DE3618588C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3618588C2 DE3618588C2 DE3618588A DE3618588A DE3618588C2 DE 3618588 C2 DE3618588 C2 DE 3618588C2 DE 3618588 A DE3618588 A DE 3618588A DE 3618588 A DE3618588 A DE 3618588A DE 3618588 C2 DE3618588 C2 DE 3618588C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cell
- cathodic
- collector
- leads
- risers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Verbinden zweier aufeinanderfolgender
Zellen einer aus einer oder mehreren Reihen
bestehenden Serienschaltung von Schmelzflußelektrolysezellen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Schaltung ist aus der DE-AS 26 13 867 bekannt.
Die Schmelzflußelektrolysezellen für die Herstellung von Aluminium
mittels Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith gelöster
Tonerde nach dem Hall-H´roult-Verfahren bestehen aus einer wärmeisolierten
rechteckigen Metallwanne, deren Boden einer Kathode
aus kohlenstoffhaltigen Blöcken trägt, in die Metallstangen
eingelassen sind, die aus den in bezug auf die Stromrichtung
hinteren und vorderen Seiten der Metallwanne hervorstehen und
die kathodische Ableitungen bilden, an denen die Leiter befestigt
sind, die den Strom einer Zelle sammeln und ihn zum
Anodensystem der nächsten Zelle führen. Dieses Anodensystem
besteht aus mindestens einer und meistens zwei horizontalen
leitenden Stangen, die als "Anodenrahmen" bzw. Anodenschiene
bezeichnet und durch mindestens einen höhenverstellbaren, starren
horizontalen Metallbalken getragen werden; die in zwei
parallelen Reihen angeordneten kohlenstoffhaltigen Anoden
werden von leitenden Stangen getragen, die lösbar bzw. beweglich
mit den Anodenrahmen bzw. Anodenschienen verbunden sind.
Die Elektrolysezellen sind in einer oder in mehreren Reihen
hintereinandergeschaltet und längs angeordnet oder derzeit meistens
quer, so daß entweder ihre Langseite oder ihre Querseite
parallel zur Achse der Reihe verläuft. Die Zellen sind elektrisch
in Reihe geschaltet, wobei die Enden der Reihe mit dem
positiven und negativen Ausgang einer elektrischen Gleichrichter-
und Regelanlage verbunden sind. In jeder Zellenanordnung
wird eine gerade Zahl von Einzel-Reihen bevorzugt, um die Leiterlängen
bei einem Minimum zu halten.
Der elektrische Strom, der durch die verschiedenen Leiter, also
Anode, Elektrolyt, flüssiges Metall, Kathoden, Verbindungsleitungen,
fließt, erzeugt starke Magnetfelder. Dieses Felder induzieren
im Elektrolysebad und in dem in der Schmelzwanne enthaltenen
flüssigen Metall sogenannte Laplace-Kräfte, die durch
Verformung der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und der
Bewegungen, die sie erzeugen, den Betrieb der Zelle beeinträchtigen.
Die Zelle und ihre Verbindungsleitungen werden daher so
ausgelegt, daß sich die Wirkungen der von den verschiedenen
Bauteilen der Zelle und den Verbindungsleitungen erzeugten
Magnetfelder kompensieren.
Derartige Zellen, die für eine Stromstärke von 280 kA vorgesehen
sind, werden u. a. in der FR-A 25 05 368 beschrieben.
Man ist bestrebt, die Abmessungen der Produktionseinheiten zu
vergrößern, um die Investitionskosten und die Betriebskosten zu
verringern; dies führt zu einer Zunahme der Stromstärke in jeder
Zelle. Die Stromstärken der neuen Generationen von Zellen
liegt heute über 300 000 A.
Bei diesen Stromstärken nehmen die magnetischen Effekte ein
derartiges Ausmaß an, daß - wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen
werden, um diese Effekte abzuschwächen - die Ausbeute
der Elektrolysezellen stark verringert und im Grenzfall der
Betrieb unmöglich wird.
Diese Störungen zeigen sich auf verschiedene Art und Weise:
- - Verformung der Schicht aus flüssigem Aluminium, die auf der relativ wenig benetzbaren Kohlenstoff-Kathode entsteht und daher zufällige Bewegungen dieser Schicht, die einerseits zu einer Höhenverlagerung der Gesamtschicht führt, die in einigen Fällen größere Werte als der Abstand Anode-Metall annehmen kann sowie andererseits zu einer Deformation der Symmetrie-Verteilung;
- - Auftreten von permanenten Bewegungen des Bades aus geschmolzenem Kryolith und des flüssigen Aluminiums, dessen (deren) Konfiguration mehr oder weniger günstig für den guten Ablauf der Elektrolyse sein kann;
- - Auftreten von periodischen Bewegungen der Grenzfläche Bad/Metall, die für die Elektrolyseausbeute sehr schädlich sind (Instabilität) und in manchen Fällen bis zu einem Herausspritzen des flüssigen Metalls aus der Metallwanne führen können.
