DD201837A5 - ELECTRODE FOR MELT FLUOR ELECTROLYSIS - Google Patents
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Abstract
Elektroden fuer die Schmelzflusselektrolyse mit einem oberen Abschnitt (5) aus Metallegierung, der gegebenenfalls eine Kuehleinrichtung (2,3) einschliesst, wobei der obere Abschnitt (5) einen inneren (16) und einen auesseren Teil (17), die voneinander loesbar ausgebildet sind, sowie zimindest einen unteren Abschnitt (6) aus Aktivmaterial aufweist. Die Eelektroden sind insbesondere fuer die elektrolytische Erzeugung von Metallen, wie Aluminium und Magnesium oder Verbindungen, geeignet. Sie erlauben energiesparenden, sicheren Betrieb und sind wartungs- und reparaturfreundlich.Electrodes for fused-salt electrolysis with a metal alloy upper section (5), optionally including a cooling device (2, 3), the upper section (5) having an inner (16) and an outer section (17) detachably formed from each other and at least one lower portion (6) of active material. The Eelektroden are particularly suitable for the electrolytic production of metals such as aluminum and magnesium or compounds. They allow energy-saving, safe operation and are easy to maintain and repair.
Description
Die Erfindung ist anwendbar an Elektroden für die Schmelzflusselektrolyse, insbesondere zur elektrolytischen Erzeugung von Metallen, wie Aluminium, Magnesium, Natrium, Lithium oder von Verbindungen.The invention is applicable to electrodes for fused-salt electrolysis, in particular for the electrolytic production of metals, such as aluminum, magnesium, sodium, lithium or compounds.
Bei der elektrolytischen Erzeugung von Aluminium, Magnesium, Alkalimetallen sowie Verbindungen etc. in technischemIn the electrolytic production of aluminum, magnesium, alkali metals and compounds etc. in technical
Z.Z.
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Maßstab finden noch immer überwiegend Kohlenstoffelektroden aus Hartbrandkohle oder Graphit Verwendung. Wenngleich die Elektroden hauptsächlich der Stromführung dienen, sind sie doch auch häufig an den Elektrodenreaktionen selbst beteiligt. Der tatsächliche Elektrodenverbrauch liegt demnach erheblich über der theoretischen Verschleissrate, was sich auf die Oxidationsanfälligkeit der Kohlenstoffelektroden unter Elektrolysebedingungen zurückführen lässt. Die theoretische Verschleissrate liegt bei der Aluminiumschmelzflusselektrolyse bei 334 kg Kohlenstoff/t Aluminium, während tatsächlich ein Kohlenstoffverschleiss von ca. 450 kg Kohlenstoff/t Aluminium' auftritt.Scale is still predominantly carbon electrodes made of hard coal or graphite use. Although the electrodes are mainly used to conduct electricity, they are often involved in the electrode reactions themselves. The actual electrode consumption is therefore significantly above the theoretical rate of wear, which can be attributed to the susceptibility to oxidation of the carbon electrodes under electrolysis conditions. The theoretical rate of wear in aluminum melt flow electrolysis is 334 kg carbon / t aluminum, while in fact a carbon degradation of approximately 450 kg carbon / t aluminum occurs.
Ähnliche Probleme ergeben sich für Elektroden zur Erzeugung von Magnesium, Natrium, Lithium und Cer-Mischmetallen. Nebenreaktionen oxidativer Art an dem in die Salzschmelze getauchten Elektrodenteil sowie Abbrand durch Luftsauerstoff an dem aus der Schmelze herausragenden Teil, verschleissen die Elektroden ungleichmässig und vorzeitig. Hinzukommt die zerstörerische Wirkung der sich aus Elektrolytbestandteilen bzw. deren Folgeprodukten bildenden' Graphiteinlagerungsverbindungen. Zwar sind bereits Versuche unternommen worden, Kohlenstoff-Elektroden durch Imprägnierung, nachfolgende thermochemische Behandlung und überführung in Kohlenstoff-Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe zu .einem geeigneten Elektrodenwerkstoff umzuwandeln. Diese Versuche haben jedoch in der Praxis der Schmelzflusselektrolyse noch zu keiner wesentlichen Verbesserung geführt.Similar problems arise for electrodes for producing magnesium, sodium, lithium and cerium mischmetals. Side reactions of an oxidative nature on the immersed in the molten salt electrode portion and combustion by atmospheric oxygen at the projecting from the melt part, the electrodes wear unevenly and prematurely. Added to this is the destructive effect of the graphite intercalation compounds which form from electrolyte constituents or their secondary products. While attempts have been made to convert carbon electrodes to a suitable electrode material by impregnation, subsequent thermochemical treatment, and conversion to carbon-silicon carbide composites. However, these experiments have not led to any significant improvement in the practice of fused-salt electrolysis.
