DE2801650C2 - Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung - Google Patents
Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in LängsanordnungInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezcllen
in Längsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elcklrolysezellen. für die eine solche Schaltungsanordnung
vorgesehen ist, dienen insbesondere zum Herstellen von Aluminium durch Elektrolyse von in
schmelzfliissigem Kryolith gelöster Tonerde.
Solche Elektrolyse/eilen haben meist eine längliche.
rechteckige Form und sind elektrisch in Serie geschaltet. Es ist möglich, die Elcktrolysczcllcn in der Produktionshalle »quer« anzuordnen, d. h. so. daß die Langscite jeder
Elektrolysezelle rechtwinklig zur Achse der Serie verläuft, oder »längs«, d. h. so. daß die Langscite jeder
Elektrolysezelle parallel zur Achse der Serie isl
Die Fig. 1. 2 und j zeigen stark vereinfacht einen
vertikalen Querschnitt, einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht von Elektrolysezelle^ die Teil einer
Serie in Längsanordnung bilden.
Es ist üblich, die Kopfenden der Elektrolysczellen 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 t, der mit als Kathode wirkenden Kohleblöcken 2
verkleidet isl. In die Kohleblöcke 2 eingelassene Stangen
3 aus Metall sammeln den aus der Elektrolysezelle abfließenden elektrischen Strom und führen ihn zum
Vcrbindungsleiter 4 zurück, der ihn zur Steigleitung 5 leitet, die ihn bis zur folgenden Elektrolysezelle an die
Leiter 6 weiterleitet, welche die Stromzuleitungsschiene 'üilden, an welche die Anode 7 angehängt ist. Im Elekirolysebad
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 (oigende. nachgeschaltelc Elektrolysezelle über das vorgeschaltete Kopfende.
Es ist andererseits bekannt, daß bei diesen Elektrolysczellcn
durch Vergrößern ihrer Abmessungen die Bctriebskosten merklich verbessert werden, und es ist üblich,
mit Stromstärken zu arbeiten, die (00 000 A erreichen
und sogar sehr weil übersteigen.
Bei diesen Leistungsniveaus kann der Einfluß des Magnetfeldes,
welches durch das Fließen des elektrischen Stromes in den Lciiern erzeugt wird, nicht mehr vernachlässigt
werden.
Die Laplace-Kräfte rufen im Elektrolysebad eine hydrostatische
Verformung der Trennflächc 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 Laplacc-Kräftc verursachen auch große Höhcnvcrkigerungcn der Schicht
aus flüssigem Aluminium, die zu Kurzschlüssen mit den Anoden, zu unregelmäßiger Abnutzung der Anoden
und zu Pcndelbewcgungen des flüssigen Aluminiums führen, die so slark sein können, daß Badinhalt aus der
Elektrolysezelle hcraussprit/.t.
Der Beherrschung dieser Magnetfelder und die Kumpcnsicrung
ihrer Wirkungen sind Probleme, mil denen sich die Benutzer ständig beschäftigen, und es sind
schon zahlreiche Lösungen vorgeschlagen worden.
In der DE-PS 10 !0 744 wird ein Verfahren zum Verbessern
der elektrischen Stromversorgung von Flcktrolysczellen in Längsanordnung beschrieben, das darin besieht,
die genannten Elcktrolysczellcn entweder am vorgeschalteten und am nachgeschultelen Kopfende oder
am vorgeschalleten Kopfende und über eine seilliche
Steigleitung zu speisen, jedoch sind die beiden Kreise (vorgeschaltetes Kopfende — nachgeschaltetes Kopfende
oder vorgeschaltetes Kopfende — seitliche Steigleitung) durch einen Äquipotcntialleilcr miteinander
verbunden, der als Nachteile hat, daß er d;is Gewicht
der Leiter merklich vergrößert und dazu zwingt, den Querschnitt der Leiter exakl festzulegen, um eine
zweckdienliche Verteilung des elektrischen Stromes /w gewährleisten.
