DE2904441A1

DE2904441A1 - Stromschienensystem von elektrolysezellen zur aluminiumherstellung

Info

Publication number: DE2904441A1
Application number: DE19792904441
Authority: DE
Inventors: Aleksej Samuilovitsch Derkach; Svetozar Vladimirovi Evdokimov; Semen Emilevitsch Gefter; Nikolaj Andreevits Kaluschskij; Albert Andreevitsch Kostin; Valerij Pavlovitsch Lankin; Vladimir Pavlovitsch Nikiforov; Igor Kirillovitsch Tsybukov; Anatolij Michailovit Tsyplakov; Boris Platonovitsch Velichko; Grigorij Efimovitsch Volfson
Original assignee: VNI PI ALJUMINIEVOI MAGNIEVOI
Current assignee: VNI PI ALJUMINIEVOI MAGNIEVOI
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1979-02-06
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2416276B1; DE2904441C2; FR2416276A1; JPS54128915A; US4250012A; AU520201B2; JPS5892373U; HU182056B; SU863719A1; AU4391079A; CA1137923A

Description

SCHIFF ν. FDNER STREHU SCHOBEL-HOPF EBBINSHAUS FINCK

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Beschreibung

Die Erfindung "bezieht sich auf die elektrolytische Aluminiumherstellung, insbesondere auf Stromschienensysteme von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung, insbesondere auf die Anordnung der Anodensteigleiter in bezug auf die Anodensysteme der Elektrolysezellen.

Am vorteilhaftesten kann die Erfindung in Stromschienensystemen von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung verwendet werden, die in einer Reihe in Queranordnung mit Abständen untereinander angeordnet sind.

Bei der Aluminiumherstellung ist es üblich, daß man die Elektrolysezellen in einer Reihe mit Abständen untereinander anordnet. Die Elektrolysezellen in dieser Reihe sind reihengeschaltet, d.h. die Katode jeder Elektrolysezelle ist mit Hilfe eines Stromschienensystems an das Anodensystem der nachfolgenden Elektrolysezelle angeschlossen. Die ganze Reihe der Elektrolysezellen wird also vom elektrischen Strom durchflossen.

Beim Betrieb von Elektrolysezellen entstehen starke elektromagnetische Felder, die durch die Einwirkung der Starkströme bedingt sind, von denen die Elektrolysezellen durchflossen werden. Diese elektromagnetischen Felder üben einen bedeutenden Einfluß auf den Prozeß der Aluminiumelektrolyse und dessen wirtschaftliche Kennwerte aus.

Mit dem Leistungsanstieg einer Aluminiumelektrolysezelle wird der ungünstige Einfluß des Magnetfeldes auf den Prozeß der Aluminiumelektrolyse größer. Infolge einer Wechselwir-

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kung zwischen dem äußeren Magnetfeld und den im geschmolzenen Metall fließenden Strömen entstehen in diesem Metall sehr starke elektromagnetische Kräfte. Die elektromagnetischen Kräfte führen Oberflächenstörungen des flüssigen Katodenmetalls und dessen starke Zirkulation herbei.

Infolge einer bedeutenden Schieflage bzw. Wölbung des Metalls arbeiten die Elektrolysezellen bei einem Elektrodenabstand, der größer ist als der optimale Abstand. Dies ruft eine Zunahme der Spannung an der Elektrolysezelle, einen Überverbrauch an elektrischer Energie und eine Überhitzung der Schmelze hervor, wodurch die Stromausbeute ungünstig beeinflußt wird.

Infqlge der starken Zirkulation dringt das Metall in größerem Maße in den Nebenanodenbereich, wo es durch die anodi-"sehen Gase oxydiert wird. Durch zahlreiche Beobachtungen hat man festgestellt, daß in denjenigen Elektrolysezellenzonen, wo die Intensität des Magnetfeldes und die Zirkulation der Metallströme ihre Höchstwerte erreichen, eine Verformung der Wandungen des Katodengehäuses stattfindet und oben in diesen Zonen die seitlichen Kohleplatten durch das geschmolzene Metall am häufigsten zerstört werden.

Bei gemeinsamer Einwirkung der Gasströme und der elektromagnetischen Kräfte entstehen wellen auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums. Diese Wellen können örtliche Kurzschlüsse hervorrufen, wodurch die Stromausbeute wesentlich herabgesetzt wird.

Der Einsatz von Elektrolysezellen mit großer Leistung ist daher nur dann vertretbar, wenn man wirksame Maßnahmen zur Verhütung der schädlichen Magnetfeldeinwirkung getroffen hat.

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In der Industrie versuchte man, diese Störung durch eine Modifikation des Verfahrens zu beseitigen, bei der der elektrische Strom den Elektrolysezellen zugeführt wird.

