DE2801650A1

DE2801650A1 - Schaltungsanordnung fuer die elektrische stromversorgung von elektrolysezellen in laengsanordnung

Info

Publication number: DE2801650A1
Application number: DE19782801650
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Dugois; Bernard Langon; Paul Morel
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-16
Publication date: 1978-07-20
Also published as: NL7800624A; IT1092269B; BR7800308A; AT363698B; YU39833B; OA05858A; ZA78323B; ATA26778A; NO150364C; DE2801650C2; FR2378107B1; IT7819305A0; GB1597933A; PL110620B1; US4132621A; SE7800610L; CA1100906A; CH627793A5; AU507913B2; NZ186244A

Description

DR. ING. F. WUESTIIOFF IJR, E. ν. PECTIMANN DR. ING. D. IJEURENS DIPL. ING. K. GOETZ PATENTANWÄLTE

8OO(> ΜϊΤΝΟΙΙΚΝ 9Ο SCH WEIUniiSTI« ASSE 2 TELEFOK (080) 00 20 51 TELEI 5 24 070

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Patentanmeldung

Anmelder:

ALUMINIUM PECHINEY

28, rue de Bonnel, 69003 Lyon

Frankreich

Titel:

Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung

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DR. ING. F. WUKSTHOFK DIt₁K ν. PHCIIMANN DR. ING. D. BKHRENS DIPL. ING. H. GOKTZ PATENTANWÄLTE

8ΟΟΟ MÜNCHEN OO .SCKWEIOSHSTKASSE J TELEFOK (089) 86 20 01

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Schmelzfluß-Elektrolysezeilen, insbesondere von Serien von in Längsrichtung angeordneten Elektrolysezellen zum Herstellen von Aluminium durch Elektrolyse von in schmelzflüssigem Kryolith gelöster Tonerde.

Diese Elektrolysezellen haben in nahezu allen Fällen eine lange rechteckige Gestalt und sind elektrisch in Serie geschaltet. Es ist möglich, die Elektrolysezellen in der Produktionshalle "quer" anzuordnen, d.h. so, daß die Langseite jeder Elektrolysezelle rechtwinklig zur Achse der Serie verläuft, oder "längs", d.h. so, daß die Langseite jeder Elektrolysezelle parallel zur Achse der Serie ist.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen in sehr vereinfachter Form einen vertikalen Querschnitt, einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht von Elektrolysezellen, die Teil einer Serie in Längsanordnung bilden.

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Es ist üblich, die Kopfenden der Elektrolysezellen durch die auf die Fließrichtung des elektrischen Stroms in der Serie bezogenen Bezeichnungen "vorgeschaltet" und "nachgeschaltet" voneinander zu unterscheiden.

Jede Elektrolysezelle hat einen metallischen Badkasten 1, der mit als Kathode wirkenden Kohleblöcken 2 verkleidet ist. In die Kohleblöcke 2 eingelassene Stangen 3 aus Metall sammeln den aus der Elektrolysezelle abfließenden elektrischen Strom und führen ihn zum Verbindungsleiter 4 zurück, der ihn zur Steigleitung 5 leitet, die ihn bis zur folgenden Elektrolysezelle an die Leiter 6 weiterleitet, welche die Stromzuleitungsschiene bilden, an welche die Anode 7 angehängt ist. Im Elektrolysebad 8 bildet sich über der von den Kohleblöcken 2 gebildeten Kathode eine Schicht 9 aus flüssigem Aluminium.

Bei dieser ganz und gar herkömmlichen Anordnung speisen also die kathodischen Ableitungen jeder Elektrolysezelle die folgende, nachgeschaltete Elektrolysezelle über das vorgeschaltete Kopfende.

Es ist andererseits bekannt, daß bei diesen Elektrolysezellen durch Vergrößern ihrer Abmessungen die Betriebskosten merklich verbessert werden, und es ist üblich, mit Stromstärken zu arbeiten, die 100 000 A erreichen und sogar sehr weit übersteigen.