In der FK-PS 11 43 879 wird ein Verfahren zum Verringern
der HöhcRvcrlagcrungen des geschmolzenen Metalls in den mit hoher Stromstärke betriebenen Flck-Irolysczellen,
insbesondere in den Serien von /eilen in Längsanordnung beschrieben, die mit als Soderberg-Anoden
bezeichneten kontinuierlichen Anoden iiiisge-
28 Ol 650
stattet 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 O bezeichneten zentralen
Punkt des Bodens der Elektrolysezellenwanne ausgegangen und ein dreidimensionales 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 gerichiet, und die Achse Oz ist vertikal
nach oben, also rechtwinklig zur Ebene xOy gerichtet, so daß das Koordinatensystem rechtshändig ist.
Mit β 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 Ox. Mit / wird
der Wert der Stromstärke des Elektrolysestroms bezeichnet, mit Ix. Iy und Iz die Projektionen von / auf die
Achsen Ox, Oy und Oz.
Das Verfahren, das Gegenstand der I R-PS 11 43 879
ist, besteht darin, die magnetischen Effekte isn Punkt O 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 Zeilengang gewährleistet. Es ist gezeigt worden,
daß zur Erzielung dieses Ergebnisses im Punkt O die folgenden Bedingungen erfüllt sein mußten:
dBy
d/.
O.
Die F i g. 4 und 5 zeigen einen vertikalen Längsschnitt und eine Draufsicht von zwei I7.lektrolysezellen. die Teil
einer mit 70 000 A betriebenen Serie in Längsanordnung sind bei der die Leiter gemäß der Lehre der FR-PS
11 43 879 so angeordnet sind, daß im Punkt O die
beiden Bedingungen
erfüllt sind.
Die kathodischen Ableitungen, insgesamt 22 (Il an jeder Seite der Elektrolysezelle, wobei diese Zahl durch
der Fachwelt bekannte Überlegungen in bezug auf die Stromdichte in den Leitern bestimmt ist), sind in zwei
Gruppe." mit 8 und mit 3 Stangen unierteilt. Die zwei vorgeschalteten Gruppen mit 8 Stangen 3 sind mit den
Leiter» 4 verbunden, welche das vorgeschaltete Kopfende der folgenden Elektrolysezelle über die Steigleitung
5 speisen, während die beiden nuehgeschalteten
Gruppen mit 3 Stangen 3' mit den Leilcin 4' verbunden
sind, die das nachgeschalieie Kopfende der folgenden
Elektrolysezelle über die Steigleitung 5' speisen.
Während die Anordnung gemäß Fig. 1, 2 und 3 nur
schwerlich ein Überschreiten von 50(M)OA gestaltete, war es mit der Anordnung gemäß F i g. 4 und 5 möglich,
bei 70 000 A einen stabilen und regelmäßigen Zcllenganj,·
bei einer Stromausbeute /wischen 86 und 87% zu erzielen.
Diese Anordnung hai sich jedoch bei mehr aIf
100 000 A als unzureichend herausgestellt, läßt, selbst bei niedrigeren Stromstilrkcnniveaus, ein Magnetfeld
fortbestehen und ermöglicht nicht das Überschreiten einer Siromausbeute in der Größenordnung von 87%,
die heute von den Aluminiumhcrsiellern als ungenügend angesehen wird.
Ähnliches gilt für eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß der US-PS 37 75 281. Bei dieser Schaltungsanordnung sind die ableitenden kathodischen
Stangen an jeder Seite der Elektrolysezcllcn in drei voneinander abhängigen Gruppen von jeweils drei Stangen
ίο getrennt. Die Stromzuleitungsschiene der in der Reihenfolge
n— ten Elektrolysezelle wird jeweils von den beiden Köpfen bzw. Stirnseiten der Zelle her mit Strom
versorgt, wobei der vorgeschaltete Kopf von den beiden vorgeschalteten Gruppen der kathodischen Stangen
der n— ten Elektrolysezelle und der nachgeschaltete Kopf von der nachgeschalteten Gruppe kathodischer
Stangen her mit Strom versorgt wird. Diese Anordnung zielte darauf, die waagerechten Ströme in den kathodischen
Blöcken zu vermindern. Die in den Elektrolysezellen insbesondere bei hohen Stromstärken vorhandenen
Magnetfelder werden jedoch nich; ,^geglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der elektrischen
Stromversorgung von Serien von in Längsrichtung angeordneten Elektrolysezellen, insbesondere zur
Herstellung von Aluminium, zu schaffen, die bei hohen
Stromstärken des Elektrolysestroms eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
Die Leiter, die jede Gruppe von kathodischen Stangen mit dem vorgeschalteten Kopf bzw. über die seitlichen
Steigleitungen mit den Zwischenstellen an der Stromzuleitungsschiene verbinden, sind im Querschnitt
so berechnet, daß jeder Stromkreis einen ungefähr gleichgroßen Anteil des Gesamtelektrolysestroms führt.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gekennzeichnet, wobei mit der Ausführungsfonr; gemäß
Anspruch 3 mit sehr hohen Stromstärken, beispielsweise mit 1 50 000 A und darüber, gearbeitet werden kann.