In einem System zur Stromzufuhr zu den Aluminiumelektrolysezellen sind die Stromleiter in mehrere parallel angeordnete Stromschienen geteilt, die in etwa eine Horizontalplatte unter den Elektrolysezellen "bilden, wobei diese Leiter den Strom den Anoden abwechselnd zuführen. Obwohl diese Konfiguration zur Magnetfelddämpfung beiträgt, stellt eine große Leiteranzahl Hindernisse zur Bedienung der Elektrolysezellenbehälter dar und nimmt außerdem viel Platz in Anspruch.

Man schlug auch vor, die Stromschienen möglichst weit von den Elektrolysezellen anzuordnen und zugleich den Strom in den benachbarten Leitern in den entgegengesetzten Richtungen fließen zu lassen. Diese Anordnung erfordert ebenfalls eine größere Produktionsfläche und dementsprechend höhere Investitionen. Außerdem führt die zusätzliche Stromschienenlänge zu übermäßigen Energieverlusten.

In den letzten Jahren an "Versuchs- und Gußbetriebselektrolyse zellen mit einer großen Stromstärke durchgeführte Untersuchungen der Magnetfelder haben es ermöglicht, die Anforderung an das Stromschienensystem einer Aluminiumelektrolysezelle in der folgenden Gleichung zusammenzufassen:

B (O) = 0 ; -ΊΓ*

^Bz ^δΒ

wobei B die Querkomponente des Magnetfeldes,

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B die Längskomponente des Magnetfeldes, B die Vertikalkomponente des Magnetfeldes sind.

Mit anderen Worten bedeuten die oben genannten Forderungen eine Symmetrie des Quermagnetfeldes, eine Konstanz der B- und der B -Größen längs der Elektrolysezellenachsen und einen Minimalwert der in den Elektrolysezellenecken wirksamen absoluten Größen B sowie eine Symmetrie des Vertikalmagnetfeldes in bezug auf die Elektrolysezellenachsen.

Auf diesem technischen Gebiet ist ein Stromschienensystem für die Aluminiumelektrolvsezellen bekannt, die in einer Queranordnung in einer Reihe mit Abständen untereinander angebracht sind, wobei dieses System Katodenschienenpakete, Anodensteigleiter und Anodenstromschienen enthält. In diesem System sind die Anodensteigleiter an den Elektrolysezellenstirnflächen angeordnet. Das Stromschienensystem erzeugt ein symmetrisches Magnetfeld, dessen Vertikalkomponente eine unbedeutende magnetische Feldstärke aufweist. Doch nehmen dabei die absoluten Werte der Horizontalkomponenten der Magnetfeldstärke stark zu, wodurch eine gesteigerte Zirkulation des flüssigen Aluminiums in der Elektrolysezelle, eine Störung der Stabilität des Elektrolyseprozesses und eine Herabsetzung der technisch-wirtschaftlichen Kennwerte dieses Prozesses hervorgerufen werden.

Das Stromschienensystem mit der Anordnung der Anodensteigleiter an den Elektrolysezellenstirnflächen ist in bezug auf die Anzahl der Aluminiumstromschienen sehr aufwendig und kennzeichnet sich durch einen großen Spannungsabfall in den Katodenschienenpaketen.

Diese Nachteile werden in Stromschienensystemen beseitigt, die eine andere Anordnung der Anodensteigleiter haben.

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Unter anderen ist ein Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung bekannt, die in Queranordnung in einer Reihe mit Abständen untereinander angebracht sind (s. US-PS 3 415 724), von dem die Erfindung ausgeht. Dieses System enthält Katodenschienenpakete, Anodensteigleiter, die in Reihe in den Räumen zwischen den Elektrolysezellen angeordnet sind und Anodenschienen zur Stromzufuhr zu den Anodensystemen der Elektrolysezellen, die eine Parallelepipedform aufweisen. Dabei sind alle Anodensteigleiter jeder Elektrolysezelle zwischen den Ebenen angeordnet, die über die Stirnflächen ihres Anodensystems verlaufen. Von der Seite der Elektrolysezelle, die in bezug auf den Stromlauf die Eingangsseite der vorhergehenden Elektrolysezelle ist, wird Strom den Anodensteigleitern der in der Reihe nachfolgenden Elektrolysezelle über die stromführenden Pakete der Katodenschienen zugeführt, von denen ein Teil unter dem Elektrolysezellenboden angebracht ist und der andere Teil um die Elektrolysezellenstirnfläche verläuft.

Hierdurch werden alle drei Komponenten der magnetischen Feldstärke symmetrisch verteilt und ihr absoluter Wert reduziert, wodurch ein stabiler Elektrolyseprozeß erreicht und dessen technisch-wirtschaftliche Kennwerte gesteigert werden.