Die gegebenenfalls auftretende Asymmetrie der Bewegungen des
Metalls mit Bezug auf die lange Achse der Zelle, führt weiterhin
zu folgenden Nachteilen:
- - da das mechanische Abtragen des erstarrten Kryoliths durch das flüssige Aluminium direkt mit der Umlaufgeschwindigkeit des Metalls gekoppelt ist, würde eine Asymmetrie dieser Umlaufgeschwindigkeiten bzw. Bewegungen zu einem unterschiedlichen Abtragen des erstarrten Kryoliths auf den beiden Seiten der Zelle führen;
- - der Wärmeaustausch zwischen Metall und erstarrtem Kryolith ist unmittelbar mit den Umlaufgeschwindigkeiten des Metalls gekoppelt: eine Asymmetrie dieser Umlaufgeschwindigkeiten würde zu unterschiedlichem Wärmeaustausch auf den beiden Langseiten der Zelle führen und dies hätte unterschiedliche Formen des erstarrten Kryoliths auf beiden Langseiten zur Folge, was sich auf die Effektivität der Zelle nachteilig auswirkt.
Um die magnetischen Störungen auszuschalten kann man entweder
auf die horizontalen Ströme einwirken, die in der flüssigen
Aluminiumschicht umlaufen, oder auf das Magnetfeld. Im vorliegenden
Falle wird von der zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum
Verbinden zweier aufeinanderfolgender Zellen einer Serienschaltung
von Schmelzflußelektrolysezellen für die Herstellung von
Aluminium bereitzustellen, die bei großen Abmessungen der Elektrolysezellen
und hohen Stromstärken eine stabile Lage der Metallschicht
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
In den Unteransprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausgestaltungen
der im Patentanspruch 1 beschriebenen Schaltung angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch für zwei aufeinanderfolgende Halbzellen, die
symmetrisch sind mit Bezug auf die kleine Achse (1) der
Zelle, die mit der Achse der Reihe zusammenfällt, die
Anordnung der Verbindungsleitungen. Diese Figur ist eine
auf die wesentlichen Elemente beschränkte Draufsicht und
betrifft Zellen mit einer Stromstärke in der Größenordnung
von 480 kA;
Fig. 2 eine analoge Anordnung wie Fig. 1 jedoch für Zellen mit
einer Stromstärke nahe 360 kA;
Fig. 3 die Stromverteilung in den Leitern einer Zelle von
480 kA nach der Erfindung.
Der Deutlichkeit der Darstellung wegen sind in Fig. 1 die kathodischen
Ableitungen durch dicke Striche und die verschiedenen
Verbindungsleiter in den Fig. 1 bis 3 durch einfache Striche
angegeben und die punktierten Linien zeigen an, daß die Leiter
unterhalb der Ebene des Bodens der Metallwanne 2 verlaufen.
Der Umriß der Wanne 2 ist mit (2), die hinteren kathodischen
Ableitungen sind insgesamt mit 3, die vorderen kathodischen
Ableitungen insgesamt mit 4, die Lage der die Anoden tragenden
Stangen mit 5, die beiden Teile des Anodenrahmens bzw. der
Anodenschiene mit 6 und die sie verbindenden äquipotentialen
Leiter mit 7 bezeichnet.
In der folgenden Beschreibung wird jeder Leiter mit einer Zahl
und seine symmetrische Entsprechung bezogen auf die gemeinsame
Achse 1 der Reihe und der Zelle mit der gleichen Zahl und nachfolgend
mit S (um die Symmetrie anzugeben) bezeichnet.
Weiterhin werden folgende Begriffe verwendet:
- - "kopfseitige Steigleitung": die beiden Steigleitungen, die den Anodenrahmen an seinen beiden Enden, auf den üblicherweise "Köpfe" genannten Schmalseiten der Zelle speisen,
- - "axiale Steigleitung": die im wesentlichen entlang der kurzen Achse (1) der Zelle, die ebenfalls die Achse der Reihe ist, verlaufende Steigleitung; sie kann aus zwei Halb-Steigleitungen bestehen, die nebeneinander angeordnet oder zu einem einzigen Leiter verschmolzen sind,
- "zentrale Steigleitungen": die beiden Steigleitungen, die zu beiden Seiten der axialen Steigleitung angeordnet sind, wenn diese vorhanden ist, oder sonst zu beiden Seiten - und im allgemeinen symmetrisch - der kurzen Achse 1,
- - "Zwischen-Steigleitungen": die Steigleitung/en, die zwischen den kopfseitigen und den zentralen Steigleitungen angeordnet ist/sind.