Neben der Verbesserung des Wirkungsgrades und dem wirtschaftlichen Einsatz des Materials der elektrischen
Leiter ermöglicht die Erfindung auch, mit kontinuierlichen Anoden ausgestattete Seriin von F.Iektrolyse/.ellen
in Serien mit vorgebrachten Anoden umzuwandeln und die Stromstärke des Elektrolysestroms und
damit beispielsweise die unmittelbare Aluminiumproduktion um fasi 30% zu erhöhen, ohne die Abmessungen
der Elektrolysezellen zu ändern. Aufgrund einer besseren Kompensation der Wirkung der induzierten
Magnetfelder und der sich daraus ergebenden Lapluee-Kräfte wird eine Stromausbeute von wenigstens 88%
erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schimärischer
Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert, wobei der Stand der Technik anhand
der Fig. 1 bis 5 bereits dargestellt wurde. Im weiteren
zeigt
W) Fig.6 und 7 einen vertikalen Längsschnitt und eine
Draufsicht durch bzw. auf Elektrolysezellen.
Fig. 8 und 9 einen vertikalen Längsschnitt und eine
Draufsicht einer gegenüber Fig. 6 und 7 abgeänderten
Aiisführungsforin,
b5 Fig. 10. 11 und !2 die Verteilung der Stromstärke in
den anodischen und kathodischen Leitern entsprechend den in F i g. 2,4 und 6 gezeigten Anordnungen,
Fig. 13 bis 18 die Stärke der Magnetfelder in ver-
28 Ol
schiedenen Punkten der Trennflächc Elekirolyt-Aluininium
in einer Elektrolysezelle nach dem Stand der Technik (Fig. 13 bis 15) und einer Elektrolysezelle mil der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (I-'ig. 17 und
18) und ■;
Fig. 19 und 20 einen vertikalen Längsschnitt und eine
Draufsicht durch bzw. auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei Anwendung auf Elektrolyse/eilen
mit vorgebrannten Anoden.
In den Figuren sind die Verbindungsleute!· 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 me Elektrolysezelle durch die Leiter gespeist,
die von der vorgeschalteten vorausgehenden, in der Reihenfolge (n—l)icn Elektrolysezelle kommen, und
versorgt über in gleicher Weise angeordnete Leiter clic nachgeschaltele folgende, in der Reihenfolge 'n+IJte
Elektrolysezelle. An den verschiedenen Leitern ist mit Pfeilen die übliche Richtung des Stromflusses angegeben.
Die beiden Zweige der Stromzulcitungsschienc der 2ri
men Elektrolysezelle werden über den vorgeschalteten Kopf und zugleich über zwei Zwischenstcllen A und A'
gespeist.
Die insgesamt 11 ableitenden kathodischen Stangen
an jeder Seite der elektrolysezelle sind in zwei Gruppen jo
unterteilt, nämlich in eine vorgeschaltete Gruppe mit 6 Stangen 3 und eine nachgeschaltele Gruppe mit 5 Stangen
3'. Die sechs vorgeschalteten ableitenden kathodischen Stangen 3 speisen über den Verbindungsleiter 4
und die Steigleitung 5 die Stromzuleitungsschiene 6 der (n+\)ien Elektrolysezelle über den vorgeschalteten
Kopf. Die fünf nachgeschalteten ableitenden kathodischen Stangen 3' 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 Stromzuleitungsschiencn 6 an den Zwischenstellen A und A 'zu speisen.