Die Anordnung der Anodensteigleiter im Raum zwischen den in der Reihe nebeneinanderliegenden Elektrolysezellen setzt den Verbrauch an den Aluminiumschienen und die Leistungsverluste im Stromschienensystem im Vergleich mit dem System, bei dem die Anodensteigleiter an den Stirnseiten der Elektrolysezellen angeordnet sind, bedeutend herab.

Das Vorhandensein mehrerer Anodensteigleiter im Raum zwischen den in der Reihe aufeinanderfolgenden Elektrolyse-

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zellen gegenüber dem Anodensystem erschwert aber eine Mechanisierung der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen und führt einen großen Handarbeitsaufwand herbei. Indem die Anzahl der Anodensteigleiter im oben angegebenen Raum gesteigert wird, begegnet man immer größeren Schwierigkeiten. Wenn man versucht, die Anzahl der Anodensteigleiter zu vermindern, werden dadurch die Werte der magnetischen Feldstärke bedeutend gesteigert, womit die Stabilität des Elektrolyseprozesses verschlechtert und dessen technisch-ökonomische Kennziffern herabgesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromschienensystem für die Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung zu schaffen, bei dem die Anodensteigleiter derart angeordnet sind, daß sie weniger Raum zwischen den in der Reihe nebeneinanderliegenden Elektrolysezellen gegenüber dem Anodensystem in .Anspruch nehmen, wodurch eine Mechanisierung der Arbeitsgänge zu deren Bedienung ermöglicht wird, die den Handarbeitsaufwand reduziert, wobei eine Symmetrie der Verteilung aller drei Komponenten der magnetischen Feldstärke erhalten bleibt und deren absoluter Wert unbedeutend gering ist.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung, die in einer Queranordnung in einer Reihe mit Abständen untereinander angebracht sind, daß Katodenschienenpakete, Anodensteigleiter, die in einer Reihe in den· Räumen zwischen den Elektrolysezellen angeordnet sind, und die Anodenschienen zur Stromzufuhr von den Anodensteigleitern zu den parallelepipedonförmigen Anodensystemen der Elektrolysezellen aufweist, erfindungsgemäß wenistens zwei Anodensteigleiter jeder Elektrolysezelle außerhalb der Ebenen angeordnet sind, die über die Stirnkanten der Anodensysteme verlaufen, wobei die Anzahl der auf diese Weise ange-

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ordneten Anodensteigleiter so gewählt wird, daß die symmetrische Verteilung der Komponenten der magentischen Feldstärke erreicht ist.

Dank dieser Lösung wird die Anzahl der Anodensteigleiter vermindert, die im Raum zwischen den in der Reihe nebeneinanderliegenden Elektrolysezellen gegenüber dem Anodensystem angebracht sind, wodurch eine Mechanisierung der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen ermöglicht ist. Die gesamte Anzahl der Anodensteigleiter jeder Elektrolysezelle bleibt dabei erhalten, so daß keine Vergrößerung der magnetischen Feldstärke erfolgt. Die Symmetrie aller drei Komponenten der magnetischen Feldstärke bleibt erhalten.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Anwendungsbeispiele wird die Erfindung naher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung.

Fig. 1 zeigt schematisch drei Elektrolysezellen 1, 2, 3 in der Mitte einer Reihe von Elektrolysezellen, die in Queranordnung in einer Reihe mit Zwischenräumen 4 untereinander angebracht sind. Das Stromschienensystem enthält Anodensteigleiter 5, 6, 7, 8, 9, Anodenschienen 10 und Katodenschienenpakete 11, 12, 13. Die Anodensteigleiter 5, 6, 7, 8, 9 sind in den .Zwischenräumen 4 zwischen den Elektrolysezellen 1, 2, 3 angeordnet, wobei sich die Anodensteigleiter 6, 7, 8 gegenüber den Anodensystemen 14 der Elektrolysezellen 1, 2, 3 befinden, von denen jedes eine Parallelepipedform hat, und die Anodensteigleiter 5 und 9

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außerhalb der Ebenen angeordnet sind, die über die Stirnkanten 15 der Anodensysteme 14 verlaufen. Die Anodensteigleiter 5, 6, 7, 8, 9 sind mit den Anodenschienen 10 verbunden. Die Anodensteigleiter 5, 6, 7, 8, 9 der Elektrolysezelle 3 sind mit den Blöcken 16 der Elektrolysezelle 2, die Anodensteigleiter 5, 6, 7, 8, 9 der Elektrolysezelle 2 mit den Blöcken 16 der Elektrolysezelle 1 mit Hilfe der Katodenschienenpakete 11, 12, 13 verbunden, die nach einem beliebigen üblichen Schema angeordnet sind.

