten Kohleblöcken kann zusätzlich in bekannter Weise eine sich vorzugsweise
durch Erhitzen verfestigende Kittschicht zwischen diesen eingebracht werden. Das
Material für diese Schicht kann hierbei vorzugsweise das bei der Bohrung der Bohrgänge
anfallende Bohrrnehl enthalten, das gleichermaßen auch zum Einkitten der Verbindungskerne
verwendbar ist. Durch die eingebrachte Kittschicht wird die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren geschaffene feste mechanische Verbindung zwischen den Kohleblöcken einerseits
noch erhöht; andererseits werden an die Kittschicht kaum Anforderungen an Zugbeanspruchung
gestellt, was ermöglicht, daß die Kittschicht insgesamt dünner als üblich gehalten
werden kann. Auf diese Weise wird die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung verbessert,
zumal auch durch die Verwendung der ebenfalls aus Kohlenstoff bestehenden Verbindungskerne,
vor allem im Fall der Verwendung von aus artgleichem Material bestehenden Bohrkernen,
die Leitfähigkeit gegenüber den nach dem Stand der Technik gegebenen Bedingungen
ebenfalls verringert wird: Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens,
das eine sicher tragende Verbindung zwischen den als Elektrode dienenden Kohleblöcken
ermöglicht und damit eine große Stabilität derselben schafft, ist dadurch gegeben,
daß es die sonst bekannte erforderliche Verbindung durch Schraubnippel oder Schwalbenschwanz,
Rippung der einander gegenüberliegenden Blockoberflächen oder eine andere Gestaltung
derselben überflüssig macht.
-
Bei der üblichen Art der Herstellung von Kohleblöcken, bei der die
Kohlemischung lageweise verdichtet wird, läßt sich eine gewisse Inhomogenität der
Kohleblöcke oft nicht vermeiden. Das hat verständlicherweise auch eine unterschiedliche
Angreifbarkeit der Elektrode durch das Schmelzbad in den verschiedenen Lagen zur
Folge und kann leicht zu einem schichtweisen Abbrechen der Elektrode führen mit
den
unliebsamen Folgen einer Betriebsstörung. Durch das. erfindungsgemäße Verfahren
des Einsetzens von Verbindungskernen in die Bohrgänge in der beschriebenen Weise
wird auch eine innigere Verbindung zwischen den einzelnen Lagen der Kohleblöcke
geschaffen und die Gefahr des Abbrechens einzelner Schichten der Elektrode gemindert,
wenn nicht gar ausgeschaltet.
-
Bei den nach dem Stand der Technik aufeinandergesetzten Kohleblöcken
stellt häufig auch die Kittschicht auf Grund ihrer Inhomogenität eine solche Schwächezone
dar. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch dieser Nachteil behoben.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Abb. 1 bis 4 beispielsweise
näher erläutert. Die Abbildungen betreffen Elektroden aus vorgebrannten Kohleblöcken,
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden werden. Dabei zeigen
die Abbildungen mit dem Index a die Elektroden im Aufriß, die mit dem Index b die
dazugehörigen Grundrisse. Abb. 1 a und 1 b betreffen eine Rundelektrode 1 aus scheibenförmigen
Kohleblöcken 21
bis 26. In jedem dieser Blöcke wurden, unter einem Winkel
von 120° angeordnet, je drei Reihen zur Lotrechten und zur Waagerechten geneigte
Bohrgänge 31, 32 und 33, die untereinander parallel sind, gebohrt. Die Kohleblöcke
werden wie folgt miteinander verbunden: Es sei angenommen, daß die Elektrode bereits
aus den Blöcken 21 bis 24 besteht. Der Kohleblock 25 wird nunmehr
so aufgesetzt, daß seine Bohrgänge 32 und 33 mit den Bohrgängen 31 und 32 des darunter
befindlichen Blockes 24 fluchten. Von den Bohrgängen 33 jeder Reihe dieses
aufgesetzten Blockes 25 her wird jetzt ein Verbindungskern 45 aus
Kunstkohle eingeführt, der die Länge von drei Bohrgängen hat und der die Bohrgänge
33,des Blockes 25,
32 des Blockes 24 und 31 des Blockes
23 durchsetzt und auf diese Weise diese Blöcke miteinander verbindet. Dabei
kann zur Verbesserung der Verbindung in mechanischer und elektrischer Hinsicht der
Zwischenraum zwischen den einzelnen Kohleblöcken sowie zwischen den Verbindungskernen
und den Bohrgangwandungen mit einem sich durch Erhitzen verfestigenden Kitt ausgefüllt
werden.
-
Beim Aufsetzen des darauffolgenden Blockes 26 wird analog verfahren.
In diesem Fall ist es notwendig, wiederum je einen Verbindungskern in die Bohrgänge
33 dieses Blockes einzuführen, welche durch die drei Blöcke 26, 25 und 24 hindurch
bis zur Unterseite des Blockes 24 reichen. Die weitere Ergänzung der Elektrode
1 entsprechend ihrem Verbrauch im Ofen erfolgt in analoger Weise.
-
Die Abb. 2a und 2b zeigen eine Rundelektrode 1, die aus langen Blöcken
21 und 22 zusammengesetzt ist. In der Verbindungsebene b-b fluchten
miteinander die drei Bohrgangpaare 32 mit 31, 34 mit 33 und
36
mit 35, die mit ihrem anderen Ende die zylindrische Außenwand der Kohleblöcke
durchsetzen und zur Aufnahme der Verbindungskerne dienen. Die Bohrgänge
31 bis 36 sind, wie aus den Abb. 2a und 2b ersichtlich, so geführt, daß sie
sich nicht gegenseitig schneiden.
-
Die Abb. 3 a und 3 b zeigen die Elektrode 1, zu deren Aufbau
prismatische Blöcke 21 bis 23 dienen. Eine solche Elektrode findet insbesondere
im Fall der Aluminium-Schmelzfiußelektrolyse als Anode Anwendung. Durch die Blöcke
22 und 23 sind Bohrgänge 31 und 32 gebohrt worden, die in der Mittelebene
c-c verlaufen. Als Verbindungskerne 41 und 42
sind Bohrkerne eingesetzt,
die bei dem Bohren der Bohrgänge 31 und 32 mittels Hohlbohrern angefallen
sind. Sie werden so angeordnet, daß sie jeweils in der Mitte der Blöcke enden. In
die sich auf diese Weise ergebenden restlichen Hohlräume 5 werden Kernstücke und/oder
Kittmasse eingefüllt. Die im oberen Block 23 noch offenen Bohrgänge werden
vorübergehend durch die Deckel 6 verschlossen. Der als Anfahrblock dienende Block
21 enthält auf jeder Seite nur einen als Sackloch ausgebildeten Bohrgang
30,
der durch den Verbindungskern 41 vollständig ausgefüllt ist. Die
Abb. 4a und 4b zeigen eine Anode für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium, in
der die Bohrgänge 31 und 32 in den Kohleblöcken 21, 22 und 23 an beiden Hälften
des Blockes diagonalsymmetrisch zur Ebene f-f angeordnet sind.