Die vorstehend geschilderten Nachteile der Kohlenstoffelektroden wie auch die steigenden Kosten für GraphitThe above-mentioned disadvantages of the carbon electrodes as well as the increasing costs of graphite
mm O* ·— mm O * · -
und Hartbrandkohle "haben Entwicklungen nach formstabilen Elektroden initiiert. Hierdurch hofft man, nicht nur den petrochemischen Rohstoff Petrolkoks, dessen Verbrauch für Schmelzflusselektrolysen allein in· der BRD ca.·500 000 t/Jahr beträgt,.zu ersetzen, sondern auch auf Einsparungen des Energieverbrauches.and Hartbrandkohle "have initiated developments towards dimensionally stable electrodes, which is expected to replace not only the petrochemical raw material petroleum coke, whose consumption for fused-salt electrolysis in Germany alone is about 500,000 t / year, but also savings in energy consumption ,
Zu diesem Zweck sind bereits eine Reihe keramischer Werkstoffe, z.B. gemäß GB-PS 1 152 124 (stabilisiertes Zirkonoxid), der US-PS 4 057 480 (im wesentlichen Zinnoxid), der DE-OS 27 57 898 (im wesentlichen. Siliziumkarbid-Ventilmetallbor id-Kohlenstoff) , der südamerikanischen Patentanmeldung 77/1931 (Yttriumoxid mit Oberflächenschichten aus Elektrokatalysatoren) oder gemäß DE-OS 24 4 6 314 (keramisches Grundmaterial mit Überzug aus Spinellverbindungen),beschrieben worden. Schliesslich ist auf den Vorschlag des Einsatzes nicht-oxidierbarer Verbundwerkstoffe hoher chemischer. Reinheit gemäss der europäischen' Patentanmeldung SO1O3126.1 der Anroelderin,.-eingereicht am 4.Juni 1930, hinzuweisen.For this purpose, a number of ceramic materials, e.g. according to GB-PS 1 152 124 (stabilized zirconium oxide), US-PS 4 057 480 (essentially tin oxide), DE-OS 27 57 898 (essentially silicon carbide valve metal boride-carbon), South American patent application 77/1931 (Yttrium oxide with surface layers of electrocatalysts) or according to DE-OS 24 4 6 314 (ceramic base material with coating of spinel compounds) has been described. Finally, the proposal of the use of non-oxidizable composites of high chemical. Clarity according to the European 'patent application SO1O3126.1 the Anroelderin, .- filed on June 4, 1930 to indicate.
Nachteilig am Einsatz von Elektroden, die aus keramischen Werkstoffen gebildet sind, ist - auch nach Zusatz leitfähigkeitssteigemderKomponenten - deren häufig nur massige bis mittlere elektrische Leitfähigkeit. Dies ist nur bei solchen Prozessen akzeptabel, wo die Elektrodenabmessungen gering und dadurch der Strcmweg kurz ist.A disadvantage of the use of electrodes, which are formed from ceramic materials, is - even after addition leitfähssteigemderKomponenten - whose often only moderate to medium electrical conductivity. This is acceptable only in those processes where the electrode dimensions are small and thus the distance is short.
Dies trifft aber primär nur für Elektrolysen in wässrigen Medien zu, während die Elektroden für Schmelzflusselektrolysen,z.B. von Aluminium, erhebliche Abmessungen besitzen. So können die Elektroden für die Aluminiumerzeugung bis zu 2250 χ 950 χ 750 mm dimensioniert sein,But this is primarily true only for electrolysis in aqueous media, while the electrodes for melt flow electrolysis, eg. of aluminum, have considerable dimensions. Thus, the electrodes for aluminum production can be dimensioned up to 2250 × 950 × 750 mm,
j:. Ζ343ΪΙ9 3j :. Ζ343ΪΙ9 3
•während typische Graphitelektroden zur Magnesiumerzeugung je nach Verfahrenstyp 1700 χ 200 χ 100 bzw. 0 400 χ 2200 πτη betragen. Die Herstellung derartiger Massivblöcke aus den genannten keramischen Werkstoffen ist teuer und ergibt erhebliche Schwierig-' keiten im Hinblick auf Temperaturwechselbeständigkeit μηά 'elektrischen Innenwiderstand. Die Bestrebungen der stromverbrauchenden Industrien sind in neuerer Zeit aber besonders auf eine Senkung des spezifischen Energieverbrauches gerichtet/ weshalb keramische Massivelektroden ebenfalls bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden haben. . "• while typical graphite electrodes for magnesium production depending on the type of process 1700 χ 200 χ 100 and 0 400 χ 2200 πτη amount. The production of such solid blocks of the mentioned ceramic materials is expensive and results in considerable difficulties in terms of thermal shock resistance μηά 'electrical internal resistance. The efforts of the power-consuming industries are directed in recent times, but especially on a reduction in specific energy consumption / why ceramic solid electrodes also have so far found no input into practice. , "
Ziel_der_Erfindun2jLZiel_der_Erfindun2jL
