DE3033710A1

DE3033710A1 - DEVICE FOR REGULATING THE HEAT FLOW OF AN ALUMINUM MELT FLOW ELECTROLYSIS CELL AND METHOD FOR OPERATING THIS CELL

Info

Publication number: DE3033710A1
Application number: DE19803033710
Authority: DE
Inventors: Tibor Dipl.-Ing. Thayngen Kugler; Hans-Anton Dr.-Phys. Sierre Meier
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1980-09-02
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1982-04-01
Also published as: AU7429281A; ZA815980B; EP0047227A2; EP0047227A3

Description

Vorrichtung zum Regulieren des Wärmeflusses einer Aluminium-Device for regulating the heat flow of an aluminum

schmelzflusselektrolysezelle und Verfahren zum Betrieb dieser Zelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regulieren des Wärmeflusses einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium und ein Verfahren zum Aufrechterhalten des thermischen Gleichgewichtes dieser Zelle bei beliebigen Stromstärken zwischen 50 und 125 % des Normalwertes des Zellenstromes.Fused metal electrolysis cell and method of operating this cell The invention relates to a device for regulating the flow of heat a fused-salt electrolysis cell for the production of aluminum and a method to maintain the thermal equilibrium of this cell at any Current strengths between 50 and 125% of the normal value of the cell current.

Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphen Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich 0 von etwa 940 - 970 C statt.For the production of aluminum by electrolysis of aluminum oxide this is dissolved in a fluoride melt, which for the most part consists of cryolite consists. The cathodically deposited aluminum collects under the fluoride melt on the carbon bottom of the cell, the surface of the liquid aluminum being the Cathode forms. Anodes are immersed in the melt from above, which is the case with conventional ones Process made of amorphous carbon. On the carbon anodes, the electrolytic decomposition of the alumina oxygen, which is mixed with the carbon the anodes connects to CO2 and CO. The electrolysis takes place in a temperature range 0 from about 940 - 970 C.

Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Schmelzfluss an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1 - 2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4 - 4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.In the course of the electrolysis, the melt flow becomes depleted in aluminum oxide. With a lower concentration of 1 - 2% by weight aluminum oxide in the electrolyte there is an anode effect, which results in an increase in voltage of, for example, 4 - 4.5V affects 30V and above. By then at the latest, the crust must be smashed in and the aluminum oxide concentration by adding new aluminum oxide (alumina) be raised.

Bei normalen Produktionsbedingungen befindet sich die Elektrolysezelle im thermischen Gleichgewicht, d.h. die in der Zelle mit dem Elektrolysegleichstrom produzierte ohmsche Wärme wird laufend in dem Masse an die Umgebung abgeführt, dass die Zelle auf konstanter Temperatur bleibt. Wird die Stärke des elektrischen Gleichstromes erhöht oder erniedrigt, so erhöht oder erniedrigt sich die Temperatur des Elektrolyten, bis sich ein neues thermisches Gleichgewicht eingestellt hat.The electrolysis cell is in normal production conditions in thermal equilibrium, i.e. that in the cell with the electrolysis direct current produced ohmic Heat is constantly being released to the environment dissipated that the cell remains at a constant temperature. Will the strength of the electric direct current increases or decreases, so increases or decreases the temperature of the electrolyte until a new thermal equilibrium is established Has.

Bei konstanter Stromstärke kann die Temperatur des Gleichgewichtszustandes der Elektrolysezelle beeinflusst werden, indem Wärme zugeführt oder die abzuführende Wärmemenge verändert wird.With a constant current strength, the temperature of the equilibrium state the electrolytic cell can be influenced by the addition of heat or the amount to be removed Amount of heat is changed.

Auf dem Gebiet der Aluminiumelektrolyse ist eine von aussen gesteuerte Kühlung mittels geschlossener Wärmekonvektionskreisläufe bekannt. Nach den SU-PS 605 865 und 663 760 wird einer Elektrolysezelle seitlich und nach unten mit einem solchen Zirkulationssystem über Ventile und Rohre Wärme entzogen.In the field of aluminum electrolysis, one is externally controlled Cooling by means of closed heat convection circuits known. According to the SU-PS 605 865 and 663 760 will have an electrolytic cell side and down with a heat is extracted from such a circulation system via valves and pipes.

Die SU-PS 633 937 offenbart eine Kombination von Wärmeabzug und -zufuhr, wobei das Zirkulationssystem nicht nur im kathodischen Teil, sondern auch an der Anode der Soederbergzelle ausgebildet ist.SU-PS 633 937 discloses a combination of heat extraction and supply, being the circulation system not only in the cathodic part, but also at the The anode of the Soederberg cell is formed.

