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Reduktionszellen-Steuersyste Die Erfindung betrifft die Steuerung
von Reduktionszellen und im besondemn ein Verfahren zum Betrieb elektrolytischer
Zellen tUr die Aluminiumherstellung.
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Einleitung Die Herstellung von Aluminium mittels Elektrolyse einer
aluminiumhaltigen Verbindungg z. B. Tonerde Al 2 0 3 ist ein seit
längerem bekanntes Verfahren, Das Aluminiumoxyd wird In seine Komponenten zerlegt#
der Sauerstoff wird an der Anode frei und das Aluminium lagert sich an der Kathode
ab. Es worden zwei Arten von elektrolytischen Zellen verwendet» nämlich
die als vorgebrannte Zelle und als Soderbergzelle bezeichneten Zellen. Die
vorgebaokone oder-gebrannte Zelle der Anode besteht aus einer Anzahl von getrennt
einstellbaren Kohleblöcken" die vorgebrannt oder vorgebacken sind" bevor ei
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In der Zelle montiert werdeng während bei der Soderbergzelle oder
Zelle mit etetiger Anode die Anode aus einem einzigen großen KühlestUck bentehtg
das an Ort und Stelle während den
Betriebes der elektrolytischen
Zelle gebacken oder gebrannt wird, wobei ein Teil der durch.den Reduktionsprozeß
gewonnenen Wärme verwendet wird. In beiden Fällen ist das Bad aus geschmolzenem
Salz von einer Kruste aus erstarrten Elektrolyten und Aluminiumoxyd überzogen" die
Wärmeverluste aus der Zelle verringern.
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Üblicherweise wird der Betrieb einer Aluminiumoxydredu ktionszelle
durch periodisches Zerbrechen der Kruste (um Aluminiumoxyd in das Bad einzuführen)
und durch periodisches Einstellen des Anoden-Kathodenabstandes (als A-C-Abstand
bezeichnet) gesteuert$ wobei beide Steuerschritte eine Änderung des Zellenwiderstandes
bewirken, der letztere Schritt durch Verändern des elektrischen Widerstandspfades
durch das Bad zwischen der Anode und der Kathode und der erstere durch Ändern der
Konzentration des in dem Bad gelösten Aluminiumoxyds. Obwohl es theoretisch möglich
wäre, die Badkonzentration konstant zu halten" um den Effekt des sich ändernden
A-C-Abstandes auszuwerten und umgekehrtt war es bisher schwierig einen Weg aufzuzeigeng
wie eine derartige Information bei der Steuerung oder Kontrolle des Zellenbetriebes
angewendet werden kann# und zwar vorwiegend des-, halb, weil die tatsächliche
Aluminiumoxydkonzentration in dem Bad zu einer bestimmten Zeit nur sehr schwierig
durch direkte Probenentnahme und analytisch* Verfahren bestimmt worden kann,
die viel Zeit benötigen und tUr eine stetige oder des-öfteren wiederholte
Anwendung unpraktisch sind; weiterhin deshalb, weil es schwierig ist»
eine direkte physikalische oder körperliche Nennung den A-C-Abstandes
mit
genügender Genauigkeit durchzuführen. Demgemäß erfordert die Ausübung einer Betriebssteuerung
durch Verändern der Aluminiumoxydkonzentration und Ändern-der Anodenbrückeneinstellung
eine große Erfahrung und subjektive Beurteilung durch geschickte Überwachungspersonen.
Es war bisher üblich, .große Variationen in der ZellenausfUhrung zwischen einem
verhältnismäßig ustarvedtl-Zustand (niedrige Aluminiumoxydkonzentration), der zu
dem "Anoden-Effekt" führt, und einem überladenen Zustand (am oder Uber dem Sättigungspunkt)
zu gestatten, der zur "Krankheitn des Tiegels infolge Verschlammen oder Temperaturinstabilitäten
tUhrt. In dieser Beziehung wurden jedoch bereits einige Versuche aufgezeigt bei
der Zellenoperation verschiedene Beschränkungen aufzuerlegeng beispielsweise Schaltungsvorrichtungeng
die einen Anodeneffekt vorwegnehmen# um ein "ticht" zu vermeiden, bevor es auftritt..
oder AluminiumoxydzufUhrvorrichtungene die eine genauere Steuerung der ZufUhrungsgeschwindigkeit
des Aluminiumoxydes in das Bad gestatten, Es bleibt jedoch Immer noch die Schwierigkeit,
daß die Kontrolle einer Zelle durch Ändern der Aluminiumoxydkonzentration und Verändern
des A-C-Abstandes unabhängig voneinander ohne eine leicht anwendbare objektive Norm
des Zellenzustandes infolge solcher Steuerwirkungen notwendigerweise ein ungewisses
Ergebnis hervorbringt.
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Unter Beachtung dieser Probleme wurde dahingehend gearbeitetg daß
die entsprechenden Einflüsse der Aluminiumoxydkonzentration und des A-C-Abstandes
auf das Zellenverhalten untersucht wurden;
es hat sich dabei gezeigt,
daß bei einem konstanten A-C-Abstand und sonst stabilen Arbeit.Ibedingungen die
charakteristische Widerätandskurve (Zellenwiderstand aufgetragen über der Aluminiumoxydkonzentration)
nach unten konvex ist" wodurch angezeigt wird# daß ein oder mehrere Minimalwerte
der Zellenwiderstands-Komponente infolge der Aluminiumoxydkonzentration bestehen.
Es hat sich ferner gezeigt, daß die Familie gleicher Zellenwiderstandskurven für
verschiedene Werte des konstanten A-C-Abstandes einen Ort dieser Punkte minimalen
Widerstands aufweisen. Mit anderen Worten. führen diese Untersuchungen zu dem Schluß»
daß unabhängig von dem A-C-Abstand eine optimale Aluminiumoxydkonzentration oder
ein enger Bereich von Konzentrationen für jeden Reduktions-.tiegel vorhanden ist.
bei dem sich der niedrigste Zellenwiderstand ergibt, der in bezug auf die Aluminiumkonzentration
des Bädes erreichbar ist. Die vorstehenden Betrachtungen fUhren weiter zu dem Schluß"
daß erkannte Änderungen in dem Zellenwiderstand während der Reduktion zur Bestimmung
entsprechender Änderungen in der Aluminiumoxydkonzentration verwendet werden können,
wodurch sich eine Methode zur Kontrolle des Zuführprogramms ergibt, um jedes gewünschte
diesbezügliche Verhalten der Zelle zu erzielen.