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Elektrodentyp für die Schmelzflusselektrolyse zu schaffen, bei. dem die vorstehend geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermindert sind. Hierbei soll insbesondere eine mit äusserst niedrigen Strom/Spannungsverlusten sicher arbeitende Elektrode geschaffen werden, bei der gleichwohl das Spektrum der bislang bekannten und auch künftig zum Einsatz gelangenden Aktivwerkstoffe in gleicherThe invention has for its object to provide a novel type of electrode for fused electrolysis, at. the disadvantages of the prior art described above are reduced. In this case, in particular, a working with extremely low current / voltage losses safe electrode to be created in the nonetheless the spectrum of the previously known and will also be used in the future reaching active materials in the same
Weise verwendet werden kann. Die Elektrode soll dabei insbesondere wartungs- und reparaturfreundlich sein. Dieser Elektro dentyp soll bevorzuat als Anode eingesetzt werden. 25Way can be used. The electrode should be particularly maintenance and repair friendly. This type of electrode should preferably be used as an anode. 25
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung einer Elektrode des eingangs genannten Typs gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen oberen Abschnitt aus Metall bzw. Metallegierung, der gegebenenfalls eine Kühleinrichtung einschliesst, wobei der obere Abschnitt einen inneren und einen äusseren Teil, die voneinander lösbar ausgebildet sind, aufweist, sowieThis object is achieved by the provision of an electrode of the type mentioned at the outset, which is characterized by an upper section made of metal or metal alloy, which optionally encloses a cooling device, wherein the upper section has an inner part and an outer part which are detachably formed from one another, has, as well
zumindest einen unteren Abschnitt aus Aktivmaterial. -Als Kühlmittel können z.B. Flüssigkeiten, wie Wasser, oder Gase, z.B. Luft, dienen. · · .at least one lower section of active material. As coolant, e.g. Liquids, such as water, or gases, e.g. Air, serve. · ·.
Solche Elektroden aus einem gekühlten Metallschaft mit einem Verbrauchsteil aus Graphit sind bereits für die Verwendung bei der Elektrostahlerzeugung in Elektroöfen zum Vorschlag gekommen, bei denen von der Elektrodenspitze ein Lichtbogen ausgeht.. Durch die Existenz des Lichtbogens und dessen Wanderungsmöglichkeit, die hierdurch sich ergebenden extremen Temperaturen in der Nähe des Lichtbogens, aber auch durch die Atmosphäre im Elektrostahlofen" und . : die Art des Elektrodenvorganges sind gegenüber der Schmelzflusselektrolyse so gravierende Abweichungen gegeben, dass eine Einsatzmöglichkeit solcher Elektrodentypen für dieSuch electrodes from a cooled metal shaft with a consumption part made of graphite have already been proposed for use in electrical steelmaking in electric furnaces in which an electric arc emanates from the electrode tip. Due to the existence of the arc and its migration possibility, the resulting extreme temperatures in the vicinity of the arc, but also by the atmosphere in the electric steel furnace "and.: The nature of the electrode process are so serious deviations compared to the fused-salt electrolysis that a possible use of such types of electrodes for the
; Durchführung von Schmelzflusselektrolyse nicht in Betracht gezogen wurde. Im Hinblick auf einen solchen Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf die GB-PS 1 223 "162, die DE-AS 24 30 817 oder die europäische Offenlegungsschrift 79302809'.3v.verwies.en.In diesen Dokumenten sind' die dortigen Elektroden im Hinblick auf die speziellen Anforderungen der Lichtbogenelektrode und die Anstrengungen beschrieben, die unternommen sind, um den spezifischen Erfordernissen des Elektrostahlerzeugungsprozesses Rechnung zu tragen. ; Implementation of fused-salt electrolysis was not considered. With regard to such a state of the art, reference is made, by way of example only, to GB-PS 1 223 "162, DE-AS 24 30 817 or European published patent application 79302809'.3v. In these documents, the electrodes there are shown in US Pat With regard to the specific requirements of the electric arc electrode and the efforts made to meet the specific requirements of the electric steelmaking process.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode sind ein innerer Teil und ein äusserer Teil des oberen Abschnittes voneinander derart lösbar ausgebildet, dass der innere Teil eine Gas- bzw. Flüssigkeitsführungskammer mit Vorlauf-und Rücklauf kanal enthält ,..und der äussere Teil den inneren Teil gegebenenfalls nur in einem Teilabschnitt ummantelt.According to a preferred embodiment of the inventive electrode, an inner part and an outer part of the upper portion are detachably formed from each other such that the inner part contains a gas or liquid guiding chamber with flow and return channel, .. and the outer part of the inner part optionally encased in only one section.