In der SU-PS 600 214 werden Kühlrohre aus Siliziumkarbid gezeigt, welche im abgeschiedenen Metall angeordnet sind.In the SU-PS 600 214 cooling tubes made of silicon carbide are shown, which are arranged in the deposited metal.

Diese von einem Kühlmedium durchflossenen Rohre regeln die Temperatur der Elektrolysezelle auf einen bestimmten Wert, die Regelung erfolgt also - wie in den vorstehenden russischen Patentschriften - von aussen.These tubes, through which a cooling medium flows, regulate the temperature the electrolytic cell to a certain value, the regulation is done - how in the above Russian patents - from the outside.

Die bekannten Zirkulationssysteme, bei welchen Wärme mittels Konvektion zu- oder abgeführt wird, weisen folgende Nachteile auf: - Die Transportkapazität ist nicht genügend, das System ist träge - die Systeme sind nicht selbstregulierend - die Systeme sind konstruktiv aufwendig und wenig flexibel, d.h. es kann nur an bestimmten Stellen - im allgemeinen an den Aussenflächen - gekühlt bzw.The well-known circulation systems, in which heat by means of convection is supplied or discharged, have the following disadvantages: - The transport capacity is not sufficient, the system is sluggish - the systems are not self-regulating - the systems are structurally complex and not very flexible, i.e. it can only be cooled in certain places - generally on the outer surfaces respectively.

erwärmt werden. be heated.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Regulieren des Wärmeflusses einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium und ein Verfahren zum Aufrechterhalten des thermischen Gleichgewichtes dieser Zelle mit einer Wärmereguliervorrichtung zu schaffen, welche selbstregulierend eine grosse Wärmemenge transportieren und so zeitweilige oder dauernde Stromstärken von 50 - 125 % des Normalwertes des Zellengleichstromes schadlos überstehen kann.The inventors have therefore set themselves the task of creating a device for regulating the heat flow of a fused metal electrolysis cell for manufacture of aluminum and a method of maintaining thermal equilibrium to create this cell with a thermoregulator which is self-regulating transport a large amount of heat and thus temporary or permanent currents can withstand 50 - 125% of the normal value of the cell direct current without damage.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäss gelöst durch - eine verstärkt ausgestaltete Zellenisolation, gebildet durch eine bis zu 50 % dickere Isolationsschicht zwischen Stahlwanne und Kohleauskleidung und bis zur doppelten Menge Tonerde auf der Kruste aus erstarrtem Elektrolytmaterial, und - mit einer Stirnseite blind im Zelleninnern eingebaute Wärmerohre, welche ein reversibel verdampf- und kondensierbares Wärmeträgermedium enthalten, periphere Teile der Zelle durchgreifen und im ausserhalb der Zelle angeordneten Wärmeaustauscher enden.With regard to the device, the object is achieved according to the invention by - a reinforced cell insulation, formed by up to 50% thicker insulation layer between steel tub and carbon lining and up to to double the amount of clay on the crust of solidified electrolyte material, and - Heat pipes built into the cell interior blind with one end, which are reversible Contain evaporable and condensable heat transfer medium, peripheral parts of the cell reach through and end in the heat exchanger arranged outside the cell.

Die erfindungsgemäss eingesetzten Wärmerohre sind an sich bekannt, beispielsweise aus der Zeitschrift Chem.-Ing.-Tech.The heat pipes used according to the invention are known per se, for example from the journal Chem.-Ing.-Tech.

50 (1978) Nr. 11, Seiten A654 ff. Die vakuumdicht verschlossenen Behälter haben im Innern eine Kapillarstruktur, -die z.B. aus Textil- oder Drahtgeweben, Rillen, gesinterten Strukturen usw. gebildet sein kann. Nach dem Evakuieren werden die Wärmerohre mit einer geringen Menge Flüssigkeit als Wärmetransportmedium soweit gefüllt, dass die Kapillarstruktur gerade gesättigt ist. Diese Flüssigkeit steht mit ihrem Dampf im übrigen zur Verfügung stehenden Innenraum des Wärmerohres im Gleichgewicht.50 (1978) No. 11, pages A654 ff. The vacuum-tight sealed containers have a capillary structure inside, -that is made of textile or wire mesh, for example, Grooves, sintered Structures, etc. can be formed. After this The heat pipes are evacuated with a small amount of liquid as the heat transport medium filled so far that the capillary structure is just saturated. This liquid is with its steam in the rest of the available interior space of the heat pipe in balance.