Obwohl die Durchführung der Erfindung bei der Aufteilung der kathodischen Ableitungen auf die vorgeschaltete
und die nachgeschaltete Gruppe sowie bei der Wahl der Lage der Zwischenstellen A und A'auf der
Stromzuleitungsschiene eine gewisse Freizügigkeit gewährt,
erscheint es doch, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die kathodischen Ableitungen auf
zwei ungefähr äquivalent«: Gruppen aufgeteilt sind und
die Zwischenstellen A und A' 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 Stromzulcitungsschiene
speisenden Leitergruppe, so daß in den beiden Kreisen Stangen gleichen Querschnitts verwendbar
sind. M)
F i g. 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 mn sehr hoher Stromstarke (150 000 A) betriebene Serie, bei der die kathodischen
Ableitungen an jeder Seite der Elektrolysezeile 15, insgesamt also 30 Stangen aufweisen, die je Zellenscite in
drei Gruppen getre int sind.
Die Gruppe mil den 5 vorgeschalteten Stangen 3 der in der Reihenfolge /ilen Elektrolysezelle ist über den
Verbindiingsleiicr 4 und die Steigleitung 5 an den Kopf der Siromzulcitiingsschii-iic 6 der in der Reihenlolgc
(n+ l)len Elektrolysezelle angeschlossen.
Die Gruppe mit den 5 zentralen Stangen 3' der men Elektrolysezelle ist über den Verbindungslcitcr 4' und
die seitliche Steigleitung V an eine am vorgeschalteten ersten Drittel der Strom/uleitungsschicne 6 gelegene
Zwischenstcllc Λ angeschlossen.
Die Gruppe mit den 5 nachgeschaltctcn Stangen 3" der /ilen Elektrolysezelle isi über den Verbindiingsleiicr
4" und die seitliche Steigleitung 5" an eine am zweiten Drittel der Stromzuleitunirsschiene 6 gelegene zweite
Zwischenslclle ßder in der Reihenfolge (n+ l)ten Elektrolysezelle
angeschlossen.
Da die Elektrolysezelle symmetrisch ist, ist an der
anderen Seite die gleiche Anordnung getrolfcn. um die ZwischenstcllcM A'und Ii'der Siromzulcitungsschicne
zu speisen.
Sowohl in F i g. b und 7 als auch in F i g. 8 und 9 ist zu
erkennen, daß die Vcrbindungslciter und Steigleitungen 4 und 5 einerseits und 4' und 5' andererseits, oder 4 mil 5,
4' mil 5' und 4" mit 5" ungefähr gleiche Länge haben, so daß Stangen 3, 3' und 3" gleichen Querschnitts verwendbar
sind.
Die i· ig. 10, Il und 12 zeigen, in welcher Weise der
Strom in den anodischen und kathodischen Leitern entlang
einer Serie von Elektrolyse/eilen in Längsanordnung verteilt ist. Fig. !0 bezieht sich auf eine Serie gemäß
dem Stand der Technik, in der die Stromzulcilungsschiene
jeder Elektrolysezelle einzig über den vorgeschalteten Kopf von den kathodischen Stangen der vorausgehenden
Elektrolysezelle gespeist wird. F i g. 11 bezieht sich auf eine Serie gemäß der Lehre der FR-PS
i i 43 879, in der die Stromzuiciiungsschiene jeder Elektrolysezelle
über die beiden Köpfe gespeist wird, und zwar der vorgeschaltete Kopf von 8 vorgeschalteten
kathodisehen Stangen der vorausgehenden Elektrolysezelle aus, der nachgcschalicle Kopf von 3 nachgeschalteten
kathodischen Stangen der vorausgehenden Elektrolysezelle aus. Die Fig. 12 bezieht sich auf den Gegenstand
der Erfindung: die Stromzuleitungsschicnc jeder E-UCkIrOIySCZeIIc wird von den 6 vorgeschalteten kathodischen
Stangen der vorausgehenden Elektrolysezelle aus über die Kopfseite und von den 5 nachgeschallclcn
kathodischen Stangen der vorausgehenden Elektrolysezelle aus an einer ungefähr in der Mitte der
Siromzuleilungssehiene gelegenen Zwischcnste"e gespeist.
In F i g. 10,11 und 12 sind als Abszissen die Länge der
Eleklrolysezcllen und der horizontalen Projektion der Verbi.ndungskrcise zwischen ihnen und als Ordinaten
die Stromstärke je in willkürlich gewähltem Maßstab dargestellt.