' .'.
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Der äussere Teil stellt im allgemeinen die Anschlusselektrode dar und kann aus dem gleichen Metall bzw. Metallegierung, aber auch einem hiervon verschiedenen Material bestehen, als der innere Teil. In dem äusseren Teil können Kühlbohrungen oder dergleichen eingebracht sein. Des weiteren ist es auch möglich, im äusseren Teil Halterungsbohrungen, z.B. zur Füh-, rung und Lagerung von darunterliegenden isolierenden Schutzschichten vorzusehen. Unter.der Bezeichnung "isolierend soll im Rahmen der Anmeldung ein gegenüber den Elektrolysemedien inertes und abschirmendes Material verstanden werden, das gegebenenfalls auch elektrisch isolierend sein kann.The outer part generally represents the terminal electrode and can be made of the same metal or metal alloy, but also a different material, as the inner part. In the outer part cooling holes or the like may be introduced. Furthermore, it is also possible in the outer part mounting holes, e.g. provide for the Füh-, tion and storage of underlying insulating protective layers. Under the term "insulating" is to be understood in the context of the application, a comparison with the electrolysis media inert and shielding material, which may optionally be electrically insulating.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode ist - wie bereits erwähnt - der innere Teil lediglieh in einem Teilbereich von dem äusseren Teil ummantelt, so dass der Metallschaft insgesamt aus einem obenliegenden Bereich grösseren und einem untenliegenden Bereich geringeren Durchmessers gebildet sein kann. Bei einer derartigen Elektrode kann der innere Teil durch eine hochtemperaturbeständige Isolierschicht geschützt sein, die sich z.B. mit Vorteil an den äusseren Teil nach unten anschliesst und sich bis in die Nähe des Schraubnippels oder dergleichen oder darüber hinaus bis zu einer, im Regelfall kleinen Teilüberdeckung des Aktivteiles erstreckt. Die hochtemperaturbeständige Isolierschicht kann aus keramischem Material, aber auch aus mit keramischem Material gecoatetem Graphit bestehen. Mit besonderem Vorteil kann die Isolierschicht aus einem massiven Formteil, 3.B. einem gecoateten Graphiteinzelrohr oder einer Serie von Teilsegmenten, die sich z.B. nach dem Feder-Nut-System in einem Gegenlager selbständig halten können und in Richtung der Elektrodenachse beweglich sind, bestehen. Für die meisten Anwendungszwecke der erfindungsgemässen Elektrode bzw. Anode ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest der.Bereich des Formteils, der mit dem Elektrolyten und den entstehenden Produkten in Berührung kommen kann, gas- und flüssigkeitsdichtIn a preferred embodiment of the electrode according to the invention, as already mentioned, the inner part is encased in a subregion of the outer part, so that the metal shank can be formed as a whole of an upper area and a lower area of smaller diameter. In such an electrode, the inner part may be protected by a high temperature resistant insulating layer, e.g. advantageously connects to the outer part down and extends into the vicinity of the screw nipple or the like or beyond to a, usually small part coverage of the active part. The high temperature resistant insulating layer may consist of ceramic material, but also of graphite coated with ceramic material. With particular advantage, the insulating layer of a solid molded part, 3.B. a coated graphite single tube or a series of sub-segments, e.g. according to the tongue and groove system can hold independently in a counter bearing and are movable in the direction of the electrode axis exist. For most applications of the inventive electrode or anode, it is particularly advantageous if at least der.Bereich of the molding, which can come into contact with the electrolyte and the resulting products in contact, gas and liquid-tight
den Metallschaft und gegebenenfalls andere metallische Teile, insbesondere den Nippel, abschirmt.the metal shaft and optionally other metallic parts, in particular the nipple shields.