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Es verblieb jedoch das Problem, daß der absolute Wort des Zellenwiderstandes
nicht notwendigerweise eine brauchbare KontrolltunktiGn darstellt, wenn der Badwiderstand
durch
sporadische Änderungen In dem A-C-Abstand um einen unbekannten
Betrag geändert wird. Weitere Beobachtungen des Zellenzustandes haben aufgezeigt,
daß der A-C-Abstand bei üblichen Zellen während einer beträchtlichen Zeitperiode
zwischen aufeinanderfolgenden Abstichoperationen zum Abnehmen des angesammelten
Aluminium sich nicht wesentlich ändert, und zwar vorwiegend deshalbj, weil die Abnahmegeschwindigkeit
im A-C-Abstand infolge anwachsenden Volumens des geschmolzenen Aluminiums in der
Zelle in großem Maße durch den fortschreitenden Verbrauch der Kohle-Anodenstoffe
aufgeschwoben wird, der den A-C-Abstand vergrößert; auf jeden Fall kann, wenn eine
derartige Abweichung vom Gleichgewicht besteht, diese durch wahlweise Einstellung
des tatsächlichen Anoden-Kathodenabstandes kompensiert werden. Es hat sich somit
gezeigt, daß ein verbesserter Zellenzustand durch Betrieb bei einem praktisch konstanten
(oder auf andere Weise definierten) A-C-Abstand erreicht werden kann" wobei
als Basis ein ausgewähltes Kriterium» beispielsweise maximale Produktion in Kilowattstunden
durch Kilogramm gewonnen wird, während der Zellenwiderstand (oder die Zellenspannung,
wo der Strom konstant ist) durch ein Zuführprogramm gesteuert wird# bei dem
Zugaben von Aluminiumoxyd bei bestimmten Änderungen der Funktion der Aluminiumkonzentration,
beispielsweise des Zellenwiderstandes gemacht werden. Es hat sich
weiterhin gezeigt, daß der A-C-Abstand noch genauer kontrolliert werden kanni wenn
er periodisch bei praktisch derselben Badaluminiumoxydkonzentration eingestellt
wird. Dies gestattet eine genauere Analysis der Wirkungen des A-C-Abstandes auf
den Betrieb der Zelle als es bisher
möglich war, wo die Einstellungen
praktisch ohne Rücksicht auf Änderungen Im Zellenwiderstand infolge sich ändernder
Aluminiumoxyd-Konzentration vorgenommen wurden.
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Wie dies In der Praxis vor sich gehen kann., zeigt beispiels-, weise
l'olgendes: Die Reduktionszelle ist mit einer Aluminiumoxyd-ZufUhrvorrichtung mit
zwei Fördergeschwindigkeiten ausgestattet, wobei die eine kleiner und die andere
größer als die Abnahmegeschwindigkeit des Badaluminiumoxydinhalts bei der Aluminiumproduktion
ist. Nach dem Start erfolgt der Betrieb der Zelle so, daß die Zuführvorrichtung
auf eine dieser Geschwindigkeiten beispielsweise die niedrigere Geschwindigkeit
eingestellt wird, wobei der A-C-Abstand eine bestimmte Einstellung besitzt. Bei
einer Anzeige oder Vorhersage des wachsenden Zellenwiderstandes wird die Zuführvorrichtung
auf die höhere Geschwindigkeit geschaltet und in dieser Einstellung gehalten bis
die Neigung des anwachsenden Zellenwiderstandes verlangsamt,aufgehoben oder umgekehrt-ist.
Bei Anzeige oder Vorhersage eines nun wachsenden Zellenwiderstandes, der angibt,
daß die Aluminiumoxydkonzentration einen Wert auf der anderen Seite des Minimalpunktes
der Zellenwiderstandskurve erreicht hat, wird die Zuführvorrichtung auf
die
niedrigere Einstellung zurückgeschaltet. Weitere Einstellungen der Zuführvorrichtung
erfolgen in ähnlicher Weise. Abhängig von dem gewählten Änderungsbereich des Erzinhaltes
für Steuerzwecke kann der Zellenwiderstand hiermit praktisch konstant auf oder nahe
dem niedrigsten Widerstand.ausgedrückt in der Aluminiumoxydkonzentration gehalten
worden.
Abwandlungen dieses generellen Verfahrens können dazu verwendet
werden, den Zellenwiderstand innerhalb anderer vorgeschriebener Grenzen zu halten.
So kann es beispielsweise im Falle der Boderberg-Zellen die Schwierigkeit in der
Verteilung des Aluminiumoxyds Innerhalb des.Bades notwendig machen" daß die Zelle
vollständig auf der Seite geringerer Aluminiumoxyd-Konzentration bei einem Zellenwiderstand
betrieben wirdg der etwas größer als der Minimalwert Ist.
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Die Erfindung richtet weiter Ihr Augenmerk auf die Entdeckung überschüssigen
Erzgehalts, der zu einem Verschlammen oder einem Uberhtzungseffekt neigt, und auf
ein Verfahren erkennbarer Fehlfunktion der Zelle in dieser Richtung zum Unterschied
von ähnlichen Wirkungen, die durch zu niedrige Kohlen In einer vorgebackenen oder
gebrannten Anode auftreten. Es wurde schon festgestellt, daß die Wechselstromkomponente
einer der an die Zelle angelegten Gleichspannung überlagerten Wechselspannung eine
verlässliche Anzeige dafür ist" daß eine Kohle zu niedrig eingestellt ist»
d. h.. daß einer oder mehrere Kohleblöcke in der Packung im Vergleich zu
den anderen zu nahe an der Kathode eingestellt sind, so daß die niedrige Kohle einen
unverhältnismäßig hohen Strom fUhrt. Es hat sich gezeigt, daß ein auf dieser Technik
aufgebautes Fühlsystem auch dazu verwendet werden kanng unerwünschte Verschlammungszustände
In der Zelle anzuzeigen, und demgemäß, wenn die Zelle gerade eine beachtliche ZutUhrung
erhalten hat (z. t3. durch Aufbrechen der Kruste zu einem Betriebszeitpunkt# beispielsweise
beim Starten) oder gerade Aluminium durch Abstechen entfernt
wurde..