Dank der Anordnung der Anodensteigleiter 5 und 9 außerhalb der Ebenen, die über die Stirnkanten 15 der Anodensysteme

14 verlaufen, wird der ihnen .gegenüberliegende Raum frei. Dies vergrößert die Möglichkeiten zur Mechanisierung der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen und setzt dadurch den Arbeitsaufwand für die Aluminiumproduktion herab. Dabei stört die oben beschriebene Anordnung der Anodensteigleiter 5 und 9 die Symmetrie der Verteilung aller drei Komponenten der magnetischen Feldstärke nicht.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind die Anodensteigleiter 7 der Elektrolysezellen 1, 2, 3 gegenüber den Anodensystemen 14 und die Anodensteigleiter 5, 6, 8 und 9 außerhalb der Ebenen angeordnet, die über die Stirnkanten

15 der Anodensysteme 14 verlaufen. Im übrigen weist diese Ausführungsvariante des Stromschienensystems keine prinzipiellen Unterschiede gegenüber dem oben angeführten System auf.

Bei dieser Ausführungsvariante des Stromschienensystems wird ein noch größerer Raum gegenüber den Anodensystemen 14 der Elektrolysezellen 1, 2, 3 frei. Es ist offensichtlich, daß sich dabei noch größere Möglichkeiten einer Mechanisierung der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen mit allen daraus folgenden Konsequenzen ergeben.

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In diesem Falle wird ebenfalls die Symmetrie aller drei Komponenten der magnetischen Feldstärke nicht gestört, weil sich außerhalb der Ebenen, die über die Stirnflächen der Anodensysteme verlaufen, eine gleiche Anzahl der Anodensteigleiter befindet.

Das Stromschienensystem kann auch für Elektrolysezellen verwendet werden, die eine beliebige andere Zahl von Anodensteigleitern haben, die in den Räumen zwischen den Elektrolysezellen angeordnet sind. Zur Aufrechterhaltung der Symmetrie der Verteilung aller drei Komponenten der magnetischen Feldstärke soll dabei die Zahl der Anodensteigleiter außerhalb der Ebenen, die über die Stirnkanten des Anodensystems verlaufen, untereinander gleich sein.

Das erfindungsgemäße Stromschienensystem der Elektrolysezel'len zur Aluminiumherstellung ermöglicht eine Steigerung des Mechanisierungsgrades der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen bzw. eine Verminderung des Aufwands an Handarbeiten. Eine Steigerung des Mechanisierungsgrades der Arbeitsgänge zur Bedienung der Elektrolysezellen führt wiederum eine Stabilisierung des technologischen Elektrolyseprozesses mit einer gleichzeitigen Steigerung der Produktionsleistung der Elektrolysezellen herbei. Dabei bleibt die Symmetrie der Verteilung der Komponenten der magnetischen Feldstärke aufrechterhalten.

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Claims

Ι-ΆΤΗ NTAWWAlTE

SCHIFF ν. FÜNER STREiHL SCHUBEL-HOF³F EBBINGHAUS FlNCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O Z J U 4 4 4 I

POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O, D-800O MÖNCHEN 95

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES ALSO BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

KARL LUDWIG SCHIFF (1964-1978)

VseSO jUZnyj nautsChnO-iSSledOVatelski j dipl. chem. dr. Alexander v.füner

i Tjroektnyj Institut aljuminievoj, ^DlPL·^ING·^{PETER STREHL} ..

■"■ .T , , " *-* ' DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜSEL-HOPF

magnievoj ι elektrodnoj promyschlennostjoipuing. dieter ebbinghaus

DR. ING. DIETER FINCK

TELEFON (OB9) 48 2ΟΒ4

TELEX 5-23 565 AURO O

TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

DEA-19088 6. 2. 1979

STROMSCHIENENSYSTEM VON ELEKTROLYSEZELLEN ZUR ALUMINIUMHERSTELLUNG

Patentanspruch

Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung, die in einer Queranordnung in einer Reihe mit Abständen voneinander angebracht sind, das Kathodenschienenpakete, Anodensteigleiter, die in den Räumen zwischen den Elektrolysezellen angeordnet sind, und Anodenschienen zur Stromleitung von den Anodensteigleitern zu den parallelepipedonförmigen Anodensystemen der Elektrolysezellen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Anodensteigleiter (5, 6, 7, 8, 9) jeder Elektrolysezelle (1, 2, 3) außerhalb der Ebenen angeordnet sind, die über die Stirnkanten (15) der Anodensysteme (14) verlaufen, wobei die Anzahl der derart angeordneten Anoden-

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Steigleiter so gewählt wird, daß die Komponenten der Magnetfeldstärke symmetrisch verteilt sind.

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