Bei diesen leistungsniveaus kann der Einfluß des Magnetfeldes, welches durch das Fließen des elektrischen Stromes in den Leitern erzeugt wird, nicht mehr vernachlässigt werden.

Die Laplace-Kräfte rufen im Elektrolysebad eine hydrostatische Verformung der Trennfläche Bad-Metall und hydrodynamische Bewegungen des Metalls hervor, die es in ständige Bewegung versetzen und seine Dispersion im Bad begünstigen, woraus sich ein Absinken des Wirkungsgrades ergibt. Die Laplace-Kräfte verursachen auch große Höhenverlagerungen der Schicht

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aus flüssigem Aluminium, die zu Kurzschlüssen mit den Anoden, zu unregelmäßiger Abnutzung der Anoden und zu Penderbewegungen des flüssigen Aluminiums führen, die so stark sein können, daß Badinhalt aus der Elektrolysezelle herausspritzt.

Die Beherrschung dieser Magnetfelder und die Kompensierung ihrer Wirkungen sind Probleme, mit denen sich die Benutzer ständig beschäftigen, und es sind schon zahlreiche Lösungen vorgeschlagen worden.

In der DE-PS 1 010 744 wird ein Verfahren zum Verbessern der elektrischen Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung beschrieben, das darin besteht, die genannten Elektrolysezellen entweder am vorgeschalteten und am nachgeschalteten Kopfende oder am vorgeschalteten Kopfende und über eine seitliche Steigleitung zu speisen, jedoch sind die beiden Kreise (vorgeschaltetes Kopfende - nachgeschaltetes Kopfende oder vorgeschaltetes Kopfende - seitliche Steigleitung) durch einen Äquipotentialleiter miteinander verbunden, der als Nachteile hat, daß er das Gewicht der Leiter merklich vergrößert und dazu zwingt, den Querschnitt der Leiter exakt festzulegen, um eine zweckdienliche Verteilung des elektrischen Stromes zu gewährleisten.

In der ER-PS 1 143 879 wird ein Verfahren zum Verringern der Höhenverlagerungen des geschmolzenen Metalls in den mit hoher Stromstärke betriebenen Elektrolysezellen, insbesondere in den Serien von Zellen in Längsanordung beschrieben, die mit als Söderberg-Anoden bezeichneten kontinuierlichen Anoden ausgestattet sind.

Dieses Verfahren beruht auf einer Analyse der verschiedenen Komponenten des Magnetfeldes, das durch das Fließen des Elektrolyse-Gleichstroms in der Zelle und in den Verbindungsleitern induziert wird.

Hierbei wird von dem mit 0 bezeichneten zentralen Punkt des Bodens der Elektrolysezellenwanne ausgegangen und ein drei-

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dimensionales rechtwinkliges Koordinatensystem gebildet: die waagerechte Achse Ox verläuft in der Fließrichtung des elektrischen Stromes parallel zu den Langseiten der Elektrolysezelle, die Achse Oy ist in derselben waagerechten Ebene rechtwinklig zur Achse Ox, also parallel zu den Schmalseiten der Elektrolysezelle gerichtet, und die Achse Oz ist vertikal nach oben, also rechtwinklig zur Ebene xOy gerichtet, so daß das Koordinatensystem rechtshändig ist.

Mit B wird der Wert des Magnetfeldes in einem gegebenen Punkt

-* bezeichnet, mit Bx, By und Bz die Projektionen von B auf die Achsen Ox,Oy und Oz. Mit J wird der Wert der Stromstärke des Elektrolysestroms bezeichnet, mit Jx, Jy und Jz die Projektionen von J auf die Achsen Ox, Oy und Oz.

Das Verfahren, das Gegenstand der FR-PS 1 143 879 ist, besteht darin, die magnetischen Effekte im Punkt 0 aufzuheben. Diese Effekte sind über dem Rest der Elektrolysezelle noch vorhanden, sie sind jedoch verhältnismäßig schwach und ihr Wert zeigt eine gewisse Symmetrie mit Bezug auf den Punkt O, was einen ausreichend stabilen Zellengang gewährleistet. Es ist gezeigt worden, daß zur Erzielung dieses Ergebnisses im · Punkt 0 die folgenden Bedingungen erfüllt sein mußten:

By = 0,

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht von zwei Elektrolysezellen, die Teil einer mit 70 000 A betriebenen Serie in Längsanordnung sind, bei der die Leiter gemäß der Lehre der IR-PS 1 143 879 so angeordnet sind, daß im Punkt 0 die beiden Bedingungen By = 0 und £§E = 0 erfüllt sind.