die Anzeige einer zu niedrigen Kohleg was als Anzeige für eine erforderliche Reduzierung
der Zuführgeschwindigkeit oder sogar ein Abschalten des Aluminiumoxyds-Zuführers
für eine Zeitspanne bis der Indikator wieder auf seine normale Stellung zurückgekehrt
ist, ausgelegt werden kann. Dieses Wissen dient zur Ausdehnung der Anwendbarkeit
der Widerstandssteuerung auf Betriebsperioden, die verschiedene Wirkungen einschließen,
die mit einem periodischen, massiven Zuführen oder dem Abstechen von Aluminium aus
der Zelle verbunden sind. Gemäß einem Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum betrieo einer elextrolytisenen Zelle zur Aluminiumherstellung
auf, bei dem in einem Schmelzsalzbad gelöstes Aluminiumoxyd durch Hindurchschicken
elektrischen Stromes dureh das genannte Bad zu metallischem Aluminium reduziert
wird; das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte Zuführen von Aluminiumoxyd
zu dem Bad in Intervallen,periodisches Abfühlen einer Funktion des Zellenwiderstandes$
die abhängig von der Bad-Aluminiumoxyd-Konzentration istund Regeln der ZufUhrrate
abhängig von der genannten Funktion. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung
wird ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Zelle zur Aluminiumherstellung
aufgezeigt, bei dem in einem Schmelzsalzbad gelöstes Aluminiumoxyd durch Hindurchschicken'
eines elektrolytisehen Stromes durch das genannte Bad zwischen einer verhältnismäßig
beweglichen
Anode und Kathode zu metallischem Aluminium reduziert wird; das Verfahren ist gekennzeichnet
durch die Schritte,Bestimmen eines Aluminlumoxyd-Konzentrations-Kontrollbereiches
fUr die Zelle, Einstellen des Bades auf eine bestimmte Aluminiumoxyd-Konzentration
innerhalb des genannten Bereiches und Ändern des Anoden-Kathoden-Abstandes" wie
es erforderlich istg um den Zellenwiderstand auf einen vorbestimmten Wert einzustellen,
der dem gewünschten Anoden-Kathoden-Abstand für stetige Operation der Zelle entspricht,
und Regeln des nachfolgenden-Zellenbetriebs durch Zuführen von Aluminiumoxyd zu
dem Bad mit einer Geschwindigkeit, die die Aluminiumoxyd-Konzentration des Bades
innerhalb des genannten Kontrollbereichs hält.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung
beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aluminiumoxyd-Reduktionszelle,
Flg. 2 schematisch eine Reduktionszelle mit zugeordneten Fühl- und Steuermitteln,
die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können,
Fig. 3 typische Änderungen der Bad-Aluminiumoxyd-Konzentration und des Widerstandes
einer Aluminiumoxyd-Reduktionszelle aufgetragen über der Zeit und
Fig.
4 die Änderung des Gesamtzellen-Widerstandes in bezug auf den Bad-Aluminiumoxydinhalt
bei verschiedenen A-C-Abständen und die verschiedenen Komponenten der Zellenspannung
einer Aluminiumoxyd-Reduktionszelle, die bei einem konstanten A-C-Abstand und konstantem
Zellenstrom betrieben wird.
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Eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Aluminiumoxyd-Reduktionszelle
ist schematisch in Fig. 1 gezeigt und besitzt eine Stahlhülle 11,
die mit einer Isolierschicht 12 ausgefüttert ist,und eine kohlenartige leitende
Ausfütterung 13.
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Eisenstäbe lb sind in der Ausfütterung 13 eingebettet und mit
einem Kathodenleter 19 verbunden. Die Ausfütterung 13 enthält eine
Menge geschmolzenen Aluminiums 14 und ein Bad 15 aus im geschmolzenen Elektrolyten
gelösten Aluminiumoxyd. Andere Formen der Ausfütterungen und Kathoden-Konstruktionen
können verwendet werden, die das geschmolzende Aluminium 14 und das Bad
15 enthalten und ein kathodisches Pot enzial an das geschmolzene Aluminium
14 legen, beispielsweise eine nichtleitende Ausfütterung und ein leitendes Kathodenelement
(z. B. Titan-Diborid oder dergl.), das sich bis zum Kontakt mit dem geschmolzenen
Aluminium erstreckt.
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Über dem Blektrolyten und teilweise in diesem eingetaucht, ist eine
Kohle-Anode aufgehängt, die aus einzeleinstellbaren vorgebrannten Kohleblöcken 16,
_wie gezeigt, für eine übliche Vielanodenzelle gebildet wird oder im wesentlichen
aus einer großen
Kohlemasse besteht$ die nur als Ganzes einstellbar
ist, wie dies für die Übliche Soderberg-Zelle zutrifft. Der geschmolzene Elektrolyt
15 ist von einer Kruste 17 überdeckt, die im wesentlichen aus erstarrten
Blektrolytbestandteilen und zusätzlichem Aluminiumoxyd besteht. Da Aluminiumoxyd
in dem Elektrolyten 15 verbraucht wird, kann mehr Aluminiumoxyd durch Aufbrechen
eines Teiles der Kruste 17 oder vorzugsweise durch Verwendung eines mechanischen
Aluminiumoxydförderers 24 dem Blektrolyten zugeführt werden.
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Ein Aluminiumoxydvorrat für den Zuführer 24 oder zur Auffüllung
der Kruste wird vorzugsweise in einem Fülltrichter 23 bereitgehalten. Die
Anode 16 wird von einem Anodenstab 21 abgestützt., der entfernbar an einer
Brückenschiene 22 angeklemmt, die wiederum an eine Anodenschiene 20 elektrisch angeschlossen
ist. Die Anodenschiene 20 und die Kathodenschiene 19 sind an entsprechende
Pole einer geeigneten Quelle des Elektrolysenstromes geschaltet.
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Infolge der angelegten EMK oder Spannung wird der Elektrolysenstrom
durch die genannten elektrischen Verbindungen und durch die geschmolzene BleKtrolytenschicht
15 zwischen der Anode 16
und der geschmolzenen Aluminiummasse 14 geleitet,
so daß das In der geschmolzenen :Elektrolytenschicht gelöste Aluminiumoxyd elektrolytisch
in seine Bestandteile zerlegt wird, wobei sich das metallische Aluminium in der
geschmolzenen Aluminiiimschicht 14 ansammelt und der Sauerstoff im wesentlichen
kombiniert
mit dem Kohlenstoff der Anode 16 frei wird, und
aus der Zelle als Kohlenmonoxyd-oder Kohlendioxydgas durch Löcher in der Kruste
17 entweicht. Das angesammelte Aluminium wird von 2eit zu Zeit gewöhnlich
in regelmäßigen Abständen von 24 bis 48 Stunden aus dem Becken 14 mit geschmolzenem
Aluminium abgestochen. Anodenkohle wird durch periodisches Versetzen der Blöcke
16 in Vielanodenzellen oder durch Zugeben frischer Kohlenpaste auf die Oberseite
der selbstbrennenden Soderberg-Anoden nachgefüllt.
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Die an der Anode erzeugte Kohlenmonoxydmenge zeigt den Grad der schlechten
Zellenwirkung an; es werden größere Mengen_ während Zeiten der Zellenzählfunktion
durch folgendes erzeugt: Schlechte Einstellung der Anoden-Kohlenblöcke
16, Schlammansammlungen, die teilweise die Kontaktflächen zwischen den Bepken
14 mit geschmolzenem Aluminium und der Zellenausfütterung 13 bedecken, übermäßig
hohe Temperaturen des geschmolzenen Stoffes in der Zelle und durch andere Faktoren,
died3mn zur Wirkung kommenj, wenn die Zelle"nichtvater optimalen Bedingungen betrieben
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel für AbfUhl- und Steuermittel" die zur Durchführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.
