DE2131473C2 - Leiteranordnung zum Kompensieren schädlicher magnetischer Einflüsse von Reihen elektrolytischer Zellen auf benachbarte Zellenreihen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von elektrischen Leitern, die dazu dient, die schädlichen magnetischen Einflüsse zu kompensieren, die bei einer Anlage zum Frzeugcn von Metall, z. B. von Aluminium, mit Hilfe einer elektrolytischen Reduktion auf eine Reihe von Tiegeln oder Zellen durch eine andere Reihe von Tiegeln oder Zellen ausgeübt werden. Bei Hüttenwerken, die Metalle, z. B. Aluminium, mit Hilfe einer elektrolytischen Reduktion erzeugen, ist es zur Erzielung einer optimalen Wirtschaftlichkeit sehr wichtig, daß die verbrauchten großen Mengen an elektrischer Energie keinen Anlaß zu übermäßig großen Verlusten geben, wodurch die Ausbeute der Produktionsanlagen verringert wird. Ferner ist es sehr wichtig, daß die verschiedenen Teile der Anlage und die zugehörigen Einrichtungen gut durchkonstruiert und optimal bemessen sind, damit die erforderliche große Kapitalinvestition möglichst rentabel ausgenutzt wird.

Bei Aluminiumhütten ist es allgemein üblich, die elektrolytischen Zellen nebeneinander so anzuordnen, daß sie zwei oder mehr Reihen von Zellen bilden. Es ist vorteilhaft, die Zellen in Form von zwei Reihen oder in Form einer größeren geradzahligen Anzahl von Reihen anzuordnen, da es hierbei nicht erforderlich ist, getrennte Leiter zum Zurückleiten des Stroms vorzusehen. Bei solchen Anordnungen fließt der Strom in zwei benachbarten Reihen von Zellen in entgegengesetzten Richtungen.

Bei solchen elektrolytischen Reduktionsprozessen, bei denen häufig mit Stromstärken in der Größenordnung von 100 000 A gearbeitet wird, besteht eine erhebliche Schwierigkeit darin, daß sich die Reihen von Zellen häufig gegenseitig in einem erheblichen Ausmaß magnetisch beeinflussen, so daß das die Kathode bildende geschmolzene Metall im unteren Teil jeder Zelle magnetischen Kränen ausgesetzt ist, die auf die durch die Kathode fließenden Ströme zurückzuführen sind. Jedoch sind die Abstände zwischen den Reihen von Zellen gewöhnlich so groß, daß benachbarte Reihen von Zellen in der · Praxis nur einen Einfluß auf den senkrechten Feldvektor ausüben.

Wegen seiner Anordnung und der Flußrichtung des Stroms gibt eine benachbarte Reihe von Zellen Anlaß zum Entstehen eines unerwünschten senkrechten

• Feldvektors von z. B. 20 bis 30 Gauss längs der

■ Mittelachse einer Zelle, die mit einer Stromstärke von etwa 150 000 A arbeitet, wenn der Abstand zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Reihen zwischen etwa 9 und etwa 12 m variiert. Um diesen unerwünschten oder nicht ausgeglichenen Feldvektor, der durch die benachbarte Reihe von Zellen hervorgerufen wird, zu kompensieren, kann man längs der Mittelachse der betreffenden Zelle ein entgegengesetzt gerichtetes und

ίο gleich starkes senkrechtes Magnetfeld zur Wirkung bringen. Zu diesem Zweck ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, das darin besteht, daß ein zusätzlicher Stromleiter längs derjenigen Seite der zu kompensierenden Reihe von Zellen angeordnet wird,

die von der benachbarten Reihe abgewandt ist, deren Einfluß beseitigt werden soll. Dieser zusätzliche Stromleiter wird in einem solchen Abstand von der betreffenden Zellenreihe .angeordnet und mit einem gesonderten Strom von solcher Stärke gespeist, daß ein

mehr oder weniger vollständiger Abgleich erzielt wird. Diese ältere Lösung der gestellten Aufgabe erweist sich jedoch als sehr kostspielig, und zwar erstens deshalb, weil man Hilfsleiter für den Kompensationsstrom Benötigt, der eine erhebliche Stärke haben muß, und

zweitens deshalb, weil dieser für die Kompensation benötigte gesonderte Strom eine zusätzliche und unerwünschte Verlustquelle darstellt.

In den britischen Patenten 7 94 421 und 8 80 096, die sich iin wesentlichen auf die vorstehend behandelte Aufgabe beziehen, ist eine Lösung beschrieben, bei der sich jedoch im wesentlichen die gleichen Unstimmigkeiten und Nachteile ergeben, die vorstehend erwähnt sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es im Gegensatz hierzu, eine vollständige Kompensation zu erzielen, ohne daß sich irgendwelche größeren zusätzlichen

Kosten ergeben, was sowohl für die Anlage und die Hilfseinrichtungen als auch für den Betrieb und die Produktion gilt.

