DE3434278A1 - Stromzufuehrende aufhaengevorrichtung fuer kathoden - Google Patents
Stromzufuehrende aufhaengevorrichtung fuer kathodenInfo
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Description
NORDDEUTSCHE AFFINERIE AG 18. September 1984
2000 Hamburg 36 DRML/LWÜ/1816P
Prov. Nr. 9246 NA
Die Erfindung betrifft eine stromzuführende Aufhängevorrichtung für Kathoden, insbesondere Kathoden für die Kupferraffination.
Bei der Kupferraffination durch elektrolytische Verfahren sind
für die Elektrolyse-Kathoden unterschiedliche Konstruktionen bekannt, die sich in der Auswahl der Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen
im Hinblick auf gute elektrische Leitfähigkeit zur Minimierung der Energieverluste, mechanische Stabilität
zur Minimierung von Reparaturaufwand und Minimierung von Produktions- sowie Qualitätseinbußen und ferner im Hinblick
auf Korrosionsbeständigkeit voneinander unterscheiden. Auf- . grund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit hat man im allgemeinen
Kupfer als Werkstoff für die Trageschienen verwendet, an denen die z.B. Dauerkathodenbleche befestigt sind. Die
Enden der Trageschienen ruhen auf Stromschienen, die beiderseits einer elektrolytisehen Zelle verlaufen. Kupfer weist
indessen die Nachteile relativ geringer Festigkeit (Verformungsschäden im Betrieb) und nur mäßige Korrosionsbeständigkeit
gegenüber z.B. dem Kupferelektrolyten auf. Zwecks Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit hat man daher beispielsweise
in Winning-Elektrolysen die Kupferträger bis an die Kontaktstelle (Stromschienen-Auflagepunkt) vollständig durch
einen Bleimantel geschützt, der konsequenterweise homogen aufgelötet werden muß und somit ein für Raffinationselektrolysen
allgemein unwirtschaftliches Verfahren darstellt.
Aus DE-OS 24 34 214 ist eine Aufhänge-Schiene aus z.B. Kupfer
für Dauerkathoden bekannt, die mit einem Ventilmetall durch Coextrusion ummantelt ist. Als Metallmantel dient insbesondere
Titan. An den Enden der Trageschiene ist im Bereich der Kontaktpunkte mit der Stromschiene der Titanmantel entfernt. Ein
Dauerkathodenblech aus Titan ist längs einer Kante durch Punktschweißung mit der Trägerschiene verbunden. Der Einsatz
von Titan-Dauerkathoden der vorbekannten Anordnung bringt auch Nachteile mit sich. Der Herstellungsprozeß für die titanummantelten
massiven Kupferprofile mittels Coextrusion ist in hohem Maße aufwendig, so daß der Einsatz solcher Profile auf
spezielle Anwendungsfälle bei im allgemeinen nicht zu großer Stückzahl beschränkt bleibt. Des weiteren erfährt die prozeßwirksame
Plattenoberfläche durch Oxidationsvorgänge eine nennenswerte Passivierung.
Andererseits ist eine an sich wünschenswerte Kombination einer titanummantelten Trägerschiene aus Kupfer mit einem Kathodenblech
aus korrosionsbeständigem Edelstahl wegen Nichtverschweißbarkeit
der Werkstoffe nicht möglich. Man hat daher in bekannter Weise gemäß DE-OS 30 03 927 für die elektrolytisehe
Raffination von Kupfer eine Hängeschiene aus nichtrostendem Stahl mit einer angeschweißten Dauerkathode aus ebensolchem
Stahl eingesetzt. Bei der vorbekannten Vorrichtung ist die Hängeschiene mit einer Kupferauflage ausgerüstet, und es ist
auch im Bereich der Schweißstelle des Kathodenbleches eine Kupferauflage vorgesehen. Galvanisch aufgebrachte Kupferauflagen
haben sich als nicht ausreichend erwiesen. Die Dicke des erforderlichen Kupferbelages geht über den Bereich des allgemeinen
galvanischen Verkupferns (/Um-Bereich) weit hinaus. Die Belagstärke beträgt 1,3 bis 2,5 mm, um nennenswerte
Leistungsverluste infolge Spannungsabfall zu vermeiden und dem
Korrosionsabtrag Rechnung zu tragen. Für die Verkupferung müssen daher spezielle aufwendige Anlagen vorgesehen werden,
die die Fertigungsgänge Sandstrahlen, Reinigen, Ätzen, Ver-
nickein, Verkupfern beinhalten.