Erfindungsgemäß erfolgt die Stromzufuhr zum Anodenrahmen der
(n + 1)ten Zelle jeder Reihe gleichzeitig über mehrere hintere,
d. h. vorgeschaltete Steigleitungen, die im wesentlichen im
gleichen Abstand und symmetrisch in bezug auf die vertikale
Ebene, in der die kurze Achse der Zelle verläuft, angeordnet
sind, sowie über mindestens zwei vordere, d. h. nachgeschaltete
Steigleitungen, die im wesentlichen mit Bezug auf die gleiche
vertikale Ebene symmetrisch sind, wobei diese vorderen Steigleitungen
ihrerseits über Leiter gespeist werden, die mit den
vorderen kathodischen Ableitungen der n-ten Zelle verbunden
sind, und mindestens ein Teil dieser Verbindungsleiter unter
der (n + 1)ten Zelle entlang einer im wesentlichen zur langen
Achse dieser Zelle parallelen Bahn verläuft, wobei die Stromrichtung
in diesen Leiterbereichen von den Köpfen zur kurzen
Achse geht.
Je nach der Stärke des Gesamt-Elektrolysestroms, der die Serie
speist, beträgt die Anzahl der hinteren Steigleitungen beispielsweise
5 bei Zellen von 360 kA, 7 bei Zellen von 420 kA
und 9 bei Zellen von 480 kA; die Anzahl der vorderen Steigleitungen
ist in diesen verschiedenen Fällen gleich 2 - wobei es
sich hierbei lediglich um bevorzugte beispielhafte Angaben handelt,
die keine Einschränkung der Erfindung auf die genannten
Zahlenwerte bedeuten; insbesondere kann die Anzahl der hinteren
Steigleitungen gerade oder ungerade sein.
Es muß ebenfalls darauf hingewiesen werden, daß unter Berücksichtigung
der mechanischen Anforderungen an den Bau von Zellen
dieser Größenordnung der Begriff "in gleichem Abstand" nicht im
streng geometrischen Sinne zu verstehen ist, sondern bedeutet,
daß die Steigleitungen in gleichmäßigen Abständen in dem freien
Raum zwischen dem von den Anoden und ihren zugehörigen Systemen
zur Aufhängung und Verschraubung mit dem Anodenrahmen gebildeten
Komplexe so angeordnet sind, daß sie die Entfernung der
verbrauchten Anoden und ihren Ersatz durch neue Anoden nicht
stören. Das gleiche gilt für den Begriff "Symmetrie", der mit
den gleichen Einschränkungen zu interpretieren ist.
Zur Ausführung der Erfindung im Falle einer 480 kA-Zelle, wie
sie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, sind 9 hintere Steigleitungen
vorgesehen, die sich aufteilen in: eine kopfseitige
Steigleitung 10 und ihre symmetrische Entsprechung 10 S (in der
anderen Hälfte der Zelle), zwei Zwischen-Steigleitungen 11, 12
und ihre symmetrische Entsprechungen 11 S, 12 S in der anderen
Zellenhälfte, eine zentrale Steigleitung 13 und ihre symmetrische
Entsprechung 13 S in der anderen Zellenhälfte sowie eine
axiale Steigleitung 14, 14 S bestehend aus zwei Halb-Steigleitungen,
die nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet oder
auch miteinander verschmolzen und entlang der gemeinsamen Achse
1 der Zelle und der Serie angeordnet sind.
Die beiden vorderen Steigleitungen sind die Steigleitung 15
sowie ihre symmetrische Entsprechung 15 S in der anderen Zellenhälfte.
Die kopfseitigen Steigleitungen 10 und 10 S werden von den
hinteren kathodischen Sammlern über einen Leiter 16, 16 S gespeist,
der außerhalb des Zellenkopfes 17, d. h. außerhalb der
Schmalseite der Metallwanne 2 verläuft. Die Zwischen-Steigleitungen
11, 12 und 11 S, 12 S werden von hinteren kathodischen
Sammlern gespeist, gleichzeitig über einen Leiter 18, 18 S, der
ebenfalls außen am Zellenkopf 17 vorbeiführt und über einen
Leiter oder eine Gruppe von Leitern 19, 19 S, der/die rund um
den Zellenkopf 17 verläuft/verlaufen, sowie über einen Leiter
oder eine Gruppe von Leitern 20, 20 S, der/die unter der Metallwanne
2 verläuft/verlaufen. Die zentralen Steigleitungen 13,
13 S und die axiale Steigleitungen 14, 14 S werden ausschließlich
von den vorderen zentralen kathodischen Sammlern wie 21, 22, 23
und 21 S, 22 S, 23 S her gespeist. Die vorderen Steigleitungen 15,
15 S schließlich werden durch einen Längs-Leiter 24, der unter
der großen Achse der (n + 1)ten Zelle verläuft, gespeist, und
zwar ausgehend von kopfseitig angeordneten vorderen kathodischen
Sammlern 25, 26, 25 S, 26 S mit Hilfe von Verbindungsleitern
27, 28, 27 S, 28 S, die unter den Kopf der (n + 1)ten Zelle
zum Längs-Leiter 24, 24 S hin verlaufen.