Die kathodischen Ableitungen, insgesamt 22 (11 an jeder Seite der Elektrolysezelle, wobei diese Zahl durch der Fachwelt

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bekannte Überlegungen in bezug auf die Stromdichte in den Leitern bestimmt ist), sind in zwei Gruppen mit 8 und mit Stangen unterteilt. Die zwei vorgeschalteten Gruppen mit 8 Stangen 3 sind mit den Leitern 4 verbunden, welche das vorgeschaltete Kopfende der folgenden Elektrolysezelle über die Steigleitung 5 speisen, während die beiden nachgeschalteten Gruppen mit 3 Stangen 3* mit den Leitern 4^f verbunden sind, die das nachgeschaltete Kopfende der folgenden Elektrolysezelle über die Steigleitung 5^f speisen.

Während die Anordnung gemäß Fig. 1,2 und 3 nur schwerlich ein Überschreiten von 50 000 A gestattete, war es mit der Anordnung gemäß Fig. 4 und 5 möglich, bei 70 000 A einen stabilen und regelmäßigen Zellengang bei einer Stromausbeute zwischen 86 und 87$ zu erzielen.

Diese Anordnung hat sich jedoch bei mehr als 100 000 A als unzureichend herausgestellt, läßt, selbst bei niedrigeren Stromstärkeniveaus, ein Magnetfeld fortbestehen und ermöglicht nicht das Überschreiten einer Stromausbeute in der Größenordnung von 87$, die heute von den Aluminiumherstellern als ungenügend angesehen wird.

Die Erfindung, die jetzt beschrieben wird, betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verbessern der elektrischen Stromversorgung von Serien von in Längsrichtung angeordneten Elektrolysezellen für die Herstellung von Aluminium, bei denen sie bei gleicher Stromstärke des ElektrolyseStroms eine sehr merkliche Erhöhung des Wirkungsgrades ermöglicht. Auf Kosten einiger Abänderungen erlaubt sie es jedoch auch, die mit kontinuierlichen Anoden ausgestatteten Serien in Serien mit vorgebrannten Anoden umzuwandeln und in Korrelation dazu die Stromstärke des ElektrolyseStroms - also die Aluminiumproduktion - um fast 30$ zu erhöhen, ohne die Abmessungen der Elektrolyse zellen zu ändern, und unter Ermöglichung einer Stromausbeute von wenigstens 88?£ auf Grund einer besseren * Kompensierung der Wirkung der induzierten Hagnetfelder und der sich daraus ergebenden Laplace-Kräfte.

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Die Erfindung besteht darin, die kathodischen Ableitungen an jeder Seite der Elektrolysezelle in wenigstens zwei, zahlenmäßig ungefähr gleich große Gruppen zu trennen und die Stromzuleitungsschiene der folgenden Elektrolysezelle über den vorgeschalteten Kopf und unabhängig davon zugleich über wenigstens eine seitliche Steigleitung an jeder Seite der Elektrolysezelle zu speisen, welche an die Stromzuleitungsschiene an einer zwischen dem vorgeschalteten und dem nachgeschalteten Kopf gelegenen Zwischenstelle angeschlossen ist, wobei die Leiter, die jede Gruppe von kathodischen Stangen mit dem vorgeschalteten Kopf bzw. über die seitlichen Steigleitungen der folgenden Elektrolysezelle mit den Zwischenstellen an der Stromzuleitungsschiene verbinden, unabhängig sind und ihr Querschnitt so berechnet ist, daß jeder Kreis einen ungefähr gleichgroßen Anteil des Gesamtelektrolysestroms weiterleitet.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind die kathodischen Stangen an jeder Seite der in der Reihenfolge nten Elektrolysezelle in zwei voneinander unabhängige Gruppen unterteilt, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Stangen enthalten, wobei die vorgeschaltete Gruppe den vorgeschalteten Kopf der Stromzuleitungsschiene der in der Reihenfolge (n+1)ten Elektrolysezelle und die nachgeschaltete Gruppe über eine seitliche Steigleitung an jeder Seite der Elektrolysezelle eine Anschlußstelle speist, die ungefähr in der Mitte der Stromzuleitungsschiene angeordnet ist.