Die mit dem Buchslaben 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
nachgcschallcten Kopf einer Elektrolysezelle und dem vorgeschalteten Kopf der folgenden gelegten Ort, an
dem der kathodische Strom der (n— l)ten Elektrolysezelle zum anodischen Strom der /ilen Elektrolysezelle
wird.
Da die Elcktrolysezellen zu einer in Längsrichtung verlaufenden vertikalen Ebene symmetrisch sind, wur-
28 Ol
den nur die — anodischen und kathodischen — Leiter
einer ein/igen Seite berücksichtigt, und da an jeder Seite 11 kathodische Stangen vorhanden sind, wurden die
Stromstärken in //11 ausgedrückt, wobei /gleich ist der
Hälfte der durch die Serie durchgehenden Gesamt- r>
Stromstärke /
Ks ist /u erkennen, dal! die Verteilung der .Stromstärken
entlang der anodischen und kalhodischen Leiter se!^deutlich verbessert ist, und daß insbesondere die im
Fallt der F i g. 11 bestandene Umkehrung des anodi- iu
sehen Stromes (Punkt -3) /wischen dem nachgeschütteten Kopf und dem Punkt M aufgehoben isi (das /eichen
- gibt an, daß der anodisehe Strom entgegengesetzt zur allgemeinen Flugrichtung des Stromes in der
Serie fließt). n
Die sich aus der F.rfindung ergebenden Vorteile erscheinen
noch deutlicher, wenn man die Werte des Magnetfeldes, das in verschiedenen Punkten einer Elektrolysezelle
in der Kbenc der Trennfläche Elekirolyt-Alu-
fmmürii müü/.iCii iSi, ΊΓι CinC esiiriO Cifiiriij-i. >ii
Die Fig. 13, 14 und 15 betreffen eine Klekirolyse/elle
gemäß der 1"R-PS 11 43 879 mit Stromversorgung über
die beiden Köpfe, die Fig. lh, 17 und 18 eine Kleklrolyse/elle
gemäß der F.rfindung. In F i g. 13 und Ib gibt die
obere Zahl die Komponente Hx des Magnetfeldes, die >■>
untere /ahl die Komponente Hy des Magnetfe'des an
neun Stellen der anodischen Flache der FJektrolyse/.clle
an, nämlich an den vier Ecken, in der Mitle der vier Seiten und im Zentrum.
In Fig. 14 und 17 gibt die /ahl den Wert der Rcsultiercndcn
flxy(vekioriclle Addition von Bx und Hy)an.
..s ist /u erkennen, daß die Durchführung der Erfindung
eine sehr merkliche Verringerung von Hxy an den beiden Kndcn und eine große Verringerung der Abweichung
zwischen dem Feld in der Mitte und dem Feld an js den Knden der Elektrolysezelle herbeiführt.
In Fig. 15 und 18 stellen die Zahlen die Werte der
vertikaler, Felder Sy bei '11H^r El^ktrol^s**'7.1*'!'* n:wh
dem Stand der Technik (F i g. 15) und einer Eleklrolysczcllc
gemäß der Erfindung (I'ig. 18) dar. Auch hier ist «o
festzustellen, daß die Durchführung der Erfindung eine starke Verringerung von /// in den Kcken und eine
merkliche Verringerung der Abweichung zwischen den verschiedenen Werten dieses Feldes an den Langseiten
ergibt.
Schließlich besteht ein weiterer großer Vorteil der Krfindung gegenüber der FR- PS Il 43 879 in der großen
Einsparung an Stangen aus Aluminium für die Bildung der Versorgungskreise.
Bei einem Vergleich der Kreise gemäß I·' i g. 5 (Stand 5«
der Technik) und gemäß F i g. 7 (nach der Erfindung) ist festzustellen, daß gemäß der Erfindung die Kreise
3 + 4 + 5 und 3'+4'+ 5' von gleicher und minimaler Länge sind, während gemäß dem Stand der Technik der
Kreis 3'+ 4'+5' 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/cm2,
angewandt werden, die deutlich niedriger ist als die des Kreises 3+4+5, also verschieden ist von der sogenann- wi
ten 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 h5
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 Δα gewählt werden
Bei einer mit 90 000 A betriebenen Elektrolysezelle beträgt die Gewichtsersparnis bei den Verbindungsleilcrn
8% zugunsten der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, das sind etwa 1000 kg Aluminiumstangen pro
Elektrolyse/eile. 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 Elektrolysezellcn keine Behinderung darstellt für den Einsatz von Zellenwaitungsgerätcn
zum Krustenbrecher). 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 12 45 598
und !5 2b 7b6 beschrieben werden.