Die Verbindung der kathodischen Sammler mit den verschiedenen
Kathoden-Ableitungen (sechszehn hintere Ableitungen 3 A bis 3 P
und sechzehn vordere Ableitungen 4 A bis 4 P) wird folgendermaßen
hergestellt:
Hinten
- - die Kathoden-Ableitungen 3 A und 3 B werden an den Sammler 29 angeschlossen, der seinerseits mit den unter der Zelle verlaufenden Stangen bzw. Leitern 20 verbunden ist;
- - die Kathoden-Ableitungen 3 C, 3 D, 3 E und 3 F werden mit dem Sammler 30 verbunden, der seinerseits mit einer der Stangen bzw. Leiter 18 verbunden ist, die am Zellenkopf 17 vorbeilaufen;
- - die Kathoden-Ableitungen 3 G, 3 H, 3 I und 3 J werden mit dem Sammler 31 verbunden, der mit der zweiten Stange bzw. dem zweiten Leiter 18 verbunden ist, der um den Zellenkopf 17 herumführt;
- - die Kathoden-Ableitungen 3 K, 3 L, 3 M und 3 N werden mit dem Sammler 32 verbunden, der mit der Stange bzw. dem Leiter 19 verbunden ist, der unter dem Zellenkopf 17 verläuft,
- - die Kathoden-Ableitungen 3 P und 3 Q werden mit dem Sammler 33 verbunden, der mit der Stange bzw. dem Leiter 16 verbunden ist, der um den Zellenkopf 17 herumführt.
Vorne
- - die Kathoden-Ableitungen 4 A, 4 B, 4 C, 4 D werden mit dem Sammler 21 verbunden, der die axiale Halb-Steigleitung 14 speist,
- - die Kathoden-Ableitungen 4 E, 4 F, 4 G, 4 H werden mit dem Sammler 22 verbunden, der die zentrale Steigleitung 13 speist,
- - die Kathoden-Ableitungen 4 I, 4 J, 4 K, 4 L werden mit dem Sammler 23 verbunden, der ebenfalls die zentrale Steigleitung 13 speist,
- - die Kathoden-Ableitungen 4 M und 4 N werden mit dem Sammler 25 verbunden, der über die Stange 27 mit dem Längs-Leiter 24 verbunden ist, der unter der (n + 1)ten Zelle angeordnet ist und die vordere Steigleitung 15 speist,
- - die Kathoden-Ableitungen 4 P und 4 Q sind mit dem Sammler 26 verbunden, der über die Stange 28 ebenfalls mit dem Leiter 24 und der vorderen Steigleitung 15 verbunden ist.
Um eine dem gesetzten Ziel entsprechende Verteilung und einen
entsprechenden Wert der Komponenten des Magnetfeldes zu erreichen,
muß die Verteilung des Stroms in diesen verschiedenen
Leitern innerhalb folgender Grenzen liegen (angegeben in % der
durch jede Zelle fließenden Gesamtstrommenge J, für Werte von J
oberhalb etwa 400 kA):
- - in jeder kopfseitigen Steigleitung 10 und 10 S : 1 bis 6% J
- - in jeder Zwischen-Steigleitung 11, 12, 11 S, 12 S : 8 bis 15% J
- - in jeder zentralen und axialen Steigleitung 13, 14 + 14 S und 13 S : 9 bis 16% J
- - in jeder vorderen Steigleitung 15, 15 S : 3 bis 9% J.
Für die Verbindungsleiter gilt folgende Stromverteilung:
- - in den Leitern 16 und 18 sowie 16 S und 18 S, die um jeden Zellenkopf herum laufen: 10 bis 20% J
- - in jedem Leiter 19 und 19 S unter den Zellenköpfen: 3 bis 10% J
- - in jedem Leiter 20 und 20 S die unter der Metallwanne verlaufen: 0,5 bis 6,5% J
- - in jedem Längs-Leiter 24, 24 S: 3 bis 9% J.
Im Falle einer 360 kA-Zelle, gezeigt in Fig. 2, gelten die
gleichen Grundsätze und gleichen konstruktiven Merkmale, mit
einigen Vereinfachungen aufgrund der geringeren Stromstärke. In
diesem Falle sind fünf hintere Steigleitungen vorgesehen, die
sich aufteilen in eine Zwischen-Steigleitung à 60 kA 11 und die
nicht gezeigte symmetrische Entsprechung 11 S, eine zentrale
Steigleitung 13 à 60 kA und ihre nicht gezeigte symmetrische
Entsprechung 13 S und ein axiale Steigleitung 14 bestehend aus
zwei Halb-Steigleitungen à 40 kA, die nebeneinander angeordnet
oder miteinander verschmolzen sind, und ihre nicht gezeigte
symmetrische Entsprechung 14 S. Mit Bezug auf eine 480 kA-Zelle
sind somit die beiden kopfseitigen Steigleitungen und die
beiden Zwischen-Steigleitungen entfallen.