Bei einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für Serien eignet, die mit sehr hoher Stromstärke, beispielsweise mit 150 000 A und auch darüber, betrieben werden, sind die kathodischen Stangen an jeder Seite der in der Reihenfolge nten Elektrolysezelle in drei voneinander unabhängige Gruppen unterteilt, wobei die vorgeschaltete Gruppe den vorgeschalteten Kopf der Stromzuleitungsschiene der folgenden, in der Reihenfolge (n+1)ten Elektrolysezelle, die mittlere Gruppe an jeder Seite der

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Elektrolysezelle eine erste seitliche Steigleitung, die ungefähr am kopfseitigen ersten Drittel der Stromzuleitungsschiene angeordnet ist, und die nachgeschaltete Gruppe an jeder Seite der Elektrolysezelle eine zweite seitliche Steigleitung versorgt, die, von der Kopfseite aus gesehen, ungefähr am zweiten Drittel der Stromzuleitungsschiene angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele des Standes der Technik und der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Funktionselemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 den weiter oben schon beschriebenen Stand der Technik,

Fig. 6 und 7 einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht durch bzw. auf Elektrolysezellen in Längsanordnung, deren Leiter gemäß der Erfindung angeordnet sind,

Fig. 8 und 9 einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht durch bzw. auf eine andere erfindungsgemäße Leiteranordnung, die auf mit sehr hoher Stromstärke betriebene Elektrolysezellen abgestimmt ist,

Fig. 10, 11 und 12 die Verteilung der Stromstärke in den anodischen und kathodischen Leitern nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung entsprechend den in Fig. 2, 4 und 6 gezeigten Leiteranordnungen,

Fig. 13 bis 18 die Stärke der Magnetfelder in verschiedenen Punkten der Trennfläche Elektrolyt-Aluminium in einer Elektrolysezelle nach dem Stand der Technik (Fig. 13,14,15) und in einer Elektrolysezelle gemäß der Erfindung (Fig. 17,17,18),

Fig. 19 und 20 einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht durch bzw. auf die erfindungsgemäße Leiteranordnung bei Anwendung auf Elektrolysezellen mit vorgebrannte

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In diesen verschiedenen Figuren sind die Verbindungsleiter schematisch dargestellt, um die Zeichnungen übersichtlich zu gestalten, ihre Anordnung ist jedoch nicht notwendigerweise identisch mit der tatsächlichen Leitungsführung. Insbesondere sind die kathodischen Ableitungen im allgemeinen in einer waagerechten Ebene angeordnet.

In Fig. 6 und 7 ist die in der Reihenfolge innerhalb der Serie nte Elektrolysezelle durch die Leiter gespeist, die von der vorgeschalteten voraufgehenden, in der Reihenfolge (n-1)ten Elektrolysezelle kommen, und versorgt über in gleicher Weise angeordnete Leiter die nachgeschaltete folgende, in der Reihenfolge (n+1)te Elektrolysezelle. An den verschiedenen Leitern ist mit Pfeilen die übliche Richtung des Stromflusses angegeben.

Die beiden Zweige der Stromzuleitungsschiene der nten Elektrolysezelle werden über den vorgeschalteten Kopf und zugleich über zwei Zwischenstellen A und A' gespeist.