Der Zelle 30 ist wie in'Fig. 1-, die Kathodenschiene 19" die Anodenschiene
20" die Anode 16 und die Zuführvorrichtung 2,4 zugeordnet.. Die Anode
16
ist mit Anoden-Einstellmitteln 35 versehen» die aus einer manuell
betätigten Kette oder einen Motor bestehen können" mitteill
,dem
die Überwachungspersono die Auf- und Abbewegung der Anode 16 bewerkstelligt
und die beim Ausführungsbeispiel auch auf ein Signal ansprecheng das Über einen
Abtaster 39
von einem Rechner 40 kommt. Die Zuführvorrichtun g 24 wird
durch eine ZufUhrgeschwindigkeit-Steuerung .31 betätigtg durch die die ZufUhrung
von Aluminiumoxyd zur Zelle 30
über eine von mindestens drei Einstellungen,
nämlich ab, hoch und niedrig gesteuert wird, die durch die Betätigung eines Dreistellungsschalters
32 bestimmt werden.
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Ein Verstärker 33 fUr die Wechselstromkomponente der Zellenspannung
steht in elektrischer Verbindung mit der Kathodenschiene 19 und der Anodenschiene
20 und nimmt einen Teil (im Frequenzbereich von ca. 1 bis 20 Hertz)j, der
der Überwiegenden Gleichspannung zwischen der Kathodenschiene 19
und der Anodenschiene
20 überlagerten Wechselspannungskomponente auf, verstärkt und Integriert diesen
Teil und gibt zur Anzeige auf einem Meßgerät 34 und zur Ablesung durch den Rechner
40 über den Abtaster 39 ein Signal ab, das proportional zu der Amplitude
der genannten Wechselspannungskomponente ist. Eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung
ist Gegenstand der noch laufenden deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
R 39 816. Die Wechselstromkomponente kann zur Anzeige von Fehlzuständen In
der Zelle verwendet werden., die durch falsche Einstellung der Anodenblöcke in Bezug
zueinander oder durch noch zu erwähnende Schlammansammlungen verursacht werden.
Ein Widerstandsfunktionsgenerator 3b gibt ein Signal ab.das
proportional
zum Zellenwiderstand ist, der auf einem Aufzeichnungsgerät -37 oder einem
Anzeigegerät 38 aufgezeichnet bzw. angezeigt wird und vom Rechner 40 über
den Abtaster _39 abgelesen werden kann. Der Widerstandsfunktionsgenerator
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kann aus einer Hall-Generatorplatte bestehen., der ein Eingangsgleichstrom
zugeführt wird, der proportional zu dem Reziprokwert des Leiter- (oder Zellen-)
Stromes I ist.
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Die Platte ist zwischen den Polen und innerhalb des Luftspaltes eines
Elektromagnets angeordnet" der durch einen Strom erregt wird, der proportional zu
der Differenz zwischen a) der zwischen der Kathodenschiene 19 und der Anodenschiene
20 anliegenden Spannung B p und b) einer vorbestimmten konstanten
Spannung k ist, so daß die Ausgangs-Hall-Spannung proportional zu dem Produkt
aus E-k und VI, wie es im einzelnen in der noch laufenden deutschen PatentanmQldung
R 39 816
beschrieben, ist. Andererselts kann der Zellenwiderstand auch aus
dem Rechner angebotenen Daten berechnet werden, so daß der Widerstandsfunktionsgenerator
3b wegfallen kann.
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Da die vorgenannte Uber-Igerte Wechselstromkomponente der Zellenspannung
kleine Schwankungen am Ausgang des Generators 36
hervorrufen kann, sind das
Aufzeichnungsgerät 37 und das Anzeigegerät 38 vorzugsweise mit geeigneten
Dämpfungsmitteln versehen und das vom Rechner 40 abgefühlte'Signal wird vorzugsweise
vor der AbfUhlung für ein oder mehrere Sekunden integriert. Der Abtaster
39 legt an den Rechner 40 abhängig von einem Programm die Ausgangssignale
von jeder der Vielzahl von Zellen, die zu steuern sind, und zwar nacheinander oder
auf Befehl des
RechnerprogramMs oder nach Wunsch der Überwachungspersone
Der Rechner 40 ist mit geeigneten Eingangsvorrichtungen 41 zur Aufnahme von zusätzlichen
Daten versehen.
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Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, In der die Kurve
A
den Widerstand einer fUr eine Zeitspanne bei praktisch konstantem A-C-Abstand
arbeitenden Aluminiumox.yd-Reduktiongzelle darstellt und Kurve B eine geglättete
Darstellung .des Aluminiumoxydbadinhalts Ist., wie er durch chemische Analyse von
zu bestimmten Zeiten aus der Zelle abgenommenen Proben des Blektrolyten.bestimmt
wurde. Die Kurve A (Zellenwiderstand) stellt die Summe der Kurven C,
D und B dar, die die Widerstandskomponenten RBad " Rextern und RÜberspannung
angeben. Bei dem durch.diese Kurven dargestellten Betrieb wurde der Zelle Alum1,niumoxyd
unter Aufbrechen eines Teiles der Kruste 17 in üblicher Weise zugeführt und
die Klektrolyse wurde ohne weitere mechanische Zuführung fortgeführt bis der AluMiniumoxydgehalt
zu einem Grad erschöpft war, daß ein "Anoden-Xffekt" auftrat. Die Spitze B kurz
bevor der Zeit T 1 zeigt an, daß die Zuführung auf übliche Weise anfänglich
einen überschüssigen Aluminiumoxydgehalt In dem geschmolzenen Blektrolyt
15 zur Folge hatte, und ferner, daß der überschüssige Teil davon rascher
abgebaut wurde" als es nachfolgend geschah. Diese schnelle Abnahme des Aluminiumoxyds
wird offenbar durch den Niederschlag des Aluminiumoxyds als Schlamm auf den elektrischen
Kontaktflächen zwischen der Zellenausfütterung 13 und der geschmolzenen
Aluminiummasse
14 verursacht, was wiederum eine Überhitzung zur Folge hat und den Zellenwirkungsgrad
verringert. Nach der Zeit T 1 nahm der Zellenwiderstand langsamer auf aen
Minimalwert R c2 zur Zeit T 2 entsprechend einem Aluminiumoxydgehalt 54 ab, wonach
der Widerstand mit der weiteren Abnahme des Aluminiumoxydgehalts rasch anstieg bis
zur Zeit T 3 (entsprechend der Aluminiumoxydkonzentration 56) der
Anodenaffekt beobachtet wurde.