Wird das eine Ende des Rohres erwärmt und das andere Ende gekühlt, so verdampft die Flüssigkeit auf der warmen Seite unter Aufnahme der Verdampfungswärme. Der Dampf strömt auf die andere, kalte Seite des Wärmerohres und kondensiert dort unter Abgabe der Kondensationswärme an das Kühlmedium. Das Kondensat strömt unter Wirkung der Kapillarkraft wieder auf die warme Seite zurück.If one end of the pipe is heated and the other end is cooled, the liquid evaporates on the warm side while absorbing the heat of evaporation. The steam flows to the other, cold side of the heat pipe and condenses there giving off the heat of condensation to the cooling medium. The condensate flows under Effect of the capillary force back on the warm side.

Ein Wärmerohr besteht also im wesentlichen aus drei Zonen: Einer Verdampfungszone, einer isolierten Adiabatenzone und einer Kondensationszone.A heat pipe essentially consists of three zones: An evaporation zone, an isolated adiabatic zone and a condensation zone.

Bei der konventionellen Herstellung von Aluminium mittels Schmelzflusselektrolyse gehen ungefähr 60 e der der Zelle zugeführten elektrischen Energie als Wärmeverluste verloren.In the conventional production of aluminum by means of fused-salt electrolysis About 60 e of the electrical energy supplied to the cell is lost as heat lost.

Davon entweichen ca. 60 % nach oben, 10 % durch den Boden nach unten und 30 % durch die Seitenwände (inklusive Kathodenbarrenanschlüsse). Bei einer überdimensionalen Zellenisolation muss also jede Zelle in erster Linie nach oben besser isoliert werden. Dies erfolgt durch Aufschütten von bis zu je einer zusätzlichen Tonne Aluminiumoxid auf die erstarrte Elektrolytkruste, wodurch die isolierende Tonerdeschicht beispielsweise verdoppelt werden kann. Der Seiten- und Bodenbereich werden durch Anordnung einer beispielsweise dickeren Isolationsschicht im Zellenaufbau verbessert. Weiter können die Kathodenbarrenenden eingeengt werden, damit ihre Wärmeabstrahlung nach aussen vermindert wird.About 60% of this escapes upwards, 10% down through the floor and 30% through the side walls (including cathode bar connections). With an oversized one Cell isolation means that each cell must first and foremost be better insulated upwards. This is done by adding up to an additional ton of aluminum oxide on the solidified electrolyte crust, creating the insulating layer of alumina, for example can be doubled. The side and bottom areas are created by arranging a For example, a thicker insulation layer in the cell structure is improved. Can continue the cathode bar ends are narrowed so that their heat dissipation to the outside is decreased.

Der Einbau von Wärmerohren in Aluminiumelektrolysezellen bietet sich insbesondere an folgenden Orten an: - Im Kohleboden der Zelle werden Wärmerohre etwa vertikal angeordnet, wobei die obere Stirnseite vorzugsweise auf gleicher Höhe wie die obere Seitenfläche der Kathodenbarren endet. Beim Kühlen der Zelle liegt die Verdampfungszone des Wärmerohres höher als dessen Kondensationszone, es muss deshalb darauf geachtet werden, dass das Wärmerohr nur so lang ist, dass die Kapillarkraft grösser als die Schwerkraft bleibt (hydrostatische Druckdifferenz).The installation of heat pipes in aluminum electrolysis cells is an option especially in the following places: - Heat pipes are placed in the carbon base of the cell arranged approximately vertically, with the upper end face preferably at the same height how the upper side surface of the cathode bar ends. When cooling the cell lies the evaporation zone of the heat pipe is higher than its condensation zone, it must therefore care must be taken that the heat pipe is only long enough to allow the capillary force remains greater than gravity (hydrostatic pressure difference).

Beim Erwärmen der Zelle liegt die Verdampfungszone unter der Kondensationszone, Schwerkraft und Kapillarkraft wirken in der gleichen Richtung. When the cell is heated, the evaporation zone is below the condensation zone, Gravity and capillary force work in the same direction.

- Auch in den Kathodenbarren, also horizontal, können Wärmerohre angeordnet werden. Damit der elektrische Widerstand der Zelle nicht erhöht wird, muss der Barrenquerschnitt entsprechend angepasst werden. - Heat pipes can also be placed in the cathode bars, i.e. horizontally to be ordered. So that the electrical resistance of the cell is not increased, the bar cross-section must be adjusted accordingly.

- Weiter können Wärmerohre in die seitliche Kohleauskleidung eingeführt werden, wobei sie vorzugsweise ungefähr horizontal angeordnet sind. - Heat pipes can also be inserted into the side coal lining are preferably arranged approximately horizontally.