Eine Serie von Elektrolysezellcn in Längsanordnung, die mit Söderberg-Anoden ausgestattet waren, mit
70 000 A betrieben wurden und gemäß Fig.4 und 5 (Siand der Technik) angeschlossen waren, erzeugte täglich
485 kg Aluminium je Zelle, was einer Stromausbeute (auf der Grundlage des Faradayschen Gesetzes) von
8b% entsprach, die als ungenügend betrachtet werden kann.
Ohne die Badkästen zu verändern, wurden die kontinuierlichen Söderberg-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.
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 koniinuierlichen
Anode gegen vorgebrannte Anoden 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, ware 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 regelmä-
Die Durchführung der Erfindung ermöglicht es also, sowohl bestehende Zcllenserien 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.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung
von Elektrolysezellen in Längsanordnung, bei welcher ableitende kathodische Stangen
(3) an jeder Seite der Elektrolysezellen in wenigstens zwei voneinander unabhängige Gruppen (3, 3', V)
getrennt sind, die eine im wesentlichen gleiche Anzahl von Stangen enthalten, und die Stronizulcitungsschiene
(6) der in der Reihenfolge (n+i)-icn Elektrolysezelle von einer vorgeschalteten Gruppe
kathodischer Stangen (3) der (n)-ien Elektrolysezelle
aus über Steigleitungen (5) am vorgeschalteten Kopf und zugleich von einer nachgeschalteten Gruppe kathodischer
Stangen (3'; 3', 3") der (n)-len Elektrolysezelle aus mit elektrischem Strom versorgt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite
der Elektrolysezellen die nachgeschaltete Gruppe kathodisch·;'' Stangen (3'; 3', 3") der (n)-len Elekiro- 2η
lysezelle über wenigstens eine an der zugehörigen Seite der (n+\)-icn Elektrolysezelle angeordnete
Steigleitung (5'; 5', 5") an wenigstens eine zwischen dem vorgeschalteten und dem nachgeschaltcicn
Kopf gelegene Zwischenstelle (A/A '-.A/A'. B/B')ticr
Stromzuleiiungsschienc (6) der (n+ l)-tcn Elektrolysezelle angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die ableitenden kathodischen Stangen (3) an jeder Seite der
Elektrolysezellen in zwei voneinander unabhängi- jo gen Gruppen (3, 3') getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwisrhenste!l2 (A/A') ungefähr im
Zentrum der Stromzulei.'ungsschienc (6) gelegen ist.
3. Anordnung nach Anspruch ;, bei der die ableitenden
kathodischen Stangen (3) an jeder Seite der 3s
Elektrolysezellen in drei voneinander unabhängige Gruppen (3, 3', 3") getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Seite der Elcktrolysczellcn die zentrale Gruppe kathodischer Stangen (3') der
(n)-ten Elektrolysezelle über eine erste seitliche Steigleitung (5') an einer am ersten Driitcl gelegenen
Zwischenstelle (A/A') der Stromzuleitung* schiene (6) angeschlossen ist und die letzte Gruppe
kathodischcr Stangen (3") der (n)-lcr\ Elektrolysezelle
über eine zweite seitliche Steigleitung (5") an eine am zweiten Drittel gelegene Zwischcnstcllc (BZIi')
der Stromzuieimngsschicne (6) angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7702213A FR2378107A1 (fr) | 1977-01-19 | 1977-01-19 | Procede pour ameliorer l'alimentation en courant de cuves d'electrolyse alignees en long |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2801650A1 DE2801650A1 (de) | 1978-07-20 |
DE2801650C2 true DE2801650C2 (de) | 1985-03-14 |
Family
ID=9185941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2801650A Expired DE2801650C2 (de) | 1977-01-19 | 1978-01-16 | Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung |
Country Status (24)
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