EP0387687B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen Download PDF

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for readjusting the pole spacing in electrolysis cells, in particular for aluminum melt flow electrolysis, consisting of movable anode bars, to which individual anode blocks are attached in an electrically conductive manner via anode rods.
  • the anode bar has large differences in position in the upper and lower positions. This makes the current path and the power loss large. There are also considerable fluctuations in the magnetic field and other procedural disadvantages.
  • the lowering of the anodes required to eliminate the anode effect leads to an increase in the bath level, which can result in the anode carbons being flooded and possibly even in the melt escaping.
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned in the known method for readjusting the pole spacing and eliminating the anode effect and to enable the individual anodes to be precisely adapted to the respective anode erosion.
  • the rise in the bath level when eliminating the anode effect can be avoided. This is done by simultaneously lowering and lifting off a part of the anodes in such a way that the additionally displaced volume of the bath melt is compensated for by the volume of the anode carbons drawn out.
  • anode rod Due to the slight lifting or lowering movement of the anode bars, it is possible for the first time to use a largely rigid riser to the neighboring furnace when connecting the anode / cathode and to dispense with an auxiliary cross beam, which previously led to considerable work in the operation of the individual electrolysis cells. Furthermore, the anode rod can be kept much shorter compared to the previous technology, which leads to considerable material and weight savings.
  • Figures 1 and 2 show a schematic representation of the electrolytic cell in cross section.
  • the anode bars 1, 2 are connected to the anode carbons 4 via the anode rods 3.
  • the whole is held in a supporting structure 5, on which a spindle gear 6 for driving the spindle 7 is also arranged.
  • the spindle 7 has an opposite slope in the upper and lower half.
  • Fig. 1 u. 2 shows an electrolytic cell in partial cross section.
  • the furnace pan 8 the refractory base insulation 9 and the carbon base (cathode) 10 can be seen.
  • the edge infeed (carbon) 11 and the cathodic steel rail 12 can be seen in the lateral area.
  • the liquid metal is designated 13 and the electrolysis bath 14.
  • FIG. 1 the position of the anode bar 1 is shown shortly before reaching the lower end position.
  • the anode rod 3 In order to allow a further lowering of the spent anode carbon 4, the anode rod 3 must now be switched from the lower anode bar 1 to the upper anode bar 2.
  • the spindle gear 6 is first stopped. Then the anode rod 3 is connected to the upper anode bar 2 via the lock 15. Then the lock 16 on the lower anode bar 1 is released.
  • the anode carbon 4 to be lifted is clamped to the upper anode bar 2 via lock 18 when the spindle gear 6 is at a standstill. While all other anode carbons remain attached to the lower anode bar 1.
  • the pole spacing of the anode carbon to be set increases, since the upper and lower anode bars 1, 2 move in opposite directions.
  • the upper anode bar is separated again from the anode rod 3 via the lock 18, which is then connected to the lower anode bar 1 via lock 17.
  • anode burnup is approx. 1.5 to 2 cm per day, a stroke of the anode bar of less than / equal to 5 cm is sufficient to carry out all conceivable lifting and lowering movements.
  • the anode rods can therefore be made very short and the distance of the scaffold from the electrolysis bath can also be kept very small, which leads to a reduction in the overall height of the electrolysis cell.
  • the lifting-lowering movement of the anode bars 1, 2 is initiated via a spindle 7 with an opposite slope.
  • appropriately designed spindle nuts must be arranged in the anode bars 1, 2.
  • each anode bar 1, 2 can be controlled with a separate drive via an electric motor or a hydraulic cylinder.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes bei Elektrolysezellen, insbesondere für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse, bestehend aus beweglichen Anodenbalken, an denen einzelne Anodenblöcke über Anodenstangen elektrisch leitend befestigt sind.
  • Aus Winnacker/Küchler, Chemische Technologie, Band 4, 4. Auflage 1986, Seite 273, ist es bekannt, die Anodenbalken entsprechend dem Verbrauch der Kohlenstoffanode abzusenken. Wird die Tiefstellung der Anodenbalken erreicht, müssen alle Anodenstangen einzeln an einer Hilfstraverse, die auf die endseitigen Stützrahmen der Anodenkonstruktion aufgesetzt wird, befestigt werden. Nach Lösen der Schlösser für Anodenstangen wird der Anodenbalken unter schleifendem Kontakt in seine Hochstellung zurückgefahren.