Vorhanden ist jedoch eine vordere Steigleitung 15 à 30 kA und
ihre nicht gezeigte symmetrische Entsprechung 15 S.
In jeder Halb-Zelle wird
- - die Zwischen-Steigleitung 11 von den hinteren kathodischen Sammlern 34, 35 der vorangehenden, n-ten Zelle über einen Leiter 36, der am Zellenkopf vorbeiführt, gespeist,
- - die zentrale Steigleitung 13 von den vorderen kathodischen Sammlern 37, 38 gespeist,
- - die axiale Halb-Steigleitung 14 von dem vorderen kathodischen Sammler 39 gespeist und
- - die vordere Steigleitung 15 von dem hinteren kathodischen Sammler 40 über eine Leitung 41 gespeist, die unter dem Kopf der n-ten Zelle verläuft, dann unter einem Winkel die (n + 1)te Zelle und den Längs-Leiter 24 erreicht, der unter der Wanne angeordnet ist und der zu einem Teil im wesentlichen parallel zur langen Achse der Zelle verläuft.
Um die dem vorgegebenen Ziel entsprechende Verteilung und den
entsprechenden Wert der Komponente des Magnetfeldes zu erzielen,
soll die Stromverteilung in diesen verschiedenen Leitern
innerhalb folgender Grenzen liegen, angegeben in % des Gesamtstromes
J, der durch jede Zelle fließt, für Werte von J zwischen
300 und 400 kA sowie für fünf hintere Steigleitungen und
zwei vordere Steigleitungen:
- - in jeder Zwischen-Steigleitung 11, 11 S: 12 bis 22% J
- - in jeder zentralen Steigleitung 13, 13 S: 12 bis 22% J
- - in jeder axialen Halb-Steigleitung 14, 14 A: 6 bis 12% J
- - in jeder vorderen Steigleitung 15, 15 S: 6 bis 12% J.
Die Verteilung der Kathoden-Ableitungen auf die verschiedenen
kathodischen Sammler 34, 35, 40 (hinten) und 37, 38, 39 (vorne)
- sowie deren symmetrische Entsprechungen - ist aus Fig. 2
deutlich ersichtlich und braucht nicht näher erläutert zu
werden.
Es muß ebenfalls bemerkt werden, daß der Längs-Leiter 24, der
die vordere Steigleitung 15 speist, mit der Längsachse der
Zelle einen Winkel α bildet (in der Figur mit 24 a durch die
gepunktete Linie angegeben) ohne starke Auswirkung auf die
vertikale Komponente Bz des Magnetfeldes und auf die Höhe der
Grenzfläche Bad-Metall ist. Man kann den Abstand mit weniger
als 1 · 10-4 T annehmen bei einem Winkel α = 30°. Dasselbe gilt
für die "stufenweise" Bahn (24 b) in punktiert-gestrichelter
Linie); dies läßt einen gewissen Spielraum in Abhängigkeit von
der Raumbeanspruchung unter der Metallwanne der Zelle.
Wenn die hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen in zwei
oder mehreren parallelen Reihen angeordnet sind, muß allgemein
- um die größtmögliche Stabilität und die größtmögliche Faraday-Ausbeute
zu erzielen - das störende induzierte Magnetfeld
in jeder Reihe durch den in der benachbarten Reihe fließenden
Strom kompensiert werden. Diese Kompensation kann in Kombination
mit der Erfindung gemäß einem der Verfahren vorgenommen
werden, die in älteren eigenen Patentschriften beschrieben
sind, vor allem in der FR-A 23 33 060 (= US-A 40 72 597), wonach
mit Bezug auf die Achse der Reihe (hintereinandergeschalteten
Elektrolysezellen) eine Asymmetrie in der Anordnung der
kathodischen Sammler erzeugt wird, gemäß der FR-A 23 43 826
(= US-A 40 90 930) wonach an dem der benachbarten Reihe nächsten
Zellenkopf ein Gegen-Magnetfeld erzeugt wird, das im
wesentlichen gleich aber von entgegengesetztem Vorzeichen ist
wie das durch die benachbarte Reihe erzeugte Feld, indem mit
einem Umleitungs-Leiter, der unter dem Zellenkopf verläuft,
eine Schleife gebildet wird, oder gemäß der FR-A 24 25 482 (=
US-A 41 69 034) wonach entlang jeder Reihe auf entweder einer
einzigen Seite oder auf beiden Seiten ein Leiter angeordnet
wird, der von einem Strom durchflossen wird, dessen Intensität
und Richtung so gewählt werden, daß das von der/den benachbarten
Reihe/n induzierte Feld kompensiert wird. Im vorliegenden
Falle kann die Kompensation dadurch erreicht werden, daß
die hinteren kathodischen Sammler und/oder die vorderen kathodischen
Sammler und/oder die Verbindungsleiter, die unter der
Zelle verlaufen, mit Bezug auf die Achse der Serie asymmetrisch
angeordnet werden oder auch indem mindestens ein kathodischer
Sammler auf einer Seite der Zelle mit einer Anzahl Kathodenstangen
verbunden wird, die verschieden ist von der Anzahl
Kathodenstangen, mit denen der entsprechende auf der anderen
Seite der Zelle angeordnete Sammler verbunden ist, so daß das
durch eine oder mehrere parallel zu der in Betracht gezogenen
Reihe angeordneten Zellenreihen induzierte Magnetfeld in kurzer
Entfernung kompensiert wird.