Einer breiten Anwendung der vorbekannten Vorrichtung stehen ferner auch die technischen Schwierigkeiten wie auch der hohe
Investitionsaufwand entgegen, der für die Herstellung der ummantelten massiven Profile der Trägerschiene durch Coextrusion
erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die insbesondere vorgenannten Nachteile der vorbekannten Kathoden für die
elektrolytische Kupferraffination zu vermeiden und eine
Aufhängevorrichtung mit Dauerkathode bereitzustellen, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und die eine
hohe Dauerstandfestigkeit bei gutem Stromübergang besitzt.
Die Aufgabe wird gelöst, indem eine stromzuführende Aufhängevorrichtung
der vorgenannten Art für Kathoden mit einer metallummantelten Trägerschiene aus Kupfer und einem mit einer
Längskante mindestens teilweise verschweißten Dauerkathodenblech aus einem der Ummantelung entsprechenden Werkstoff und
wobei wenigstens ein Schienenende längs wenigstens eines Teils frei von der Ummantelung ist, gemäß der Erfindung derart ausgestaltet
wird, daß die Trägerschiene ein Kupfer-Hohlprofil
ist und die Ummantelung aus Edelstahl besteht, wobei die Ummantelung mit der Trägerschiene poren- und diffusionsdicht
verschweißt ist und die Dauerkathode aus Edelstahl über eine unterbrochene Schweißnaht mit der Ummantelung verbunden ist.
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die hervorragende elektrische Leitfähigkeit des Kupfers völlig genutzt und damit
geringster Spannungsabfall in der Tragkonstruktion gewährleistet. Des weiteren wird eine hohe Formstabilität auch bei
robuster maschineller Handhabung sichergestellt.
Zweckmäßig ist das Kupferhohlprofil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Kupferrohr. Im allgemeinen hat es eine Wandstärke von 4 bis 6 mm bei einem äußeren Durchmesser im
allgemeinen von 30 bis 45 mm, je nach gefordertem Endgewicht und Abmessung der Produktionskathode. Auf das Kupferrohr ist
formschlüssig ein Mantelrohr aus Edelstahl aufgebracht. Im einfachsten Fall geschieht dies durch Aufschieben eines Edelstahlrohres
mit einem Innendurchmesser, der nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Kupferrohres ist. Zweckmäßig
wird jedoch ein Edelstahlrohr eingesetzt, das über seine gesamte Länge geschlitzt ist. In diesem Fall kann der Innendurchmesser
des Edelstahlrohres gleich oder kleiner als der Außendurchmesser des Kupferrohres sein. Hierdurch wird sowohl
eine hervorragende Formschlüssigkeit erzielt als auch eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen, durch Verschweißen des
Längsschlitzes, beispielsweise durch Einlegen einer Schweißraupe, einen verbesserten und gleichmäßigen Stromübergang von
der stromführenden Kupferschiene auf die Ummantelung herbeizuführen.
Der Längsschlitz liegt im allgemeinen auf der dem Elektrolyten abgewandten Seite. Es kann aber auch zweckmäßig
sein, den Längsschlitz der Ummantelung dem Elektrolyten zuzukehren. In diesem Fall ist das Kathodenblech mindestens mit
Teilen seiner Oberkante in den Schlitz eingeschoben und sowohl mit dem Kupferrohr als auch mit dem Edelstahlmantel im
Schlitzbereich verschweißt.
In besonders zweckmäßiger und wirtschaftlicher Weise kann der Verbundkörper entsprechend der Herstellungsweise längsnahtgeschweißter
Rohre gefertigt werden. Hierbei wird das Kupferhohlprofil, wie Kupferrohr, innerhalb der Walz/Schweißwerk-Strecke
in das dort für die Rohrherstellung üblicherweise verwendete Edelstahl-Blechband eingebracht. Im Bereich des
verbleibenden Profilspaltes zwischen Kupferrohr und Edelstahlmantel
wird die Verschweißung vorgenommen.
Selbstverständlich kann die Ummantelung auch aus einem Edel-
stahlblech bestehen, das durch an sich bekannte Verfahren der spanlosen Formgebung formschlüssig aufgebracht ist.
In allen Fällen ist die Ummantelung mindestens an einem Ende der Trägerschiene ausgenommen bzw. ausgeklinkt, so daß der
Kupferwerkstoff des Hohlprofils freiliegt und mit der kupfernen Stromschiene der Elektrolysezelle kontaktiert werden kann.