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In Fig. 4 veranschaulicht die Kurvenschar F V F29 F_3 und F4.-die
Änderung des Gesamtzellenwiderstandes R c relativ zu der Badaluminiumoxydkonzentration
für verschiedene konstante Werte des A-C-Abstandes über einen Bereich zwischen maximalem
Erzgehalt 51, der unter normalen Zellenbetriebsbedingungen in dem Bad lösbar
ist,und der Konzentration 5Ö',bei der der Angdeneffekt auftritt. Wenn der Zellenstrom
auch Im wesentliehen konstant gehalten wirde dann besitzt die Änderung der Zellenspannung
eine Form, die ähnlich der fUr den in Fig. 4 oben angegebenen Zellenwidei#stand
Ist; die Kurven G$ H und J im unteren Teil der Fig. 4 stellen die
Komponenten dieser Spannung dar. Während die vorliegende Beschreibung sich mit der
Widerstandsteuerung befaßt, wodurch ein Konstanthalten des Stromes unnötig ist,
ist erkenntlich, daß unter der Bedingung.des konstanten Stromes zur Ausf11hrung
der vorliegenden Erfindung auch eine Spannungssteuerung verwendet werden kann.
Aus
der Kurve Fi der Fig. 4 ist zu entnehmen$ daß der entsprechende Zellenwiderstand
von einem Aluminiumoxydgehalt 51
an über die Punkte 55, 59 und 55t
auf einen Minimalwert bei 54 abfällt. Ohne Zuführung verläuft der Zellenwiderstand
durch diesen Minimalwert und wächst dann über höhere Werte bei 531 und
53 bis er den Punkt 5b erreicht, bei dem der Wlderstand rasch anwächst
und die Zelle In den Anodeneffekt übergeht. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß eine
überraschende Eigenschaft der Kurvenschar F 19 F2 9 F
-3 und F 4 darin besteht, daß alle Kurven ungefähr bei dem gleichen Aluminiumoxydkonzentrationspunkt
54 duren ihre entsprechenden Minimalwerte laufen (wo dieÄnderungsgeschwIndigkeit
von R c Null Ist), wodurch angezeigt wird, daß *-;lv eine optimale Badaluminiumoxydkonzentration
für eine bestimmte gegebene Reduktion-zelle über einen weiten Bereich des A-C-Abstandes
vorhanden ist. Dies bedeutet., daß wenn einmal die vorstehend beschriebenen Kennlinien
bestimmt wu-den, durch Beobachten und Ausnützen der Zellenwiderstandscharakteristik
die Zelle,: ständig mit oder nahe der optimalen Badaluminiumoxydkonzentration betrieben
werden kann, ohne daß die Badkonzentration durch direkte Analyse periodisch bestimmt
wird.
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Bestimmte Werte der badalumlniumoxyakonzentration entsprecnend den
Punkten 51, 54 und 56 sind abhängig von verschiedenen Aufbau- und Betriebsparametern
und die verschiedenen Aluminiumoxydkonzentrationen entsprechenden Zellenwiderstandswerte
sind ebenfalls von diesen Parametern und insbesondere von dem
A;--C-Abstand
der Zelle abhängig. Wurde jedoch für eine,bestimmte Zelle der gewünschte A-C-Abstand
bestimmt und die. Zellenanode und--Kathode darauf eingestellt, dann ist es nicht
mehr erforderlich, diese anderen Parameter bei normalen Steuer- und Überwachungsoperationen
zu berücksichtigen. Somit ergibt sich eine vorbestimmte optimale Badaluminiumoxydkonzentration
durch Bezugnahme auf die Kurve A und eine Zuführung zu d3r Zelle hierauf
beruht auf der Beobachtung der Veränderungen des Zellenwiderstandes3 wie er auf
dem Anzeigegerät 38 oder vorzugsweise durch das Aufzeichnungsgerät
37 dargestellt wird.
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Es sei nochmals die Kurve F 1 der Fig. 4 betrachtet. Wird Aluminiumoxyd,durch
die Elektrolyse verbraucht., so zeigt sich, daß bei einem Erzgehalt 53 der
Zellenwiderstand ansteigt und die Überwachungsperson wird der Zelle beispielsweise
durch Zerbrechen eines Teiles der Kruste 17 soviel Aluminiumoxyd zuführen.,
als nach seiner Schätzung erforderlich ist, um den Erzgehalt der Zelle auf einen
Wert 55 nicht größer als der Wert 51 zu bringen, über dem ein Verschlammen
auftritt. Bei jeder Zuführung kann er seine Beurteilung der Menge der zu brechenden
Kruste dadurch verbessern$ daß er die Veränderung des Widerstander, mit der Zeit
überwacht und insbesondere das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Widerstandshöckers
47A, wie er für Kurve A in Fig. 3 veranschaulicht ist beachtet. Beim
Fortschreiten der Elektrolyse verringert sich die Erzkonzentration wiederum auf
den Wert 53; hierbei wird die Überwachungsperson wiederum ein Ansteigen der
Zellenwiderstandes
feststellen und die Zelle beschicken.. so daß
praktisch die Badaluminiumoxydkonzentration zwischen den Grenzen 53 und
55 gehalten wird; die Grenzen können für Steuer- oder Überwachungszwecke
sowohl als Differenzen im absoluten Wert des.Zellenwiderstandes als auch als Änderungen
in der Größe oder dem Vorzeichen der Steigung der Widerstandskurve innerhalb des
gewählten Steuerbereiches abgefühlt werden.
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Falls die Zelle mit einer Beschickungsvorrichtung 24 und einer Beschlekungsgeschwindigkeitssteuerung
31 versehen ist, wird das Betätigungs- oder Rechnersystem beim
Ab-
fühlen des ansteigenden Zellenwiderstandes beim Aluminiumoxydgehalt
53 den Dreistellungsschalter 32 aus der Niedrigstellung, die zuvor
so geeicht war, daß der Zelle Aluminiumoxyd mit einer Geschwindigkeit zugeführt
wird# die niedriger als die Aufbrauchgeschwindigkeit ist, in die Hochstellung bringen,
die zuvor so geeicht wurde, daß der Zelle Aluminiumoxyd mit einer Geschwindigkeit
zugeführt wird, die höher'als die AufbrauchgeschwindigKeit ist. Da die Badaluininiumoxydkonzentration
nun Infolge der höheren Beschickungsgeschwindigkeit ansteigt» fällt anfangs der
Zellenwiderstand, bleibt daraufhin scheinbar konstant und schließlich kann ein Ansteigen
beim Aluminiumoxydgehalt 55" beobachtet werden. Bei der Anzeige des steigenden
Zellenwiderstandes oder wenn angezeigt wird, daß der Zellenwiderstand für eine gewählte
Zeitspanne annähernd konstant geblieben Ist, wird der Schalter 32 von hoch auf niedrig
geschaltet und der Zellenwiderstand
reduziert,während die Aluminiumoxydkonzentration
wiederum nach 53 hin abfällt. Somit wird durch periodisenes Einstellen des
Schalters 32 entsprechend den Änderungen des Zellenwideirstandes die Badaluminiumoxydkonzentration
innerhalb der gewünschten Gr,enzen gehalten.