Bei der erfindungsgemässen Elektrode bestehen keine Einschränkungen im Hinblick auf das Gegenlager, auf dem die isolierende Beschichtung bzw. das Formteil getragen ist. Es kann dies ein ebenfalls aus hochtemperaturbeanspruchbarem, isolierenden Metall bestehendes Gegenstück, der SchEaubnippel. selbst, gegebenenfalls sogar ein Teil des Aktivteiles selbst oder eine Kombination hiervon darstellen. Im allgemeinen wird jedoch das isolierende Formteil nicht allein auf dem Aktivteil, sofern dies ein sich verbrauchendes Material ist, aufsitzen, sondern zumindest teilweise durch ein nicht-"verbrauchbares", hitzebeständiges Material getragen sein.In the case of the electrode according to the invention, there are no restrictions with regard to the abutment on which the insulating coating or the molded part is carried. This can also be a counterpart made of high-temperature-loadable, insulating metal, the Schaubnippel. itself, possibly even a part of the active part itself or a combination thereof. In general, however, the insulating molding will not rest on the active part alone, if it is a consumable material, but at least partially supported by a non-"consumable", heat-resistant material.
: Bei der bevorzugten Elektrodenausführung, bei der der innere ^ Teil in einem oberen Teilbereich, insbesondere im Bereich der seitlichen Stromzuführung ummantelt ist, ist es_ im allgemeinen nicht erforderlich, den äusseren Teil zusätzlich mit einer keramischen, isolierenden Beschichtung zu überziehen. Dies wird allerdings von der jeweiligen Bemessung der Höhe des äusseren Teils in Relation zu dem inneren Teil abhängig sein und kann je nach Einsatz und Zweck der Elektrode entsprechend bestimmt werden. .In the preferred embodiment of the electrode, in which the inner part is encased in an upper portion, in particular in the region of the lateral power supply, it is generally not necessary to additionally cover the outer portion with a ceramic, insulating coating. However, this will depend on the particular design of the height of the outer part in relation to the inner part and can be determined according to the use and purpose of the electrode accordingly. ,
. ·, ·
Der innere Teil der Elektrode ·. ist bis in die Nippelverbindung geführt, mit der der obere Abschnitt aus Metall und der untere Abschnitt verbunden sind. Die gegebenenfalls benötigte Flüssigkeits- bzw. Gaskühlvorrichtung des inneren Teils, die in diesem axial verläuft, wird mit Vorteil bis in den Schraubnippel selbst eingeführt, da.dieser je nach eingesetztem Material, besonderer Hitzebeanspruchung ausgesetzt sein kann.The inner part of the electrode. is guided into the nipple connection to which the upper portion of metal and the lower portion are connected. The optionally required liquid or gas cooling device of the inner part, which runs axially in this, is advantageously introduced into the screw nipple itself, da.dieser depending on the material used, can be exposed to particular heat stress.
Die Verbindung von innerem und äusserem Teil kann auf mehrfache Weise erfolgen. Dabei liegt die VerbindungslinieThe connection of inner and outer part can be done in several ways. This is the connecting line
im Regelfall parallel zur Elektrodenachse.usually parallel to the electrode axis.
Beispielsweise kann die lösbare Verbindung durch ein Gewinde oder durch entsprechende Einpassung der Teile er- folgt sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn der innere Teil als Einpassstück in Kegel- oder Konusform ausgebildet ist, wobei der äussere und innere Teil gegebenenfalls in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinder· aufweisen können. ·For example, the detachable connection can be made by a thread or by appropriate fitting of the parts. It is particularly preferred if the inner part is designed as a fitting piece in the form of a cone or cone, wherein the outer and inner part may optionally additionally have a thread in a partial area. ·
. An den äusseren Teil können Anschlussbacken, z.B. über Taschen oder Halterungen befestigt sein, mit denen die Stromzuführung für die Elektrode in Verbindung steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind, At the outer part, connecting jaws, e.g. be attached via pockets or brackets with which the power supply for the electrode is in communication. In a preferred embodiment of the invention
.15·. . - an dem äusseren Teil Taschen befestigt, in denen Graphitplatten oder -Segmente zur Stromzuführung eingebracht sind. . .. ... ·.15 ·. , - Attached to the outer part pockets in which graphite plates or segments are introduced to supply power. , .. ... ·