- Schliesslich können die Wärmerohre in den Anodenstangen zu den Anodenkörpern führen. Diese Variante kann insbesondere beim Einsatz von unverbrauchbaren Anoden zweckmässig sein. Hier wirken Schwer- und Kapillarkraft bei der Wärmezufuhr in entgegengesetzter Richtung. - Finally, the heat pipes in the anode rods can go to the Lead anode bodies. This variant can be used especially when using non-consumable Anodes be expedient. Gravity and capillary forces act here when supplying heat in the opposite direction.

Die Einführung von Wärmerohren in die Zelle von oben ist schwierig, weil im allgemeinen der grösste Teil der Zellenoberseite von den Anoden aus Kohlenstoff bedeckt wird, welche kontinuierlich nachgeschoben und nach wenigen Wochen ausgewechselt werden müssen. Bei der Zellenbedienung muss die Kruste mindestens teilweise eingeschlagen werden, was die Anordnung von Wärmerohren neben den Anoden erschwert. Ueberdies ist die Anordnung eines Kühlmediums oberhalb der Zelle wesentlich schwieriger als daneben oder darunter.The introduction of heat pipes into the cell from above is difficult, because in general most of the cell top of the anodes is made of carbon is covered, which is continuously pushed in and after a few weeks exchanged Need to become. When using the cell, the crust must be at least partially crushed which complicates the arrangement of heat pipes next to the anodes. Moreover the arrangement of a cooling medium above the cell is much more difficult than next to or below.

Die aus der Zelle hinausragenden Enden der Wärmerohre haben vorteilhaft eine als Wärmeaustauscher dienende Fläche, z.B.The ends of the heat pipes protruding from the cell have advantageous a surface serving as a heat exchanger, e.g.

in Lamellenform von bekannter Bauart, welche ihrerseits in einer metallischen Platte oder in einem Kanal angeordnet ist, der von einem kühlenden oder wärmenden Medium durchflossen wird. Beim Kühlen der Zelle ist es durchaus möglich, dass das aus dem Kühlkanal austretende, von Wärmeaustauschern erwärmte Medium verwertet wird, beispielsweise für Heizzwecke, sei es direkt oder über einen Speicher.in lamellar form of known design, which in turn in a metallic Plate or is arranged in a channel, which is of a cooling or warming Medium is flowing through. When cooling the cell, it is quite possible that that The medium exiting the cooling duct and heated by heat exchangers is recycled, for example for heating purposes, either directly or via a storage tank.

Ein lamellenartiger Wärmeaustauscher ist zweckmässig über die Enden eines Wärmerohres aufsteckbar. Mit diesem Aufsatz wird die Wirkung eines Wärmerohres von einfacher Form wesentlich erhöht, weil die dem Wärmeaustausch dienende Oberfläche vervielfacht wird.A lamellar heat exchanger is useful over the ends a heat pipe can be attached. With this essay, the effect of a heat pipe of a simple form significantly increased because the surface used for heat exchange is multiplied.

Wegen der hohen Temperaturen in Aluminiumschmelzflusselektrolysezellen werden bevorzugt Wärmerohre mit einem Alkalimetall als Wärmeträger eingesetzt, wobei aus praktischer uq schaftlichen Grunde insbesondere Natrium Anwendung findet.Because of the high temperatures in fused aluminum electrolysis cells heat pipes are preferably used with an alkali metal as a heat transfer medium, wherein Sodium in particular is used for practical and economic reasons.

Bei einem allfälligen Defekt des Wärmerohres würde es keine Rolle spielen, wenn die verhältnismässig kleine, im Wärmerohr befindliche Menge von Natrium in die Elektrolysezelle gelangen würde. Dagegen wäre ein Ausfliessen von Natrium in einen ausserhalb der Zelle angeordneten Kühlkanal äussert gefährlich, weil dieses Metall beim Kontakt mit Wasser heftig reagiert.In the event of a defect in the heat pipe, it would not matter play when the relatively small amount of sodium in the heat pipe would get into the electrolytic cell. On the other hand, there would be a leakage of sodium in a cooling channel arranged outside the cell is extremely dangerous because this Metal reacts violently on contact with water.