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Die Einfügung eines Rechners 40 in das Steuersystem gestattet normalerweise
die Erkennung von Änderungen In der Widerstandszeitkurve genauer als es durch eine
Überwachungsperson möglieh Ist. Der Rechner 40 kann etwa dazu verwendet werden,
eine Steuergrenze 531 mit einer höheren Konzentration als bei 53 abzutasten,
so daß die Badkonzentration Innerhalb engerer Bereiche 531 bis 55n oder
531 bis 55t gehalten werden kann. Wenn außerdem die Beschickungsvorrichtung
24 Uber die Be-:schickungsgeschwindigkeitssteuerung 31 und den Schalter
32
vom Rechner 40 gesteuert wird, dann erfolgt eine beträchtliche Entlastung
der Überwachungsperson in bezug auf deren Verantwortung bei der Steuerung des Erzgehaltes
der Zelle.
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Obwohl die ständige Abnahme der Kohlen von der Anode einen Potentialanstieg
im A-C-Abstand und damit im Zellenwiderstand zur Folge hat.,wurde gefunden., daß
dieser Effekt langsam genug erfolgt (insbesondere bei üblich dimensionierten Aluminiumreduktionszellen
bei denen die Kathodenfläche größer, als die gegenUberliegende Anodenfläche ist),
um die Möglich-
keit der Steuerung des zellenaluminiumoxydogehaltes in der,
vorstehenden Weise nicht zu beeinträckittgen. GeringfügeLge
Änderungen
im Widerstand, die als Folge davon auftreteng können dadurch berücksichtigt werdenp
daß nach dem Metallabstich die Anoden nachgestellt werden und daß ein seltenes periodisches
Nachstellen der Anode auf den gewUnschten A-C-Abstand erfolgt, falls dies erforderlich
Ist.
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Steuerung der Schutzschichtbild Es sind Aluminiumoxyd-Reduktionszellen-Konstruktionen
bekannt" bei denen es erwünscht Ist, die praktisch horizontalen Oberflächen der
Zellenausfütterung 13 oder der Hülle 11 vor Korrosion und Brosion
durch Aufrechterhalten eines Schutzabstandes ("ledge") oder einer Schicht von erstarrten
Blektrolyten In der Zelle (s. 55a in Fig. 1) zu schützen. Die Überwachung
der Dicke dieser Schicht kaftn sehr kritisch sein und Ist bisher der Beurteilung
durch die Überwachungsperson Uberlassen. Diese Überwachung kann jedoch durch AusnUtzung
von einer Gruppe von drei Konzentrationsgrenzen innerhalb derer die Schichtdicke
langsam reduziert, konstant gehalten bzw. langsam erhöht wird, bei dem erfindungsgemäßen
Steuer-oder Überwachungssystem verbessert werden. Eine Überwachungsperson braucht
dann nur noch einen dieser Steuerbereiche auszuwählen, je nachdem ob nach seiner
Ansicht die Schicht zu dick, gerade richtig oder zu dünn Ist.
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Entdeckung von Fehlbedingunßen Das Signal vom Wechselspannungskomponenten-Verstärker
33 wird
durch die Anzeigevorrichtung 34 angezeigt, die ein
Zeigerinstrument oder ein oder mehrere Signallichter beinhalten kann; diese Anzeige
informiert die Überwach::ungsperson oder den Rechner 40, daß die Zelle In einem
Fehlzustand ist;die Ursache des Fehlzustandes kann durch andere Gesichtspunkte bestimmt
werden. Während der gewünschten BetriebsbedJngungen ist die Größe des genannten
Signals verhältnismäßig niedrig, fUr Mehrblockanoden (und praktisch reproduzierbar
konstant für Einzelanoden mit großer flacher Oberfläche, beispielsweise Soderberg-Anoden).
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Wenn das Signal über seinen normalen Wert nach dem Brechen eines Teiles
der Kruste 17 ansteigt, dann erkennt die Überwachungsperson oder der Rechner,
daß die Fehlbedingungen eine Folge des Vorhandenseins von Aluminiumoxyd mit Schlamm
in der Zelle ist. Bei diesem Zustand unterbleibt die nächste Beschickung von Hand
oder der Schalter 32 der Beschickungsgeschwindigkeitskontrolle
31 wird in die Ab-Stellung geschaltet. Eine Anodenjustierung ist zu diesem
Zeitpunkt gewöhnlich weder notwendig noch erwünscht. Der Betrieb der Zelle wird
ohne Beschickung fortgesetzt bis das Signal der Anzeigevorrichtung 34 annähernd
auf --einen normalen Wert zurückgekehrt ist oder die Wiederaufnahme der Beschlekung
in anderer Weise angezeigt wird.
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Ein hoher Wert auf der Anzeigevorrichtung 34 zu einem Zeitpunkt, wo
keine Fehler infolge Abstich oder massive Beschijcung auftreten können, zeigt an,
daß ein oder mehrere Blöcke 16
gegenüber den
anderen Blöcken zu niedrig sitzen und einen übermäßigen Strom führen, Dieser Zustand
tritt bei den in Ubllcher Weise betriebenen Vielblockanodenzellen des öfteren auf
und bewirkt eine Reduzierung der Zellenleistung und führt manchmal zu einem Schmelzen
der metallischen Verbindungen zu dem In Frage kommenden Block. Wird ein hoher Anzeigewert
auf der Anzeige 34 festgestellt und wurde zuvor ,gerade kein Abstich oderkeine beträchtliche
Beschickung vorgenommen.. dann wird die Überwachungsperson bei Vielblock-Anodenzellen
die Stellung der einzelnen Blöcke -16 Im Verhältnis zueinander so einstellen, daß
jeder Block seinen richtigen Stromanteil f,Uhrt, wobei eine geeignete Meßvorrichtung
fUr den Strom zu jedem Block verwendet werden kam. Eine derartige Meßvorrichtung
kann aus geeigneten Widerständen in dem elektrischen Kreis zwischen dem Hock
16 und der Anodenschlene 20 oder vorzugsweise aus einem tragbaren Staustrommesser
zur M essung des Stromes Im Stab 21 bestehen. Obwohl festgestellt wurde, daß bei
den verschiedenen Blocks» die eine Vielblockanode ausmachentbeträchtliche Differenzen
in dem gezwogenen Strom bestehen, ist es doch üblich., daß die Überwachungsperson
jeden Block auf annähernd die gleiche Strombelastung einstelltg und zwar vorwiegend
deshalb, weil bisher keine brauchbare Methode zur genauen Vorhersage vorhanden war.,
welches die Strombelastung für jeden Block ist.' so daß sich die Überwachungsperson
auf die natürliche Neigung der; 3gf:tems, sich selbst während des Betriebs 9-.in#;ustellen,
V#ir-ließ. Eu hat sich jedoch gezeigt, daß die SeeLf-stjustierung
sehr
langsam vor sich geht und sooft durch Versuche der Überwachungsperson, die einzelnen
Blocks einzustellene gestört wird, daß die optimale Einstellung der Vielblockanoden
selten erreicht wird. Ein Verfahren zur Verteilung des Strome,-." das zur Verwendung
im Zurammenhang mit der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, wird in der laufenden
deutschen Patentanmeldung beschrieben und beansprucht, die zu der US-Patentanmeldung
mit der Ser.No. 397 755 vom 21. September 1964 von John L. Dewey,korres pond
iert.
