NO129963B

NO129963B -

Info

Publication number: NO129963B
Application number: NO00893/72A
Authority: NO
Inventors: R Robl; W Walker
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1971-03-18
Filing date: 1972-03-20
Publication date: 1974-06-17
Also published as: FR2130179B1; NL7203709A; DE2213226A1; DE2213226B2; CA966805A; GB1368891A; CH550859A; BR7201543D0; DD95691A5; NL151139B; PL77566B1; HU163473B; LU29922A1; IT952304B; FR2130179A1; JPS5523911B1; SE379215B; US3719577A

Description

Elektrolyse-celle. Electrolysis cell.

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt elektrolyse-celler for fremstilling av lettmetall, og mer spesielt fremstilling av aluminium ut fra en aluminiumforbindelse. The present invention generally relates to electrolysis cells for the production of light metal, and more particularly to the production of aluminum from an aluminum compound.

Ved produksjon av aluminium i en elektrolyse-celle dannes det smeltet aluminium ved elektrolyse av et smeltet saltbad, hvilket resulterer i at det på bunnen av cellen frem- When aluminum is produced in an electrolysis cell, the molten aluminum is formed by electrolysis of a molten salt bath, which results in the formation at the bottom of the cell

kommer et skikt av det smeltede aluminium med forholdsvis ens- comes a layer of the molten aluminum with relatively uniform

artet tykkelse. Det er kjent at den gjensidige påvirkning mellom magnetfelter og strømmer inne i cellen frembringer elektromotoriske krefter i det smeltede aluminiumskildt som resulterer i en vesentlig bevegelse av d*tte i cellen. Denne bevegelse forårsaker en utstrakt erosjon av foringen, som særlig ved sprekker hvor det dannes pott- ;hull til slutt resulterer i at cellen eller cellene må settes ut av drift for reparasjon og/eller utskiftning av foringen. Som det vil forståes er en slik driftsstansning og reparasjonen eller erstatningen av celleforingen en meget kostbar prosess, da cellen er uproduktiv i driftsstansningsperioden, og tiden, arbeidet og materialforbruket ved den nevnte reparasjon eller utskiftning er av vesentlig størrelse. ;Dessuten nødvendiggjør bevegelsen av det smeltede aluminiumskikt en overdreven stor avstand mellom cellens anoder og celleforingen, da det bevegelige skikt tenderer til å anta en uensartet forskyvning inne i cellen under anodene. ;De magnetiske felter som forårsaker bevegelsen av aluminiumskiktet frembringes både inne i cellen og utenfor denne, hvor hovedkilden til den utviklede ytre fluks stammer fra stigeskinner for celleanodene og fra deler av de katodeskinner som elektrisk forbinder cellen med en tilgrensende celle. Kilden til den innvendig utviklede magnetiske fluks er selve cellestrømmen, dvs. den strøm som forløper fra anode til katode gjennom saltbadet og aluminiumskiktet, og fra de katodeforbindelsesstaver som strekker seg inn i celleforingen. ;Ved en generell betraktning kan de krefter som beveger metallet bli redusert ved å forminske strøm-tetthetene i cellen og i de tilhørende samleskinner, og/ ;eller ved å modifisere eller endre disse parametre i deres forhold til cellen og det smeltede aluminiumskikt i denne, F.eks. har en tidligere teknikk for å redusere den uheldige innflytelse av magnetfelter inne i cellen omfattet ulike anordninger av katode- og anodelederne og samle-skihnene i deres forhold til cellen. Det har imidlertid vist seg at ved å redusere en særlig magnetfeltkomponent inne i cellen er andre feltkomponenter blitt ugunstig på-virket, dvs. styrken av de andre komponenter er blitt for-øket eller forminsket på en måte som i virkeligheten for- ;øker hastigheten av det sirkulerende aluminium. Dette skjer fordi de elektromotoriske krefter som beveger det smeltede metall søker å bevege dette i kompliserte sirkulasjonsmønstre, ;slik at den blotte reduksjon eller eliminasjon av én mag-net fe ltkomponent kan forøke problemet ved metallbevegelsen snarere enn å forminske det. ;De fleste celler som benyttes i den aluminiumsproduserende industri har en ytre, magnetisk ledende stålmantel som vanlig tjener til å skjerme det indre av cellen mot magnetisk fluks som frembringes uten- ;for denne. Stålmantelen er imidlertid magnetisk kontinuer- ;lig langs sidene og endene av cellen, slik at med den for-økelse av cellestrømmen som har funnet sted i de senere år, ;har den resulterende forøkelse av de magnetfelter som frembringes av hovedstrømmen i cellelederne og samleskinnene, ;mettet mantelen med magnetisk fluks. Av denne grunn fungerer mantelen ikke lengere som en effektiv avskjerming. Gjennomsnittstykkelsen av cellemantelen kan ikke forøkes for å tilveiebringe en mer effektiv skjerming fordi den resulterende stigning i dens fluksledende evne ikke påvirker den magnetiske metningsgrad. ;Nærmere bestemt angår denne)oppfinnelse en celle for fremstilling av lettmetall så som aluminium, ved elektrolyse, hvor det foreligger et skikt av smeltet metall i cellen, og omfattende utvendige elektriske ledere som er elektrisk forbundet med et katodesystem for cellen og som represen-terer en kilde for magnetisk fluks i stand til å frembringe magnetiske feltkomponenter, hvorav en komponent forløper i en forut-bestemt retning i cellen og gjennom det nevnte skikt av smeltet metall. Det nye og særegne ved cellen ifølge oppfinnelsen er angitt i patentkravene. ;Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse blir det tilveiebragt konstruksjoner som styrer og reduserer inn-virkningen av magnetfelter inne i en elektrolytisk celle på ;en slik måte at bevegelsen av skiktet av smeltet aluminium-metall inne i cellen blir stanset eller i det minste vesentlig redusert. Dette oppnås ved å eliminere eller i det minste vesentlig forminske den elektromotoriske kraft i aluminiums-skiktet som forårsakes av en separat magnetfeltkomponent som strekker seg gjennom cellen, og uten å påvirke de krefter ;på det smeltede skikt som frembringes av magnetfeltkomponenter som strekker seg i andre retninger enn den nevnte separate komponent. Den vertikale feltkomponent blir eliminert eller dens styrke i det minste vesentlig forminsket inne i cellen uten å påvirke de krefter på det smeltede aluminiumskikt som frembringes av magnetiske feltkomponenter som strekker seg på langs og tvers av cellen. Som nærmere forklart