DE2801650C2

DE2801650C2 - Schaltungsanordnung für die elektrische Stromversorgung von Elektrolysezellen in Längsanordnung

Info

Publication number: DE2801650C2
Application number: DE2801650A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Saint-Jean-de-Maurienne Dugois; Bernard Lannemezan Langon; Paul Le Vesinet Morel
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-16
Publication date: 1985-03-14
Also published as: OA05858A; IT1092269B; CH627793A5; SU738518A3; US4132621A; FR2378107A1; AT363698B; GB1597933A; ATA26778A; YU39833B; BR7800308A; ZA78323B; DE2801650A1; NO150364B; AU507913B2; NO780180L; JPS5732719B2; IT7819305A0; SE422693B; PL204090A1

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-

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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.

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-

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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 2^ri 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-

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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 Δ_α 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.

Beispiel

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.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

28 Ol Patentansprüche:

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.