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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium mit mindestens einer selbstbackenden Anode, bei der die Stromzufuhr über horizontale Anodenschienen und vertikale Anodenbolzen erfolgt.
Solche Elektrolysezellen grosser Abmessung werden wegen der schwierigen Stromzuführung und der Temperaturverteilung fast ausschliesslich mit periodisch arbeitenden Blockanoden vertikaler Stromzuführung bzw. mit selbstbackenden Anoden mit ebenfalls oberer Stromzuführung ausgeführt.
Die zur Zeit bekannten Elektrolysezellen mit selbstbackenden Anoden vertikaler Stromzuführung bestehen dem Aufbau nach im Wesen aus einem Anodenmantel, aus der Kohlenanode, aus dem während des Betriebes fortlaufend einbackenden Anodenbolzen, aus den Stromzuleitungsschienen, aus der Anodenbewegungseinrichtung und schliesslich aus der Anodentragkonstruktion.
Jeder einzelne Anodenbolzen ist unmittelbar oder mittels Einlagestücken aus Aluminium und mittels einer Klemmvorrichtung an der Anodenschiene befestigt.
Die Anodenbolzen und die Anodenschienen gelangen während des Betriebes der Elektrolysezelle zufolge des Verschleisses der Kohlen-Anode immer näher an das untere Ende der Anode und in die Nähe des Anodenmantels. Sobald sie sich dem oberen Teil des Anodenmantels auf ungefähr 0, 3 bis 0, 6 m bzw. dem durch die Anodenbewegungseinrichtung bedingten unteren Totpunkt genähert haben, muss eine Verschiebung der Anodenschienenvorrichtung durchgeführt werden. Vor dieser Verschiebung werden die Bolzen oder ein Teil derselben zeitweilig am Anodenmantel befestigt, nachher wird durch öffnen der Klemmvorrichtung die starre Verbindung zwischen den Bolzen bzw. den stromführenden Zwischenstücken und der Anodenmantelkonstruktion wieder gelockert und die Anodenschienen werden mittels der Anodenbewegungsvorrichtung in die obere Lage gehoben.
Hierauf wird die starre Verbindung zwischen den bereits in der oberen Lage befindlichen Anodenbolzen bzw. den stromführenden Zwischenstücken und der Anodenschienenvorrichtung wieder hergestellt und schliesslich wird die zeitweilige Befestigung der Bolzen am Anodenmantel aufgehoben. Für die zeitweilige Befestigung der Anodenbolzen am Anodenmantel sind bei den bekannten Zellen am oberen Teil der Anodenmantelkonstruktion zwischen den Bolzenreihen oder neben der äusseren Bolzenreihe unter der Anodenkonstruktion zwei Tragbalken angeordnet, die mit dem Anodenmantel zusammengebaut oder tragbar ausgeführt sind.
Sobald sich die Spitzen der Anodenbolzen dem unteren Teil der Anode nähern, werden sie aus der Anode gezogen. Dieser Ziehvorgang läuft folgendermassen ab :
Durch Öffnen der Klemmvorrichtung wird die Befestigung zwischen den herauszuziehenden Bolzen und der Anodenschiene gelockert. Die Bolzen werden herausgezogen und statt diesen werden im voraus gereinigte neue Bolzen auf höherem Niveau eingelegt ; endlich werden die Bolzen durch Schliessen der Klemmvorrichtung wieder an der Anodenschiene befestigt. Die Anodenschienenvorrichtung ist durch Zwischenschaltung der Anodenbewegungsvorrichtung an vier Punkten an der Anodentragkonstruktion aufgehängt.
Die Nachteile dieser allgemein bekannten Elektrolysezellen mit selbstbackenden Anoden vertikaler Stromzuführung können wie folgt zusammengefasst werden :
Bei Beibehaltung der Anodenabmessungen ist der konstruktive elektrische Widerstand und der Wärmeverlust der Anoden hoch, die Schlackenbildung erheblich. Die Verteilung der Wärmeverluste bzw. der Temperatur der Anode bei den zur Zeit bekannten Zellen ist unvorteilhaft, wodurch eine wirtschaftliche Erhöhung der Zellenabmessungen nicht mehr möglich ist. Im Falle der bekannten konstruktiven Lösungen ist der Arbeitsaufwand wie z. B. für das Ziehen der Bolzen, die Verschiebung der Anodenschienenvorrichtung und die Anodenbreibeschickung gross.
Die nötigen Arbeiten erfordern einerseits schwere Handarbeit unter gesundheitsschädlichen Arbeitsbedingungen, anderseits ist die Mechanisierung der Arbeiten im Fall der bekannten konstruktiven Lösungen sehr aufwendig.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der geschilderten Nachteile, insbesondere bei gleichen Zellenabmessungen die Verminderung des elektrischen Widerstandes und/oder des Wärmeverlustes und der Investitionskosten bzw. die Sicherung der wirtschaftlichen Verwendbarkeit von Zellen grosser Abmessungen, ferner die Erleichterung der Bedienungsarbeiten der Zellen und dadurch die Ermässigung der spezifischen Produktionskosten und/oder die Erhöhung der Produktion.
Dieses Ziel kann gemäss der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Anodenbolzen entlang der Anodenschienen abwechselnd beidseits derselben angeordnet sind, und dass jeder Anodenbolzen mittels einer von zwei Spannbolzen durchsetzten Abstützplatte gegen die Anodenschiene gepresst ist, wobei mit Ausnahme der Endbereiche der Elektrode jedem Anodenbolzen zwei Spannbolzen zugeordnet sind und jeder Spannbolzen zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Anodenschiene befindlichen Abstützplatten zugeordnet ist, die er verbindet.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Anodenbolzen im Bereich der Abstützplatten einen kreiszylindrischen Querschnitt auf und ist an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht, wobei er mit den kreiszylindrischen Flächen unter Vorspannung an der Abstützplatte bzw. an der Anodenschiene anliegt, wobei er durch Drehen um 900 von der Abstützplatte und der Anodenschiene lösbar ist.
Der Anodenbolzen kann im Bereich der Abstützplatten aber auch einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei er zwei symmetrisch zueinander angeordnete Kontaktflächen besitzt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen erörtert, die beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Elektrolysezelle darstellen.
Fig. 1 veranschaulicht eine erfindungsgemässe Elektrolysezelle, in einem vertikalen Längsschnitt parallel zu den Zellen bzw. Zellenreihen. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf Fig. 1. Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Anodenschienen der erfindungsgemässen Elektrolysezelle, wobei Fig. 2 einen Teil eines horizontalen ebenen Schnittes der Anodenschiene längs der Linie B-B in Fig. 4 veranschaulicht. Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3. Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine erfindungsgemässe Anodentrage- bzw.
Anodenbewegungsvorrichtung einer Elektrolysezelle, u. zw. zeigt Fig. 5 eine Seitenansicht der Anodenbewegungsvorrichtung senkrecht zu der Zellenreihe. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht.
Wie aus den Fig. l und 2 hervorgeht, sind oberhalb der Kohlen-Anode von quadratischem Querschnitt vier zueinander parallele Paare von Anodenschienen --1-- angeordnet, von denen jedes Paar einen sich in der Richtung des Stromes verjüngenden Querschnitt aufweist. Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, dass an den
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gleichachsig Stromübergangsflächen-2-ausgebildetKreiszylirtdermantelflächen ausgebildeten Kontaktflächen --3-- der Anodenbolzen --54-- anschliessen.
Jedem Anodenschienenpaar ist ein aus Platten zusammengeschweisster Träger zugeordnet, dessen vertikale Stege --24-- an den Innenseiten der Anodenschienen-l-und dessen Gurte-25, 26-oberhalb bzw. unterhalb der Schienen--l--verlaufen. Die Gurte--25, 26--sind mit kreisbogenförmigen Ausschnitten
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gegeneinander versetzt angeordnet.
An beiden Enden jeder Abstützplatte --4-- ist je eine Bohrung--28--vorgesehen, die mit Bohrungen --30-- in den Stromschienen --1--, ferner in den vertikalen Stegen--24--fluchtet. Durch die
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angebracht. An beiden Enden der Spannbolzen --5-- sind das Kippen regelnde Schraubenmuttern--29-und auf dem inneren Teil der Spannbolzen sind Schraubenmuttern--31--angeordnet. Die Muttern--28-- dienen für die Einstellung der optimalen Druckkraft bzw. für das Regeln des Kippens der Abstützplatten --4--.
Mit Hilfe der Schraubenmuttern --31-- wird die axiale Verschiebung der Spannbolzen --5-- in
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kommt der ebene Teil des Bolzenkopfes --55-- in eine parallele Lage zu der Abstützplatte-4-bzw. zu der Stromschiene Die Abstützplatte --4-- und dadurch die ganze Kippkette bzw. der Kippkettenabschnitt gerät damit in einen gelockerten Zustand, so dass der verdrehte Bolzen nach oben herausgezogen werden kann. Die zu dem verdrehten bzw. herausgezogenen Bolzen --54-- gehörende Abstützplatte --4-- ermöglicht, dass die beiden anschliessenden Spannbolzen --5-- in der Richtung ihrer eigenen Achse gegen die andere Seite der stromführenden Einheit verschoben werden können.
Damit wird ermöglicht, dass die anschliessenden und zu dem Bolzen --54-- auf der andern Seite der stromführenden Einheit gehörenden Abstützplatten --4-- kippen. Durch das Kippen dieser Abstützplatten nimmt deren Vorspannung ab, d. h. auch die Druckkraft. Dieser gelockerte Zustand führt bloss bei dem verdrehten Bolzen zu einer Unterbrechung des elektrischen Kontaktes, und die übrigen Bolzen verbleiben auch weiterhin in Berührung mit der stromführenden Schiene --1--. Diese Berührung ist jedoch nicht so fest, wie im vorgespannten Zustand der Kippkette, die Lockerung ermöglicht jedoch das Verschieben der Anodenschienenvorrichtung.