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Wenn der Zellenwiderstand R c unter seinen normalen Wert bei optimalem
Erzgehalt 54 abfällt, während der Indikator 34 in seiner normalen Stellung ist.,
dann wird die Zelle überhitzt und die Vielfachanoden 16 werden zur Reduzierung
des Zellenwiderstandes und der Eingangsleistung zu der Zelle gesenkt. Bei einer
Soderbergzelle jedoch kann eine anhaltende Änderung des Indikators 34 aus seiner
Normallage im Falle, daß die Zelle nicht durch einen Abstich odier durch Zerbrechen
der Kruste gestört wurde$ anzeigen, daß ein elektrischer Kurzschluß zwischen der
Anode und der geschmolzenen Aluminiumschicht 14 über die geschmolzene elektrolytische
Schicht 15
erfolgen wird oder schon erfolgt ist, was die Einleitung einer
Korrektur zur Aufhebung des Vorstehens der Anode erforderlich macht.
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Andererseits sind etwas andere Steuerschritte in Verbindung mit dem
Abstich der Zelle zum Entfernen des Aluminium8 erforderlich. Es hat sich beispi.elswe.ise
als wünschenswert gezeigt,
den A-C-Abstand nach Beendigung des
Abstichs durch Einstellung der Anoden-Kathoden-Entfernung auf einen anfangs höheren
Zellenwiderstand als sonst unter stabileren Betriebsbedingungen optimal wäre, zu
justieren; gewöhnlich ist es auch zweckmäßig unter diesen Umständen die manuelle
Beschickung zu unterbrechen oder die Beschickungsvorrichtung auf die niedrige Beschickungsgeschwindigkeit
einzustellen. Die Zelle wird nun weiter betrieben" damit sie auf diese Steuerschritte
reagieren kann, und-zusätzlich Steuerungen können beim Auftreten oder Wiederauftreten
eines Störzustandes folgen. Ist jedoch die Zelle ungestört» so kann der A-C-Abstand
nach und nach enger bis auf die gewünschte Einstellung für Normalbetrieb eingestellt
werden$ während die Zelle zu einem stabilen Verhalten zurückkehrt.
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Wenn daraufhin eine Störbedingung erkannt wird, dann ist diese so
zu deuten, daß sie die Notwendigkeit einer Überprüfung auf niedrige Kohlen anzeigt
(und zwar'in der Artg wie Störungen die nicht mit dem Abstich oder einer masELven
Beschickung der Zelle zusammenhängeng die vorstehend behandelt wurden). Wird jedoch
eine Störung während des Betriebes auf der höheren Widerstandseinstellung festgestellt"
dann rUhrt(die anhaltende Anzeige der Störung von einer Schlammbildung herg die
ein Ab-
brechen der Aluminiumoxydbeschickung in das Bad und gegebenenfalls
auch ein Anheben der Anode erforderlich macht$ insbesondere dann# wenn der A-C-Abstand
inzwischen von der genannten höheren Widerstandseinstellung neu justiert wurde.
Mit der Beschickung wird vollständig aufgehört oder die Beschickungsvorrichtung
auf eine reduzierte Geschwindigkeit gesetztg die nicht größer als seine niedrige'Beschickungsgeschwindigkeit
ist, und
zwar bis die Anzeige der Störung aufgehört hat.
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Im allgemeinen wird deshalb der A-C-Abstand nach einem Ab-
stich
etwas erhöht; die Zurückstellung desselben auf normalen Zellenwiderstand (entsprechend
einem optimalen A-C-Abstand für den weiteren Betrieb der Zelle) wird erst beim verschwinden
von Störungen durchgeführt, die entweder durch Verschlammung infolge überschüssigem
ungelösten Aluminiumoxyd oder durch eine zu niedrige Kohle ausgelöst werden.
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Einstellung des A-C-Abstandes Bei Elnhaltung der vorstehend
beschriebenen Erfindungsschitte wird die Aluminiumoxyd-Bad-Konzentration innerhalb
eines bestimmten Bereiches gehalten. Bei der Feststellung» daß die Aluminiumoxyd-Konzentration
auf einem bekannten Wert innerhalb des Steuerbereiches liegt, wird die Überwachungsperson
die Notwendigkeit zur Einstellung der Anode für einen Zellenwiderstand in Betracht
ziehen, der einem bestimmten Optimal-; wert des A-C-Abstandes entspricht. Hierauf
wird er die Anodenstellung während des Gleichgewichts des Aluminiumoxyd-Steuerzyklus
praktisch konstant halten. Wenn die Aluminiumoxyd-Badkonzentration wiederum den
gleichen oder einen anderenbekannten Wert erreicht, wird die Überwachungsperson
das Einstellungsverfahren der Anodenstellung wie erforderlich wiederholen.
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Das Verfahren zur Bestimmung des optimalen A-C-Abstandes und zum Berechnen
aus diesem den entsprechenden Wert des Zellen-
| widerstandes .-gIbt -i(Ai au!-, |
Der tatsächliche A-C-Abstand der Zelle ergibt sich aus einer mathematischen
Beziehung, die aus Ergebnissen von wenigen einfachen Tests abgeleitet wird, die
bei praktisch konstant gebaltener Aluminiumoxyd-Känzentration durchgeführt werden.
Die sich so ergebenden A-C-Abstände werden.Uber entsprechenden Werten einer Zellenfunktionseigenschaft"
beispielsweise der Produktionsrate aufgetragen, die sich aus der Kenntnis des Gewichtes
des der Zelle zugesetzteh Aluminiumoxyds oder des Gewichtes des aus der Zelle abgestochenen
Aluminiums während einer geeigneten Periode oder durch andere Methoden ergibt; der
A-C-Abstand, der der maximalen Zellenproduktionsrate entspricht, wird aus,der Kurve
geschätzt. Dieser Maximalwert des A-C-Abstandes wird dann dazu verwendet, den entsprechenden
Zellenwiderstand für eine bestimmte Eingangsleistung zu der Anordnung zu berechnen.