Ähnlich wie die bis jetzt gebräuchlichen Anordnungen basiert die erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich darauf, daß die Stromzuführungseinrichtungen bei jeder Zellenreihe im größtmöglichen Ausmaß symmetrisch ausgebildet und angeordnet werden. Diese Tendenz, vollständig symmetrische Anlagen vorzusehen, ist in erster Linie auf das Erfordernis zurückzuführen, daß die verschiedenen magnetischen Feldvektoren und Stromkomponenten unter Kontrolle gehalten werden müssen. Hierbei macht sicn die Erfindung insbesondere diejenige Abänderung zunutze, die bei neuzeitlichen elektrolytischen Reduktionsanlagen angewendet wird, und die darin beseht, daß der größte Teil des Stroms den Anoden jeder Zelle von der Kathode der der betreffenden Zelle innerhalb einer Reihe vorausgehenden Kathode aus zugeführt wird, und zwar

dem positiven Ende der Zelle, während ein anderer kleinerer Teil des Stroms dem negativen Ende der Zelle zugeführt wird. Wie jedem Fachmann bekannt, erweist sich diese Anordnung als vorteilhaft, da sie es ermöglicht, ein unerwünschtes Strömen der Schmelze in

der Längsrichtung innerhalb der Zellen zu verhindern. Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein erheblicher Beitrag zu der erwünschten Kompensation des Magnetfeldes dadurch geleistet, daß der erwähnte andere kleinere Teil des Stroms in seiner Gesamtheit längs derjenigen Seite jeder Zelle einer Reihe fließt, welche der anderen Zellenreihe zugewandt ist.

Diese erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe steht somit im Gegensatz zu der weiter oben

erwähnten grundsätzlichen Symmetrie, die bis jetzt bei allen bekannten Zeilenanlagen angestrebt wird, bei denen der dem negativen Ende jeder Zelle zugeführte andere kleinere Teil des Stroms ähnlich wie der Hauptteil des Stroms vollkommen symmetrisch zu einer Hälfte jeder Seite der Zellenreihe fortgeleitet wird.

Es liegt auf der Hand, daß das unsymmetrische Fortleiten des gesonderten anderen Teils des Stroms längs jeder Zellenreihe dazu führt, daß eine magnetische Wirkung auf die Zellenreihe ausgeübt wird, die der auf die benachbarte andere Reihe ausgeübten magnetischen Wirkung enigegengesetzt ist Auf der Basis des Anteils des Stroms, der gesondert dem negativen Ende jeder Zelle zugeführt wird, ist es für den Fachmann nicht schwierig, die Abmessungen und die Anordnung der benötigten Leiter für den erwähnten anderen Teil des Stroms mit Hilfe bekannter Meß- und Berechnungsverfahren zu ermitteln. Somit wird beispielsweise eine im wesentlichen vollständige Kompensation erzielt, wenn ein Drittel des gesamten Stroms längs derjenigen Seite der Zellenreihe fortgeleitet wird, welche der benachbarten Reihe zugewandt ist, und wenn der Abstand zwischen den benachbarten Zellenreihen gleich dem Dreifachen des Abstandes ist, der zwischen der Mittellinie der Zellen und derjenigen Verteilerschiene oder denjenigen Leitern vorhanden ist, mittels welcher der andere Teil des Stroms dem negativen Ende der Zellen zugeführt wird. Bei diesem Beispiel ist angenommen, daß die Verteilerschiene oder die Leiter in der gleichen Ebene angeordnet sind wie die Kathodenmetallmasse in den Zellen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten t*er Erfindung werden im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Zellen mit den zugehörigen Leitern.

In der Zeichnung erkennt man eine Anordnung mit zwei Zellenreihen 1 und 2, bei welcher durch die Zellenreihe 1 ein Strom / fließt, der gemäß der Zeichnung insgesamt von rechts nach links fließt, während durch die andere Zellenreihe 2 der gleiche Strom /von links nach rechts fließt. Bei allen Zellen der ersten Reihe 1 sind die positiven und die negativen Enden jeder Zelle entsprechend der angegebenen Flußrichtung des Stroms mit Pluszeichen bzw. Minuszeichen bezeichnet.