Die angeschnittenen Bereiche des Edelstahlmantels wie auch alle Enden des Verbundkörpers sind mit dem Kupferhohlprofil
poren- und gasdiffusionsdicht verschweißt. Der dichte Abschluß zwischen Kupferhohlkörper und Edelstahlmantel verhindert das
Eindiffundieren von Flüssigkeit und Gas und bewirkt einen einwandfreien definierten Stromübergang über die Schweißnahtquerschnitte.
In vielen Fällen ist ein Verbundkörper aus edelstahlummanteltem Kupferrohr als Trageschiene bei guter mechanischer Stabilität
und guter elektrischer Leitfähigkeit ausreichend. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität in Beanspruchungsrichtung
wie auch zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit ist jedoch der Verbund-Hohlkörper der Erfindung preßverformt.
Hierbei ist das mit einem Edelstahlmantel versehene Kupferrohr zu einem Verbundkörper mit elliptischem oder zwei parallele
Wandungen aufweisendem Querschnitt verformt, dessen lange Achse in der Ebene des Kathodenblechs liegt. Selbstverständlich
sind auch alle dazwischenliegenden Querschnittsformen geeignet. Der elliptisch/ovale Querschnitt der erfindungsgemäßen
Aufhängevorrichtung ergibt an den Stromzuführungsenden ohne besonderen Fertigungsgang den vorteilhaften Punktkontakt
und führt, infolge indifferenter Auflage auf der Stromzuführungsschiene,
zu der für den Elektrolyse-Erfolg wichtigen Senkrechtposition des Kathodenbleches. Darüber hinaus wird
auch mit dieser Form der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung eine Platzersparnis innerhalb des Bereichs der Tageschiene
erzielt.
- e-
Vorteilhaft weist der verformte Verbundkörper zusätzliche Kontakt-Preßpunkte auf, die durch z.B. Körnerschläge bewirkt
sind und zu einem Stromübergang mit geringeren Verlusten beitragen. Insbesondere weist die untere Profillinie Körnerreihen
auf. Die Körnerreihen sind in diesem Fall in ihrer Länge auf die Länge der Schweißnähte begrenzt und werden durch sie abgedeckt.
An der Unterseite der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung
ist eine Dauerkathode aus Edelstahl, entsprechend dem Werkstoff der Ummantelung, an den Mantel angeschweißt. Die
Schweißverbindung ist zur Vermeidung' übermäßiger Längsspannung und Verwölbung des Kathodenblechs als unterbrochene Schweißnaht
ausgeführt. Zweckmäßig ist jedoch die obere Kante des Kathodenbleches über mehrere Stege mit der Unterseite der
Ummantelung verschweißt.
Als Werkstoff für Kathodenblech und Ummantelung eignen sich Edelstahle auf Basis Chrom, Nickel oder Chrom/Nickel/Molybdän,
beispielsweise austenitische Cr/Ni-Stähle der Zusammensetzung 17 bis 18 % Cr, 10 bis 12 % Ni, 2 bis 2,5 % Mo, je nach
C-Gehalt stabilisiert z.B. mit Ti, Nb, Ta.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung liegen
in der einfachen und wirtschaftlichen Fertigung, in der hohen Korrosionsbeständigkeit der gesamten, praktisch nur
Edelstahloberflächen aufweisenden Vorrichtung, in dem guten Stromübergang zwischen Kupferprofil und Edelstahlmantel über
Schweißverbindungen und zusätzliche, durch Pressung und Körnerreihen bewirkte Kontaktpunkte. Ferner gewährleistet die
Aufhängevorrichtung eine sichere Einstellung des Kathodenbleches in lotrechter Position in dem Elektrolysebehälter.
Die Erfindung wird anhand der Abbildungen näher und beispielhaft veranschaulicht.
Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht der Aufhänge-Vorrichtung im Ausschnitt,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Unterkante der Trageschiene gemäß Schnitt A-B der Figur 1 (in vergrößertem Maßstab)
,
Figur 3 einen Querschnitt durch den Rohrverbundkörper vor der Pressung,
Figur 4 einen Querschnitt durch den verformten und verschweißten Verbundkörper mit Kathodenblech,
Figur 5 einen Querschnitt des spanlos verformten Verbundkörpers entlang der Linie C-D der Fig. 2 (in vergrößertem
Maßstab),
Figur 6 eine Seitenansicht des Schienenendes der Aufhängevorrichtung
mit Kathode, wobei das Ende der Trageschiene auf dem Stromkontakt des Elektrolysebehälters aufliegt,
Figur 7 eine Seitenansicht entsprechend der Fig. 6 mit einer anderen Ausführungsform der Ausnehmung des unteren
Mantelendes.