Die insgesamt 11 ableitenden kathodischen Stangen an jeder Seite der Elektrolysezelle sind in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in eine vorgeschaltete Gruppe mit 6 Stangen 3 und eine nachgeschaltete Gruppe mit 5 Stangen 3¹· Die sechs vorgeschalteten ableitenden kathodischen Stangen 3 speisen über den Verbindungsleiter 4 und die Steigleitung 5 die Stromzuleitungsschiene 6 der (n+1)ten Elektrolysezelle über den vorgeschalteten Kopf. Die fünf nachgeschalteten ableitenden kathodischen Stangen 3¹ speisen über den Verbindungsleiter 4' und die Steigleitung 5* die Zwischenstelle A.

Da die Elektrolysezelle symmetrisch ist, ist an der anderen Seite die gleiche Anordnung getroffen, um die beiden Zweige der Stromzuleitungsschienen 6 an den Zwischenstellen A und A¹ zu speisen.

Obwohl die Durchführung der Erfindung bei der Aufteilung der kathodischen Ableitungen auf die vorgeschaltete und die

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nachgeschaltete Gruppe sowie bei der Wahl der Lage der Zwischenstellen A und A¹ auf der Stromzuleitungsschiene eine gewisse Freizügigkeit gewährt, erscheint es doch, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die kathodischen Ableitungen auf zwei ungefähr äquivalente Gruppen aufgeteilt sind und die Zwischenstellen A und A¹ etwa auf der Höhe der querverlaufenden Mittelebene der Anode angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Gesamtlänge der den vorgeschalteten Kopf der Stromzuleitungsschiene speisenden Leitergruppe ziemlich genau gleich der Gesamtlänge der die Zwischenstellen A und A* der Stromzuleitungsschiene speisenden Leitergruppe, so daß in den beiden Kreisen Stangen gleichen Querschnitts verwendbar sind.

Fig. 8 und 9 zeigen einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht durch bzw. auf zwei Elektrolysezellen einer Serie in Längsanordnung, deren Verbindungsleiter 4 ebenfalls gemäß der Erfindung angeordnet sind. Es handelt sich um eine mit sehr hoher Stromstärke (150 000 A) betriebene Serie, bei der die kathodischen Ableitungen an jeder Seite der Elektrolysezelle 15, insgesamt also 30 Stangen aufweisen, die je Zellenseite in drei Gruppen getrennt sind.

Die Gruppe mit den 5 vorgeschalteten Stangen 3 der in der Reihenfolge nten Elektrolysezelle ist über den Verbindungsleiter 4 und die Steigleitung 5 an den Kopf der Stromzuleitungsschiene 6 der in der Reihenfolge (n+i)ten Elektrolysezelle angeschlossen.

Die Gruppe mit den 5 zentralen Stangen 3' der nten Elektrolysezelle ist über den Verbindungsleiter 4¹ und die seitliche Steigleitung 5¹ an eine am vorgeschalteten ersten Drittel der Stromzuleitungsschiene 6 gelegene Zwischenstelle A angeschlossen.

Die Gruppe mit den 5 nachgeschalteten Stangen 3" der nten Elektrolysezelle ist über den Verbindungsleiter 4" und die

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seitliche Steigleitung 5" an eine am zweiten Drittel der Stromzuleitungsschiene 6 gelegene zweite Zwischenstelle B der in der Reihenfolge (n+1)ten Elektrolysezelle angeschlossen.

Da die Elektrolysezelle symmetrisch ist, ist an der anderen Seite die gleiche Anordnung getroffen, um die Zwischenstellen A¹ und B^f der Stromzuleitungsschiene zu speisen.