Als aktive Materialien, die durch einen ©der mehrere Schraubnippel oder gegebenenfalls Gewinde mit dem oberen Abschnitt verbunden sind, können beispielhaft amorpher Kohlenstoff, Graphit, keramische Leiter, z.B. die eingangs erwähnten, oder ein Verbund von anorganischen Fasern mit einem elektrochemisch aktiven Material äufgeführt werden. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die europäische Patentanmeldung 80103126.1 der Anmelderin Bezug genommen, wo besonders bevorzugte Verbundstoffe aus anorganischen Fasern mit einem elektrochemisch aktiven Material angeführt sind. Die diesbezügliche Beschreibung der Aktivmaterialien wie auch deren Anordnung soll durch die ausdrückliche Bezugnahme auf diese europäische Patentanmeldung als in die vorliegende Anmeldung vollständig eingeführt gelten. Es ist dort im Detail erläutert,, dass das Aktivmaterial aus einer Anzahl vonAs active materials, which are connected by a plurality of screw nipples or optionally threaded to the upper portion, can be exemplified amorphous carbon, graphite, ceramic conductors, e.g. as mentioned in the opening paragraph, or a composite of inorganic fibers with an electrochemically active material. In this connection, reference is made in particular to the Applicant's European patent application 80103126.1, where particularly preferred inorganic fiber composites with an electrochemically active material are cited. The related description of the active materials as well as their arrangement shall be deemed fully incorporated into the present application by expressly referring to this European patent application. It is explained there in detail, that the active material consists of a number of
Stäben/ Platten, Rohren oder dergleichen gebildet sein kann, die untereinander verbunden oder getrennt sind. Allerdings sollen die dort angeführten Anordnungen von Stäben, Platten oder Rohren im Hinblick auf die einsetzbaren keramischen oder anderen Aktivmaterialien in der vorliegenden Erfindung keinen Beschränkungen unterworfen sein. Anders ausgedrückt, sollen die in der angegebenen europäischen Anmeldung beschriebenen Aktivstoffe bzw. -komposite im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen sein. Die a.a.O beschriebenen konstruktiven Anordnungen der Aktivteile können in der Elektrode gemäss der vorliegenden Erfindung mit dem oberen, metallischen Abschnitt - sei es durch Nippel, Gewinde oder dergleichen - verbunden sein.Bars / plates, tubes or the like may be formed, which are interconnected or separated. However, the arrays of rods, plates or tubes referred to therein are not to be limited as to the usable ceramic or other active materials in the present invention. In other words, the active ingredients or composites described in the indicated European application should be considered within the scope of the present invention. The structural arrangements of the active parts described above can be connected in the electrode according to the present invention to the upper, metallic section, be it by nipples, threads or the like.
"·. ' . "·. '.
Es ist auch möglich, dass der untere Abschnitt aus Aktivmaterial in mehreren Einheiten besteht, die durch' eine oder mehrere Nippelverbindungen gehalten sind, wobei' die Anordnung der Einheiten nebeneinander und/oder untereinander erfolgt sein kann. So werden insbesondere im. Hinblick auf verbrauchbare Aktivstoffe, z.B. Graphit, Zwischenstücke aus solchem Material in Betracht gezogen, an die eine dann vollständig sich verzehrende Einheit wiederum verschraubt sein kann.' Hierdurch kann die letzte Aktiveinheit vollständig verbraucht werden, ohne dass die Nippelverbindung, mit der der metallische obere Abschnitt verbunden ist, einer Gefährdung unterworfen ist. In Fällen, in denen der obere Abschnitt mit Nippel nicht übermässig hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann die Vorsehung einer Kühleinrichtung entbehrllch-sein.It is also possible that the lower portion of active material consists of a plurality of units held by 'one or more nipple connections, whereby the arrangement of the units may have taken place side by side and / or one below the other. So, especially in the. With regard to consumable active substances, e.g. Graphite, intermediate pieces of such material considered, to which a then completely consuming unit can be bolted again. As a result, the last active unit can be completely consumed without the nipple connection, with which the metallic upper section is connected, being exposed to a hazard. In cases where the upper nipple section is not exposed to excessively high temperatures, the provision of a cooling device can be dispensable.
Die erfindungsgemässe Elektrode weist eine Reihe von Vorzügen auf: Hervorzuheben sind die extrem niedrigen Strombzw. Spannungsverluste auf dem Wege zum . ·The inventive electrode has a number of advantages: To emphasize are the extremely low Strombzw. Voltage losses on the way to. ·
ΊΟ.ΊΟ.