Bei der Verwendung von Wärmerohren mit Natrium als Wärme transportmedium bzw. Wärmeträger zum Kühlen von Aluminiumelektrolysezellen wird deshalb bevorzugt ein primärer, die aus der Elektrolysezelle hinausragenden, zweckmässig mit einem Lamellenaufsatz versehenen Wärmerohrenden umfassender Wärmeaustauscher geschaffen, welcher seinerseits mit einem sekundären Wärmeaustauscher in Eingriff steht. Der primäre Wärmeaustauscher, insbesondere ein Kühlkreislauf wird mit einem flüssigen organischen Kühlmittel für höhere Temperaturen, das sowohl mit Natrium als auch mit Wasser und Luft kompatibel ist, gefüllt, beispielsweise mit DOWTHERM der bekannten Chemiefirma DOW Inc.. Der primäre Wärmeaustauscher kann auch aus einem Metallblock bzw. einer Metallplatte mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen. Durch den sekundären Wärmeaustauscher, insbesondere einen Kühlkanal, kann Wasser oder Luft geleitet werden. Bei Verwendung eines primären und sekundären Wärmeaustauschers wirkt sich ein Defekt eines Wärmerohres nicht schädlich aus, weil das Natrium ausserhalb der Zelle nur mit dem organischen Kühlmittel, nicht aber mit Wasser oder Luft in Berührung kommt.When using heat pipes with sodium as a heat transport medium or heat transfer medium for cooling aluminum electrolysis cells is therefore preferred a primary, which protrudes from the electrolytic cell, expediently with a Lamellar top provided heat pipes comprehensive heat exchangers created, which in turn engages a secondary heat exchanger. Of the primary heat exchanger, in particular a cooling circuit, is with a liquid organic coolant for higher temperatures that contains both sodium and is compatible with water and air, filled, for example with DOWTHERM of the well-known Chemical company DOW Inc .. The primary heat exchanger can also be made from a block of metal or a metal plate with good thermal conductivity. Through the secondary Heat exchanger, in particular a cooling channel, can be conducted with water or air. When using a primary and secondary heat exchanger, a defect occurs a heat pipe is not harmful, because the sodium just outside the cell comes into contact with the organic coolant, but not with water or air.

Wenn es die Wirtschaftlichkeit in bezug auf Installations-und Betriebskosten erlaubt, kann die Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium mit Wärmerohren versehen sein, die Wärme von einem Heizmedium in die Zelle hineinpumpen. Bei einem länger dauernden Stromausfall kann die Zelle von aussen in dem Masse beheizt werden, dass die Temperatur des Elektrolyten oberhalb eines kritischen, die die vollständige Erstarrung verhindernden Wertes bleibt.If there is economy in terms of installation and running costs allowed, the fused metal electrolysis cell can be used for the production of aluminum Be provided with heat pipes that pump the heat from a heating medium into the cell. In the event of a prolonged power failure, the cell can be heated from the outside in the mass that the temperature of the electrolyte is above a critical one that the complete solidification-preventing value remains.

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe, das thermische Gleichgewicht einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium bei beliebigen Stromstärken zwischen 50 und 125 % des Normalwertes des Zellengleichstromes aufrecht zu erhalten, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einer 70 - 80 % des Normalwertes übersteigenden Stromstärke in entsprechendem Masse Wärme abgezogen, bei einer Stromstärke zwischen 50 und 70 - 80 % des Normalwertes dagegen die Interpolardistanz vergrössert bzw. aus einer anderen Energiequelle Wärme zugeführt wird.In relation to the process, the task is the thermal equilibrium a melt flow electrolysis cell for the production of aluminum at any Current strengths between 50 and 125% of the normal value of the cell direct current upright to obtain, solved according to the invention in that at a 70-80% of the normal value excessive current heat is withdrawn in a corresponding amount, for a current between 50 and 70 - 80% of the normal value, on the other hand, the interpolar distance enlarged or heat is supplied from another energy source.

Wegen der verstärkt ausgestalteten Zellenisolation wird beim Normalwert des Zellengleichstromes dauernd Wärme abgeführt.Because of the increased cell isolation, the value is normal of the cell direct current continuously dissipates heat.

Je nach Ausgestaltung der überdimensionierten Zellenisolation ist die Elektrolysezelle bei auf 70 - 80 % reduzierter Stromstärke ohne Wärmeabfuhr im thermischen Gleichgewicht.Depending on the configuration of the oversized cell insulation the electrolysis cell at a current strength reduced to 70 - 80% without heat dissipation in thermal equilibrium.

Gegenüber einer normal isolierten Zelle kann die kathodische Stromdichte erfindungsgemäss so erhöht werden, dass im Normalbetrieb insgesamt die gleiche Stromstärke durch die Zelle fliesst.Compared to a normally insulated cell, the cathodic current density according to the invention are increased so that in normal operation the overall current strength is the same flows through the cell.