Sowohl in Fig. 6 und 7 als auch in Fig. 8 und 9 ist zu erkennen, daß die Verbindungsleiter und Steigleitungen 4 und 5 einerseits und 4* und 5* andererseits, oder 4 mit 5, 4' mit 5* und 4" mit 5" ungefähr gleiche Länge haben, so daß Stangen 3* 3' und 3" gleichen Querschnitts verwendbar sind.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen, in welcher Weise der Strom in den anodischen und kathodischen Leitern entlang einer Serie von Elektrolysezellen in Längsanordnung verteilt ist. Fig. 10 bezieht sich auf eine Serie gemäß dem Stand der Technik, in der die Stromzuleitungsschiene jeder Elektrolysezelle einzig über den vorgeschalteten Kopf von den kathodischen Stangen der voraufgehenden Elektrolysezelle gespeist wird. Fig. 11 bezieht sich auf eine Serie gemäß der Lehre der FR-PS 1 143 879» in der die Stromzuleitungsschiene jeder Elektrolysezelle über die beiden Köpfe gespeist wird, und zwar der vorgeschaltete Kopf von 8 vorgeschalteten kathodischen Stangen der voraufgehenden Elektrolysezelle aus, der nachgeschaltete Kopf von 3 nachgeschalteten kathodischen Stangen der voraufgehenden Elektrolysezelle aus. Die Fig. 12 bezieht sich auf den Gegenstand der Erfindung: die Stromzuleitungsschiene jeder Elektrolysezelle wird von den 6 vorgeschalteten kathodischen Stangen der voraufgehenden Elektrolysezelle aus über die Kopfseite und von den 5 nachgeschalteten kathodischen Stangen der voraufgehenden Elektrolysezelle aus an einer ungefähr in der Mitte der Stromzuleitungsschiene gelegenen Zwischenstelle gespeist.

In Fig. 10, 11 und 12 sind als Abszissen die Länge der Elektrolysezellen und der horizontalen Projektion der

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Verbindungskreise zwischen ihnen und als Ordinaten die Stromstärke je in willkürlich gewähltem Maßstab dargestellt.

t Die mit dem Buchstaben A gekennzeichneten Diagramme beziehen sich auf die anodischen Leiter, die mit dem Buchstaben K gekennzeichneten auf die kathodischen Leiter. Die vertikalen Pfeile bezeichnen den willkürlich in die Mitte des Zwischenraumes zwischen dem nachgeschalteten Kopf einer Elektrolysezelle und dem vorgeschalteten Kopf der folgenden gelegten Ort, an dem der kathodische Strom der (n-1)ten Elektrolysezelle zum anodischen Strom der nten Elektrolysezelle wird.

Da die Elektrolysezellen zu einer in Längsrichtung verlaufenden vertikalen Ebene symmetrisch sind, wurden nur die - anodischen und kathodischen - Leiter einer einzigen Seite berücksichtigt, und da an jeder Seite 11 kathodische Stangen vorhanden sind, wurden die Stromstärken in i/11 ausgedrückt, wobei ΐ gleich ist der Hälfte der durch die Serie durchgehenden Gesamtstromstärke J.

Es ist zu erkennen, daß die Verteilung der Stromstärken entlang der anodischen und kathodischen Leiter sehr deutlich verbessert ist, und daß insbesondere die im Falle der Fig. 11 bestandene Umkehrung des anodischen Stromes (Punkt -3) zwischen dem nachgeschalteten Kopf und dem Punkt M aufgehoben ist (das Zeichen - gibt an, daß der anodische Strom entgegengesetzt zur allgemeinen Fließrichtung des Stromes in der Serie fließt).

Die sich aus der Erfindung ergebenden Vorteile erscheinen noch deutlicher, wenn man die Werte des Magnetfeldes, das in verschiedenen Punkten einer Elektrolysezelle in der Ebene der Trennflache Elektrolyt-Aluminium induziert ist, in eine Karte einträgt.

Die Fig. 13, 14 und 15 betreffen eine Elektrolysezelle gemäß der FR-PS 1 143 879 mit Stromversorgung über die beiden Köpfe,

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die Fig. 16, 17 und 18 eine Elektrolysezelle gemäß der Erfindung. In Fig. 13 und 16 gibt die obere Zahl die Komponente Bx des Magnetfeldes, die untere Zahl die Komponente By des Magnetfeldes an neun Stellen der anodischen Fläche der Elektrolysezelle an, nämlich an den vier Ecken, in der Mitte der vier Seiten und im Zentrum.

In Fig. 14 und 17 gibt die Zahl den Wert der Resultierenden Bxy (vektorielle Addition von Bx und By) an.

Es ist zu erkennen, daß die Durchführung der Erfindung eine sehr merkliche Verringerung von Bxy an den beiden Enden und eine große Verringerung der Abweichung zwischen dem Feld in der Mitte und dem Feld an den Enden der Elektrolysezelle herbeiführt.