  • Bei diesem Verfahren weist der Anodenbalken große Positionsunterschiede in der oberen und unteren Stellung auf. Dadurch wird der Stromweg und der Leistungsverlust groß. Ferner ergeben sich erhebliche Schwankungen im Magnetfeld und andere verfahrenstechnische Nachteile. Das bei der Beseitigung des Anodeneffektes erforderliche Absenken der Anoden führt zu einem Anstieg des Badspiegels, wodurch es zum Überfluten der Anodenkohlen und ggf. sogar zum Auslaufen von Schmelze kommen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile bei dem bekannten Verfahren zur Nachregulierung des Polabstandes und Beseitigung des Anodeneffektes zu vermeiden und eine genaue Anpassung der Einzelanoden an den jeweiligen Anodenabbrand zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale erreicht. Es hat sich gezeigt, daß durch alternierendes Umklemmen der Anodenstangen an die gegenläufigsynchron bewegten Anodenbalken eine kontinuierliche Abwärtsbewegung zum Ausgleich des Anodenabbrandes möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich eine Einzelregelung der Anodenkohlen durchzuführen, wenn die betreffende Anodenstange in geeigneter Weise von dem einen auf den anderen Anodenbalken umgeschaltet wird, der in vertikaler Richtung gegenläufig-synchron eine Hub- bzw. Senkbewegung ausführt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Anstieg des Badspiegels bei der Beseitigung des Anodeneffektes vermieden werden. Dies geschieht durch gleichzeitiges Absenken und Abheben jeweils eines Teils der Anoden in der Weise, daß das zusätzlich verdrängte Volumen der Badschmelze durch das Volumen der herausgezogenen Anodenkohlen kompensiert wird.
  • Durch die geringe Hub- bzw. Senkbewegung der Anodenbalken wird es erstmalig möglich, eine weitgehend starre Steigleitung zum Nachbarofen beim Anschluß Anode/Kathode zu verwenden und auf eine Hilfstraverse zu verzichten, die bisher zu erheblichem Arbeitsaufwand bei der Bedienung der einzelnen Elektrolysezellen führte. Ferner kann die Anodenstange im Vergleich zur bisherigen Technik sehr viel kürzer gehalten werden, was zu erheblicher Material- und Gewichtsersparnis führt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung der Elektrolysezelle im Querschnitt.
  • Die Anodenbalken 1, 2 sind über die Anodenstangen 3 mit den Anodenkohlen 4 verbunden. Das ganze wird in einer Tragkonstruktion 5 gehalten, an der auch ein Spindelgetriebe 6 zum Antrieb der Spindel 7 angeordnet ist. Die Spindel 7 weist in der oberen und unteren Hälfte je eine gegenläufige Steigung auf.
  • Im unteren Bereich der Fig. 1 u. 2 ist eine Elektrolysezelle im Teilquerschnitt dargestellt. Man erkennt die Ofenwanne 8, die feuerfeste Bodenisolierung 9 und den Kohlenstoffboden (Kathode)10. Im seitlichen Bereich ist die Randzustellung (Kohlenstoff) 11 sowie die kathodische Stahlschiene 12 zu erkennen. Das flüssige Metall ist mit 13 und das Elektrolysebad mit 14 bezeichnet.
  • Man unterscheidet folgende Betriebsweisen:
    • 1. Nachregulierung zum Ausgleich des Anodenabbrandes
  • In Fig. 1 ist die Position des Anodenbalkens 1 kurz vor Erreichen der unteren Endstellung dargestellt. Um eine weitere Absenkung der abgebrannten Anodenkohle 4 zu ermöglichen, muß jetzt eine Umschaltung der Anodenstange 3 von dem unteren Anodenbalken 1 auf den oberen Anodenbalken 2 erfolgen.
  • Hierzu wird zunächst das Spindelgetriebe 6 stillgesetzt. Dann wird die Anodenstange 3 über das Schloß 15 mit dem oberen Anodenbalken 2 verbunden. Dann wird das Schloß 16 am unteren Anodenbalken 1 gelöst.
  • Nun erfolgt die Abwärtsbewegung der Anodenkohlen über den oberen Anodenbalken 2 bis dieser seine untere Endstellung erreicht hat (s. Fig. 2). Dann wird das Spindelgetriebe 6 wiederum stillgesetzt und der untere Anodenbalken 1 mit der Anodenstange 3 über das Schloß 17 verbunden. Nach dem Lösen des oberen Anodenbalkens 2 von der Anodenstange 3 mittels Schloß 18 kann die Absenkbewegung der Anodenkohle 4 fortgesetzt werden.
    • 2. Einzelregulierung der Anodenkohlen
  • Im folgenden soll eine Vergrößerung des Polabstandes anhand von Fig. 2 näher beschrieben werden, eine Verkleinerung erfolgt in entsprechender Weise in umgekehrter Reihenfolge.
