DE1010744B - Schienenfuehrung fuer grosse Elektrolysezellen fuer die Aluminiumelektrolyse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bekanntlich wird der Betrieb von Elektrolysezellen hoher Stromstärke durch die Aufwölbung des Metalls, bedingt durch magnetische elektrische Kräfte, stark erschwert. Es handelt sich hierbei um die Einwirkung der von den stromdurchflossenen Leitern erzeugten Magnetfelder auf den stromdurchflossenen flüssigen Inhalt der Zellen, der aus je einer Schicht flüssigen Aluminiums und flüssiger Salzschmelze (Elektrolyt) besteht. Es sind bereits mehrere Anordnungen zur Vermeidung dieser Kräfte und somit der Metallaufwölbung bekanntgeworden. Unter anderem wurden auch Abschirmungen der Magnetfelder durch dicke Eisenpakete vorgeschlagen. Bisher wurden die Stromschienen gemäß Fig. 1 geführt. Diese Anordnung genügt nur noch bis zu Stromstärken von etwa 50 kA. Für-größere Stromstärken hat man die Steigleitungen und auch die Anodensammelleitungen in möglichst großen Abständen voneinander geführt.

Wie aus der Zeichnung ferner zu ersehen ist, ist bei größeren Zellen, die in Serie geschaltet sind, die Stromleitung geteilt und verläuft als Doppelleitung. Jede Zelle hat zwei Kathodensammelleitungen la, Ib und zwei Anodensammelleitungen 2a, 2b. Zwischen den Zellen wird der Strom von den Kathodensammelleitungen la, Ib der vorhergehenden Zelle über Steigleitungen 3a, 36 nach den Anodensammelleitungen 2a, 2b der nachfolgenden Zelle geführt. 4 sind die Zuleitungen von der Anodensammelleitung 2a, 2b zu den Anoden 5, 6 ist die Elektrolysezelle, ein eisernes Gefäß, 7 die Kathode, 8 sind Anschlüsse der Kathode an die Kathodensammelleitung la, Ib, 9 ist flüssiges Aluminium und 10 der Elektrolyt.

Es sind auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen man die Stromzuführung zu den Anodensammelleitungen zweiseitig vornimmt, und zwar am Zeilenende und Zellenanfang, und die Anodensammelleitungen in der Mitte der Zelle elektrisch trennt, um eine gleichmäßige Stromverteilung für beide Teile der Anode zu erzwingen (Fig. 2). Letztere Anordnung hat aber den Nachteil eines sehr hohen Aufwandes an Stromschienen. Auch muß bezweifelt werden, daß diese Anordnung für Stromstärken über 100 kA noch genügt.

In Fig. 1 und 2 sind in den Grundrissen dieser bekannten Anordnungen die wirksamen Magnetfelder als Vektoren in der Grundebene der Zelle eingetragen.

Die Felder der Zelle sind hiernach:

1. das Innenfeld i, das in jedem Fall vorhanden ist und ellipsenförmig in der Zellenebene liegt,

2. das Feld st der Steigleitungen, das obiges Feld verstärkt,

3. das Feld α der Anodensammelleiter, welches am Zellenanfang verstärkt wird; dies ist besonders bei Zellen mit senkrechten eisernen Stromzuleitungen von den Anodensammelleitungen an die Anode sehr ungün-

Schienenführung

für große Elektrolysezellen

für die Aluminiumelektrolyse

Anmelder:
Vereinigte Aluminium-Werke

Aktiengesellschaft,
Bonn, Am Nordbahnhof

Dipl.-Ing. Günter Obermann, Grevenbroich (Ndrh.),
ist als Erfinder genannt worden

stig, da durch diese das Feld sehr stark in das Bad hineingebracht wird; am Zellenende wirkt das Feld der Anodensammelleitungen bei den herkömmlichen Zellen feldschwächend.

as 4. das Feld k der Kathodensammelleitungen (im folgenden soll hierunter das Feld sämtlicher Stromschienen verstanden werden, die unterhalb des Niveaus des Elektrolyten verlaufen); das Feld wirkt am Zellenanfang schwächend auf das Innenfeld, am Zellenende verstärkend.

Bei den Zellen gemäß Fig. 1 bewirken die sich aus den Magnetfeldern ergebenden Kräfte ein Kraftmaximum im zweiten Drittel der Zelle und ein Maximum des Metallstandes im letzten Viertel der Zelle. Bei Benutzung eiserner Zuleitungen zur Anode ist der Einfluß der Anodensammelleitungen sehr stark, so daß beide Erscheinungen wesentlich ausgeprägter sind und weiter zum Zellenende verschoben werden.

Betrachtet man die magnetischen Felder bei zweiseitiger Stromzuführung — wie in Zelle gemäß Fig. 2 — gegenüber der althergebrachten Anordnung nach Fig. 1 — so ergibt sich folgendes Bild:

1. Das Feld der Steigleitungen bleibt.

2. Das von den Anodensammelleitungen herrührende Feld wird am Zellenanfang nur halb so groß, bei eisernen Anodenzuleitungen noch kleiner, was sehr günstig ist. Das Feld der Anodensammelleitungen am Zellenende hat sein Vorzeichen umgekehrt, was ungünstig ist. Das von den Kathodensammelleitungen herrührende Feld, wobei defmitionsgemäß das Feld sämtlicher Schienen unterhalb des Niveaus des Elektrolyten zu verstehen ist, ist am Anfang der Zelle wesentlich größer geworden, was wiederum günstig wirkt. Am Ende der Zelle wird das Feld von diesen Schienen größer, was ungünstig ist.