In Fig. 15 und 18 stellen die Zahlen die Werte der vertikalen Felder Bz bei einer Elektrolysezelle nach dem Stand der Technik (Fig. 15) und einer Elektrolysezelle gemäß der Erfindung (Fig. 18) dar. Auch hier ist festzustellen, daß die Durchführung der Erfindung eine starke Verringerung von Bz in den Ecken und eine merkliche Verringerung der Abweichung zwischen den verschiedenen Werten dieses Feldes an den Langseiten ergibt.

Schließlich besteht ein weiterer großer Vorteil der Erfindung gegenüber der FR-PS 1 143 879 in der großen Einsparung an Stangen aus Aluminium für die Bildung der Versorgungskreise.

Bei einem Vergleich der Kreise gemäß Fig. 5 (Stand der Technik) und gemäß Fig. 7 (nach der Erfindung) ist festzustellen, daß gemäß der Erfindung die Kreise 3+4+5 und 3* + 4¹ + 5' von gleicher und minimaler Länge sind, während gemäß dem Stand der Technik der Kreis 3' + 4* + 5¹ deutlich länger ist als der Kreis 3 + 4 + 5. Um die Kathode der voraufgehenden Elektrolysezelle nicht aus dem Gleichgewicht zu bringen, muß für den Kreis 3* + 4* + 5' eine Stromdichte, in A/cm , angewandt werdenj, die deutlich niedriger ist als die des

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Kreises 3+4+5» also verschieden ist von der sogenannten wirtschaftlichen Stromdichte. Da diese geringe Stromdichte auf den Kreis von größter Länge angewandt wird, ergibt sich daraus eine beträchtliche Gewichtszunahme bei den Leitern, die im übrigen mit den Abmessungen der Elektrolysezelle ansteigt, während bei der Anordnung gemäß der Erfindung für die Stromdichte Δ , da sie in jedem Kreis gleich ist, der optimale Wert, d.h. der wirtschaftlichste Wert/^o gewählt werden kann.

Bei einer mit 90 000 A betriebenen Elektrolysezelle beträgt die Gewichtsersparnis bei den Verbindungsleitern 8$ zugunsten der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, das sind etwa 1000 kg Aluminiumstangen pro Elektrolysezelle. Bei einer mit 150 000 A betriebenen Elektrolysezelle liegt diese Gewichtseinsparung bei 1800 kg.

Die Erfahrung zeigt, daß das Vorhandensein von einer oder sogar von zwei seitlichen Steigleitungen an jeder Seite der Elektrolysezellen keine Behinderung darstellt für den Einsatz von Zellenwartungsgeräten zum Krustenbrechen, Zugeben von Tonerde und Entnehmen des flüssigen Aluminiums, wenn sie in Halbportal-Bauweise oder als Laufkran-Typ ausgeführt sind, wie sie insbesondere in den FR-Patentschriften 1 245 598 und 1 526 766 beschrieben werden.

BEISPIEL

Eine Serie von Elektrolysezellen in Längsanordnung, die mit Soderberg-Anoden ausgestattet waren, mit 70 000 A betrieben wurden und gemäß Fig. 4 und 5 (Stand der Technik) angeschlossen waren, erzeugte täglich 485 kg Aluminium je Zelle, was einer Stromausbeute (auf der Grundlage des Faradayschen Gesetzes) von 86% entsprach, die als ungenügend betrachtet werden kann.

Ohne die Badkästen zu verändern, wurden die kontinuierlichen Soderberg-Anoden 7 durch vorgebrannte Anoden 10 gemäß Fig. 19 und 20 ersetzt, in denen zur Vereinfachung der Zeichnung 2 mal 4 Anoden statt der tatsächlich vorhandenen 2 mal 10 Anoden dargestellt sind.

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Die Verbindungen waren entsprechend Fig. 6 und 7 gemäß der Erfindung hergestellt worden, um die vom Magnetfeld herrührenden Störungen zu mildern.