Die Erfindung wurde auf eine Reihe von 480 kA-Zellen angewandt:
Jede Zelle war mit zwei Reihen vorgebrannter Anoden versehen
sowie auf jeder Langseite (hinten und vorne) mit 32 Kathoden-Ableitungen,
von denen jede 7,5 kA aufnahm. Die Stromverteilung
in der Gesamtzelle war wie folgt:
(diese Werte sind in Fig. 1 jeweils beim betreffenden Leiter angegeben).
Es wurden folgende Magnetfeld-Werte auf der Höhe der flüssigen
Metallschicht gemessen:
Bz - gefundener Maximalwert:2 · 10-13 T.
Bz quadratisch - Mittelwert:5 · 10-4 T.
By Mittelwert auf der Längsachse:5,3 · 10-4 T.
By Maximalwert:140 · 10-4 T.
Diese Zellen zeigten beim experimentellen Betrieb eine bemerkenswerte
Stabilität und erzeugten Aluminium mit einer Faraday-Ausbeute
von 94 bis 95%. Mit den derzeit gebräuchlichen Schaltungsanordnungen
kann diese Ausbeute nicht, nicht einmal angenähert erzielt werden.
Claims (5)
1. Schaltung zum Verbinden zweier aufeinanderfolgender Zellen
einer aus einer oder mehreren Reihen bestehenden Serienschaltung
von Schmelzflußelektrolysezellen für die Herstellung
von Aluminium mittels Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith
gelöster Tonerde entsprechend dem Hall-H´roult-Verfahren bei
einer Stromstärke von mehr als 250 kA und bis zu 600 kA,
insbesondere bis zu 300 KA, bei der jede Zelle aus einer
rechteckigen wärmeisolierten Metallwanne besteht, deren Längsachse
rechtwinklig zur Achse der Reihe verläuft, die
Metallwanne eine Kathode aus miteinander verbundenen
kohlenstoffhaltigen Blöcken mit darin eingelassenen Metallstangen
stützt, deren Enden aus der Metallwanne aus deren
beiden, bezogen auf die Stromrichtung in der Reihe, hinteren
und vorderen Langseiten herausstehen, jede Zelle weiterhin ein
Anodensystem umfaßt, das aus zumindest einem - Anodenrahmen
genannten - horizontalen, starren Balken mit mindestens einer
horizontalen leitenden Stange besteht, an dem die Stangen zum
Aufhängen der Anoden mit Klammern befestigt sind und wobei die
Schaltung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen kathodische
Sammler aufweist, die einerseits mit den kathodischen Ableitungen
der n-ten Zelle und andererseits mit Verbindungsleitern
verbunden sind, die über mehrere Steigleitungen mit dem Anodenrahmen
der (n + 1)ten Zelle in der Reihe verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest fünf hintere Steigleitungen (11, 12, 13) vorgesehen
sind, die in zumindest annähernd gleichem Abstand und in bezug
auf die Ebene, in der die kurze Achse (1) der Zelle liegt, symmetrisch
angeordnet sind, sowie über zumindest 2, in bezug auf
die Stromrichtung vordere Steigleitung (15, 15 S), die in bezug
auf die gleiche vertikale Ebene im wesentlichen symmetrisch angeordnet
sind, wobei diese vorderen Steigleitungen (15, 15 S)
über Leiter gespeist werden, die mit den vorderen kathodischen
Ausgängen (4) der n-ten Zelle verbunden sind, zumindest ein
Teil oder Bereich (24) dieser Verbindungsleiter in einer im wesentlichen
zur langen Achse dieser Zelle parallelen Bahn unter
der (n + 1)ten Zelle verläuft und wobei die Stromrichtung in diesen
Leiterbereichen (24) von den Köpfen (17) der Zelle zur kurzen
Achse der Zelle verläuft.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß neun hintere Steigleitungen und zwei vordere Steigleitungen
vorgesehen sind, die ausgehend von kathodischen Ausgängen der
vorangehenden Zelle folgendermaßen gespeist werden:
- - die kopfseitigen Steigleitungen (10, 10 S) sind mit den hinteren kathodischen Sammlern (3) durch eine Leitung (16, 16 S) verbunden, die außerhalb des Kopfes (17) der Zelle verläuft.
