NO118293B

NO118293B -

Info

Publication number: NO118293B
Application number: NO15971365A
Authority: NO
Inventors: H Shiver; W Campbell; J Dewey
Original assignee: Reynolds Metals Co
Priority date: 1964-09-29
Filing date: 1965-09-15
Publication date: 1969-12-08
Also published as: DE1483343B2; CH488020A; DE1483343A1; DE1483343C3

Description

Fremgangsmåte til drift av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium. Method for operating an electrolytic cell for the production of aluminium.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til drift av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, hvor aluminiumoksyd opp-løst i et saltsmeltebad reduseres til aluminiummetall The present invention relates to a method for operating an electrolysis cell for the production of aluminium, where aluminum oxide dissolved in a salt melt bath is reduced to aluminum metal

ved at en elektrisk strøm føres gjennom badet. by passing an electric current through the bath.

Man har vanligvis anvendt en av to typer elek-trolyseceller, nærmere bestemt celler med henholdsvis forhåndsbrente anoder og Søderberg-anoder. I One of two types of electrolysis cells has usually been used, more specifically cells with pre-burnt anodes and Søderberg anodes respectively. IN

det førstnevnte tilfelle utgjøres anoden av en rekke in the former case the anode is constituted by a series

hver for seg innstillbare karbonblokker som er individually adjustable carbon blocks that are

brent på forhånd før de installeres i cellen, mens burned in advance before being installed in the cell, while

kontinuerlige anoder eller Søderberganoder brennes continuous anodes or Søderberg anodes are burned

på stedet under driften av elektrolysecellen, idet der on site during the operation of the electrolysis cell, as there

anvendes en del av den varme som frembringes ved part of the heat produced by

reduksjonsprosessen. I begge tilfelle er saltsmelte-badet dekket av en skorpe av stivnet elektrolytt the reduction process. In both cases, the molten salt bath is covered by a crust of solidified electrolyte

og aluminiumoksyd som reduserer varmetapene fra and aluminum oxide which reduces the heat losses from

cellen.the cell.

Det er vanlig å styre driften av en aluminium-oksydreduksjonscelle ved å bryte skorpen periodisk It is common to control the operation of an alumina reduction cell by breaking the crust periodically

(for å føre aluminiumoksyd inn i badet), og ved periodisk å regulere avstanden mellom anoden og katoden (som kan betegnes som «A/K-avstanden»), og begge disse styretrinn har den virkning at de forandrer cellemotstanden. En endring av A/K-avstanden endrer den elektriske motstandsbane gjennom badet mellom anoden og katoden, mens innfør-føring av aluminiumoksyd endrer konsentrasjonen av oppløst aluminiumoksyd i badet. Fordi den vir-kelige aluminiumoksydkonsentrasjon i badet på et bestemt tidspunkt ikke kan bestemmes uten videre, annet enn ved direkte prøvetagning og analytiske fremgangsmåter som er tidskrevende og upraktiske når de skal anvendes kontinuerlig eller til stadig-het, og dessuten fordi det er vanskelig å utføre en direkte fysisk måling av A/K-avstanden med tilstrekkelig nøyatkighet, har det vært vanlig å tillate store variasjoner i cellenes driftstilstand mellom en tilstand med lav aluminiumoksydkonsentrasjon som fører i retning av anodeefekt, og en overmettet til- (to introduce aluminum oxide into the bath), and by periodically regulating the distance between the anode and the cathode (which can be termed the "A/K distance"), and both of these control steps have the effect of changing the cell resistance. A change in the A/K distance changes the electrical resistance path through the bath between the anode and the cathode, while the introduction of alumina changes the concentration of dissolved alumina in the bath. Because the actual aluminum oxide concentration in the bath at a specific time cannot be determined without further ado, other than by direct sampling and analytical methods which are time-consuming and impractical when they are to be used continuously or continuously, and also because it is difficult to carry out a direct physical measurement of the A/K distance with sufficient accuracy, it has been common to allow large variations in the cells' operating state between a state with a low aluminum oxide concentration leading in the direction of anode failure, and a supersaturated to-

stand (ved eller over metningspunktet) som fører til slamdannelse eller temperaturustabilitet. condition (at or above the saturation point) which leads to sludge formation or temperature instability.

Det er allerede kjent å unngå anodeeffekt ved overvåkning av det punkt da cellemotstanden når en på forhånd fastlagt altfor høy verdi som følge av den hurtige motstandsøkning ved innledningen av en anodeeffekt, idet forekomsten av denne unormalt høye motstandsverdi anvendes som en angivelse på at det er nødvendig å mate inn aluminiumoksyd. Denne fremgangsmåte medfører at cellen arbeider under forhold som veksler mellom en begynnende anodeeffekt og en ikke nærmere bestemt tilstand med et høyere aluminiumoksydinnhold. Fremgangsmåten kan åpenbart ikke føre til nøyaktig styring eller stabilt arbeid under de mest effektive betingelser. It is already known to avoid anode effect by monitoring the point when the cell resistance reaches a predetermined too high value as a result of the rapid increase in resistance at the initiation of an anode effect, the occurrence of this abnormally high resistance value being used as an indication that it is necessary to feed in alumina. This method results in the cell working under conditions that alternate between an incipient anode effect and an unspecified state with a higher aluminum oxide content. The procedure obviously cannot lead to accurate control or stable operation under the most efficient conditions.

Ifølge oppfinnelsen er det oppdaget at når A/K-avstanden er konstant og operasjonsbetingel-sene forøvrig stabile, er karakteristikken for cellemotstanden som funksjon av aluminiumoksydkonsentrasjonen konveks nedad, noe som angir tilstede-værelsen av en eller flere minimumsverdier for den komponent av cellemotstanden som skyldes aluminiumoksyd-konsentrasjonen. Ved betraktning av skaren av likedannede cellemotstandskurver for forskjellige verdier av A/K-avstanden er det videre fastslått at punktet for den minste motstand ligger ved omtrent den samme konsentrasjon av aluminiumoksyd i badet for alle kurver. Disse forhold fører med andre ord til den slutning at den laveste cellemotstand som kan oppnås ved variasjon av aluminiumoksydinnholdet i badet, fås ved en optimal aluminiumoksydkonsentrasjon eller i et smalt konsen-trasjonsområde for alle reduksjonsovner uavhengig av A/K-avstanden. Det er også funnet at de påviste forandringer i cellemotstanden ved reduksjonen kan anvendes som et middel til å påvise motsvarende forandringer i aluminiumoksydkonsentrasjonen, slik at der fås en fremgangsmåte til å styre mat-ningsprogrammet for å oppnå ønskede driftsbetingelser for cellen. According to the invention, it has been discovered that when the A/K distance is constant and the operating conditions otherwise stable, the characteristic for the cell resistance as a function of the aluminum oxide concentration is convex downwards, which indicates the presence of one or more minimum values for the component of the cell resistance due to the aluminum oxide concentration. When considering the group of similar cell resistance curves for different values of the A/K distance, it is further established that the point of the smallest resistance lies at approximately the same concentration of aluminum oxide in the bath for all curves. In other words, these conditions lead to the conclusion that the lowest cell resistance that can be achieved by varying the alumina content in the bath is obtained at an optimum alumina concentration or in a narrow concentration range for all reduction furnaces regardless of the A/K distance. It has also been found that the detected changes in the cell resistance during the reduction can be used as a means of detecting corresponding changes in the aluminum oxide concentration, so that a method is obtained to control the feeding program in order to achieve desired operating conditions for the cell.

Den absolutte verdi av cellemotstanden vil imidlertid ikke nødvendigvis utgjøre en effektiv styrefunksjon hvis badmotstanden endrer seg i ukjent grad som følge av sporadiske forandringer av A/K-avstanden. Ytterligere iakttagelser av celle-forholdene har vist at A/K-avstanden ikke forandrer seg vesentlig for vanlige celler over et betydelig tidsrom mellom etter hinannen følgende trappeope-rasjoner til fjerning av oppsamlet aluminium, først og fremst fordi hastigheten av reduksjonen av A/K-avstanden som følge av økende volum av smeltet aluminium i cellen i stor utstrekning oppveies av det gradvise forbruk av karbonanodene, noe som er til-bøyelig til å øke A/K-avstanden. I alle tilfelle kan en eventuell foreliggende ubalanse utlignes ved selek-tiv korrigering av den forekommende avstand mellom anoden og katoden. Det er således funnet at en forbedret drift av cellen kan oppnås når der ar-beides med en hovedsakelig konstant (eller på annen måte fastlagt) A/K-avstand som er basert på et bestemt kriterium som f. eks. størst mulig produk-sjon uttrykt i kg/kWh, samtidig som cellemotstanden (eller spenningen i tilfelle av konstant strøm) styres av et mateprogram hvor tilsetningen av aluminiumoksyd finner sted som svar på forandringer av cellemotstanden som påvises ved hyppige obser-vasjoner. However, the absolute value of the cell resistance will not necessarily constitute an effective control function if the bath resistance changes to an unknown degree as a result of occasional changes in the A/K distance. Further observations of the cell conditions have shown that the A/K distance does not change significantly for ordinary cells over a considerable period of time between successive stair operations to remove collected aluminum, primarily because the rate of reduction of the A/K- the distance due to increasing volume of molten aluminum in the cell is largely offset by the gradual consumption of the carbon anodes, which tends to increase the A/K distance. In all cases, any existing imbalance can be compensated for by selective correction of the existing distance between the anode and the cathode. It has thus been found that an improved operation of the cell can be achieved when working with a substantially constant (or otherwise determined) A/K distance which is based on a certain criterion such as e.g. greatest possible production expressed in kg/kWh, while the cell resistance (or the voltage in the case of constant current) is controlled by a feeding program where the addition of aluminum oxide takes place in response to changes in the cell resistance that are detected by frequent observations.

Den foreliggende oppfinnelse går således ut på en fremgangsmåte til drift av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, hvor aluminiumoksyd oppløst i et saltsmeltebad reduseres til aluminiummetall ved at en elektrisk strøm føres gjennom badet, og hvor cellemotstanden ved konstant anode/ katode-avstand har en minimumsverdi ved en bestemt aluminium-oksyd-konsentrasjon i badet og øker på begge sider av denne konsentrasjon,karakterisert vedat retningen for forandring av cellemotstanden påvises periodisk, og at tilførselen av aluminiumoksyd til badet reguleres som svar på en overgang fra en nedadgående til en oppadgående trend i motstanden for å motvirke denne oppadgående trend og holde cellemotstanden i nærheten av minimumsverdien. The present invention thus concerns a method for operating an electrolytic cell for the production of aluminium, where aluminum oxide dissolved in a salt melting bath is reduced to aluminum metal by passing an electric current through the bath, and where the cell resistance at a constant anode/cathode distance has a minimum value at a certain aluminum oxide concentration in the bath and increases on both sides of this concentration, characterized in that the direction of change in the cell resistance is detected periodically, and that the supply of aluminum oxide to the bath is regulated in response to a transition from a downward to an upward trend in resistance to counteract this upward trend and keep the cell resistance close to the minimum value.

I det følgende vil det bli belyst hvorledes dette kan utføres i praksis. Reduksjonscellen er forsynt med en aluminiumoksydmatningsinnretning med to matningshastigheter, hvorav den ene er mindre og den andre større enn den hastighet som aluminiumoksydinnholdet i badet forbrukes med under fremstillingen av aluminium. Etter starten fortsetter driften av cellen med matningsinnretningen innstilt på den ene eller den annen av disse matningshastigheter, f. eks. den laveste hastighet, samtidig som A/K-avstanden er innstilt på en på forhånd bestemt verdi. Når der oppdages eller kan forutsies en økning av cellemotstanden, blir matningsinnretningen slått over på den høyere hastighet og holdt på denne hastighet inntil økningen av cellemotstanden avtar, stanser eller snur. Når der deretter oppdages eller forutsies en økning av cellemotstanden, noe som an-tyder at aluminiumoksydkonsentrasjonen nærmer seg en verdi på den motsatte side av minimums-punktet på cellemotstandskurven, blir matningsinnretningen påny slått over til den lavere hastighet. Ytterligere justering av matningsinnretningen fortsetter etter de samme retningslinjer. Avhengig av det variasjonsområde for oksydinnholdet som er valgt for styringen, kan cellemotstanden på denne måte holdes hovedsakelig konstant ved eller i nærheten av den aluminiumoksydkonsentrasjon som gir den laveste motstand. In the following, it will be explained how this can be carried out in practice. The reduction cell is provided with an alumina feed device with two feed rates, one of which is lower and the other higher than the rate at which the alumina content in the bath is consumed during the production of aluminium. After the start, operation of the cell continues with the feed device set at one or the other of these feed rates, e.g. the lowest speed, while the A/K distance is set to a predetermined value. When an increase in the cell resistance is detected or can be predicted, the feeding device is switched to the higher speed and kept at this speed until the increase in the cell resistance decreases, stops or reverses. When an increase in the cell resistance is then detected or predicted, which indicates that the aluminum oxide concentration is approaching a value on the opposite side of the minimum point on the cell resistance curve, the feeding device is again switched over to the lower speed. Further adjustment of the feeding device continues according to the same guidelines. Depending on the range of variation for the oxide content selected for the control, the cell resistance can in this way be kept substantially constant at or near the aluminum oxide concentration which gives the lowest resistance.

Alternative modifikasjoner av denne generelle fremgangsmåte kan anvendes for å holde cellemotstanden innen andre foreskrevne grenser. Når det gjelder Søderberg-celler kan f. eks. vanskeligheten med å fordele aluminiumoksydet over hele badet gjøre det nødvendig å arbeide på den side av mini-mumet som svarer til et lavere aluminiumoksydinnhold, og ved en cellemotstand som er noe større enn den minimale motstand. De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen, nemlig påvisningen av forandringer av cellemotstanden og tilførsel av aluminium-oksyd til badet som svar på disse forandringer på en slik måte at en oppadgående trend som etterfølger en nedadgående trend, motvirkes, er imidlertid til-stede også ved anvendelse av oppfinnelsen på Sø-derberg-celler. Alternative modifications of this general procedure can be used to keep the cell resistance within other prescribed limits. When it comes to Søderberg cells, e.g. the difficulty of distributing the aluminum oxide over the whole bath makes it necessary to work on the side of the minimum which corresponds to a lower aluminum oxide content, and at a cell resistance which is somewhat greater than the minimum resistance. The characteristic features of the invention, namely the detection of changes in the cell resistance and supply of aluminum oxide to the bath in response to these changes in such a way that an upward trend that follows a downward trend is counteracted, are also present when using the invention of Sø-derberg cells.

Fordi denne nye fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen gjøre det mulig å holde aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet innenfor et snevert område, muliggjør den også anvendelse av cellemotstanden til oppnåelse av en mer nøyaktig innstilling av avstanden mellom anoden og katoden når aluminiumoksydkonsentrasjonen ligger innenfor reguleringsområdet. Anode/katode-avstanden kan således i en tid da motstandsreguleringen av aluminiumoksydtil-førselen har holdt aluminiumkonsentrasjonen i badet innenfor reguleringsområdet, reguleres for å innstille cellemotstanden på en på forhånd fastlagt tallverdi svarende til den ønskede anode/katode-avstand for fortsatt drift av cellen. Because this new method according to the invention makes it possible to keep the aluminum oxide concentration in the bath within a narrow range, it also enables the use of the cell resistance to achieve a more accurate setting of the distance between the anode and the cathode when the aluminum oxide concentration is within the regulation range. The anode/cathode distance can thus, during a time when the resistance regulation of the alumina supply has kept the aluminum concentration in the bath within the regulation range, be regulated to set the cell resistance to a predetermined numerical value corresponding to the desired anode/cathode distance for continued operation of the cell.

Et eksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser skjematisk en aluminiumoksydre-duksjonscelle. Fig. 2 viser et diagram av en reduksjonscelle med tilhørende avfølings- og styreorganer som kan anvendes ved utførelse av oppfinnelsen. Fig. 3 viser typiske forløp av aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet og motstanden i en alumini-umoksydreduksjonscelle som funksjon av tiden etter en bestemt mateoperasjon. Fig. 4 viser det eksperimentelt observerte for-løp dels av den samlede cellemotstand med forskjellige A/K-avstander og dels av de forskjellige kompo-nenter av cellespenningen over en aluminiumoksyd-reduksjonscelle som arbeider ved en konstant A/K-avstand og med konstant cellestrøm, som funksjon av aluminiumoksydinnholdet i badet. An example of the invention will now be described with reference to the drawing. Fig. 1 schematically shows an aluminum oxide reduction cell. Fig. 2 shows a diagram of a reduction cell with associated sensing and control devices that can be used in carrying out the invention. Fig. 3 shows typical courses of the aluminum oxide concentration in the bath and the resistance in an aluminum oxide reduction cell as a function of time after a specific feeding operation. Fig. 4 shows the experimentally observed progress partly of the total cell resistance with different A/K distances and partly of the different components of the cell voltage across an aluminum oxide reduction cell that works at a constant A/K distance and with constant cell current, as a function of the aluminum oxide content in the bath.

En aluminiumoksyd-reduksjonscelle som egner seg for utførelse av oppfinnelsen, er skjematisk vist på fig. 1 og omfatter et skall 11 av stål foret med et isolerende skikt 12 og en karbonholdig ledende foring 13. Jernstenger 18 som er innleiret i foringen 13, er forbundet med en katode-samleskinne 19. Foringen 13 inneholder en sump av smeltet aluminium 14 og et bad 15 av aluminiumoksyd som er oppløst i smeltet elektrolytt. Andre former for for-inger og katodeutførelser kan anvendes til å motta det smeltede aluminium 14 og badet 15 og påtrykke det smeltede aluminium 14 et katodisk potensial, f. eks. en ikke-ledende foring og ledende katodeele-menter (f. eks. av titanium diborid eller lignende) som står i berøring med det smeltede aluminium. An aluminum oxide reduction cell which is suitable for carrying out the invention is schematically shown in fig. 1 and comprises a steel shell 11 lined with an insulating layer 12 and a carbonaceous conductive liner 13. Iron bars 18 embedded in the liner 13 are connected to a cathode busbar 19. The liner 13 contains a sump of molten aluminum 14 and a bath 15 of aluminum oxide which is dissolved in molten electrolyte. Other forms of liners and cathode designs can be used to receive the molten aluminum 14 and the bath 15 and apply a cathodic potential to the molten aluminum 14, e.g. a non-conductive lining and conductive cathode elements (e.g. of titanium diboride or the like) which are in contact with the molten aluminium.

Over elektrolytten og delvis neddykket i denne er der opphengt en karbonanode som for en vanlig celle med flere anodeblokker kan bestå av individu-elt innstillbake forhåndsbrente karbonblokker 16 som vist, eller for en vanlig celle av Søderbergtypen kan bestå hovedsakelig av en stor masse karbon som bare er innstillbar som en enhet. Den smeltede elektrolytt 15 er dekket av en skorpe 17 som består hovedsakelig av stivnede elektrolyttbestanddeler og ytterligere aluminiumoksyd. Etterhvert som aluminiumoksyd forbrukes i elektrolytten 15, kan mer aluminiumoksyd mates ned i elektrolytten ved at et parti av skorpen 17 brytes, eller fortrinnsvis ved anvendelse av en mekanisk matningsinnretning 24 for aluminiumoksyd (f. eks. den innretning for matning av tilmålte mengder som er beskrevet i patentskrift nr. 113233). Et forråd av aluminiumoksyd for matningsinnretningen 24 eller for påfylling på skorpen kan passende inneholdes i en binge 23. Anoden 16 bæres av en anodestang 21 som er avtag-bart fastspent på en broskinne 22 som i sin tur er elektrisk forbundet med en anode-samleskinne 20. Anodeskinnen 20 og katodeskinnen 19 er forbundet med hver sin pol av en egnet kilde for elektrolyse-strøm. Above the electrolyte and partially submerged in it is suspended a carbon anode which, for a normal cell with several anode blocks, can consist of individually set back pre-burned carbon blocks 16 as shown, or for a normal cell of the Søderberg type can consist mainly of a large mass of carbon which only is adjustable as a unit. The molten electrolyte 15 is covered by a crust 17 which consists mainly of solidified electrolyte constituents and additional aluminum oxide. As alumina is consumed in the electrolyte 15, more alumina can be fed into the electrolyte by breaking a part of the crust 17, or preferably by using a mechanical feeding device 24 for alumina (e.g. the device for feeding measured quantities described in patent document no. 113233). A supply of aluminum oxide for the feeding device 24 or for filling the crust can suitably be contained in a bin 23. The anode 16 is supported by an anode rod 21 which is removably clamped onto a bridge rail 22 which in turn is electrically connected to an anode busbar 20 The anode rail 20 and the cathode rail 19 are connected to each pole of a suitable source for electrolysis current.

Som følge av den påtrykte elektromotoriske kraft eller spenning bringes elektrolysestrømmen til å strømme gjennom de foran nevnte elektriske for-bindelser og gjennom det smeltede elektrolyttskikt 15 mellom anoden 16 og den smeltede aluminiumsump 14, hvorved aluminiumoksyd som er oppløst i det smeltede elektrolyttskikt, elektrolyseres til sine bestanddeler, idet aluminiummetall samler seg i det smeltede aluminiumskikt 14, mens oksygen fri-gjøres stort sett i forbindelse med karbonet i anoden 16 og unnslipper fra cellen som karbonoksyd og karbondioksyd gjennom huller i skorpen 17. Det aluminium som samler seg, tappes periodisk fra den smeltede sump 14 av aluminium ved hjelp av en hevert, vanligvis med jevne mellomrom på 24 — 48 timer. Anodekarbon tilføres periodisk ved utskift-ning av blokker 16 i celler med flere anoder eller ved tilsetning av ny karbonmasse på toppen av dé selvbrennende Søderberganoder. As a result of the applied electromotive force or voltage, the electrolytic current is caused to flow through the aforementioned electrical connections and through the molten electrolyte layer 15 between the anode 16 and the molten aluminum sump 14, whereby aluminum oxide, which is dissolved in the molten electrolyte layer, is electrolyzed to its constituents, aluminum metal collecting in the molten aluminum layer 14, while oxygen is released mostly in connection with the carbon in the anode 16 and escapes from the cell as carbon oxide and carbon dioxide through holes in the crust 17. The aluminum that collects is periodically drained from the molten sumps 14 of aluminum using a siphon, usually at regular intervals of 24 — 48 hours. Anode carbon is supplied periodically by replacing blocks 16 in cells with several anodes or by adding new carbon mass on top of the self-burning Søderberg anodes.

Den mengde karbonoksydgass som utvikles ved anoden, menes å gi et uttrykk for graden av in-effektivitet av celle. Slik gass utvikles i økede mengder under perioder med celleforstyrrelser som følge av feilaktig innstilling av karbonanodeblokkene 16, slamansamling som delvis dekker berøringsflaten mellom den smeltede aluminiumsump 14 og celleforingen 13, usedvanlig høye temperaturer av smeiten i cellen og andre forhold som kan opptre når cellen ikke drives under optimale betingelser. The amount of carbon dioxide gas developed at the anode is thought to give an expression of the degree of inefficiency of the cell. Such gas is developed in increased quantities during periods of cell disturbances as a result of incorrect setting of the carbon anode blocks 16, sludge accumulation that partially covers the contact surface between the molten aluminum sump 14 and the cell lining 13, unusually high temperatures of the melt in the cell and other conditions that may occur when the cell is not operated under optimal conditions.

Et eksempel på avfølings- og styreorganer som kan anvendes ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er skjematisk vist på fig. 2. På samme måte som på fig. 1 er der i forbindelse med cellen 30 anordnet en katode-samleskinne 19, en anode-samleskinne 20, en anode 16 og en matningsinnretning 24. Anoden 16 er forsynt med forstillingsor-ganer 35 som kan utgjøres av en manuelt betjent kjede eller motor ved hvis hjelp operatøren forsky-ver anoden 16 opp eller ned, og i det foreliggende tilfelle også kan reagere på et signal fra en regnemaskin 40 via en velger (scanner) 39. Matningsinnretningen 24 påvirkes av et styreorgan 31 for matningshastigheten for å innstille matningen av aluminiumoksyd til cellen 30 på ett av minst tre nivåer, nærmere bestemt «av», «høy» og «lav», som innstilles ved betjening av en trestillingsbryter 32. An example of sensing and control devices that can be used in carrying out the present invention is schematically shown in fig. 2. In the same way as in fig. 1, there is arranged in connection with the cell 30 a cathode busbar 19, an anode busbar 20, an anode 16 and a feeding device 24. The anode 16 is provided with actuators 35 which can be constituted by a manually operated chain or motor by help the operator moves the anode 16 up or down, and in the present case can also react to a signal from a calculator 40 via a selector (scanner) 39. The feeding device 24 is influenced by a control means 31 for the feeding speed to set the feeding of aluminum oxide to the cell 30 at one of at least three levels, specifically "off", "high" and "low", which are set by operating a three-position switch 32.

En forsterker 33 for vekselstrømskomponenten av cellespenningen står i elektrisk forbindelse med katodeskinnen 19 og anodeskinnen 20 og påviser, forsterker og integrerer en del (frekvensområdet fra ca. 1 — 20 Hz) av den vekselstrømsspenning som er overlagret likestrømsspenningen som fore-ligger mellom katodeskinnen 19 og anodeskinnen 20, og gir et signal som er proporsjonalt med ampli-tuden av den nevnte vekselstrømskomponent, og som kommer til syne på et instrument 34 og avleses av regnemaskinen 40 gjennom velgeren 39. En innretning som er egnet for dette formål er beskrevet i patentskrift nr. 112739. Vekselstrømskom-ponenten kan anvendes som et uttrykk for en forstyrrelse av cellen som følge av feilaktig innstilling av anodeblokkene i forhold til hverandre eller slam-ansamlinger, slik det vil bli omtalt senere. An amplifier 33 for the alternating current component of the cell voltage is in electrical connection with the cathode rail 19 and the anode rail 20 and detects, amplifies and integrates a part (frequency range from about 1 - 20 Hz) of the alternating current voltage which is superimposed on the direct current voltage which exists between the cathode rail 19 and the anode rail 20, and gives a signal which is proportional to the amplitude of the aforementioned alternating current component, and which appears on an instrument 34 and is read by the calculator 40 through the selector 39. A device which is suitable for this purpose is described in patent document no. 112739. The alternating current component can be used as an expression of a disturbance of the cell as a result of incorrect setting of the anode blocks in relation to each other or sludge accumulations, as will be discussed later.

En motstandsfunksjonsgenerator 36 skaffer et signal som er proporsjonalt med cellemotstanden, og som tilføres et registreringsapparat 37 eller et viserinstrument 38 og kan avleses av regnemaskinen 40 via velgeren 39. Motstandsfunksjonsgeneratoren 36 kan omfatte en generatorplate som er basert på Hall-effekten, og tilføres et likestrømssignal som er omvendt proporsjonalt med strømmen I i cellen, eller ovnsserien. Platen er anbragt mellom polene og i luftgapet for en elektromagnet som forsynes med en strøm proporsjonal med forskjellen, mellom a) spenningen Ep som hersker mellom katodeskinnen 19 og anodeskinnen 20 og b) en på forhånd fastlagt konstant spenning k, hvorved Halleffekt-utgangs-spenningen blir proporsjonal med produktet av (Ep-k) og l/I, slik det er beskrevet i detalj i den ålment tilgjengelige norske patentsøknad nr. 159.712. Alternativt kan cellemotstanden beregnes fra de data som tilføres regnemaskinen 40, slik at der ikke blir behov for noen motstandsfunksjonsgenerator 36. Da den foran nevnte overlagrede vek-selstrømskomponent av cellespenningen kan skape små fluktuasjoner i utgangssignalet fra generatoren 36, er registreringsapparatet 37 og instrumentet 38 fortrinnsvis forsynt med egnede dempningsorganer, mens det signal som avleses av regnemaskinen 40, fortrinnsvis integreres over ett eller flere sekunder før avlesningen. A resistance function generator 36 provides a signal that is proportional to the cell resistance, and which is supplied to a recording device 37 or an indicating instrument 38 and can be read by the calculator 40 via the selector 39. The resistance function generator 36 can comprise a generator plate which is based on the Hall effect, and is supplied with a direct current signal which is inversely proportional to the current I in the cell, or furnace series. The plate is placed between the poles and in the air gap of an electromagnet which is supplied with a current proportional to the difference, between a) the voltage Ep which prevails between the cathode rail 19 and the anode rail 20 and b) a predetermined constant voltage k, whereby the Hall effect output voltage becomes proportional to the product of (Ep-k) and l/I, as described in detail in the widely available Norwegian patent application no. 159,712. Alternatively, the cell resistance can be calculated from the data supplied to the calculator 40, so that there is no need for a resistance function generator 36. As the aforementioned superimposed alternating current component of the cell voltage can create small fluctuations in the output signal from the generator 36, the recording device 37 and the instrument 38 are preferably provided with suitable damping means, while the signal read by the calculator 40 is preferably integrated over one or more seconds before the reading.

I overensstemmelse med et bestemt program forbinder velgeren 39 regnemaskinen 40 med ut-gangssignalene fra hver av en rekke celler som skal styres, enten etter tur eller på ordre fra regnema-skinprogrammet eller av operatøren ettersom det måtte ønskes. Regnemaskinen 40 er forsynt med egnede innmatningsorganer 41 for mottagelse av ytterligere data. In accordance with a specific program, the selector 39 connects the calculator 40 with the output signals from each of a number of cells to be controlled, either in turn or on order from the calculator program or by the operator as desired. The calculator 40 is provided with suitable input means 41 for receiving further data.

På fig. 3 angir kurve A motstanden i en alu-miniumoksydreduksjonscelle som arbeider ved hovedsakelig konstant A/K-avstand, som funksjon av tiden, og kurve B er en utjevnet angivelse av aluminiumoksydinnholdet i badet bestemt ved kjemisk analyse av elektrolyttprøver tatt fra cellen til egnede tider. Kurve A (cellemotstanden) er summen av kurvene C, D og E som angir motstandskompo-nentene<R>ba(i,<R>ytre, respektive Roverspenning. Ved den drift som disse kurver representerer, ble cellen ma-tet med aluminiumoksyd ved gjennombrytning av en del av skorpen 17 på vanlig måte og elektrolysen ble deretter tillatt å fortsette uten ytterligere mekanisk matning inntil aluminiumoksydinnholdet var oppbrukt i en slik grad at der fant sted anodeeffekt. Den topp 47B som forekommer like før tiden T1(viser at matning etter den vanlige fremgangsmåte til å begynne med ga et usedvanlig høyt aluminiumoksydinnhold i den smeltede elektrolytt 15 og videre at den overskytende del ble forbrukt med stør-re hastighet enn hva som var tilfelle senere. Denne raske reduksjon av alumimumoksydinnholdet skyldes tilsynelatende utfelling av aluminiumoksyd som slam på den elektriske berøringsflate mellom celleforingen 13 og den smeltede aluminiumsump 14, noe som bevirker overoppvarmning og reduserer celle-virkningsgraden. Etter tidspunktet Tjavtok cellemotstanden langsommere til en minste verdi RC2ved det tidspunkt som svarte til et aluminiumoksydinnhold som er anmerket ved 54, hvoretter motstanden raskt tiltok etterhvert som alumimumoksydinnholdet avtok ytterligere, inntil der på tidspunktet T3(svarende til den aluminiumoksydkonsentrasjon som er angitt ved 56) ble iakttatt anodeeffekt. In fig. 3, curve A indicates the resistance of an alumina reduction cell operating at substantially constant A/K spacing, as a function of time, and curve B is a smoothed indication of the alumina content of the bath as determined by chemical analysis of electrolyte samples taken from the cell at appropriate times. Curve A (the cell resistance) is the sum of the curves C, D and E which indicate the resistance components<R>ba(i,<R>outer, respectively Rover voltage. In the operation that these curves represent, the cell was fed with aluminum oxide at breaking through part of the crust 17 in the usual way and the electrolysis was then allowed to proceed without further mechanical feeding until the alumina content was exhausted to such an extent that an anode effect took place. The peak 47B occurring just before time T1 (shows that feeding after the conventional methods initially produced an unusually high alumina content in the molten electrolyte 15 and further that the excess was consumed at a greater rate than was the case later. This rapid reduction of the alumina content is apparently due to the precipitation of alumina as sludge on the electrical contact surface between the cell liner 13 and the molten aluminum sump 14, which causes overheating and reduces cell efficiency n. After time Tjav, the cell resistance decreased more slowly to a minimum value RC2 at the time corresponding to an alumina content noted at 54, after which the resistance increased rapidly as the alumina content decreased further, until at time T3 (corresponding to the alumina concentration indicated at 56) observed anode effect.

På fig. 4 viser kurveskaren F-l, F-2, F-3 og F-4 variasjonen av den samlede cellemotstand RC som funksjon av aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet for forskjellige konstante verdier av A/K-avstanden i området mellom det maksimale innhold av aluminiumoksyd (ved 51) som er oppløselig i badet under vanlige driftsbetingelser for cellen, og den konsentrasjon 56 hvor der inntreffer anodeeffekt. Når også cellestrømmen holdes hovedsakelig konstant, vil også variasjonen av cellespenningen ha et forløp som vist for cellemotstanden øverst på fig. 4, og kurvene G, H og J i den nedre del av fig. 4 viser komponentene av denne spenning. Skjønt der i den foreliggende fremstilling er lagt vekt på motstands-kontroll, idet man på denne måte gjør det unødven-dig å holde strømmen konstant, vil det forstås at der ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse under betingelser som gir konstant strøm, kan anvendes en spenningsstyring. In fig. 4 the curves F-1, F-2, F-3 and F-4 show the variation of the total cell resistance RC as a function of the aluminum oxide concentration in the bath for different constant values of the A/K distance in the area between the maximum content of aluminum oxide (at 51) which is soluble in the bath under normal operating conditions for the cell, and the concentration 56 at which anode effect occurs. When the cell current is also kept essentially constant, the variation of the cell voltage will also have a course as shown for the cell resistance at the top of fig. 4, and the curves G, H and J in the lower part of fig. 4 shows the components of this voltage. Although in the present invention emphasis is placed on resistance control, since in this way it is unnecessary to keep the current constant, it will be understood that when carrying out the present invention under conditions that give a constant current, a voltage control.

Det vil ses av kurve F-l på fig. 4 at den tilhør-ende cellemotstand avtar fra et aluminiumoksydinnhold 51 gjennom punktene 55, 55" og 55' til en minimumsverdi ved 54. Hvis der ikke finner sted noen innmatning, vil cellemotstanden passere denne minimumsverdi og deretter øke via de høye verdier ved 53' og 53 inntil aluminiumoksydinnholdet når punktet 56, hvor motstanden raskt øker og cellen oppviser anodeeffekt. Det er videre blitt fastslått at en overraskende egenskap ved skaren av kurver F-l, F-2, F-3 og F-4 er at alle disse kurver passerer sine minimumsverdier (hvor kurvetangenten er horisontal) ved omtrent det samme punkt 54 for aluminiumoksydkonsentrasjonen, noe som tyder på at der for en bestemt reduksjonscelle finnes en stort sett optimal aluminiumoksydkonsentrasjon for et vidt område av A/K-avstanden. Denne opp-dagelse betyr at så snart de foran nevnte kurvefor-løp er bestemt, kan cellen drives kontinuerlig ved eller nær den optimale aluminiumoksydkonsentrasjon ved overvåkning og anvendelse av cellemot-standsegenskapene uten at det er nødvendig periodisk å fastslå konsentrasjonen i badet ved direkte analyse. It will be seen from curve F-1 in fig. 4 that the associated cell resistance decreases from an aluminum oxide content 51 through points 55, 55" and 55' to a minimum value at 54. If no input takes place, the cell resistance will pass this minimum value and then increase via the high values at 53' and 53 until the alumina content reaches point 56, where the resistance rapidly increases and the cell exhibits anode effect. It has further been found that a surprising feature of the set of curves F-1, F-2, F-3 and F-4 is that all these curves pass their minimum values (where the tangent of the curve is horizontal) at about the same point 54 for the alumina concentration, which suggests that for a particular reduction cell there is a largely optimal alumina concentration for a wide range of the A/K distance. This finding means that then as soon as the aforementioned curve progressions are determined, the cell can be operated continuously at or near the optimum alumina concentration by monitoring and using cell resistance meters properties without it being necessary to periodically determine the concentration in the bath by direct analysis.

De bestemte verdier av aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet som svarer til punktene 51, 54 og 56, er avhengige av forskjellige parametre med hensyn til utførelse og drift, og de verdier av cellemotstanden som svarer til forskjellige aluminium-oksydkonsentrasjoner, er også avhengig av disse forhold og spesielt av A/K-avstanden i cellen. Når imidlertid anoden og katoden i cellen er anbragt i den ønskede A/K-avstand for en bestemt celle, er det unødvendig å ta disse forhold i betraktning ved de rutinemessige styreoperasjoner. Aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet innstilles således på en på en på forhånd bestemt optimal verdi under henvisning til kurve A, og den etterfølgende matning av cellen bygger på en overvåkning av variasjonene i cellemotstanden slik de kommer til syne på viser-instrumentet 38 eller fortrinnsvis registreringsapparatet 37. The specific values of the aluminum oxide concentration in the bath corresponding to points 51, 54 and 56 depend on various parameters with respect to execution and operation, and the values of the cell resistance corresponding to different aluminum oxide concentrations also depend on these conditions and in particular of the A/K distance in the cell. However, when the anode and the cathode in the cell are placed at the desired A/K distance for a particular cell, it is unnecessary to take these conditions into account in the routine control operations. The aluminum oxide concentration in the bath is thus set to a predetermined optimum value with reference to curve A, and the subsequent feeding of the cell is based on a monitoring of the variations in the cell resistance as they appear on the display instrument 38 or preferably the recording device 37.

Etterhvert som aluminiumoksyd forbrukes ved elektrolysevirkning, vil det av fig. F-l på fig. 4 ses at cellemotstanden ved aluminiumoksydinnholdet 54 er økende, og operatøren vil derfor mate cellen ved f. eks. å bryte igjennom et parti av skorpen 17 som etter operatørens skjønn vil heve aluminiumoksydinnholdet i cellen til en verdi 55 som ikke er større enn den verdi 51 hvor der finner sted slamdannelse. Ved hver mateoperasjon vil operatøren vinne erfar-ing med hensyn til den del av skorpen som må brytes, ved å iaktta variasjonen av motstanden med tiden og særlig ved å legge merke til om der opp-trer en motstandstopp som vist ved 47A på kurve A på fig. 3. Etterhvert som elektrolysevirkningen fort setter, vil konsentrasjonen igjen avta til verdien 53, hvor operatøren igjen vil legge merke til den økende cellemotstand og mate cellen slik at han faktisk hol-der aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet mellom grensene 53 og 55. Styringsgrensene kan angis som forskjeller i den absolutte verdi av cellemotstanden eller som forandringer i størrelsen eller fortegnet av tangenten til motstandskurven i det ønskede styre-område. As aluminum oxide is consumed by electrolysis, fig. F-1 in fig. 4 it can be seen that the cell resistance at the aluminum oxide content 54 is increasing, and the operator will therefore feed the cell at e.g. to break through a part of the crust 17 which, at the discretion of the operator, will raise the aluminum oxide content in the cell to a value 55 which is not greater than the value 51 where sludge formation takes place. At each feeding operation, the operator will gain experience with regard to the part of the crust that must be broken, by observing the variation of the resistance with time and especially by noting whether a resistance peak occurs as shown at 47A on curve A on fig. 3. As the electrolysis effect continues, the concentration will decrease again to the value 53, where the operator will again notice the increasing cell resistance and feed the cell so that he actually keeps the aluminum oxide concentration in the bath between the limits 53 and 55. The control limits can be specified as differences in the absolute value of the cell resistance or as changes in the size or sign of the tangent to the resistance curve in the desired control range.

Når cellen er forsynt med en matningsinnretning 24 og organer 31 til styring av matningshastigheten og der ved aluminiumoksydinnholdet 53 fast-slås at cellemotstanden er økende, vil operatøren eller regnemaskinsystemet slå trestillingsbryteren 32 over fra «lav», hvor der som følge av kalibrering på forhånd leveres aluminiumoksyd til cellen med en lavere hastighet enn forbrukshastigheten, til «høy», hvor der som følge av en forhåndskalibrer-ing leveres aluminiumoksyd til cellen med en hastighet som er større enn forbrukshastigheten. Etterhvert som aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet øker som følge av den høyere matningshastighet, vil cellemotstanden først avta, deretter tilsynelatende forbli konstant og endelig begynne å øke ved aluminiumoksydinnholdet 55". Når det angis at cellemotstanden er økende eller har holdt seg hovedsakelig konstant i et valgt tidsrom, slås bryteren 32 over fra «høy» til «lav» og cellemotstanden blir redusert etterhvert som aluminiumoksydkonsentrasjonen igjen avtar mot 53. Ved periodisk betjening av bryteren 32 i overensstemmelse med variasjonene i cellemotstanden blir således aluminiumoksydinnholdet holdt innen de ønskede grenser. When the cell is provided with a feeding device 24 and organs 31 for controlling the feeding rate and it is determined by the aluminum oxide content 53 that the cell resistance is increasing, the operator or the calculator system will turn the three-position switch 32 over from "low", where as a result of calibration in advance alumina to the cell at a lower rate than the consumption rate, to "high", where, as a result of a pre-calibration, alumina is delivered to the cell at a rate that is greater than the consumption rate. As the alumina concentration in the bath increases due to the higher feed rate, the cell resistance will first decrease, then apparently remain constant, and finally begin to increase at the alumina content of 55". When it is indicated that the cell resistance is increasing or has remained substantially constant for a selected period of time, the switch 32 is switched from "high" to "low" and the cell resistance is reduced as the alumina concentration again decreases towards 53. By periodically operating the switch 32 in accordance with the variations in the cell resistance, the alumina content is thus kept within the desired limits.

Anvendelsen av en regnemaskin 40 i styresy-stemet gjør det vanligvis mulig å oppdage forandringer i motstandskurven som funksjon av tiden mere nøyaktig enn hva som er mulig for operatøren. Regnemaskinen 40 kan således hvis det ønskes anvendes til å avføle en styregrense 53' ved en høyere oksydkonsentrasjon enn 5, slik at badkonsentra-sjonen kan holdes innen de snevrere grenser 53' og 55" eller 53' og 55'. Hvis dessuten matningsinnretningen 24 kan styres fra regnemaskinen 40 via styreorganene 31 og bryteren 32, kan operatøren stort sett avlastes for sine plikter med hensyn til herredømmet over oksydinnholdet i cellen. The use of a calculator 40 in the control system usually makes it possible to detect changes in the resistance curve as a function of time more accurately than is possible for the operator. The calculator 40 can thus, if desired, be used to detect a control limit 53' at a higher oxide concentration than 5, so that the bath concentration can be kept within the narrower limits 53' and 55" or 53' and 55'. If, moreover, the feeding device 24 can is controlled from the calculator 40 via the control means 31 and the switch 32, the operator can largely be relieved of his duties with regard to the control over the oxide content in the cell.

Skjønt det kontinuerlige forbruk av karbon fra anoden skaper en potensiell økning av A/K-avstanden og dermed av cellens motstand, er det funnet at dette finner sted tilstrekkelig langsomt (i aluminiumoksyd-reduksjonsceller av vanlig utførelse hvor katodeoverflaten er større enn den tilgrensende anodeoverflate) til at muligheten for regulering av aluminiumoksydinnholdet i cellen på den foran angitte måte ikke reduseres. De små forandringer i motstanden som finner sted av denne grunn, kan der tas betryggende hensyn til ved justering av anoden etter tapping av metall og ved ikke særlig hyppige periodiske justeringer av anoden til den ønskede A/K-avstand hvor det er nødvendig. Although the continuous consumption of carbon from the anode creates a potential increase of the A/K distance and thus of the cell's resistance, it has been found that this takes place sufficiently slowly (in conventional alumina reduction cells where the cathode surface is larger than the adjacent anode surface) so that the possibility of regulating the aluminum oxide content in the cell in the manner indicated above is not reduced. The small changes in resistance that take place for this reason can be safely taken into account when adjusting the anode after tapping metal and by not very frequent periodic adjustments of the anode to the desired A/K distance where necessary.

Kontroll med skorpedannelse på sidene.Control of crust formation on the sides.

Der er kjent visse aluminiumoksyd-reduksjons-celler hvor det er ønskelig å beskytte de hovedsakelig vertikale overflater av celleforingen 13 eller skallet 11 mot korrosjon og errosjon ved å vedlike-holde en «kant» eller et skikt av stivnet elektrolytt i cellen (se 55a på fig 1). Herredømmet over tykkel-sen av denne kant, som kan være avgjørende, blir for tiden overlatt til operatørens skjønn. Denne fremgangsmåte kan forbedres ved at der i styresy-stemet ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes et sett på tre konsentrasjonsgrenser hvor kanttyk-kelsen henholdsvis reduseres langsomt, holdes konstant og langsomt øker. En operatør behøver deretter bare å velge et av disse kontrollområder alt etter som man anser kanten for å være for tykk, omtrent riktig eller for tynn. Certain aluminum oxide reduction cells are known where it is desirable to protect the mainly vertical surfaces of the cell lining 13 or the shell 11 against corrosion and erosion by maintaining an "edge" or a layer of solidified electrolyte in the cell (see 55a on fig 1). Control over the thickness of this edge, which can be decisive, is currently left to the discretion of the operator. This method can be improved by using in the control system according to the present invention a set of three concentration limits where the edge thickness is respectively slowly reduced, kept constant and slowly increased. An operator then only needs to select one of these control areas depending on whether the edge is considered to be too thick, about right or too thin.

Påvisning av forstyrredetilstander.Detection of disturbed states.

Det signal fra forsterkeren 33 for vekselstrøms-komponenten som fremkommer på instrumentet 34, som kan omfatte et viserinstrument eller ett eller flere signallys, gir operatøren eller regnemaskinen 40 beskjed om en forstyrrelse i cellen, og arten av det forhold som ligger til grunn for forstyrrelsen, kan fastlegges ved andre overveielser. Under ønskede driftsbetingelser vil styrken av signalet være re-lativt liten for celler med flere anodeblokker (og hovedsakelig reproduserbart konstant for celler med en eneste anode med en stor flat overflate, som f. eks. Søderberganoder). The signal from the amplifier 33 for the alternating current component that appears on the instrument 34, which may include an indicating instrument or one or more signal lights, informs the operator or the calculator 40 of a disturbance in the cell, and the nature of the condition underlying the disturbance, can be determined by other considerations. Under desired operating conditions, the strength of the signal will be relatively small for cells with several anode blocks (and essentially reproducibly constant for cells with a single anode with a large flat surface, such as, for example, Søderberg anodes).

Hvis signalstyrken øker over sin normale verdi etter at et parti av skorpen 17 er brudt, vil opera-tøren eller regnemaskinen være klar over at forstyrrelsen skyldes nærvær av aluminiumoksydholdig slam i cellen. I såfall blir den neste manuelle matning sløyfet, eller bryteren 32 for styringsorganet 31 for matningshastigheten settes i «av»-stillingen. En anodekorrigering vil vanligvis hverken være nødvendig eller ønskelig på dette stadium. Driften av cellen fortsettes uten matning inntil signalet på indikatoren 34 er gått tilbake til sin normale verdi eller til der på annen måte angis at der er behov for gjenopptagelse av matningen. If the signal strength increases above its normal value after a part of the crust 17 is broken, the operator or calculator will be aware that the disturbance is due to the presence of alumina-containing sludge in the cell. In this case, the next manual feeding is skipped, or the switch 32 for the control member 31 for the feeding speed is set to the "off" position. An anode correction will usually be neither necessary nor desirable at this stage. The operation of the cell is continued without feeding until the signal on the indicator 34 has returned to its normal value or until it is otherwise indicated that there is a need to resume the feeding.

En høy avlesning på indikatoren 34 i fravær av forstyrrelser som følge av tapping eller sterk mating angir at én eller flere av anodeblokkene 16 er lavt plasert i forhold til de øvrige blokker og fører en usedvanlig høy strøm. Denne tilstand finner ofte sted i vanlig drevne celler med flere anodeblokker og bevirker at celleytelsen reduseres og un-dertiden at metallforbindelsen til den angjeldende blokk smelter. Når operatøren leser av en høy verdi på indikatoren 34 uten at cellen nettopp er blitt tappet eller har mottatt store mengder aluminium-oksyd, vil operatøren justere stillingen av de enkelte blokker 16 i forhold til hverandre slik at hver blokk bærer sin andel av strømmen, idet han anven-der organer til å måle strømmen i hver blokk. Slike strømmåleorganer kan omfatte kalibrerte motstander i den elektriske krets mellom blokken 16 og anodeskinnen 20 eller fortrinnsvis en bærbar strøm-måler til å måle strømmen i stangen 31. A high reading on the indicator 34 in the absence of disturbances as a result of tapping or heavy feeding indicates that one or more of the anode blocks 16 is positioned low in relation to the other blocks and carries an unusually high current. This condition often occurs in normally operated cells with several anode blocks and causes the cell performance to be reduced and sometimes the metal connection to the relevant block to melt. When the operator reads a high value on the indicator 34 without the cell having just been drained or having received large amounts of aluminum oxide, the operator will adjust the position of the individual blocks 16 in relation to each other so that each block carries its share of the current, he uses organs to measure the current in each block. Such current measuring means may comprise calibrated resistors in the electrical circuit between the block 16 and the anode rail 20 or preferably a portable current meter to measure the current in the rod 31.

Til tross for at man regner at der er betydelige forskjeller med hensyn til den strømførende kapasi-tet av den serie blokker som utgjør en anode, vil operatøren vanligvis allikevel innstille hver enkelt blokk på omtrent den samme strømbelastning, først og fremst fordi der tidligere ikke har vært tilgjen-gelig noen egnet fremgangsmåte til nøyaktig å for-utsi hva strømbelastningen vil være for hver blokk, slik at operatøren har stolt på systemets naturlige tilbøyelighet til å korrigere seg selv under drift. Det er imidlertid funnet at selvkorrigeringen er så lang-som og så ofte blir forstyrret at operatørens forsøk på å korrigere de enkelte blokker at en optimal innstilling av anoder med flere blokker sjelden blir oppnådd. Despite the fact that there are significant differences with regard to the current-carrying capacity of the series of blocks that make up an anode, the operator will usually still set each individual block to approximately the same current load, primarily because there has previously been no been available some suitable method to accurately predict what the current load will be for each block, so that the operator has relied on the system's natural tendency to correct itself during operation. However, it has been found that the self-correction is so long and so often disturbed by the operator's attempts to correct the individual blocks that an optimum setting of anodes with multiple blocks is seldom achieved.

Hvis cellemotstanden RC avtar under sin normale verdi for det optimale innhold 54 av aluminiumoksyd mens indikatoren 34 ikke angir noen unor-mal tilstand, er cellen i ferd med å bli overoppvar-met, og anoden 16 blir senket for å redusere cellemotstanden og inngangseffekten til cellen. If the cell resistance RC decreases below its normal value for the optimum alumina content 54 while the indicator 34 indicates no abnormal condition, the cell is in the process of overheating and the anode 16 is lowered to reduce the cell resistance and input power to the cell. .

For en Søderbergcelle kan imidlertid en vedvarende forandring av indikatoren 34 fra sin normale stilling når cellen ikke er blitt forstyrret som følge av tapping eller bryting av skorpen, angi innledningen eller begynnelsen til en elektrisk kortslut-ning over det smeltede elektrolyttiske skikt 15 mellom anoden og det smeltede aluminiumskikt 14, noe som krever innledning av korrigerende forholdsreg-ler for å fjerne en utragende del av anoden. For a Søderberg cell, however, a persistent change of the indicator 34 from its normal position when the cell has not been disturbed as a result of tapping or breaking of the crust, may indicate the initiation or beginning of an electrical short circuit across the molten electrolytic layer 15 between the anode and the molten aluminum layer 14, which requires the initiation of corrective measures to remove a protruding part of the anode.

På den annen side vil der anvendes en noe for-skjellig styreprosess i forbindelse ved tapping av cellen for fjerning av aluminium. Det er f. eks. funnet ønskelig å korrigere A/K-avstanden etter avslut-ning av tappeoperasjonen ved at anode/katodeav-standen innstilles på en til å begynne med høyere cellemotstand enn den som ellers ville ha vært optimal under mer stabile operasjonsbetingelser. Under disse omstendigheter er det vanligvis tilrådelig også å avbryte den manuelle mating eller innstille matningsinnretningen på lav matningshastighet. Driften av cellen blir deretter fortsatt for å tillate cellen å reagere på disse styretiltak, og ytterligere styreoperasjoner kan finne sted hvis der inntreffer én eller flere ytterligere forstyrrelser. I fravær av forstyrrelser kan A/K-avstanden deretter trinnvis kor-rigeres på ny nærmere den ønskede innstilling for vanlig drift etterhvert som cellen går tilbake til sta-bil tilstand. On the other hand, a somewhat different control process will be used in connection with tapping the cell to remove aluminium. It is e.g. found it desirable to correct the A/K distance after completion of the tapping operation by setting the anode/cathode distance to an initially higher cell resistance than that which would otherwise have been optimal under more stable operating conditions. In these circumstances, it is usually advisable to also interrupt the manual feed or set the feed device to a low feed speed. Operation of the cell is then continued to allow the cell to respond to these control actions, and further control operations may take place if one or more additional disturbances occur. In the absence of disturbances, the A/C distance can then be gradually corrected again closer to the desired setting for normal operation as the cell returns to a stable state.

Hvis der deretter oppdages en forstyrrelse, tol-kes dette som at der er behov for å undersøke om en karbonblokk er for lavt plasert (på samme måte som man behandler forstyrrelser som ikke er forbundet med tapping eller usedvanlig stor mating av cellen, slik det er omtalt tidligere). Hvis der imidlertid oppdages en forstyrrelse under drift med den høyere motstand, vil en vedvarende angivelse av en forstyrrelse ha sammenheng med utviklingen av en slamtilstand som gjør det nødvendig å stanse mating av aluminiumoksyd til badet og også kan kreve at anodene heves, særlig hvis A/K-avstanden i mellom-tiden er stilt noe tilbake fra den foran nevnte innstilling hvor motstanden er høyere. Inntil angivelsen av en forstyrrelse er opphørt blir matingen da full-stendig avbrutt, eller matningsinnretningen innstilles på en redusert hastighet som ikke er større enn den nevnte lave matningshastighet av matningsinnretningen. If a disturbance is then detected, this is interpreted as a need to investigate whether a carbon block is placed too low (in the same way as one treats disturbances that are not connected to draining or unusually large feeding of the cell, as is mentioned earlier). If, however, a disturbance is detected during operation with the higher resistance, a persistent indication of a disturbance will be associated with the development of a sludge condition which will necessitate stopping the feed of alumina to the bath and may also require the anodes to be raised, particularly if A/ The K-distance in the meantime has been set somewhat back from the previously mentioned setting where the resistance is higher. Until the indication of a disturbance has ceased, the feeding is then completely interrupted, or the feeding device is set to a reduced speed which is not greater than the mentioned low feeding speed of the feeding device.

Vanligvis blir derfor A/K-avstanden øket noe etter en tappeoperasjon, og en justering av denne avstand i retning tilbake til den normale cellemotstand (svarende til en optimal A/K-avstand for kontinuerlig drift av cellen) utføres bare i fravær av forstyrrelser som skyldes enten slamdannelse som følge av usedvanlig store mengder uoppløst aluminiumoksyd eller en lav karbonblokk. Usually, therefore, the A/K distance is increased somewhat after a tapping operation, and an adjustment of this distance in the direction back to the normal cell resistance (corresponding to an optimal A/K distance for continuous operation of the cell) is only carried out in the absence of disturbances that is due to either sludge formation as a result of unusually large amounts of undissolved aluminum oxide or a low carbon block.

Regulering av A/ K- avstanden.Regulation of the A/K distance.

Ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse i overensstemmelse med hva som er beskrevet foran holdes aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet innen et på forhånd bestemt område. Når det oppdages at aluminiumoksydkonsentrasjonen har en bestemt verdi innenfor styreområdet, vil operatøren overveie behovet for regulering av anoden for å oppnå en cellemotstand som svarer til en på forhånd fastlagt optimal verdi av A/K-avstanden. Deretter vil operatøren holde anodestillingen hovedsakelig uendret gjennom hele resten av aluminiumoksyd-styreperioden. Når aluminiumoksydkonsentrasjonen i badet igjen når den samme eller en annen kjent verdi, vil operatøren gjenta operasjonen med den nødvendige korrigering av anodestillingen. When carrying out the present invention in accordance with what is described above, the aluminum oxide concentration in the bath is kept within a predetermined range. When it is discovered that the aluminum oxide concentration has a certain value within the control range, the operator will consider the need for regulation of the anode to achieve a cell resistance that corresponds to a predetermined optimum value of the A/K distance. The operator will then keep the anode position essentially unchanged throughout the remainder of the alumina control period. When the aluminum oxide concentration in the bath again reaches the same or another known value, the operator will repeat the operation with the necessary correction of the anode position.

Fremgangsmåten til å fastlegge den optimale A/K-avstand og fra denne beregne den tilsvarende verdi for cellemotstanden vil fremgå av den etter-følgende redegjørelse. Den effektive A/K-avstand i cellen kan fås fra en matematisk formel som er av-ledet fra resultatene av noen få enkelte forsøk ut-ført mens aluminiumoksydkonsentrasjonen holdes hovedsakelig konstant. Den således oppnådde A/K-avstand blir så avmerket som funksjon av tilhør-ende verdier for egenskaper som angir cellens yte-evne, f. eks. produksjonsmengden, som fås gjennom kjenskap til vekten av det aluminiumoksyd som til-settes cellen, og vekten av det aluminium som fjernes fra cellen i løpet av et egnet tidsrom, eller på andre måter. Den A/K-avstand som svarer til den største produksjonsmengde av cellen, blir deretter anslått på grunnlag av de inntegnede verdier. Denne optimale verdi for A/K-avstanden blir deretter anvendt til beregning av den tilsvarende cellemotstand for en på forhånd fastlagt inngangseffekt til anlegget. The procedure for determining the optimal A/K distance and from this calculating the corresponding value for the cell resistance will be apparent from the following explanation. The effective A/K distance in the cell can be obtained from a mathematical formula which is derived from the results of a few individual experiments carried out while keeping the alumina concentration essentially constant. The A/K distance thus obtained is then marked as a function of associated values for properties that indicate the cell's performance, e.g. the production quantity, which is obtained through knowledge of the weight of the aluminum oxide that is added to the cell, and the weight of the aluminum that is removed from the cell during a suitable period of time, or in other ways. The A/K distance corresponding to the largest production quantity of the cell is then estimated on the basis of the recorded values. This optimal value for the A/K distance is then used to calculate the corresponding cell resistance for a predetermined input power to the plant.

Verdien av cellemotstanden RC for det bestemte The value of the cell resistance RC for the determined

aluminiumoksydinnhold fås som summen av:alumina content is obtained as the sum of:

1. Den ytre motstand Rytre, som består av summen av de ohmske motstander i de elektriske kretser for a) anodesystemet mellom anodestrømskinnen 20 og karbonblokken 16, inklusive disse organer og b) katodesystemet mellom det smeltede aluminiumskikt 14 og katodestrømskinnen 19, inklusive de nevnte organer, idet disse motstander måles periodisk med egnede elektriske måleinstrumenter. 2. Den motstandsgivende del av overspenningen Roverspenning somfås som den første deriverte av anodeoverspenningen med hensyn på cellestrømmen fra målinger ved en rekke forskjellige cellestrøm-mer av spenningsforskjellen mellom på den ene side en referanseelektrode av karbon eller grafitt som er omgitt av en konstant sammensatt blanding av CO2og CO (N. E. Richards and B. J. Welch, «Extractive Metallurgy of Aluminium» Volume 2, John Wiley & Sons, New York 1963), og som står i berøring med den smeltede elektrolytt inne i et hull som strekker seg gjennom karbonblokken 16, og på den annen side et punkt inne i blokken 16 nær det nevnte hull og nær bunnen av blokken, men beskyt-tet mot inntrengning av smeltet elektrolytt, og 3. motstanden av den smeltede elektrolytt RBsom er bestemt av ligningen 1. The external resistance Rytre, which consists of the sum of the ohmic resistances in the electrical circuits for a) the anode system between the anode current rail 20 and the carbon block 16, including these organs and b) the cathode system between the molten aluminum layer 14 and the cathode current rail 19, including the aforementioned organs , as these resistances are measured periodically with suitable electrical measuring instruments. 2. The resistive part of the overvoltage Rover voltage which is obtained as the first derivative of the anode overvoltage with respect to the cell current from measurements at a number of different cell currents of the voltage difference between, on the one hand, a reference electrode of carbon or graphite which is surrounded by a constant composition mixture of CO2 and CO (N. E. Richards and B. J. Welch, "Extractive Metallurgy of Aluminium" Volume 2, John Wiley & Sons, New York 1963), and which is in contact with the molten electrolyte inside a hole extending through the carbon block 16, and on on the other hand, a point inside the block 16 near the said hole and near the bottom of the block, but protected against the penetration of molten electrolyte, and 3. the resistance of the molten electrolyte RB which is determined by the equation

hvor Z er A/K-avstanden, K er konduktiviteten av den smeltede elektrolytt (konduktiviteten kan måles where Z is the A/K distance, K is the conductivity of the molten electrolyte (the conductivity can be measured

eller fås fra elektrolytt-analyser og offentliggjorte data) og Ae er den effektive ledende overflate av den smeltede elektrolytt (denne overflate kan anslås fra elektriske analogimodeller). Verdien av l/KAekan bestemmes som den første deriverte av cellemotstanden med hensyn på Z fra målinger av den samlede cellemotstand ved en rekke bestemte stil-linger av anoden. Det foretrekkes å utføre disse målinger under tidsrom hvor cellen arbeider nor-malt under stabile operasjonsbetingelser, d.v.s. når 1) den overlagrede vekselstrømskomponent av cellespenningen har hovedsakelig normal verdi som angitt tidligere, 2) der ikke nylig har funnet sted noen tapping av cellen eller noen sterk matning som f. eks. ved bryting av skorpen 3) temperaturen av celleelektrolytten ligger innenfor sitt normale drifts-område, som vanligvis anses å være ca. 980 — 1000°C for celler med forhåndsbrente anoder og ca. 970 — 990°C for Søderbergceller, og som i betydelig grad er avhengig av det sted i cellen hvor temperaturen måles, og 4) nylig innstallerte blokker i celler med flere anodeblokker har oppnådd f. eks. mer enn 80 % av sin normale strømbelastning. or obtained from electrolyte analyzes and published data) and Ae is the effective conductive surface of the molten electrolyte (this surface can be estimated from electrical analogy models). The value of l/KAecan is determined as the first derivative of the cell resistance with respect to Z from measurements of the overall cell resistance at a number of specific positions of the anode. It is preferred to carry out these measurements during periods where the cell works normally under stable operating conditions, i.e. when 1) the superimposed alternating current component of the cell voltage has mainly a normal value as stated earlier, 2) where no draining of the cell or any strong feeding such as e.g. when breaking the crust 3) the temperature of the cell electrolyte is within its normal operating range, which is usually considered to be approx. 980 — 1000°C for cells with pre-fired anodes and approx. 970 — 990°C for Søderberg cells, and which is significantly dependent on the place in the cell where the temperature is measured, and 4) recently installed blocks in cells with several anode blocks have achieved e.g. more than 80% of its normal current load.

En matematisk formel for fastleggingen av A/K-avstanden og beregningen av den tilhørende cellemotstand ved den valgte aluminiumoksydkonsentrasjon er således A mathematical formula for the determination of the A/K distance and the calculation of the associated cell resistance at the chosen aluminum oxide concentration is thus

Det er funnet at Rytrekan variere med cellens alder, nærvær eller fravær av slam og anodens tilstand, og Rytrebør derfor måleS°fte-Roverspe„ning avhenger i første rekke av den fysiske størrelse av karbon-blokkene 16, deres kjemiske sammensetning og fremgangsmåte til fremstilling av blokkene og be-høver derfor bare bestemmes med lange mellomrom. Ae avhenger i første rekke av størrelsen av karbonblokken 16 og graden av kantskorpedannelse langs sideveggene av cellen samt i en viss grad av A/K-avstanden og neddykningen av blokken 16 i den smeltede elektrolytt, og Ae blir derfor trinnsvis bestemt på ny hver gang der finner sted en vesentlig forandring av den normale verdi for en eller flere av disse størrelser. It has been found that Rytre can vary with the age of the cell, the presence or absence of sludge and the state of the anode, and Rytre should therefore measure the Softe-Rovervoltage depends primarily on the physical size of the carbon blocks 16, their chemical composition and method of manufacture of the blocks and therefore only needs to be determined at long intervals. Ae depends primarily on the size of the carbon block 16 and the degree of edge crust formation along the side walls of the cell as well as to a certain extent on the A/K distance and the immersion of the block 16 in the molten electrolyte, and Ae is therefore step by step determined anew each time a significant change of the normal value for one or more of these quantities takes place.

Det er funnet at den del av RoverBpenning som varierer med anodenes kjemiske sammensetning og fremgangsmåten til deres fremstilling, uten videre kan bestemmes fra laboratoriemålinger av overspen-ning, f. eks. utført i overensstemmelse med de fremgangsmåter som beskrives av Richards og Welch i den ovenfor angitte bok. Fagfolk vil være klar over at slike data i kombinasjon med fremgangsmåtene til å optimalisere A/K-avstanden i overensstemmelse med oppfinnelsen skaffer en fremgangsmåte til å anslå den økonomiske betydning av foreslåtte forandringer i sammensetningen eller fremstillings-prosessen for karbonanodene, før slike forslag prø-ves ved hjelp av kostbare og tidskrevende forsøk i produksjonen på vanlig måte. It has been found that the part of RoverBpenning which varies with the chemical composition of the anodes and the method of their manufacture, can easily be determined from laboratory measurements of overvoltage, e.g. carried out in accordance with the methods described by Richards and Welch in the above mentioned book. Those skilled in the art will be aware that such data in combination with the methods for optimizing the A/K distance in accordance with the invention provide a method for estimating the economic significance of proposed changes in the composition or manufacturing process of the carbon anodes, before such proposals are tested. ves using expensive and time-consuming trials in production in the usual way.

A/K-avstanden omregnes til en optimal cellemotstand ved anvendelse av ligning (2), og aluminiumoksyd-reduksjonscellen innstilles periodisk på denne optimale motstandsverdi under styrings-prosessen til å holde aluminiumoksydkonsentrasjonen innen valgte grenser. The A/K distance is converted to an optimal cell resistance using equation (2), and the alumina reduction cell is periodically set to this optimal resistance value during the control process to keep the alumina concentration within selected limits.

Når der i fremstillingen er henvist til hendelser eller operasjoner som finner sted eller skal utføres When the presentation refers to events or operations that take place or are to be carried out

«ofte» eller «med korte mellomrom», menes der så ofte som omtrent hvert femte minutt, og betegnel-sen er ment å skulle dekke såvel hovedsakelig kontinuerlige operasjoner som operasjoner som finner sted periodisk med jevne eller ujevne mellomrom. Uttrykket «periodisk» er ikke begrenset til hendelser med jevne mellomrom, men anvendes i betyd-ningen «fra tid til annen». "frequently" or "at short intervals" is meant here as often as approximately every five minutes, and the term is intended to cover mainly continuous operations as well as operations that take place periodically at regular or irregular intervals. The term "periodic" is not limited to events at regular intervals, but is used in the sense "from time to time".

Claims

1. Method for operating an electrolysis cell for the production of aluminium, where aluminum oxide dissolved in a salt melt bath is reduced to aluminum metal by passing an electric current through the bath, and where the cell resistance at a constant anode/cathode distance has a minimum value at a specific aluminum oxide concentration in the bath and increases on both sides of this concentration, characterized in that the direction of change of the cell resistance is detected periodically, and that the supply of aluminum oxide to the bath is regulated in response to a transition from a downward to an upward trend in the resistance to counteract this upward trend and keep the cell resistance close to the minimum value.

2. Method as set forth in claim 1, characterized in that the supply of aluminum oxide is regulated by the time interval between consecutive supply rates of aluminum oxide being regulated in dependence on the detected direction.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the time interval between each feeding batch of aluminum oxide can be varied according to choice to give specific feeding rates, including a high rate and a low rate which are respectively greater than the rate of consumption of aluminum oxide as a result of the electrolysis , and less than the consumption rate, and that the supply is regulated by switching between the aforementioned high and the aforementioned low speed.

4. Method as set forth in claim 3, characterized in that aluminum oxide is supplied to the bath alternately at the aforementioned high and the aforementioned low speed, whereby when an increasing cell resistance is indicated during operation at one or the other of the speeds, the other speed is changed.

5. Method as specified in one of the preceding claims, characterized in that the anode/cathode distance, during a time when the resistance regulation of the alumina supply has kept the alumina concentration in the bath within the regulation range, is regulated to set the cell resistance to a predetermined numerical value corresponding to to the desired anode/cathode distance for continued operation of the cell.