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Der Wert des Zellenwiderstandes R ergibt sich I'ür einen bestimmten
AluminiumoxydgeLialt als Summe von: 1. Externeia Widerstand R ext q der aus
der Summe der Ohm'senen Widerstände der elektrischen Schaltungen des a)Anodensystems
zwischen und einschließlich der Anodenschiene 20 und dem Kohleblock 16 und
b)des Kathodensystems zwischen und einschließlich der geschmolzenen Aluminiumschicht
14 und der Kathodenschlene 19" die periodisch mit geeigneten elektrischen Meßvorrichtungen
gemessen werden; 2. des Widerstandstells der Überspannung R ov p der sich
als erste Ableitung der AriodenUberspannung nach dem Zellenstrom aus Messungen bei
mehreren Zellenstemen der Spannungsdifferenz
zwischen-einer Kohlen-
oder Graphit-Bezugselektrodelergibt.,p die in eine konstante Mischung von
CO 2 und CO eingetauleht ist (N.E.Richards und B.J. Welchg llExtractive
Metallurgy of Aluminium" Volume 2, John Wiley & Sons">,#Q5 Third Avenueg
New York 16, 1963) und die mit dem In einem#sich durch den Kohleblock
16 erstreckenden Loch befindlichen geschmolzenen Blektrolyten in Kontakt
ist, und zwar an einem Punkt innerhalb des Blockes 16 nahe dem genannten
Loch und nahe der Unterseite des genannten Blockes jedoch geschÜtzt von dem Einfluß
des geschmolzenen Elektrolyten und 3. des Widerstandes des geschmolzenen
Elektrolyten R b
der sich aus der Beziehung 'R.B = Z/KAe ergibt,
wobei Z der A-C-Abstand in geeigneter Dimension und K die Leitfähigkeit des geschmolzenen
Elektrolyten in entsprechender Dimension ist, und K gemessen oder durch Analysen
des Elektrolyten und veröffentlichter Daten erhalten werden kann, und
A die effektive leitende Fläche e des geschmolzenen Elektrolyten ist, die
aus analogen elektrischen Modellen geschätzt werden kann; der Wert von l/KA e kann
als die erste Ableitung des Zellenwiderstandes nach Z aus Messungen des Gesamtzellenwiderstandes
bei mehreren definierten Stellungen der Anode bestimmt werden. Vorzugsweise werden
diese Messungen während Perioden vorgenommen, während denen die Zelle unter stabilen
Betriebsbedingungen normal arbeitet, d. h.. wenn (1) die überlagerte
Wechselstronkomponente der Zellenspannung praktisch ihren normalen vorstehend diskutierten
Wort besitzt, (2) die Zelle nicht
kurz zuvor abgestochen oder etwa
durch Brechen der Kruste massiv beschickt wurde, (3) die Zellenelektrolyten-Temperatur
sich Innerhalb des normalen Betriebsbereichs befindet" der für vorgebrannte Zellen
im allgemeinen bei 980 bis 1 000 OC und bei Soderberg-Zellen bei ca.
970 bis 990 'C angenommen wird und der im wesentlichen von der Stelle
innerhalb der Zelle abhängt, an der die Temperatur gemessen wird und (4) bei Vielblockanodenzellen
jeder neu eingestellte Block etwa 80 % oder mehr der normalen Strombelastung
aufnimmt.
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Somit ergibt sich eine mathematische>Beziehung fUr die Bestimmung
des A-C-Abstandes und die Berechnung des entsprechenden Zellenwiderstandes bei der
gewählten Aluminiumoxyd-Konzentration als R cell R ext + R ov + Z/KA
e (2).
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Es hat'«siäh gezeigt, daß Rext mit dem Alter der Zelle,dem Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein von Schlamm und dem Zustand der Anode sich verändern kann"
so daß er des öfteren gemessen worden sollte; R ov hängt vorwiegend von den Abmessungen
der Kohleblöcke 16 und der chemischen Zusammensetzung und dem Fertigungsverfahren
der genannten Kohlebläcke ab und braucht deshalb nur selten bestimmt werden;
A e ist von der Größe der Kohleblöcke 16 und dem Grad der Schichtbildung
längs der Zellenseitenwände und geringM&ig von dem A-C-Abstand und der Ein-.tauchtiefe
des Blockes 16 in den geschmolzenen Blektrolytenabhängigg so daß
A 0 vorzugsweise Immer dann neu bestimmt werden sollteg wenn eine wesentliche
Xnderung In dem normalen Wort einen oder mehrerer dieser Faktören erfolgt.
Es
hat sich ferner gezeigt, daß derjenige Teil von R OV» der sich mit der chemischen
Zusammensetzung und den Herstellungsverfahren der Anodenkohle ändert leicht durch
Laboratoriumsmessungen der überspannung bestimmt werden kann, die beispielsweise
gemäß den In dem Aursatz von Richards und Welch beschriebenen Verfahren durebgefUhrt
werden. Der Fachmann erkenntg daß derartige Daten In Kombination mit den Verfahren
zur optimalen Einstellung des A-C-Abstandes gemäß der Erfindung eine Methode zum
Ab-
schätzen der wirtschaftlichen Bedeutung von vorgeschlagenen Änderungen
in der Kohlezusammensetzung oder In der Kohlenherstellung an die Hand geben, bevor
derartige Vorschläge kostspieligen und langwierigen Tests in Üblicher Weise der
Produktion anvertraut werden.
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Der A-C-Abstand wird durch die Anwendung der Gleich(2%#ln einen optimalen
Zellenwiderstand umgewandelt und die
Aluminiumoxyd-Reduktionszelle wird auf
den genannten optimalen Widerstandswert periodisch während des Steuerprozesses der
Aluminiumxoxyd-Konzentration innerhalb gewählter Grenzen eingestellt.
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Die Bezugnahme auf "öftere!*Zeitspannen betrifft Maßnahmen und Ereignisseg
die alle fUnf Minuten oder dergleichen auftreten, womit sowohl praktisch stetige
Operationen als auch solche umfaßt werden sollen$ die periodisch zu regelmäßigen
oder unregelmäßigen Zeitpunkten auftreten. Der Ausdruck
liperlo,disch":ist
richtauf wiederholtes Auftreten zu regelmäßigen2ältpunkten beschränkt, sondern hat
den Sinn von "von Zeit-zu Zeit"', Während hier die zur,Zeit bevorzugten Praktiken
der Erfindung beschrieben..wurden" Ist erkenntlich, daß die Erfindung auch sonst-im
Rahmen der beiliegenden Ansprüche In der verschiedensten Weise ausges taltet und
verwendet werden kann.-