- - die Zwischen-Steigleitungen (11, 11 S, 12, 12 S) werden zumindest teilweise ausgehend von den hinteren kathodischen Sammlern (29, 29 S, 30, 30 S, 31, 31 S, 32, 32 S) über einen Leiter (18, 18 S) verbunden, der um jeden Kopf (17) der Zelle herumgeht, über mindestens einen Leiter (19, 19 S), der unter jedem Kopf (17) verläuft und durch mindestens einen Leiter (20, 20 S), der unter der Metallwanne (2) verläuft,
- - die zentralen Steigleitungen (13, 13 S, 14, 14 S) sind mit den zentralen vorderen kathodischen Sammlern (21, 22, 23 bzw. 21 S, 22 S, 23 S) verbunden.
- - die vorderen Steigleitungen (15, 15 S) sind mit den vorderen kathodischen Sammlern (25, 26 bzw. 25 S, 26 S), die auf der Seite der Köpfe (17) angeordnet sind, über Verbindungsleiter (27, 28, 27 S, 28 S) verbunden, die unter dem Kopf der (n + 1)ten Zelle verlaufen und die zu einem Leiter (24, 24 S) führen, der unter der Metallwanne im wesentlichen im rechten Winkel zur langen Achse der Zelle angeordnet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Zelle die kathodischen Sammler mit kathodischen
Ausgängen (3, 4) auf folgende Weise verbunden sind:
- - die hinteren kathodischen Ableitungen (3 A, 3 B) sind mit dem Sammler (29) verbunden, der seinerseits mit Stangen bzw. Leitungen (20) verbunden ist, die unter der Zelle verlaufen,
- - die hinteren kathodischen Ableitungen (3 C, 3 D, 3 E, 3 F) sind mit dem Sammler (30) verbunden, der seinerseits mit einer der Stangen bzw. Leitungen (18) verbunden ist, die um den Kopf (17) der Zelle herumlaufen,
- - die hinteren kathodischen Ableitungen (3 G, 3 H, 3 I, 3 J) sind mit dem Sammler (31) verbunden, der mit der zweiten Stange oder Leitung (18) verbunden ist, die um den Kopf (17) der Zelle herumläuft,
- - die hinteren kathodischen Ableitungen (3 K, 3 L, 3 M, 3 N) sind mit dem Sammler (32) verbunden, der mit der Stange oder Leitung (19) verbunden ist, die unter dem Kopf (17) der Zelle verläuft,
- - die hinteren kathodischen Ausgänge (3 P, 3 Q) sind mit dem Sammler (33) verbunden, der seinerseits mit der Stange oder Leitung (16) verbunden ist, die um den Kopf (17) der Zelle läuft,
- - die vorderen kathodischen Ableitungen (4 A, 4 B, 4 C, 4 D) sind mit dem Sammler (21) verbunden, der die axiale Halb-Steigleitung (14) speist,
- - die vorderen kathodischen Ableitungen (4 E, 4 F, 4 G, 4 H) sind mit dem Sammler (22) verbunden, der die Steigleitung speist,
- - die kathodischen Ableitungen (4 I, 4 J, 4 K, 4 L) sind mit dem Sammler (23) verbunden, der ebenfalls die Steigleitung (13) speist,
- - die vorderen kathodischen Ableitungen (4 M, 4 N) sind mit dem Sammler (25) verbunden, der über die Stange mit dem längsverlaufenden Leiter (24) verbunden ist, der unter der (n + 1)ten Zelle verläuft und die vordere Steigleitung (15) speist,
- - die kathodischen Ableitungen (4 R, 4 Q) sind mit dem Sammler (26) verbunden, der über die Stange (28) ebenfalls zu dem Leiter (24) und der vorderen Steigleitung (15) führt.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hinteren kathodischen Sammler und/oder die vorderen
kathodischen Sammler und/oder die Verbindungsleitungen, die
unter der Zelle verlaufen, in bezug auf die Achse der Reihe
asymmetrisch sind, so daß das Magnetfeld kompensiert wird, das
durch eine oder mehrere Reihen von Zellen induziert wird, die
parallel zur ersten und in geringem Abstand angeordnet sind.
5. Schaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Asymmetrie erzielt wird, indem mindestens ein auf einer
Seite der Zelle angeordneter kathodischer Sammler mit einer
Zahl Kathodenstangen verbunden wird, die verschieden ist von
der Anzahl Stangen, an die der entsprechende, auf der anderen
Seite der Zelle angeordnete Sammler angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8508923A FR2583068B1 (fr) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | Circuit de connexion electrique de series de cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium sous tres haute intensite |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3618588A1 DE3618588A1 (de) | 1986-12-11 |
DE3618588C2 true DE3618588C2 (de) | 1988-01-21 |
Family
ID=9320172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863618588 Granted DE3618588A1 (de) | 1985-06-05 | 1986-06-03 | Verbindungsschaltung fuer schmelzflusselektrolysezellen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4696730A (de) |
CH (1) | CH668985A5 (de) |
DE (1) | DE3618588A1 (de) |
FR (1) | FR2583068B1 (de) |
NO (1) | NO862219L (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2789407B1 (fr) * | 1999-02-05 | 2001-03-23 | Pechiney Aluminium | Arrangement de cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium |
ATE508735T1 (de) * | 2001-12-19 | 2011-05-15 | Novartis Ag | Pulmonale verabreichung von aminoglykosiden |
FR2868436B1 (fr) * | 2004-04-02 | 2006-05-26 | Aluminium Pechiney Soc Par Act | Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file |
RU2288976C1 (ru) * | 2005-05-04 | 2006-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" | Ошиновка модульная мощных электролизеров для производства алюминия |
US8048286B2 (en) * | 2006-07-11 | 2011-11-01 | Bharat Aluminum Company Limited | Aluminum reduction cell fuse technology |
AU2021368240A1 (en) * | 2020-10-26 | 2023-06-08 | Key Dh Ip Inc./Ip Stratégiques Dh, Inc. | High power water electrolysis plant configuration optimized for sectional maintenance |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3847782A (en) * | 1969-03-24 | 1974-11-12 | Magyar Aluminium | Busbar system for electrolysis cells |
JPS5216843B2 (de) * | 1973-10-26 | 1977-05-12 | ||
FR2324761A1 (fr) * | 1975-09-18 | 1977-04-15 | Pechiney Aluminium | Procede et dispositif pour l'alimentation en courant electrique des cuves d'electrolyse ignee placees en travers |
FR2469475A1 (fr) * | 1979-11-07 | 1981-05-22 | Pechiney Aluminium | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers |
CH656152A5 (de) * | 1981-08-18 | 1986-06-13 | Alusuisse | Schienenanordnung fuer elektrolysezellen. |
JPS58144490A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-27 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | アルミニウム製造用電解炉 |
-
1985
- 1985-06-05 FR FR8508923A patent/FR2583068B1/fr not_active Expired
-
1986
- 1986-06-03 DE DE19863618588 patent/DE3618588A1/de active Granted
- 1986-06-04 CH CH2264/86A patent/CH668985A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1986-06-04 NO NO862219A patent/NO862219L/no unknown
- 1986-06-05 US US06/870,850 patent/US4696730A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2583068A1 (fr) | 1986-12-12 |
NO862219L (no) | 1986-12-08 |
NO862219D0 (no) | 1986-06-04 |
FR2583068B1 (fr) | 1987-09-11 |
DE3618588A1 (de) | 1986-12-11 |
US4696730A (en) | 1987-09-29 |
CH668985A5 (fr) | 1989-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2613867A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur versorgung von quer angeordneten elektrolysezellen fuer die schmelzflusselektrolyse mit elektrischem strom | |
DE2653643A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum kompensieren der magnetischen felder der einander benachbarten reihen von querangeordneten schmelzflusselektrolysezellen | |
DE1083554B (de) | Ofen fuer die Schmelzflusselektrolyse von Aluminium | |
DE2131473C2 (de) | Leiteranordnung zum Kompensieren schädlicher magnetischer Einflüsse von Reihen elektrolytischer Zellen auf benachbarte Zellenreihen | |
DE3436442C2 (de) | ||
DE3618588C2 (de) | ||
EP0097613B1 (de) | Schienenanordnung für Elektrolysezellen | |
CH649317A5 (de) | Elektrolysezelle mit kompensierten magnetfeldkomponenten. | |
EP0787833B1 (de) | Schienenanordnung für Elektrolysezellen | |
DE2904441C2 (de) | Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung | |
EP0072778B1 (de) | Schienenanordnung für Elektrolysezellen | |
DE2850469A1 (de) | Elektrolyse-reduktionszelle | |
DE2801650A1 (de) | Schaltungsanordnung fuer die elektrische stromversorgung von elektrolysezellen in laengsanordnung | |
EP0030212B1 (de) | Anodenträgersystem für eine Schmelzflusselektrolysezelle | |
EP0033714B1 (de) | Schienenanordnung für Elektrolysezellen | |
DD144174A1 (de) | Elektrolysezelle und methode zur herstellung derselben | |
EP0034117A2 (de) | Asymmetrische Schienenanordnung für Elektrolysezellen | |
CH636908A5 (de) | Anordnung zum kompensieren von magnetfeldern bei schmelztiegeln. | |
DE2937038A1 (de) | Kuehlelement fuer industrieoefen | |
DE3024696C2 (de) | Elektrolysezelle zur Durchführung einer Raffinationselektrolyse | |
DE2213226A1 (de) | Magnetfeld-Steuerung in Zellen zur Erzeugung von Leichtmetall durch Elektrolyse | |
DE2833381A1 (de) | Elektrolysezelle zum gewinnen von aluminium | |
DE2709821C2 (de) | ||
DE2109949C3 (de) | Elektrolyseeinrichtung mit vom Elektrolyten durchströmten, diaphragmalosen Zellenräumen | |
DE3004071A1 (de) | Schienenanordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |