NL8402994A - Elektrolysevat voor een stroomsterkte hoger dan 250.000 ampere voor de bereiding van aluminium met behulp van het hall-heroult procede. - Google Patents

Description

^ ί»\

843116/vdV/Ba/vL

-1-

Korte aanduiding: Elektrolysevat voor een stroomsterkte hoger dan 250.000 ampère voor de bereiding van aluminium met behulp van het Hall-Héroult procédé

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de bereiding van aluminium door elektrolyse in gesmolten toestand in vaten bij zeer hoge stroomsterkte/ hoger dan 250.000 ampère/ en in het bijzonder tussen 270.000 en 320.000 ampère, en 5 bij zeer gering energieverbruik, in hoofdzaak lager dan 13.000 KWh per ton aluminium.

Een vat voor elektrolyse in gesmolten toestand omvat een rechthoekige smeltkroes waarvan de bodem, die de kathode vormt, wordt gevormd door blokken koolstof die verbonden zijn aan even-10 wijdige metalen staven aan de smalle kant van het vat. De kathode is elektrisch verbonden met een of meer negatieve geleiders, die "collectoren" genoemd worden. Op de smeltkroes is een bovenbouw vastgemaakt die horizontale evenwijdige dwarsbalken aan de lange kant van de bak omvat en waaraan koolstofanoden 15 zijn opgehangen. De smeltkroes bevat een elektrolysebad dat in hoofdzaak bestaat uit in kryoliet opgelöst aluminiumoxyde.

De anoden worden met elektrische stroom gevoed door een of meerdere positieve voedingsgeleiders, die "geleiders" genoemd worden. Onder de werking van de doorgevoerde stroom, ontleedt het 20 aluminiumoxyde in aluminium dat zich afzet op de kathode en in zuurstof dat zich verzamelt op de koolstofanoden. Een gedeelte van het bad wordt vast bij contact met de zijwanden van de smeltkroes, waardoor op die manier een elektrische en thermisch isolerende glooiing wordt gevormd. In het geval waarin de vaten 25 naast elkaar zijn opgesteld, d.w.z. met hun lange zijde loodrecht op de algemene stroomrichting in de rij vaten, worden de uiteinden van de staven stroomopwaarts of stroomafwaarts genoemd afhangend van het feit of zij uitgaan van de stroomopwaarts of stroomafwaarts gelegen kant van het vat met betrek-30 king tot de stroomrichting die als referentie is genomen.

De vaten zijn in serie geschakeld, waarbij de kathodische collectoren van het ene vat stroomopwaarts zijn verbonden met .8*02394 -2- ί' de anodische geleiders van het volgende stroomafwaarts gelegen vat.

De series vaten worden gevormd door een aantal paren onderscheiden rijen, waarvan er een de stroom afvoert van het on-5 derstation, en de andere deze naar het onder-station toevoert.

De rij die het dichtst bij het beschouwde vat ligt wordt de naburige rij genoemd. Deze rij heeft een belangrijke functie voor het beschouwde vat aangezien het magnetische veld dat deze vormt een interactie heeft met de eigen magnetische velden 10 van het vat.

Uiteenzetting van het probleem

De elektrolysevaten die tegenwoordig geconstrueerd worden werken in het algemeen bij stroomsterkten tussen 150.000 en 240.000 ampère. De vakman weet dat een toename van de nominale 15 stroomsterkte tegelijkertijd leidt tot een potentiële winst op de investering en op de kosten van fabricage. Dit is te wijten aan de toename van de dagelijkse produktie van het vat die nagenoeg evenredig is met de nominale stroomsterkte, waardoor bij een totale constante produktie het aantal elektrolyseseries 20 dat geïnstalleerd moet worden en energiebehoefte van de inrichting vermindert, terwijl de produktiviteit verhoogd wordt.

De eerste beperking die er is bij de toename in afmeting van elektrolysevaten wordt gegeven door de technische moeilijkheid om de stroomsterkte die door een vat gaat te verhogen, zon-25 der het rendement te beïnvloeden.

De doorgang van elektrische stroom door voedingsgeleiders en in de geleidende delen van. de bak veroorzaakt magnetische velden die bewegingen in het vloeibare metaal ten gevolge hebben alsmede een vervorming van het grensvlak metaal/elektrolysebad. 30 Deze metaalbewegingen die. het elektrolysebad dat zich onder de anoden bevindt in beweging brengen kunnen indien ze zeer sterk zijn dat gedeelte van het bad kortsluiten door een contact van het vloeibare metaal met de anoden.

Het rendement van de elektrolyse neemt sterk af en het 35 energieverbruik neemt toe. Deze problemen worden versterkt bij toename van het ampèrage van de vaten, aangezien de magnetische velden dan veel sterker zijn, en de gevoeligheid van het bad- 8402984 *· * -3- . metaalgrensvlak op magnetische effekten veel groter.

Een van de storingen die het moeilijkst te onderdrukken is is de zelfinstabiliteit van het vloeibare metaaloppervlak. Het gaat hier om een verschijnsel dat zichzelf in stand houdt 5 en dat zich uit door een in de tijd variabele plaats op het grensvlak tussen het bad en het vloeibare aluminium. De afstand tussen de onderkant van de anoden en het bovenoppervlak van de laag vloeibaar aluminium is zodoende variabel waardoor de elektrische weerstand van het bad in de tijd varieert, en onder 10 elke anode. Daar de paren die worden gevormd door iedere anode en het badvolume dat ermee verbonden is, elektrisch parallel geschakeld zijn tussen de equipotentialen die enerzijds worden gevormd door de dwarsbalk en anderzijds door het vloeibare metaal, variëren de stroomsterkten die iedere anode passeren ook 15 in de tijd.

Dit induceert stroomsterktevariaties in iedere geleider die de stroom van de voorgaande bak aanvoert, terwijl de verdeling van de overschotten of de tekorten aan stroom die op de betreffende anode worden geconstateerd zich voordoen volgens de 20 elektrische verdelingswetten die aan de deskundigen bekend zijn. Deze geïnduceerde stroomsterktevariaties wijzigen enerzijds de magnetische veldverdelingen van het betreffende vat, en geven anderzijds aanleiding tot gedwongen horizontale compensa-tiestromen in het metaal van de voorgaande bak dat zich buiten 25 evenwicht bevindt. De aanwezigheid of de afwezigheid van een equipotentiaal, hun aantal en hun plaats maken het mogelijk om deze elektrische verstoringen, te modificeren. Het wordt daardoor mogelijk deze zodanig te plaatsen dat het vat stroomopwaarts quasi-ongevoelig wordt voor de verstoringen van het be-30 treffende vat en dat de veranderingen van de magnetische velden die zijn geïnduceerd als gevolg van de wijzigingen van de ano-dische verdeling op de verdeling tussen de geleiders een gunstige invloed hebben op het verminderen van de storing.

De doorgang van elektrische stroom door de voedingsgelei-35 ders en door het elektrolysebad veroorzaakt een magnetisch veld in de vloeibare laag van het bad en de vloeibare aluminiumlaag.

8402994 , 1 ή -4-

De aanwezigheid van elektrische stroom in het bad en het metaal wordt in ieder punt voorgesteld door een stroomdichtheidsvec-tor J en uit zich door de aanwezigheid van elektromagnetische volumekrachten in het bad in het metaal. Deze volumekrachten die 5 Laplace krachten genoemd worden worden vectorieel door de formule weergegeven:

F'"7 = “j"*A B

B * is- de magnetische veldvector op het punt van berekening.

Een verandering van de plaats van het bad metaaloppervlak 10 wijzigt de waarde van j"* in de slak en in de vloeibare metaal-zone die daaronder ligt.

De Laplace krachten variëren daardoor en kunnen deze vervormingen van het grensvlak verminderen of versterken. Als er een versterking is, verschijnt er een instabiliteit die bege-15 leid wordt door wervelingen, van het vloeibare metaal die algemeen of gelocaliseerd zijn. De periode van instabiliteit kan lang zijn (30 tot 60 seconden) of'kort (minder dan 5 seconden).

De duur van de instabiliteit is lang indien de beweging van het metaal het gehele kathodisch oppervlak betreft of zoals 20 vaak gebeurt zich in twee symmetrische wervelingen vormt die ieder één van de twee half-baden beïnvloed en die gelegen zijn aan weerszijden van de langsas van het bad.

Dit doet zich vooral voor, als de vertikale componenten van de magnetische velden hetzelfde teken hebben op ieder half-25 bad. De bewegingen kunnen worden geminimaliseerd door de geïntegreerde waarde van het vertikale magnetische veld nul te maken op elk beschouwd half-had.. Bij instabiliteit van het "snelle" type zijn de metaalbewegingen gelegen onder bepaalde anoden. Ze worden in het algemeen veroorzaakt door een stroom-30 verdelingsonregelmatigheid in de anodeverzameling tengevolge van ingrepen op de baden: verwisseling van een gebruikte anode door een nieuwe anode, de anode is te dicht bi.j het vloeibare metaal geplaatst, lekken van de baden, gedeeltelijke polarisatie van het anodesysteem door gebrek aan aluminiumoxyde in het 35 bad.