In Fig. 1 ist das Kathodenblech 1 mit dem Edelstahlmantel 2, der das Kupferhohlprofil 3 umschließt, verschweißt. Am Ende
der Trageschiene liegt das Kupferprofil infolge der Ausnehmung bzw. Ausklinkung im Mantel als Kontaktstelle offen.
In Fig. 2 ist in der Draufsicht von unten ein Schnitt entlang der Linie A-B der Fig. 1 dargestellt. Im Bereich des Verbundes
von Kathodenblech 1 mit dem Mantel 2 ist mit Bezugszeichen 3 eine kontaktverbessernde Körnerreihe angedeutet.
Fig. 3 zeigt einen Verbundkörper aus einem Kupferrohr 3 mit
einer Ummantelung 2 aus einem Edelstahlrohr vor der spanlosen Formgebung.
In Fig. 4 ist die ovale Trageschiene aus Verbundrohr mit dem Kathodenblech im Schnitt nach der spanlosen Formgebung dargestellt.
Das Kathodenblech 1 ist über die Schweißnaht 7 mit der Ummantelung 2 verbunden. Die Schweißstellen 6 dichten den
Übergang Kupferprofil/Edelstahlmantel an der Ausnehmung im Mantel diffusionsdicht ab. Bezugszeichen 5 gibt eine Schweißnaht
an, die einen Längsschlitz in der oberen Mantellinie des Edelstahlprofils abdichtet und einen Stromübergang vom stromführenden
Kernprofil zum Mantelprofil bewirkt.
Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie C-D der Fig. 2. Mit ist eine kräftige Körnung bezeichnet, die auf die Ummantelung
2 und das innere Hohlprofil 3 einwirkt und einen zusätzlichen Kontaktpunkt schafft.
In Fig. 6 ist in einer Seitenansicht der Endteil der Aufhängevorrichtung
dargestellt. Der Verbundkörper aus Kupferhohlprofil 3 und Edelstahlmantel 2, durch Schweißungen 6 mit
diesem verbunden, liegt mit dem mantelfreien Teil auf der Stromschiene 8 der Wandung 9 des Elektrolysebehälters auf.
Die Darstellung in Fig. 7 entpricht derjenigen der Fig. 6, jedoch mit der Ausnahme, daß das untere Mantelende eine nach
außen und zur Profilachse ansteigende Ausnehmung aufweist.
Claims (6)
1. Stromzuführende Aufhängevorrichtung für Kathoden mit einer metallummantelten Trägerschiene aus Kupfer und einem mit
einer Längskante mindestens teilweise verschweißten Dauerkathodenblech aus einem der Ummantelung entsprechenden
Werkstoff und wobei wenigstens ein Schienenende längs wenigstens eines Teils frei von der Ummantelung ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschiene ein Kupfer-Hohlprofil ist und die Ummantelung aus Edelstahl besteht,
wobei die Ummantelung mit der Trägerschiene poren- und diffusionsdicht verschweißt ist und die Dauerkathode aus
Edelstahl über eine unterbrochene Schweißnaht mit der Ummantelung verbunden ist.
2. Stromzuführende Kathoden-Aufhängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschiene aus einem
Kupferrohr besteht.
3. Stromzuführende Kathoden-Aufhängevorrichtung nach den
Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus einem das Kupferrohr formschlüssig
umgreifenden, gegebenenfalls mit einem durchgehenden Längsschlitz versehenen Edelstahlrohr besteht.
4. Stromzuführende Kathoden-Aufhängevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit
einem Edelstahlmantel versehene Kupferrohr zu einem Verbundkörper mit elliptischem (ovalen) oder zwei parallele
Wandungen aufweisendem Querschnitt verformt ist, dessen lange Achse in der Ebene des Kathodenblechs liegt.
5. Stromzuführende Kathoden-Aufhängevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich
der das Kathodenblech haftenden Schweißnaht Kontakt-Preß— punkte in Form von Schweißpunkten und oder Körnerschlägen
in der Ummantelung angebracht sind.
6. Stromzuführende Kathoden-Aufhängevorrichtung nach den
Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Längsschlitz der Ummantelung zur Vergleichmaßigung
des Stromübergangs mit einer Schweißraupe auf der gesamten Länge ausgelegt ist.
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