DE895379C

DE895379C - Elektrolyseofen fuer Schmelzflusselektrolyse zur Gewinnung des Aluminiums

Info

Publication number: DE895379C
Application number: DEA5280D
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl-Ing Kaufmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-11-13
Filing date: 1942-11-13
Publication date: 1953-11-02

Description

Elektrolyseofen für Schmelzflußelektrolyse zur Gewinnung des Aluminiums Die Aluminiumgewinnung arbeitet zum überwiegenden Teil in der Schmelzflußelektrolyse, bei der aus dem geschmolzenen Aluminiumoxyd (A1203) im Beisein von Kryolith als Katalysator (Aluminium-Natrium-Fluorid) das reine Aluminium abgeschieden wird, während der frei werdende Sauerstoff mit den Kohleelektroden zu C02 ver-#brennt.
Es hat sich mit der Zeit eine: gewisse Normalkonstruktion der Elektrolyseöfen herausgebildet in Form eines einfachen Kohletroges, in den eine oder mehrere Elektroden (Anoden) hineinragen. Die Beschickung mit A12 03 erfolgt meist .durch Einschaufeln von Hand.. Der Betrieb arbeitet mit einer gleichbleibenden Stromstärke von 15 ooo bis z. B. 6o ooo Amp. bei einer- Spannung von etwa 5 bis 6 Volt am Ofen. Durch Hintereinanderschalten vieler Öfen erhält man ein Ofensystem, das von einer Gleichstromerzeugungsanlage gespeist wird. Meist wird durch Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom aus einem Kraftwerknetz die benötigte Leistung bereitstellt.
Der E.lektrolysevorgang weist nun besondere Eigenarten auf, die bei der Auslegung der speisenden elektrischen Anlage berücksichtigt werden müssen.
Im Betrieb schwankt der Ohmsche Widerstand des Einzelofens in bestimmten Abständen und .bei gleichbleibendem Strom damit auch die Spannung von beispielsweise 5 Volt im normalen Betrieb auf 30 Volt, da- die Leitfähigkeit des -Schmelzflusses durch fortschreitende Ausscheidung von Aluminium sich ändert. Man nennt diesen Vorgang das Funken des Ofens .oder .den Anodeneffekt. Um den im Interesse der Produktion konstant zu haltenden. Strom im Ofen auch bei schwankendem Ofenwiderstand aufrechtzuerhalten, bedarf es in der speisenden Anlage umfangreicher Regeleinrichtungen, um .die Spannung am Ofensystem entsprechend zu regeln.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein geregelter Elektrolyseofen;dessen !Regelung bei Auftreten des Funkens selbsttätig derart in die Betriebsverhältnisse eingreift, daß die vorher herrschenden normalen Bedingungen wiederhergestellt werden. Dies kann :durch selbsttätige Anreicherung des Schmelzflusses .an A12 03 geschehen, muß Jedoch auch gleichzeitig mit einem Durchmischen des Schmelzflusses unter gleichzeitigem Brechen der dauernd entstehenden Krusten verbunden sein.
Die Erfindung besteht darin, daß die infolge von Widerstandsschwankungen :bei konstantem Strom auftretenden Spannungsänderungen am Ofen eine gleichstromvormagnetisierte Regeldrossel :derart beeinflussen, .daß der über diese Drossel gespeiste Antriebsmotor für eine Förder- und Rühreinrichtung bei kleiner Spannung stillsteht und bei erhöhter Spannung anläuft, um einen selbsttätigen kontinuierlichen Betrieb des Ofens bei zumindest annähernd konstanter Spannung zu erzielen. Die Vorteile einer solchen Einrichtung liegen besonders auf dem Gebiet der Ersparnis- an Arbeitskräften für die Ofenbedienung, die bisher reine Handarbeit war, und ferner in der Ersparnis :des größten Teiles der umfangreichen Regeleinrichtung in der speisenden Anlage.
Die Ersparnis bei der Regeleinrichtung entsteht dadurch, :daß bei einem selbsttätigen Ofen das Funken auf eine Mindestzeit herabgedrückt wird und s0 in einem Ofensystem die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Funkens mehrerer Ofen und die damit verbundene Widerstandssclhwankung erheblich kleiner wird. Die sogenannte Funkreserve in der Spannung kann dadurch kleiner gewählt werden, der Regelbereich wird entsprechend kleiner.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. i stellt-_ den Vertikalschnitt durch eine Ofenanlage dar, die Fig. a das zugehörige Schaltschema. Die sich entsprechenden Teile sind: in beiden Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Offen besteht aus der Wanne i finit Kohleauskleidung, den Elektroden 2, die über den Anschlu3 3 an die, Stromschiene 4 angeklemmt sind. In der Längsachse des Ofens -zwischen beiden Elektrodenreihen ist erfindungsgemäß eine vom Motor 15 angetriebene Walze 5 angeordnet, die mit Zähnen 6 besetzt ist. Diese Walze :durchbricht die entstehenden Verkrustungen an der Oberfläche der Schmelze und verrührt das aus der Förderschnecke 7 herabfallende Aluminiumoxyd im Schmelzfluß; 9-. Da die Ofentemperatur bei etwa 700° C liegt, müß die Walze 5 und die Zähne 6 aus einem hochwärmefesten Material bestehen, das auch bei Rotglut keine Auflösungsneigungen in der Schmelze aufweist. Am besten eignet sich hierfür Quarz oder eine keramische Spezialmasse.