Wird die der Zelle zugeführte elektrische Energie über kürzere oder längere Zeit reduziert, so wird weniger Wärme aus der Elektrolyse zelle abgezogen, die Wärmerohre wirken als variable thermische Isolation. Dies erlaubt, das thermische Gleichgewicht der Schmelzflusselektrolysezelle selbstregulierend nach verhältnismässig kurzer Zeit wieder herzustellen. Die Produktion von Aluminium verläuft auf einem entsprechend der reduzierten Energiezufuhr erniedrigten Niveau normal.Is the electrical energy supplied to the cell over shorter or reduced for a longer time, less heat is drawn from the electrolysis cell, the heat pipes act as variable thermal insulation. This allows the thermal Equilibrium of the fused metal electrolysis cell self-regulating according to proportion restore in a short time. The production of aluminum runs on one normal decreased level according to the reduced energy intake.

Die der Elektrolysezelle zugeführte Energie kann aus verschiedensten Gründen, gewollt oder ungewollt, kurz- oder langzeitig, im angegebenen Rahmen verändert, insbesondere reduziert werden, beispielsweise: - Die Marktsituation macht eine produktionsdrosselung notwendig - Der Spitzenbedarf der Privathaushalte bewirkt kurzzeitige Netzüberlastungen - Pannen am Gleichrichter, die einen teilweisen Ausfall des elektrischen Normalstromes zur Folge haben.The energy supplied to the electrolysis cell can come from the most varied Reasons, intentional or unintentional, short or long term, changed within the specified framework, in particular are reduced, for example: - The market situation causes production to be cut back necessary - the peak demand of private households causes short-term network overloads - Breakdowns at the rectifier, which lead to a partial failure of the normal electrical current have as a consequence.

Von besonderer Wichtigkeit ist das im Tagesablauf stark schwankende Angebot an elektrischer Energie: Kurz vor und über Mittag sowie am frühen Abend verbrauchen die Privathaushalte grosse Mengen an elektrischer Energie, während sie nach Mitternacht bis in die frühen Morgenstunden praktisch nichts verbrauchen. Für die ebenfalls energieintensive Aluminiumelektrolyse wäre es deshalb von grossem wirtschaftlichen Interesse, wenn sie komplementär zum Stromverbrauch der Privathaushalte arbeiten könnte.Of particular importance is that which fluctuates strongly in the daily routine Electric energy supply: Shortly before and over noon and in the early evening Households consume large amounts of electrical energy while they Use practically nothing after midnight until the early hours of the morning. For the likewise energy-intensive aluminum electrolysis would therefore be of great importance economic interest if it is complementary to the electricity consumption of private households could work.

Die Erfindung erlaubt, dass die Stromzufuhr zu den Elektrolyseöfen so gesteuert werden kann, dass die Energiezufuhr während dem Spitzenverbrauch der Privathaushalte erniedrigt, während den Nachtstunden dagegen erhöht ist.The invention allows power to be supplied to the electrolytic furnaces can be controlled so that the energy supply during peak consumption of the Households decreased, while the night-time hours are increased.

Obwohl die Stromabsenkung bevorzugt höchstens 30 % beträgt, um den selbstregelnden Bereich der Wärmerohre nicht zu überschreiten, verträgt eine erfindungsgemäss konzipierte Elektrolysezelle eine Stromabsenkung bis zu 50 %, wenn die Interpolardistanz entsprechend vergrössert und/oder aus einer anderen Energiequelle Wärme zugeführt wird.Although the current reduction is preferably at most 30% by the Not exceeding the self-regulating area of the heat pipes tolerates one according to the invention designed electrolytic cell a current reduction of up to 50% when the interpolar distance enlarged accordingly and / or supplied with heat from another energy source will.

Die infolge Erniedrigung oder Erhöhung der Stromstärke eintretende Temperaturveränderung zur Erreichung des thermischen Gleichgewichts der Zelle darf nur innerhalb von verhältnismässig engen Grenzen schwanken, z.B. + 100 C, weil jede Temperaturveränderung bewirkt, dass sich das aus erstarrtem Elektrolytmaterial gebildete Seitenbord verstärkt oder vermindert.The one that occurs as a result of a decrease or increase in the current intensity Temperature change to achieve the thermal equilibrium of the cell is allowed only fluctuate within relatively narrow limits, e.g. + 100 C, because each A change in temperature causes the solidified electrolyte material to form Side board reinforced or reduced.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, mittels schematischer Vertikalschnitte, näher erläutert Es zeigen: - Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle mit seitlich angeordneten Wärmerohren, und - Fig. 2 einen Ausschnitt eines Querschnittes im unteren Bereich einer Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle, mit einem senkrecht angeordneten Wärmerohr.The invention is based on the drawing, by means of schematic vertical sections, The figures show: FIG. 1 a cross section through an aluminum melt flow electrolysis cell with laterally arranged heat pipes, and - FIG. 2 shows a detail of a cross section in the lower area of an aluminum smelting flow electrolysis cell, with a vertical one arranged heat pipe.

Nach Fig. 1 ist eine Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle 10, welche im wesentlichen aus einer Stahlwanne 12, einer nicht dargestellten Isolierschicht, einem kathodischen Kohleblock 14 mit darin eingebetteten Kathodenbarren 16 sowie Anodenblöcken 18 mit Spaten 20 und Anodenstangen 22 besteht, auf einer Sockelplatte 24 angeordnet. Auf dem Boden des wannenförmig ausgebildeten Kohleblockes 14 liegt das flüssige Aluminium 26, welches beim Elektrolyseverfahren abgeschieden wird. Die Anoden 18 tauchen von oben in den schmelzflüssigen Elektrolyten 28 ein. Dieses Elektrolytmaterial ist im seitlichen und oberen Bereich zu einer festen Kruste 30 erstarrt.Referring to Fig. 1, there is a molten aluminum electrolytic cell 10, which essentially of a steel tub 12, an insulating layer (not shown), a cathodic carbon block 14 with cathode bars 16 embedded therein as well as Anode blocks 18 with spade 20 and anode rods 22 consists on a base plate 24 arranged. On the bottom of the trough-shaped carbon block 14 lies the liquid aluminum 26, which is deposited in the electrolysis process. The anodes 18 dip into the molten electrolyte 28 from above. This Electrolyte material is a solid crust 30 in the side and top area stiffens.

Auf diese Kruste ist eine Schicht von Tonerde 32 aufgeschüttet und bildet so eine ausgezeichnete Wärmeisolation.A layer of clay 32 is poured onto this crust and forms an excellent thermal insulation.

Im seitlichen Längsbereich wird die Stahlwanne 12, die Isolationsschicht und der äussere Bereich des Kohleblockes 14 von Wärmerohren 34 durchgriffen. Im äusseren Bereich der Wärmerohre 34 ist ein lamellenförmiger Wärmeaustauscher mit grosser Oberfläche angeordnet. Das äussere Ende des Wärmerohres 34, im vorliegenden Fall mit einem Wärmeaustauscher 36, ist in einem Kanal 38 angeordnet. Dieser Kanal kann durch einen Metallblock yon guter Wärmeleitfähigkeit ersetzt werden, dann ist kein Wärmeaustauscher 36 notwendig.In the lateral longitudinal area, the steel tub 12, the insulation layer and the outer area of the carbon block 14 is penetrated by heat pipes 34. in the outer area of the heat pipes 34 is a lamellar heat exchanger with arranged over a large surface. The outer end of the heat pipe 34, in the present case In the case of a heat exchanger 36, it is arranged in a channel 38. This channel can be replaced by a metal block of good thermal conductivity, then is no heat exchanger 36 necessary.

Muss die Elektrolysezelle 10 gekühlt werden, so wird vorerst der Kanal bzw. der Metallblock 38 gekühlt, und die Wärmerohre 34 arbeiten in Pfeilrichtung 40. Muss hingegen der Zelle aus einem oben erwähnten Grund Wärme zugeführt werden, so wird der Metallblock 38 über die Arbeitstemperatur der Elektrolysezelle 10 erhitzt, die Wärmerohre arbeiten dann in Gegenrichtung des Pfeiles 40.If the electrolytic cell 10 has to be cooled, the channel is first used or the metal block 38 is cooled, and the heat pipes 34 operate in the direction of the arrow 40. If, on the other hand, heat has to be supplied to the cell for one of the reasons mentioned above, so the metal block 38 is heated above the working temperature of the electrolytic cell 10, the heat pipes then work in the opposite direction of arrow 40.

Fig. 2 zeigt ein Wärmerohr 34, welches die Stahlwanne 12, die Isolation 13 und teilweise den Kohleboden 14 einer Elektrolysezelle durchgreift. Auf dem Boden des Kohleblockes 14 liegt das flüssige Aluminium 26.Fig. 2 shows a heat pipe 34, which the steel tub 12, the insulation 13 and partially extends through the carbon bottom 14 of an electrolytic cell. On the floor of the carbon block 14 lies the liquid aluminum 26.

Auf das untere Ende des Wärmerohres 34 ist ein lamellenartiger Kühleraufsatz 42 aufgesteckt. Das untere Ende mit dem Aufsatz 42 ragt in einen primären Kühlkanal 44 hinein, welcher mit einem organischen Kühlmittel 46 gefüllt ist. Dieses Kühlmittel ist gegen Alkalimetalle, insbesondere Natrium, auch bei hohen Temperaturen inert. Der untere Bereich des primären Kühlkanals 44 weist eine nach unten gerichtete lamellenartig ausgebildete Ausbuchtung 50 auf, durch welche das organische Kühlmittel in Richtung des Pfeiles 48, um einen als Scheidewand ausgebildeten Fortsatz 52 des Aufsatzes 42 herum, zirkuliert.On the lower end of the heat pipe 34 is a lamellar cooler attachment 42 attached. The lower end with the attachment 42 protrudes into a primary cooling channel 44, which is filled with an organic coolant 46. This coolant is inert to alkali metals, especially sodium, even at high temperatures. The lower region of the primary cooling channel 44 has a downwardly directed lamellar shape formed bulge 50, through which the organic coolant in the direction of the arrow 48 to an extension 52 designed as a partition wall of the essay 42 around, circulates.

Der lamellenartig ausgebildete untere Teil 50 des primären Kühlrohres 44 ragt seinerseits in einen sekundären Kühlkanal 54 hinein. Dieser sekundäre Kühlkanal 54 wird von einem üblichen Kühlmedium 56, insbesondere Luft oder Wasser, durchflossen.The lamellar lower part 50 of the primary cooling tube 44 for its part protrudes into a secondary cooling channel 54. This secondary cooling duct 54 is flowed through by a customary cooling medium 56, in particular air or water.

Mit dieser Ausführungsform, welche das Entziehen von Wärme im Bereich des Bodens der Aluminiumelektrolysezelle erlaubt, macht den Einsatz von Alkalimetall-Wärmerohren völlig ungefährlich. Sollte eine Panne eintreten, fliesst das Alkalimetall lediglich in das inerte organische Kühlmittel, tritt aber nicht mit Wasser oder feuchter Luft in Kontakt.With this embodiment, which removes heat in the area of the bottom of the aluminum electrolysis cell makes the use of alkali metal heat pipes completely harmless. If a breakdown occurs, the alkali metal just flows into the inert organic coolant, but does not enter with water or moist air in contact.

Claims

Claims 1. Device for regulating the heat flow of a Fused metal electrolysis cell for the production of aluminum, characterized by - a reinforced cell insulation, formed by up to 50% thicker insulation layer (13) between steel tub (12) and carbon lining (14) and up to twice the amount of alumina (32) on the crust (30) of solidified electrolyte material, and - with one end face blindly built into the interior of the cell, heat pipes (34), which contain a reversibly evaporable and condensable heat transfer medium, peripheral Reach through parts of the cell and in the heat exchanger arranged outside the cell (38, 44) end.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a Front side of approximately vertically arranged heat pipes (34) in the carbon bottom of the cell (10), preferably at the same level as the upper side surface of the cathode bar (16) ends.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that Heat pipes (34) in cathode bars (16) or anode rods (22), their cross-sectional area is enlarged accordingly, are arranged.

4. Device according to at least one of claims 1-3, characterized characterized in that an end face of approximately horizontally arranged heat pipes (34) ends in the set coal lining.

5. Device according to at least one of claims 1-4, characterized characterized in that the heat exchangers arranged outside the cell (38, 44) protruding ends of the heat pipes (34) with a heat exchanger acting lamella attachment (42) are provided.

6. Device according to at least one of claims 1-5, characterized characterized in that the outer heat pipe ends in a primary heat exchanger (44) protrude, which in turn is connected to a secondary heat exchanger (54) is engaged.

7. The device according to claim 6, characterized in that the primary, designed as a cooling circuit heat exchanger (44) with a for higher temperatures suitable, liquid organic coolant filled with both alkali metals as well as air and water is compatible, and the secondary, designed as a cooling circuit Heat exchanger (54) is filled with air or water.

8. The device according to claim 6, characterized in that the primary Heat exchanger (44) a metal block or a metal plate of high thermal conductivity is.

9. Procedure for maintaining thermal equilibrium a melt flow electrolysis cell for the production of aluminum with a device according to one of claims 1 - 8, at any current strength between 50 and 125 % of the normal value of the cell direct current, characterized in that with a 70 - 80% of the current strength exceeding the normal value in a corresponding amount of heat deducted, at a current strength between 50 and 70 - 80% of the Normal values on the other hand, the interpolar distance is increased or heat from another energy source is fed.

10. The method according to claim 9, characterized in that at normal value the cell direct current is continuously dissipating heat.