Im folgenden wird von den dargestellten Zellen insbesondere die Zelle 11 innerhalb der Reihe 1 und die Zufuhr des Stromr zu dieser Zelle von der ihr innerhalb der gleichen Reihe vorausgehenden Zelle 12 aus betrachtet. Der Hauptstrom, der von der Zelle 12 zu der nachfolgenden Zelle 11 fließt, umfaßt die symmetrischen Ströme la und Ib, die durch Schienen oder Leiter A und B dem positiven Ende der nachfolgenden Zelle 11 zugeführt werden. Über die Leiter A und B werden die Ströme den sich in der Längsrichtung erstreckenden Verteilerschienen E und F zugeführt, die sich auf bekannte Weise parallel zur Längsachse der Zelle 11 oberhalb der Anoden erstrecken und mit allen Anoden verbunden sind. Die erhöht angeordneten Anodenverteilerschienen fund Ferstrecken sich außerdem über das negative Ende der Zelle 11 hinaus, wo sie mit Hilfe einer gesonderten Schiene bzw. eines Leiters C mit einem anderen kleineren Teil Ic des Gesamtstroms / gespeist werden. Im Gegensatz zu den Hauptverteilerschieiien A und B sind die Schienen oder Leiter C in ihrer Gesamtheit unsymmetrisch auf einer Seite der Zellenreihe 1 angeordnet, und zwar auf der der anderen Zellenreihe 2 zugewandten Seite der Zellenreihe 1.

Betrachtet man wiederum insbesondere die Zelle 11, erkennt man aus der Zeichnung, daß der Strom aus der Kathode auf bekannte Weise in seitlicher Richtung mit Hilfe mehrerer auf einer Seite angeordneter, mit der Verteilerschiene A verbundener Anzapfungen AA sowie auf der anderen Seite der Zelle mit Hilfe mehrerer Anzapfungen ßßund CC abgeleitet wird, die miti.-iner Sammelschiene Bbzvi. einer Sammelschiene C verbunden sind. Der andere Teil des Stroms, welcher dem negativen Ende der nächsten Zelle zugeführt wird, richtet sich nach der aus der Gesamtzahl von Kathodenanzapfungen gewählten Anzahl von Kathodenanzapfungen CC, die an die Sammelschiene C angeschlossen sind. Diese Anzahl wird mit Hilfe bekannter Verfahren unter Berücksichtigung der in Frage kommenden Faktoren und Beziehungen gewühlt.

Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß die Zeichnung nur rein schematisch die wesentlichen Merkmale der Erfindung erkennen läßt, und daß auf die Darstellung weiterer Einzelheiten der Zellenanordnung und der Stromleitungiwege verzichtet wurde. Ferner ist es zu erkennen, daß die Darstellung der verschiedenen Leiter in der Zeichnung kein vollständiges und genaues Bild der Anordnung derSammel- und Verteilerschienen sowie der Leiter in der Praxis bietet, und daß nur die Grundgedanken der Erfindung veranschaulicht sind. Die tatsächliche Anordnung in der Praxis richtet sich nach bekannten Kor.struktionsgrundsätzen unter Berücksichtigung der zahlreichen Faktoren und Beziehungen sowie der hohen Stromstärken und der starken Magnetfelder, die bei solchen Anlagen eine Rolle spielen. Gewöhnlich ist es nur bei den äußersten Zellenreihen erforderlich, eine Kompensation vui zusehen, wobei vorausgesetzt ist, daß alle Zellen von ähnlicher Konstruktion sind, daß zwischen den Zellen reihen gleich große Abstände vorhanden sind, und daß die Stromstärke die gleiche ist. Bezüglich dieser Faktoren können sich in der Praxis Abweichungen ergeben, und in solchen Fällen kommt eine Kompensation auch bei zwischen den äußersten Zellenreihen liegenden Zellenreiher in Frage.

Abschließend sei bemerkt, daß die Erfindung neben den schon genannten Vorteilen weitere Vorteile bietet, die darin bestehen, daß die Anlage stabiler arbeitet und daß bei elektrolytisch™ Reduktionsanlagen die Gefahr des Austretens von geschmolzenem Metall und Anteilen des Elektrolyten aus den Zellen geringer ist. Schließlich ergeben sich beim Betrieb der Zellen geringere Schwankungen des Widerstandes, so daß sich bessere Möglichkeiten für eine automatische Steuerung der Anlage ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Leiteranordnung zum Kompensieren schädlicher magnetischer Einflüsse, die bei Anlagen zum Erzeugen von Metall, z. B. Aluminium, im Wege der elektrolytischen Reduktion von einer Reihe von Zellen auf eine andere Reihe von Zellen ausgeübt werden, wobei der größte Teil des Stroms den Anoden jeder Zelle von der Kathode der der betreffenden Zelle innerhalb der gleichen Reihe vorausgehenden Zelle über das positive Ende der Zelle zugeführt wird, während ein anderer kleinerer Teil des Stroms dem negativen Ende der Zelle zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen zum Zuführen des anderen kleineren Teils (Ic) des Stroms in ihrer Gesamtheit auf derjenigen Seite jeder Zelle der erwähnten einen Roihe (1) angeordnet sind, weiche der anderen Reihe (2) von Zellen zugewandt ist.