Der Antrieb von Förderschnecke: ? erfolgt ebenfalls durch :den Drehstromasynchronmotor 15, wo,-bei die Übertragung der Bewegung von Walze zu Schnecke beispielsweise durch eine Kette 8 erfolgen kann.
Der Motor 15 ist über die Regeldrossel 16 an das Drehstromnetz angeschlossen. Auf der dreiteiligen Regeldrossel sind erfindungsgemäß die Vorm:agnetisierungswicklungen 14 untergebracht, die hintereinandergeschaltet über den Einstellwiderstand 13 an .die am Ofen herrschende Spannung angeschlossen sind. Die Schienen ii und 12 ermöglichen die Verbindung zu den Nachbaröfen.
Nachdem die Elektrolyse angefahren ist und in den angeschlossenen Ofen der Schmelzfluß auf richtige Temperatur gebracht wurde, tritt nach einiger Zeit .das Funken an :den Öfen auf. In diesem Augenblick steigt der Widerstand und bei konstantem Strom die Spannung am Ofen. Die Regeldrossel erhält erhöhte Vormagnetisierung und senkt ihren Widerstand so: weit ab, daß der Antriebsmotor anläuft. Die Krustenbrecherwalze tritt in Tätigkeit und verrührt gleichzeitig,das in der Förderschnecke herangebrachte Aluminiumoxyd in der Schmelze. Dieses sofortige Eingreifen hat zur Folge, daß nach kurzer Zeit der Ofen seinen normalen Betriebs-;zustand wieder erreicht hat und die Spannung am Ofen wieder auf den ursprünglichen Wert sinkt. Der Antriebsmotor bleibt also wieder stehen.
Durch den Einstellwiderstand 13 firn Vormagnetisierungskrels, und durch Wahl eines geeigneten magnetischen Materials läßt sich der Arbeitspunkt so: legen; daß die Zufuhr von. A12 03 dem Verbrauch :angepaßt wird und sich ein kontinuierlicher Betrieb einstellt.
Die Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich auch so auslegen, daß der Antriebsmotor 15 normal mit kleiner Geschwindigkeit läuft. und bei Verkrustungen in der Schmelze infolge erhöhter Vo:rmagnetisierung an der Drossel 16 in schnelleren Lauf versetzt wird.
Wenn auch die erfindungsgemäße Anordnung so ausgebildet ist, @daß sie vorzüglich für Aluminiumelektrolysen Verwendung findet, so: ist ihre Anwendung bei anderen Elektrolyseöfen: nicht ausgeschlossen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrolyseofen für Schmelzflußelektrolyse des Aluminiums aus Aluminiumoxyd., -dadurch gekennzeichnet, daß die infolge Widerstandsschwankungen bei konstantem- Strom auftretenden. Spannungsänderungen am Ofen (i) eine gleichstromvormagnetisierte Regeldrossel (i6) derart beeinflussen." daß der über @diese Drossel gespeiste Antriebsmotor (i5) für eine Förder= (7) und Rühreinrichtung (5, 6) bei kleiner Spannung stillsteht und hei erhöhter Spannung anläuft (um einen selbsttätigen kontinuierlichen Betrieb des Ofens bei zumindest annähernd konstanter Spannung zu erzielen).
2. Elektrolyseofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (5) mit dem Motor (15) auf gleicher Welle sitzt und die Kraftübertragung von der Walze (5) zur Förderschnecke (7) durch eine Kette erfolgt.
3. Elektrolyseofen nach Anspruch i und ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (6) der Walze (5) aus wärmefestem Material, wie Quarz, einer keramischen Spezialmasse od. dgl., bestehen.
4. Elektrolyseofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg der Ofenspannurig die Gleichstromwicklung (14) die Drossel (16) derart magnetisiert, daß ihr Widerstand klein und der Motor (15) die zum Anlaufen erforderliche Spannung erhält.
5. Elektrolyseofen nach Anspruch i und 4., dadurch gekennzeichnet, d:aß durch Änderung eines Vorwiderstandes (13) im Vormagnetisierungskreis und durch Wahl eines bestimmten magnetischen Materials der Arbeitspunkt so, gelegt werden kann, daß die Zufuhr von A120, dem Verbrauch angep@aßt ist.
6. Elektrolyseofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß der Motor (15) im normalen Betrieb langsam läuft und bei Verkrustungen in,der Schmelze (g) infolge Spannungsänderung an der Vormagnetisierungsdrossel (14) eine Beschleunigung erfährt.