aktiven Teil der Elektrode. Hierdurch können gegenüber herkömmlichen Massivblöcken, sei es aus Kohlenstoff, Graphit oder keramischem Material, erhebliche Energieeinsparungen erzie.lt werden. Des weiteren wird der Seitenabbrand minimiert, da nicht mehr die gesamte Elektrode sonde.rn nur deren "aktiver" Teil dem aggressiven Elektrolysemedium und den sich hierbei entwickelnden Reaktionsgasen und -dämpfen ausgesetzt ist. Schliesslich ist die Elektrode vielseitig einsetzbar, da ihr Aufbau den Ein-10. satz des Spektrums der auf dem Gebiet der Schmelzflusselektrolyse grundsätzlich geeigneten aktiven Materialien gestattet. ·active part of the electrode. This can be compared to conventional solid blocks, be it made of carbon, graphite or ceramic material, erzie.lt considerable energy savings. Furthermore, the side erosion is minimized since it is no longer the entire electrode probe only exposed to its "active" part of the aggressive electrolysis medium and the reaction gases and vapors developing in the process. Finally, the electrode is versatile, since its construction the Ein-10. Set the spectrum of the generally suitable in the field of fused electrolysis active materials. ·
···. · Die erfindungsgemässe Ausbildung der Elektrode ist aber···. The inventive design of the electrode is but
15'..auch aus anderer Blickrichtung vorteilhaft: Durch die g^f· -•'•.•im inneren Teil geführte Wasserführung bleibt diese auch .bei mechanischer Beschädigung des äusseren Teiles intakt. Es ist deshalb bei einer Beschädigung des Aussenbereiches des oberen Abschnittes nicht erforderlich, die Kühlmittelzufuhr ν: zu stoppen, die Elektrode zu entleeren etc.. Durch die einfache Ablösbarkeit des äusseren Abschnittes kann dieser'im' Falle einer Beschädigung als Bauteil leicht ausgewechselt werden, während die herkömmlichen Konstruktionen eine vollständige Reparatur des Metallschaftes bzw. dessen Austausch erfordern.15 '.. also advantageous from a different perspective: the water flow guided in the inner part also keeps it intact if the outer part is damaged mechanically. It is therefore not necessary in case of damage to the outer portion of the upper portion, the coolant supply ν: to stop, to empty the electrode, etc .. Due to the easy detachability of the outer portion of this' in case of damage as a component can be easily replaced while the conventional constructions require a complete repair of the metal shaft or its replacement.
Durch die seitliche Stromzuführung, z.B. über Graphitkontaktbacken bzw. -segmente, die z.B. in Haltetaschen angefügt sind, ist es bei Störungen im Bereich der innenliegenden Flüssigkeitszufuhr nicht erforderlich, die Elektrode als Ganzes aus der Kontaktschiene auszuführen, da lediglich der Innenteil ausgelöst werden kann. Durch die Ausbildung des oberen Bereiches in einen AbschnittBy the lateral power supply, e.g. via graphite contact jaws or segments, e.g. are added in holding pockets, it is not necessary in case of disturbances in the region of the internal liquid supply to perform the electrode as a whole from the contact rail, since only the inner part can be triggered. By forming the upper area in a section
grösseren und einen Abschnitt kleineren Durchmessers, lässt sich die hochtemperaturbeständige; isolierende Schutzschicht in besonders kompakter und zweckmässiger Form anschliessen/ wobei es dann z.B. nicht erforderlich sein muss, den äusseren Teil, wenn dieser auf den Bereich der Stromzuführung beschränkt ist, zusätzlich isolierend zu schützen. . . -..._.larger and a smaller diameter section, can the high temperature resistant; connect insulating protective layer in a particularly compact and expedient form / where it then e.g. It is not necessary to additionally protect the outer part, if it is limited to the area of the power supply, in an insulating way. , , -..._.
Ausführungsbeisp_iele£Ausführungsbeisp_iele £
Pie Erfindung wird weiter in den nachstehenden Figuren veranschaulicht, in denen für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Wenngleich die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Elektrode die.·'insbesondere eine Anode ist, darstellen, ist die Erfindung nicht auf die Figuren beschränkt. Es zeigen:Pie invention is further illustrated in the following figures, in which like reference numerals are used for like parts. Although the figures represent preferred embodiments of the electrode according to the invention which is in particular an anode, the invention is not limited to the figures. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Elektrode;1 shows a longitudinal section through an inventive electrode.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist; 'Figure 2 is a longitudinal section through the upper part of an electrode with alternative upper section, wherein the electrode is cut in the region of the insulation. '
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist, und 30FIG. 3 shows a longitudinal section through the upper part of an electrode with an alternative upper section, wherein the electrode is cut in the area of the insulation, and FIG
Fi'g. 4 einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt der Elektrode.Fi'g. 4 shows a cross section through the upper portion of the electrode.