  • Die zu hebende Anodenkohle 4 wird beim Stillstand des Spindelgetriebes 6 am oberen Anodenbalken 2 über Schloß 18 angeklemmt. Während alle übrigen Anodenkohlen am unteren Anodenbalken 1 befestigt bleiben.
  • Nach Einschalten des Spindelgetriebes 6 vergrößert sich der Polabstand der einzustellenden Anodenkohle, da sich oberer und unterer Anodenbalken 1, 2 gegenläufig bewegen. Sobald die gewünschte Polabstandsänderung erreicht ist, wird der obere Anodenbalken über das Schloß 18 wieder von der Anodenstange 3 getrennt, die dann über Schloß 17 mit dem unteren Anodenbalken 1 verbunden wird.
  • Da der Anodenabbrand ca. 1,5 bis 2 cm pro Tag beträgt reicht ein Hub der Anodenbalken von weniger/gleich 5 cm aus um alle denkbaren Hub-Senkbewegungen auszuführen. Die Anodenstangen können deshalb sehr kurz ausgeführt werden und ebenso kann der Abstand des Gerüstes von dem Elektrolysebad sehr klein gehalten werden, was zu einer Verringerung der gesamten Bauhöhe der Elektrolysezelle führt.
  • In den beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Hub-Senkbewegung der Anodenbalken 1, 2 über eine Spindel 7 mit gegenläufiger Steigung eingeleitet. Dazu müssen in den Anodenbalken 1, 2 entsprechend ausgebildete Spindelmuttern angeordnet sein.
  • Es ist aber auch möglich, die Hub-Senkbewegung durch andere mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektromechanische Antriebsmittel auszuführen. Beispielsweise kann jeder Anodenbalken 1, 2 mit einem getrennten Antrieb über einen Elektromotor oder einen Hydraulikzylinder angesteuert werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Verstellen von Anoden zur Einstellung des Polabstandes bei Elektrolysezellen, insbesondere für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse, bestehend aus beweglichen Anodenbalken, an denen einzelne Anodenblöcke über Anodenstangen elektrisch leitend befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu und in einem veränderlichen Abstand von den ersten Anodenbalken (1) mindestens ein weiterer Anodenbalken (2) beweglich angeordnet ist, wobei die Anodenstangen (3) entweder am ersten oder zweiten Anodenbalken befestigt sind und die Anodenbalken (1, 2) jeweils mit einem gegenläufigen Antrieb verbunden sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) an den Anodenbalken (1, 2) mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch und elektrisch leitend befestigt sind und über eine Steuereinheit von dem ersten auf den zweiten Anodenbalken (1, 2) umschaltbar sind.
  3. Verfahren zum Einstellen des Polabstandes, insbesondere zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen, vorzugsweise für die Aluminiumschmelzflußelektroyse, wobei die Anodenstangen (3) nach Erreichen einer Endstellung von dem Anodenbalken gelöst und vorübergehend in dieser Position gehalten werden, der Anodenbalken hochgefahren und danach die Anodenstange (3) erneut an dem Anodenbalken befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) an in vertikaler Richtung untereinander angeordneten Anodenbalken (1, 2) befestigt sind, die kontinuierliche und gegenläufige Hub-Senkbewegungen ausführen, und die Anodenstangen wechselweise entweder an dem einen oder anderen Anodenbalken (1, 2) angeklemmt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) in der oberen oder unteren Stellung der Anodenbalken (1, 2) umgeklemmt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstange (3) nachdem einer der Anodenbalken (1, 2) seine untere Endstellung erreicht hat, an den anderen Anodenbalken (1, 2) umgeklemmt wird, wenn dieser seine obere Endstellung erreicht hat.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der übereinander angeordneten Anodenbalken (1, 2) gegenläufig-synchron ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Polabstandes einzelner Anodenkohlen (4) die zugehörigen Anodenstangen (3) auf den gegenläufig bewegten Anodenbalken umgeklemmt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von Anodeneffekten gleichzeitig mit der Absenkbewegung eines Teils der Anodenkohlen der andere Teil der Anodenkohlen angehoben wird, wobei die anzuhebenden Anodenkohlen mit ihren zugehörigen Anodenstangen an den zur Absenkbewegung gegenläufigen Anodenbalken angeschlossen werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der Anodenstangen (3) von dem einen Anodenbalken auf den anderen Anodenbalken der Antrieb für die Hub-Senkbewegung kurzzeitig angehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstrecken der Anodenbalken auf kleiner/gleich 5 cm begrenzt werden.
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