8402994 * s -5-

Men kan zeggen dat in eerste benadering, de stroomlijnen in het bad vertikaal zijn. Inderdaad zullen door de zeer grote verschillen in weerstand van het bad en het metaal deze stroomlijnen zich buigen in het vloeibare aluminium als zij moeten 5 eindigen in punten van de kathode die niet gelegen zijn op de vertikaal van hun vertrekplaats van de anode.

In het geval dat een van de anoden meer stroom trekt dan het gemiddelde van de anoden, zal de stroom de neiging hebben om zich in het vloeibare metaal verspreiden. De stroomlijnen 10 zijn hier middelpuntvliedend. In het geval dat een anode minder stroom dan het gemiddelde van de anoden voert, zullen de stroomlijnen middelpuntzoekend zijn. In beide gevallen zal de stroomdichtheid variëren over de dikte van de metaallaag.

Het dynamisch effekt van de Laplace krachten kan zich 15 uiten in het metaal door de aanwezigheid van een niet nul zijnde rotatievector in de betreffende zone.

Symbolisch kan dit als volgt geschreven worden:

Rot ΠΓ* = Cb?~E* ) “7* - CjT "S* ) B * waarinA> - de vector 1van de componenten: ~ 20 < _L_ jL· jL ) ' j> ' i» ' s ' <J x « y 6 2

De vertikale component Rz van deze rotatievector komt overeen met het rotatiebewegingseffekt van de metaallaag in het horizontale vlak. Men kan deze ontwikkelen in: _ _ dJz , dJz , _ dJz dBz T,_ dBz _ dBz

Kz = Bz w+ By w Bz ar " ar s" 25 In de as van de centrifugale of centripetale stromen heeft men dJz dJz n dx dy

Aangezien de waarden van Bz gering zijn in het gehele volume vloeibaar metaal heeft men: 8402994 -6- dBz dBz i dx dy

Dan kan Rz worden afgerond tot: _ dJz dBz

Bz =— - Jz ^=-dz dz die varieert als Jz in de tijd ontwikkeld volgens td 2' dB z dB z 5 (t?--- ^ Jz. Aangezien -r—-- in het algemeen zwak is ten op- Ό Z Ώ 2 zichte van |j-wanneer Bz niet nul is, is de term Δ Jz representatief voor de gevoeligheid van het metaaloppervlak voor anodische stroomsterkteveranderingen, terwijl H de hoogte van de gesmolten aluminiumlaag is en A Jz de variatie van de in-10 ductie Jz als gevolg van de bewegingen van het metaal.

De vakman probeert dan invloed uit te oefenen op deze drie elementen om de werking van de elektrolysevaten te stabiliseren.

- hij laat de hoogte van het metaal toenemen, maar dat leidt 15 tot het vastzetten van een grotere hoeveelheid, aluminium in elk vat. Dat maakt het anderzijds voor het niet opgeloste aluminium-oxyde dat zou zijn neergeslagen op de kathode moeilijk om weer in het elektrolysebad naar boven te komen waardoor het. gevaar van "aanplakken" groter wordt.

20 - hij plaatst zijn stroomtoevoergeleiders op zodanige posities dat het vertikale veld op ieder punt van de smeltkroes zwak is.

- hij vermindert de veranderingen in stroomsterkte van de anoden door de wijze van bedrijf te verfijnen, door automatisch of met de hand de intensiteiten van anode tot anode te bewaken, 25 en door de plaats van de anodes met de kleinste intensiteit of grootste intensiteit te regelen met betrekking tot hun nominale waarde.

Voor vaten met een stroomsterkte hoger dan 250.000 ampère leidt dit tot een vermeerdering van het aantal geleidingen en 30 tot het beweegbaar maken van de anodes hetzij individueel hetzij in groepen van twee. Dat. is wat geschiedt bij baden die het onderwerp vormen van de Franse octrooiaanvrage 2505 368. Desondanks verminderen de rendementen en de winst, die geteld wordt door toename van de afmeting, wordt teniet gedaan door de 8402994 e ** -7- slechte prijs van het aluminiumprodukt.

De kosten van een bad worden echter sterk hoger aangezien de individuele bewegingsmogelijkheid van de anoden een zeer grote investering vertegenwoordigen in verhouding tot een uit-5 voering met een in zijn geheel beweegbare bovenbouw, de technische oplossing die normaal gesproken voorbehouden is tot 200 è 250.000 ampère.

De investeringscurve in relatie tot de stroomsterkte in bedrijf laat op dat niveau een onderbreking zien, waardoor het 10 economisch minder interressant wordt om meer dan 200.000 tot 300.000 ampère door te sturen.

Het ontwerp van baden zonder individuele beweegbaarheid bij meer dan 250.000 tot 270.000 ampère impliceert het kiezen van uitgangsposities van de geleiders die garanderen dat het ver- -3 15 tikale magnetische veld overal lager is dan 1,5 x 10 Tesla (15 Gauss), ondanks de aanvullende effekten die worden aangedragen door de andere rijen baden èn de andere series. Zij gaan bovendien voorbij aan een maximale vermindering van de cyclische stroomsterktevariaties die kunnen voorkomen'in een anode en 20 men moet de voortplanting van deze storing naar de rest van het vat of naar het stroomopwaarts gelegen vat vermijden.

Overzicht van de stand van de techniek

Men heeft vroeger elektrolysevaten beschreven die het mogelijk maken om te werken bij de hoge stroomsterkten en waarin 25 de magnetische verstoringen zo gering mogelijk waren.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.415.724 van . ALCOA wordt de magnetische stabilisering verkregen door verbindings-geleiders buiten het vertikale vlak dat gaat door de smalle zijden van het bad te plaatsen en een gedeelte van de stroom 30 (tenminste de helft) af te leiden door twee staven die door het centrale gedeelte van het zinkgedeelte gaan.

In de Franse octrooischriften 2.324.761 en 2.427.760 van ALUMINIUM PECHINEY, (die respectievelijk corresponderen met de Amerikaanse octrooischriften 4.049.528 en 4.200.760) zijn elek-35 trolysevaten die functioneren bij 175.000 tot 180.000 ampère beschreven en die uitstekende prestaties wat betreft stabiliteit 8402994 -8- en energetisch rendement bezitten. De vertikale componenten van het magnetische veld hebben een waarde nul voor elk half-bad, aangezien ze gelijk en van tegengesteld teken zijn op het vierde gedeelte dat stroomopwaarts en het vierde gedeelte dat 5 stroomafwaarts ligt. Waar deze inrichtingen goed voldoen voor stroomsterkten lager dan 200.000 ampère, kunnen bij uitbreiding zonder verdere voorzorgsmaatregelen tot vaten met een stroom-sterkte hoger dan 200.000 ampère hier opnieuw de bezworen verschijnselen van instabiliteit van het vloeibare metaaloppervlak 10 verschijnen die/noodzakelijk maakt om de afstand tussen anode en metaal te vergroten waardoor de anodische stroomdicht- cl*6 ei© heid lager wordt, d.w.z. produktie en gebruikte energie, hetgeen de verkregen voordelen teniet doet.

In het Franse octrooischrift 2.469.475 van PECHINEY heeft 15 men voorgesteld om de kathodestroom af te leiden door vertikale uitgangen die passeren door de bodem van de · zinkkist, terwijl ten minste een gedeelte van de verbindingsgeleiders onder de bodem, van de zinkkist geplaatst zijn.

In het Franse octrooischrift 2.416.276 wordt een gedeelte 20 van de stroom naar het volgende vat in de serie geleid door geleiders die buiten het vertikale vlak, dat gaat door de smalle zijden van het vat, geplaatst zijn. Twee verbindingsgeleiders lopen onder het vat door en vormen, met de as van het vat, een hoek die niet gepreciseerd is maar die in de orde van 20° lijkt 25 te zijn (figuur 2 van het octrooischrift).

Wat betreft de individuele beweegbaarheid van de anode of groepen van anoden kan men het Amerikaanse octrooischrift 4.210.513 van ALCOA noemen dat een besturingsb oom voorziet voor iedere rij anodes en meerdere op afstand bestuurde koppe-30 lingen, die naar wens het opstijgen of het neerdalen van iedere anode of groep van anodes uitschakelen.

In de Franse octrooiaanvrage 2.517.704 is een nauwkeurig regelsysteem van de anode-opstelling door individuele aandrijving van elke groep van 2 anodes beschreven, in een bad dat in 35 totaal 40 anodes in twee onafhankelijke lijnen van 20 anodes bevat. Zoals boven is aangegeven brengt deze oplossing die tech- 8402994 • · « -9- nisch zeer bevredigend is een aanvullende investering met zich mee die relatief hoog is, maar die een permanent en precies evenwicht verschaft van de stroom die door iedere groep anodes gaat.

5 Overzicht van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de vervaardiging van aluminium door elektrolyse van aluminiumoxyde dat is opgelost in gesmolten kryoliet volgens het Hall-Héroult procédé, bij een stroomsterkte hoger dan 10 250.000 ampère en bij voorkeur liggend tussen 270.000 ampère en 320,000 ampère, met een energieverbruik dat lager is dan 12.600 Kwh per ton geproduceerd aluminium, waarbij deze inrichting een veelvoud van rechthoekige vaten omvat diein rijen zijn opgesteld en waarvan de smalle kanten "koppen" genoemd worden, 15 die dwars zijn opgesteld met betrekking tot hun opstellingsas en die elektrisch in serie zijn verbonden in een enkele rij of meerdere evenwijdige rijen. De figuren 1 en 2 illustreren de uitvoering van de uitvinding. Figuur 2 is identiek aan figuur 1, maar vanwege de duidelijkheid heeft men daarin alleen de waarde 20 van de stroomsterktei in KA. opgenomen die iedere geleider doorstroomt, in een serie die functioneert bij 280 ampère.

In de beschrijving die volgt zullen de geleiders worden aangegeven door een eenvoudig numeriek teken (3 tot 16) als het een verzameling van geleiders van dezelfde aard betreft, en 25 door hetzelfde numerieke teken gevolgd door een letter als het betrekking heeft op de diverse vertakkingen van iedere geleider van dezelfde aard.

Aangezien de algemene opbouw van elektrolysevaten voor de vervaardiging van aluminium goed bekend is bij de vakman, dra-30 gen de figuren 1 en 2 slechts de elementen aan die onmisbaar zijn voor het begrijpen van de uitvinding, d.w.z. de elektrische geleiders die hierboven echt genoemd zijn, in bovenaanzicht.

Ieder vat bevat een stalen zinkkist (1), die met isolerend materiaal is bekleed, en die een kathode draagt gevormd door 35 meerdere met koolstof gevulde blokken die naast elkaar geplaatst zijn en waarin metallische kathodestaven zijn gemetseld (2) die 8402994

X

-10- verbonden zijn met meerdere kathode collectors stroomopwaarts (3) en stroomafwaarts (4.), meerdere anodes van geharde koolstof-pasta waarin metallische anodestaven gelijmd zijn, een dwarsbalk (5) die omhoog en omlaag beweegbaar is en waarop anode-5 staven zijn bevestigd,, en elektrische verbindingsmiddelen (7, 8) tussen de kathodecollectoren stroomopwaarts (3) en stroomafwaarts (4) van een bad, enerzijds en de dwarsbalk (5) van het volgende bad in de serie anderzijds. Volgens de uitvinding is de dwarsbalk (5) van ieder bad verbonden met het voorgaande bad 10 op vijf plaatsen (6A, 6B, 6C, 6D, 6E), door vijf op gelijke afstanden geplaatste geleiders (7A, 7B, 7C, 7D, 7E) die geplaatst zijn aan de stroomopwaartse kant ervan (8), terwijl de verbinding tussen geleider (7) en dwarsbalk (5) wordt gerealiseerd door een soepele elektrische geleider (8A, 8B, 8C, 8D, 8E) : 15 een centrale geleider (7C) die zich bevindt op de as van de serie, twee tussengelegen geleiders (7B, 7D) en twee aan de zijkant gemonteerde geleiders (7A, 7E) die worden doorstroomd " met stroomsterktendie in hoofdzaak gelijk zijn en die worden verbonden met zes kethodecollectoren stroomopwaarts: twee cen-20 traal (3A, 3B) , twee tusseninliggend (3C,. 3D) en twee aan de zijkant liggend (3F, 3E) en met drie kathodecollectoren stroomafwaarts, een centraal (4A) en twee aan de zijkant liggend (4B, 4C) .

De uitvinding wordt bovendien door de volgende punten ge-25 kenmerkt: - dat de centrale geleider (7C) van ieder vat is verbonden met de centrale kathodecollector stroomafwaarts van het voorgaande vat - dat iedere tussengelegen geleider (7B) geplitst is;een ge- 30 deelte verbonden is met de aan de zijkant stroomafwaarts gelegen kathodecollector .van het voorgaande vat; het andere gedeelte verbonden is met de; kathodisch collectoren die stroomopwaarts gelegen zijn (3A, 3C, 3E)

- ieder aan de zijkant gelegen geleider (7A, 7E) verbonden is 35 met de stroomopwaarts gelegen kathodecollectoren (3A, 3C, 3E

en 3B, 3D, 3F) door geleiders aan de zijkant (16A, 16B) 8402994 -11- - de elektrische verbinding tussen de stroomopwaarts gelegen kathodecollectoren en de tussengelegen en aan de zijkant gelegen geleidingen, wordt gerealiseerd door vijf verbindingsge-leiders die als volgt zijn opgesteld: 5 twee verbindingsgeleiders (16A, 16B) lopen om de koppen van het vat die ieder 35% van de stroomopwaartse stroom transporteren, - twee verbindingsgeleiders (9A, 9B) die symmetrisch onder het vat doorgaan en die in hoofdzaak loodrecht staan op het kathode-blok dat zich het dichtst in de buurt van de kop van het vat 10 bevindt, geleider (9B) die het dichtst bij de dichtbijzijnde naburige rij geplaatst is transporteert 15% van de stroomopwaartse stroom terwijl de andere (9A). slechts 10% van de stroomopwaartse stroom transporteert; een tussengelegen verbindingsgeleider (9C) die onder het vat 15 doorgaat en die in hoofdzaak in het midden ligt tussen de as van de serie en de kop van het vat aan de van de meest nabij zijnde naburige rij afgekeerde zijde; deze geleider transporteert 5% van de stroomopwaartse stroom; - de twee verbindingsgeleiders (9b, 16B) die gelegen zijn aan 20 de kant van de naburige meest nabije rij hebben een equipoten- tiaal (10) die ligt onder de aan de zijkant gelegen geleider van de volgende bak; de stroom wordt vervolgens verdeeld tussen de dwarsgeleider (7E) en de naastgelegen middengeleider (7D) teneinde in hoofdzaak de gelijkheid van stroomsberkte tussen de 25 geleiders te bewaren; - de drie verbindingsgeleiders (16A, 9A, 9C) die geplaatst zijn aan de van de dichtstbijzijde. naburige rij afgewende zijde hebben twee equipotentialen (11A, 11B) die onder de aan de zijkant gelegen geleider van de volgende bak zijn geplaatst en wel tus- 30 sen deze geleider (7A) en de naastliggende tussengelegen geleider (7B); de stroom wordt vervolgens verdeeld tussen de twee geleiders teneinde de gelijkheid van stroomsterkte tussen de geleiders te bewaren.

. de kathodische collectoren stroomafwaarts (4A, 4B, 4C) zijn 35 aan elkaar verbonden door euipotentialen (12A, 12B), die worden gevormd door buigzame elektrische geleiders die zijn gevormd 8402994 , t -12- uit "foelie" d.w.z. van een stapeling van dunne laagjes aluminium die aan hun uiteinde vastgelast zijn.

. de centrale kathodische collectoren stroomopwaarts (3A, 3B) zijn aan elkaar verbonden door een equipotentiaal (13) van het-5 zelfde type.

. iedere geleider voedt de beweegbare dwarsbalk in een punt waaromheen op een symmetrische manier 8 anoden geplaatst zijn.

Tenslotte, om infiltrering van het elektrolyt in de ruimte onder de kathode te vermijden kan ieder vat tussen de kathode-10 blokken en de vuurbestendige en isolerende bekleding van de zinkkist voorzien zijn van een beschermingslaag die met gefluorideerde en natriumhoudende produkten geïmpregneerd is bestaande uit een materiaal, dat is gekozen uit. tenminste een van de volgende produkten: siliciumoxydealuminiumoxydeprodukten, grès, 15 lava van Volvic (vulkanische lava die chemisch resistent is) , siliciumcarbide, elektrogesmolten aluminiumoxyde, staal en si-liciumdioxyde. Deze constructiewijzen zijn gebruikt in een experimentele serie die werkte bij een stroomsterkte van 280.000 ampère bij 3,95 a 4 Volt.

20 Buiten de uitstekende stabiliteit van het bad, die zich ma nifesteert door de afwezigheid van elke vorm van oscillerende beweging van de vloeibare aluminiumlaag, heeft men buitengewoon verlaagde waarden opgemerkt van de vertLkale component van Bz van het magnetische veld.. De maximale waarden liggen bij de kop- _3 25 pen van de baden en blijven lager dan 1,5.10 Tesla (15 Gauss); op 80% van het kathodische oppervlak is het veld lager dan -4 5.10 Tesla (5 Gauss).

Het energiegebruik, in een periode van 3 maanden is 12.530 Kwh per ton geweest.

30 Door de uitvinding verschafte voordelen

Met betrekking tot stand van de techniek en meer in het bijzonder met betrekking tot de opstelling van geleiders die onderwerp uitmaken van de Franse octrooiaanvrage 250.5368 zijn de uit de onderhavige uitvinding voortkomende voordelen als 35 volgt: 1. De individuele aandrijving van de anoden (in groepen van 2) 8402994 -13- .. is overbodig geworden - vandaar een aanzienlijke verlaging van de kosten - zonder dat men daarvoor de ongemakken terugkrijgt die worden veroorzaakt door de verstoringen van de stroom tussen naburige anoden.

5 2. De vertikale component Bz van het magnetische veld is aan- -3 zienlijk verkleind, deze is lager dan 1,5.10 T (15 Gauss) . op alle punten van het vat.

3. De plaatsing van de equipotentiaal verbindingen (12A, 12B en 13) tussen de kathodische collectoren maken bovendien moge-10 lijk: a- een evenwicht te verzekeren van de stroom tussen de verschillende secties collectoren en de fluctuaties van de stroom van een anode uit te spreiden over de gehele kringloop waardoor deze dan vrijwel ongevoelig wordt.

15 b- hierdoor de gevolgen te vermijden voor het stroomop waarts gelegen vat, van een verstoring die optreedt in een bepaald vat.

c- het aantal kortsluitbeugeIs te verminderen die men moet aanbrengen om een beschadigd vat te overbruggen 20 dat men stil wil liggen voor reparatie of uitwisseling.

Door het gezamenlijk aanwezig zijn van deze voordelen kan men nu elektrolysebaden bouwen en in bedrijf hebben die aanzienlijk minder onvoordelig zijn dan die volgens de stand van de techniek bij een gelijkblijvend vermogen in de orde van 270.000 25 tot 320.000 ampère, met vergelijkbare technische resultaten (levensduur, energieverbruik) en met een zeer grote stabiliteit.

8402994

Claims (4)

1. Inrichting voor de bereiding van aluminium door elektrolyse van aluminiumoxyde dat is opgelost in gesmolten kryo-liet volgens de Hall-Hëroult werkwijze, bij een stroomsterkte liggend tussen 270.000 ampère en 320.000 ampère, met een ener-5 giegebruik dat lager is dan 12.600 Kwh per,ton geproduceerd aluminium, terwijl genoemde inrichting meerdere rechthoekige in rijen gezette vaten omvat, waarvan de kleine, zijden "koppen" genoemd worden, en die dwars geplaatst zijn met betrekking tot hun lijn van opstelling en die elektrisch in serie gekoppeld 10 zijn in een enkele rij, of in verscheidene evenwijdige rijen, terwijl elk vat een stalen zinkkist bevat die bekleed is met een isolerend materiaal, en die een kathode ondersteunen gevormd door meerdere met koolstof gevulde blokken die naast elkaar zijn geplaatst en waarin kathodische metalen staven (2) 15 zijn vastgezet die verbonden zijn met meerdere stroomopwaarts (3) en stroomafwaarts (4) geplaatste kathodecollectors, meerdere anodes die vervaardigd zijn van een voorgeharde koolstof-pasta waarin metalen anodestaven zijn vastgezet, een naar boven en beneden beweegbare dwarsbalk (5) waarop de anodestaven zijn 20 bevestigd, en elektrische aansluitmiddelen (16) tussen de ka-thodecollectoren stroomopwaarts (3) en stroomafwaarts (4) van een vat, aan de ene kant en de dwarsbalk (5) van het volgende vat in een serie aan de andere kant, een inrichting waarin de dwarsbalk (5) van ieder vat is verbonden met het voorgaande vat 25 op vijf punten (6A, 6B, 6C, 6D,. 6E) , door vijf op gelijke af7 standen liggende geleiders die aan de stroomopwaartse kant gelegen zijn met het kenmerk - dat de verbinding tussen elke geleider (7) en de dwarsbalk (5) wordt gerealiseerd door buigzame elektrische gelei- 30 ders (8), - de centrale geleider (7c) die in het hart van de serie gelegen is, de twee tussengelegen series (7B, 7D) en de twee geleiders aan de zijkant (7A, 7E), die in hoofdzaak gelijke stroomsterkten voeren, zijn verbonden met zes kathodecollectoren 8402994 . ? t -15- stroomopwaarts, twee centraal (3A, 3B), twee in het midden (3C, 3D} en twee aan de zijkant {3E, 3F) en drie kathodecollectoren stroomafwaarts (4), een centraal (4A) en twee aan de zijkant (4B, 4C), 5. de stroomafwaarts gelegen kathode collectoren (4A, 4B, 4C) aan elkaar verbonden zijn door equipotentiale verbindingen die door buigzame geleiders gevormd worden, - de centrale kathodecollectoren die stroomopwaarts gelegen zijn (3A, 3B) op dezelfde manier aan elkaar verbonden 10 zijn door een equipotentiale verbinding die door buigzame geleiders gevormd wordt.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk - dat de centrale geleider (7C) van ieder vat is verbonden met de centrale kathodecollector stroomafwaarts van het voor- 15 gaande vat, - dat ieder tussengelegen geleider (7B) gesplitst is; een gedeelte verbonden is met de aan de zijkant stroomafwaarts gelegen kathodecollector van het voorgaande vat; het andere is gedeelte/verbonden met de kathode. collectoren die stroom- 20 opwaarts gelegen zijn (3A, 3C, 3E), - iedeis aan de zijkant gelegen geleider (7A, 7E) verbonden is met de stroomopwaarts gelegen kathodecollectoren (3A, 3C, 3E en 3B, 3D, 3F) door geleiders aan de zijkant (16A, 16B).

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het ken-25 m e r k dat - de elektrische verbinding tussen stroomopwaarts gelegen kathodecollectoren en de tussengelegen en aan de zijkant gelegen geleidingen, wordt gerealiseerd door vijf verbindingsgeleiders die als volgt zijn opgesteld: 30. twee verbindingsgeleiders (16A, 16B) lopen om de koppen van het vat die ieder 35% van de stroomopwaartse stroom transporteren, . twee verbindingsgeleiders (9A, 9B) die symmetrisch onder het vat doorgaan en die in hoofdzaak loodrecht staan op het 35 kathodeblok dat zich het dichtst in de buurt van de kop van het vat bevindt; geleider (9B) die het dichtst bij de dichtbijzijnde 8402994 -16- naburige rij geplaatst is transporteert 15% van de stroomop-waartse stroom terwijl de andere (9A) slechts 10% van de stroomopwaartse stroom transporteert, . een tussengelegen verbindingsgeleider (9C) die onder het 5 vat doorgaat en die in hoofdzaak in het midden ligt tussen de as van de serie en de kop van het vat aan de van de meest nabij zijnde naburige, rij afgekeerde zijde; deze geleider transporteert 5% van de stroomopwaartse stroom; . de twee verbindingsgeleiders (9B, 16B) die gelegen zijn 10 aan de kant van de naburige meest nabije rij hebben een equi-potentiaal (10) die ligt onder de aan de zijkant gelegen geleider van de volgende bak; de stroom wordt vervolgens verdeeld tussen de dwarsgeleider (7E) en de naastgelegen middengeleider (7D) teneinde in hoofdzaak de. gelijkheid van stroomsterkte tus-15 sen de geleiders te bewaren; . de drie verbindingsgeleiders (16A, 9A,. 9Cj die geplaatst zijn aan de van de dichtstbijzijnde naburige rij afgewende zijde hebben twee equipotentialen (11A, 11B) die onder de aan de zijkant gelegen geleider van de volgende bak zijn geplaatst en 20 wel tussen deze geleider (7A) en de naastliggende tussengelegen geleider (7B); de stroom wordt vervolgens verdeeld tussen de twee geleiders teneinde de gelijkheid van stroomsterkte tussen de geleiders te bewaren.

4. Inrichting volgens êén of meer van de conclusies 1 t/m 3 25 met het kenmerk dat iedere geleider (8A, 8B, 8C, 8D, 8E) een beweegbare dwarsbalk voedt in een punt (respectievelijk 6A, 6B, 6C, 6D, 6F) waaromheen op een symmetrische manier, met betrekking tot het vertikale vlak dat door deze geleider gaat, acht anoden zijn gerangschikt. 8402994