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Bei Gegenüberstellung der Zellen mit einseitiger und zweiseitiger Stromzuführung muß zusammenfassend gesagt werden:

Das Kräftemaximum liegt bei zweiseitiger Stromzuführung in der Mitte, wodurch ein leichterer Ausgleich des Metallstandes möglich ist. Vorteile sind insbesondere bei eisernen Anodenzuleitungen zu erwarten.

Die Stromschienenführungen gemäß Fig. 1 und 2 sind noch mit Nachteilen behaftet, die den Elektrolysebetrieb bei Zellen hoher Stromstärke, etwa über 50 000 Amp., ungünstig beeinflussen. So stört das große, von den Steigleitungen herrührende Magnetfeld, abgesehen von dem Aufwand an Stromschienen, die wegen ihres großen Querschnittes teuer sind.

Die Erfindung beseitigt diese und andere Nachteile, indem der ungünstige Einfluß der Magnetfelder bei günstigerer, sparsamer Stromschienenführung noch weiter abgeschwächt wird. In Fig. 3 ist ein Ausführungs-"beispiel nach der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß werden die Anodensammelleiter an zwei Punkten η und 0 durch Steigleitungen mit Strom versorgt. Diese Steigleitungen sind zur Versorgung der Anodensammelleiter an den Punkten η zwischen je zwei Zellen und zur Versorgung der Mittelpunkte 0 seitlich in der Mitte der Zellenlängsseiten hochgeführt. Der Strom der Zelle wird dadurch an zwei räumlich getrennten Stellen, und zwar zwischen den Zellen und seitlich in der Mitte der Zellen, gleichmäßig verteilt in halber Stärke hochgeführt, wobei sich am Zellenanfang und -ende nur halb so starke Magnetfelder ausbilden wie bei den bisher bekannten Anordnungen. Die wirksamen Magnetfelder sind hier auch als Vektoren im Grundriß Fig. 3 eingetragen.

Der die Zelle am Ende der Kathodensammelleiter verlassende Strom wird im Punkt m geteilt und bildet bis zum Punkt 0 zwei Zweige m η ο und m-p 0, die sich im Punkt 0 vereinigen. Erfindungsgemäß haben beide Zweige gleichen Querschnitt und gleichen Widerstand, um die symmetrische Teilung der Stromversorgung der Anodensammelleiter sicherzustellen. Es ist zweckmäßig, die Strombelastung der Steigleitungen durch geeignete Instrumente zu überwachen. Zur Beurteilung der Wirkung der Magnetfelder auf die Flüssigkeiten in der Zelle ist die Stärke dieser Felder am Anfang und am Ende der Zelle wesentlich, während die in der Mitte der Zelle herrschenden Felder von untergeordneter Bedeutung sind. In der folgenden Tabelle sind die Magnetfeldvektoren für Anfang (A) und Ende (E) der Zellen mit den Schienenführungen nach Fig. 1, 2 und die erfindungsgemäße Schienenführung nach Fig. 3 eingetragen :

Abb.	Ort	Innenfeld	Steigleitung	Anoden sammelleiter	Kathoden- sammelleiter	Gesamt- Vektor
1	A E	+ 3 3	+ 4 4	+ 2 + 1	- 1,5 2	+ 7,5 3
2	A E	+ 3 — 3	+ 4 4	+ 1	— 5 3	+ 3 — 11
3	A E	+ 3 — 3	+ 2 2	-t- 1 + 1	to Cn	+ 1 — 6

Die Tabelle gibt nur die Größenordnung der zu erwartenden Vektoren. Ihre genaue Größe hängt noch von der Zellenkonstruktion, insbesondere der Anordnung der Eisenteile in der Zelle, ab.

Bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 störte bisher noch immer das große von den Steigleitungen herrührende Magnetfeld. Dieses wird bei der neuen Anordnung Fig. 3 nur halb so groß. Das Feld der Anodenleitung am Zellenanfang ist genau so günstig wie bei der Zelle nach Fig. 2. Das Feld der Anodenleitung am Zellenende liegt genau so günstig wie bei der Zelle nach Fig. 1. Das Feld, das von der Kathodensammelleitung — begrifflich sind hier wieder die Schienen unterhalb des Niveaus des Elektrolyten gemeint — herrührt, ist am Zellenanfang gleich günstig wie in Fig. 2 und am Zellenende unverändert.

Die gezeigten Beispiele sind nicht auf Serien von Zellen beschränkt, bei denen der Strom links und rechts der Zellenreihe, sozusagen zweigleisig, geführt ist. Die Erfindung kann ebenso sinngemäß auch für Serien von Zellen mit einem als auch mehr als zwei Stromleitern angewendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung der Stromzuführung an Elektrolysezellen für die Aluminiumelektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß der zu den Anodensammelleitern führende Strom symmetrisch in zwei Hälften geteilt wird, wobei die erste Hälfte zwischen den Zellen und die zweite Hälfte in der Mitte der Längsseite der Zelle beiderseits hochgeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 70S 549fl54 6.57