An dem unteren Ende der Anodenbolzen--54--befindet sich der Stromübergangsabschnitt --21--, oberhalb desselben ist ein sich erweiternder Abschnitt--2--ausgebildet. Der Durchmesser des Abschnittes --22-- ist grösser als der Durchmesser des Abschnittes-21-. Dies ermöglicht, dass nach dem Herausziehen des Anodenbolzens bei einer verhältnismässig geringen Hubhöhe der neu eingesetzte Bolzen in die plastische Anodenmesse taucht, womit sich eine gute elektrische Berührung zwischen dem Bolzen und der Anode ausbildet.
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Der Stromübergangsabschnitt--21--und der Abschnitt--22--des Bolzens sind zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Die vertikalen Stege --24-- ermöglichen das Halten der schweren Anode durch die Anodenschienenvorrichtung ohne bleibende Deformation.
Die dargestellte Elektrolysezelle ist für einseitige Stromzuführung ausgebildet, d. h. die Schienen sind bloss an das eine Ende der über der Anode angeordneten stromführenden Schienen angeschlossen. Die Stege --24-der stromführenden Einheiten sind auf der dem Stromzuführungsende der stromführenden Schiene--l-- entgegengesetzten Seite länger ausgeführt. Auf diesen vorragenden Teilen auf der Stromzuführungsseite der Anode entgegengesetzten Seite ist der Träger--27--für den Antrieb angeordnet. Auf dem Träger --27-sind der Antriebsmotor-56-, das Untersetzungsgetriebe --57-- angeordnet.
Bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 wird die Drehzahl des Antriebsmotors --56-- durch ein Untersetzungsgetriebe-57herabgesetzt und die Drehbewegung des letzteren mit Hilfe der Kette --58-- auf die Schnecke-16- übertragen. Die Schnecke --16-- dreht ein Schneckenrad-15--, dessen Achse senkrecht zur Achse der
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Bewegung. Am Ende der Schraubenspindel --13-- ist das eine Ende eines Drahtseiles --18-- befestigt.
Das andere Ende des Drahtseiles --18-- ist unter Zwischenschaltung einer Justiereinrichtung --35-- am Anodentragwerk-6-befestigt. Das an der Schraubenspindel --13-- befestigte, horizontal angeordnete Drahtseil --18-- ändert seine Richtung über die Aufhängescheiben --17-- in eine vertikale.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zelle besitzt eine Anodenbewegungsvorrichtung, die aus einem Antriebsmotor --56-- und einem an diesen angeschlossenen Doppelantrieb mit vier Drahtseilen --18-- und dementsprechend vier Aufhängescheiben --17-- besteht. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Anodenbewegungsvorrichtung enthält hingegen ausser dem Antriebsmotor --56-- bloss einen einfachen Antrieb für die Drahtseile. Hier sind an das Ende der Schraubenspindel --13-- drei Drahtseile --18-- angeschlossen, von welchen eines durch Zwischenschaltung der Aufhängescheibe-17--, die übrigen zwei durch Zwischenschaltung von Umlenkrollen --60-- und weiteren Aufhängescheiben--17--am Anodenträger --6-- befestigt sind. Auf diese Weise ist die Anode an drei Punkten aufgehängt.
Bei der in den Fig. l und 2 dargestellten Zelle sind die Aufhängescheiben --17-- zwischen den vertikalen Stegen --24-- angeordnet und ihre Achsen sind in diesen Stegen gelagert.
Bei der Verschiebung der Anodenvorrichtung ist für das zeitweilige Halten der Anode eine zeitweilige Anodenbefestigungsvorrichtung vorgesehen, die im Betriebszustand über der Bolzenreihe --54-- angeordnet ist, und sich auf den Anodenträgern --6-- abstützt; wie dies aus der Fig. l hervorgeht, besteht die zeitweilige Anodenbefestigungsvorrichtung aus einem Tragbalken --7-- und auf diesen in der Längsrichtung verschiebbaren und auf Tragrollen --9-- sich abstützenden Halteelementen --9--. Mit Vorteil weist diese
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Bei der erfmdungsgemässen Zelle wird das Ziehen der Bolzen und das Verschieben der Anodenschienen wie folgt vorgenommen :
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Beim Verschieben der Anodenschienenvorrichtung, nachdem die Anode zeitweilig unmittelbar oder mittelbar an die Anodentragevorrichtung-6-befestigt wurde, werden die Bolzen-54-um ihre eigenen Achsen verdreht, wodurch der Anschluss zwischen den Anodenbolzen und der Anodenschiene gelockert wird. Hierauf wird das Verschieben der Anodenschienenvorrichtung vorgenommen, die Bolzen werden herausgezogen und nach dem Einsetzen neuer Bolzen wird die Kippkette gespannt. Schliesslich wird die zeitweilige Befestigung der Anodenschienenvorrichtung an der Anodentragvorrichtung-6-aufgehoben.
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