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Aus Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Elektrode aus dem oberen Abschnitt 5 und unteren Abschnitt 6, die durch einen Schraubnippel 1 verbunden sind, ersichtlich. Der untere Abschnitt 6 aus verbrauchbarem oder beständigemFrom Fig. 1, the basic structure of the electrode from the upper portion 5 and lower portion 6, which are connected by a screw nipple 1, can be seen. The lower section 6 of consumable or resistant
.5 Material ist in eine Reihe von Einzelstäben 20 aufgeteilt, die über den Nippel 1 gebunden sind. Die Zuführung des Kühlmittels, z.B. Wasser, Luft oder Inertgas, erfolgt über den Vorlaufkanal 2, wobei das Kühlmittel über den · Rücklaufkanal 3 wieder ausgeführt wird. Aus den Figuren ist -gut ersichtlich, dass das Kühlsystem im inneren Teil ge-führt ist, auf das der äussere Teil 17 aufgesetzt ist..5 material is divided into a series of individual rods 20, which are bound via the nipple 1. The coolant, for example water, air or inert gas, is supplied via the feed channel 2, the coolant being carried out again via the return channel 3. Is from the figures - can readily be seen that the cooling system in the inner part ge-leads is on the outer part is placed 17th
Insbesondere aus den Fig. 2 und 3 sind einige der bevorzugten Verbindungsmöglichkeiten von innerem Teil 16 und äusserem Teil 17 als Einpassstück, gegebenenfalls zusätzlich mit Teilgewinde, ersichtlich. Über Bohrungen •können Stifte 9 oder dergleichen geführt sein, die über die Feder 10 die isolierende Beschichtung 4, z.B. auf einem Gegenlager 7 halten. Das Isolierteil kann zusätzlich durch Halterungen 14 befestigt sein. Im äusseren Teil sind Kühlbohrungen 15 gezeigt, während aussen Anschlussbacken 18, Z..B. aus Graphit, gezeigt sind. Diese können in Halterungen oder Taschen 19, die am Aussenrand des Metallschaftes befestigt sind, gehalten werden. Diese letzte · Ausführungsform ist bei seitlicher Stromzuführung besonders bevorzugt.In particular, from FIGS. 2 and 3, some of the preferred connection possibilities of inner part 16 and outer part 17 as a fitting piece, optionally in addition with partial thread, can be seen. Via bores, pins 9 or the like can be guided which, via the spring 10, guide the insulating coating 4, e.g. hold on an abutment 7. The insulating part can additionally be fastened by holders 14. Cooling holes 15 are shown in the outer part, while connecting jaws 18, Z..B. made of graphite, are shown. These can be held in holders or pockets 19 which are fastened to the outer edge of the metal shaft. This last embodiment is particularly preferred for lateral power supply.
Zwischen Isolierschicht 4 und dem oberen Abschnitt 5 bzw. dessen innerem Teil können Gasspülungskanäle vorgesehen sein, die in den Figuren nicht näher gezeigt sind. Durch die Gasspülung können auftretende Beschädigungen der isolierenden Keramik, Z.B. über einen entsprechendenBetween insulating layer 4 and the upper portion 5 and its inner part can be provided Gasspülungskanäle, which are not shown in detail in the figures. By the gas purging occurring damage of the insulating ceramic, eg. about a corresponding
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Druckabfall, leicht festgestellt werden. Darüber hinaus ist hierdurch eine gewisse Kühlwirkung möglich. Ausserdem liegt es.im Rahmen der Erfindung - was ebenfalls nicht in den Figuren gezeigt ist - dass der obere Abschnitt und/oder die Nippelverbindung 1 bzw. deren Aussenflachen mit hochtemperaturbeständiger Beschichtung gecoatet sein können. Die hochtemperaturbeständige Beschichtung kann je nach Dimensionierung der zumindest teilweise darübefliegenden hochtemperaturbeständigen, isolierenden Beschichtung 4 elektrisch leitfähig oder auch isolierend . ausgelegt sein. Bei einer isolierenden Auslegung ergibt sich, hierdurch eine zweite Schutzlinie, die bei Bruch der aussenliegenden isolierenden Beschichtung 4 in Aktion • . treten kann. Muss mit letzterem, je nach Betriebsbedirigungen, nicht gerechnet werden, kann das Coating auch .aus einem hochtemperaturbeständigen, leitenden Material \bestehen, wobei dann diesem Material die Wirkung eines "Hitzeschildes" oder "Inertschildes" zum Schutz des darunterliegenden Metalls zukommt. Durch eine dichte Ausbildung der Beschichtung kann vorteilhaft auch der Angriff der Elektrolysemedien verhindert werden.Pressure drop, easily detected. In addition, this is a certain cooling effect possible. Moreover, it is within the scope of the invention - which is likewise not shown in the figures - that the upper section and / or the nipple connection 1 or their outer surfaces can be coated with high-temperature-resistant coating. Depending on the dimensions of the high-temperature-resistant, insulating coating 4, which is at least partially overlying, the high-temperature-resistant coating may be electrically conductive or else insulating. be designed. In the case of an insulating design, this results in a second protection line which acts when the external insulating coating 4 breaks. can occur. If the latter can not be expected, depending on the operating conditions, the coating can also consist of a high-temperature conductive material, in which case this material has the effect of a "heat shield" or "inert shield" to protect the underlying metal. By a dense formation of the coating can advantageously be prevented the attack of the electrolysis media.
Claims (10)
30outer part (17) cooling holes (15) and / or mounting holes (8).
30
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