Außerdem war es durch das Austauschen der kontinuierlichen Anode gegen vorgebrannte Aioden möglich, die Stromstärke der auf diese Weise modifizierten Serie von 70 000 auf 90 000 A, d.h. um 28,6$ zu steigern.

Die Aluminiumproduktion stieg auf täglich 640 kg je Zelle, was einer Stromausbeute von 88$ entspricht.

Trotz der Erhöhung der Stromstärke um 28,6$, die, wäre die Anordnung der Leiter nicht geändert worden, zu einer durch Wechselwirkung bedingten Verstärkung der Magnetfelder geführt hätte, arbeitete diese so modifizierte Serie unter stabilen Bedingungen und regelmäßig.

Die Durchführung der Erfindung ermöglicht es also, sowohl bestehende Zellenserien unter sehr deutlicher Erhöhung ihrer Stromausbeute durch Verringern der durch das Magnetfeld bedingten Störungen zu verbessern, als auch die Stromstärke des Elektrolysestroms unter Beibehaltung eines guten Wirkungsgrades zu erhöhen.

Es ist ebenfalls möglich, die gemäß der Erfindung angeordneten Leiter in spezieller Weise zum Kompensieren des durch die benachbarte Zellenreihe induzierten Magnetfeldes zu führen.

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Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung,dadurch gekennzeichnet,

daß die ableitenden kathodischen Stangen (3) an jeder Seite der Elektrolysezellen in wenigstens zwei voneinander unabhängige Gruppen (3>3',3") getrennt sind, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Stangen enthalten, und daß die Stromzuleitungsschiene (6) der in der Reihenfolge nten Elektrolysezelle von der vorgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3) der in der Reihenfolge (n-i)ten Elektrolysezelle aus über den vorgeschalteten Kopf und zugleich von der nachgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3*> 3'f3") der in der Reihenfolge (n-i)ten Elektrolysezelle aus über wenigstens eine seitliche Steigleitung (5; 5,5') an jeder Seite, die an die Stromzuleitungsschiene (6) an wenigstens einer zwischen dem vorgeschalteten und dem nachgeschalteten Kopf gelegenen Zwischenstelle (A,A¹; A,B, Α',Β') angeschlossen ist, mit elektrischem Strom versorgt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die ableitenden kathodischen Stangen (3) an jeder Seite der Elektrolysezellen in zwei voneinander unabhängige Gruppen (3>3^f) getrennt sind, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Stangen enthalten, und daß die Stromzuleitungsschiene (6) der nten Elektrolysezelle von der vorgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3) der (n-i)ten Elektrolysezelle aus über den vorgeschalteten Kopf und zugleich von der nachgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3') der (n-1)ten Elektrolysezelle aus über eine seitliche Steigleitung (5) an jeder Seite, die

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ORIGINAL INSPECTED

an die Stromzuleitungsschiene (6) an einer ungefähr in ihrem Zentrum gelegenen Zwischenstelle (A,A') angeschlossen ist, mit elektrischem Strom versorgt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ableitenden kathodischen Stangen (3) an jeder Seite der Elektrolysezellen in drei voneinander unabhängige Gruppen (3, 3', 3") getrennt sind, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Stangen enthalten, und daß die Stromzuleitungsschiene (6) der nten Elektrolysezelle von der vorgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3) der (n-i)ten Elektrolysezelle aus über den vorgeschalteten Kopf, zugleich von der zentralen Gruppe von kathodischen Stangen (3¹) der (n-1)ten Elektrolysezelle aus über eine erste seitliche Steigleitung (5) an jeder Seite, die an die Stromzuleitungsschiene (6) an einer am vorgeschalteten ersten Drittel gelegenen Zwischenstelle (A,A¹) angeschlossen ist, und zugleich von der nachgeschalteten Gruppe von kathodischen Stangen (3") der (n-1)ten Elektrolysezelle aus über eine zweite seitliche Steigleitung (5¹) an jeder Seite, die an die Stromzuleitungsschiene (6) an einer am vorgeschalteten zweiten Drittel gelegenen Zwischenstelle (B,B¹) angeschlossen ist, mit elektrischem Strom versorgt wird.

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