i det følgende hjelper dette til å la de to sistnevnte krefter motvirke hverandre, hvilket tenderer til å stanse bevegelsen av det smeltede aluminium. ;De fluksledende innretninger som oppfinnelsen er basert på, utgjør et enkelt og økonomisk middel for avskjerming og regulering av et magnetfelt inne i en elektrolytisk celle. Det kreves ingen kostbar anordning av katode- og anodeledere, og gjennomsnittstykkelsen av cellemantelen behøver ingen forøkelse. Ethvert magnetisk ledende metall kan benyttes i de her angitte fluksleder-innretninger, f.eks. langstrakte stykker av avfallsjern og ;-stål samt gamle, brukte katodekollektorstaver. ;Oppfinnelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skjematiske tegning, hvor ;fig. 1 er et planriss av en utførelsesform ;for en elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen med deler av tilgrensende celler, og ;fig. 2 denne celle sett fra den ene side ;delvis i snitt (oppstrømssiden). ;På fig. 1 sees en elektrolytisk celle 12 som er spesielt egnet for produksjon av aluminium fra et smeltet saltbad, hvilken celle er koblet elektrisk sammen med tilgrensende celler 10 og 14 (bare en del av disBe er vist) henholdsvis på oppstrøms- og nedstrømssiden. Betegnelsene "oppstrøm" og "nedstrøm" refererer til strøm-retningen fra celle til celle, da cellene som brukes ved aluminiumfremstillingen vanlig er forbundet elektrisk i serie ved hjelp av ledere som slutter katoden i en celle til anoden i den neste tilgrensende celle. Nærmere forklart er oppstrømsiden den side på hvilken anodene er forbundet til katodene i den tilgrensende celle, mens nedstrøm-siden er den side på hvilken katodestavene er forbundet med anodene i den tilgrensende celle. ;Cellen 12 har som vist på tegningen en ;ytre stålmantel 16 som fortrinnsvis er magnetisk ledende og en indre elektrisk ledende karbonforing 18 samt en mellomliggende isolerende kledning 20 av et passende materiale, f,eks. ildfaste sten eller granulert isoleringsmateri-ale. Som vist på fig. 2 kan cellen understøttes av I-bjelker 22 med innbyrdes avstand, og toppen av cellen være forsynt med en metalldekkplate 24 som dekker de øvre kanter av stålmantelen samt karbon- og isoleringsforingene. På fig. 1 er dekkplaten ikke vist slik at toppkantene av mantelen og foringene kan sees. ;Som vist på fig. 2 og i cellen 14 på fig. 1 bæres anodekonstruksjoner 25 inne i cellen i en elektrolyt (ikke vist) ved hjelp av elektrisk ledende stenger 26 som er festet på passende måte til overliggende anodesamleskinner 27, av hvilke bare én er vist på fig. 1 beliggende mellom langsgående anodesamleskinner 28 og 29. På fig. 1 er anodene og anodeBamleskinnene ikke vist for å simplifi-sere figurene med det formål å forklare de konstruksjoner som direkte vedrører oppfinnelsen. I kommersielle installasjoner vil cellene 10, 12 og 14 og ytterligere celler som er tilsluttet kretsen for cellene, dvs. i en cellerekke (<H>pot line") ha de samme eller tilsvarende anode- (og katode-) systemers ;' Likestrøm tilføres cellene via anodene 25 og samleskinnene for disse og strømveien sluttes gjennom cellen ved hjelp av et katodesystem som omfatter det ;smeltede aluminiumskikt, den ledende foring 18, og horisontalt plasserte kollektorstaver 30 av jern eller stål innlagret i foringen og beliggende i cellens tverr-retning som vist på fig. 1. Kollektorstavene strekker seg ut fra foringen og gjennom mantelen 16 på oppstrøms- ;og nedstrømssidene av cellen (fig. 1). Disse staver er passende sluttet til ringsamleskinner 31 og 32 som ligger i avstand fra mantelen og henholdsvis strekker seg mot den venstre og høyre ende av cellen for å slutte seg til hovedsamleskinner 33 og 34 for katodene. Som anført i det ovenstående er det vanlig praksis i kommersielle installasjoner å anordne et stort antall celler i en produksjonslinje (enkelt- eller tandemrekker), i hvilket tilfelle cellene er forbundet elektrisk i serie ved at hovedsamleskinnene 33 og 34 for én celle fører strømmen fra denne til anodesamleskinnene 28 og 29 for den nest følgende celle i linjen. ;Avhengig av strømtetthetene og den resulterende styrke av de magnetiske felter inne i cellen og i det smeltede aluminium kan de elektromotoriske krefter i dette bli ganske kraftige i de her beskrevne celler ifølge fig. 1 og 2. Noen bevegelse i badet som tjener til å omrøre dette og til å fordele tilsetninger av aluminium til cellen helt igjennom badet er ønskelig. Imidlertid har det vist seg, at med de store driftsstrømmer som nå benyttes i celler av den omhandlede art, vil en for kraftig bevegelse i badet og særlig i det smeltede metallskikt forårsake en ueffektiv celledrift av de ovennevnte grunnere;Under drift av cellearrangementet på fig. ;1 dannes det magnetfelter omkring katodestavene 30 og samleskinnene 31 - 34 idet de fører strøm fra cellene. Disse felter eksisterer både inne i cellen (pga. de partier av katodestavene 30 som ligger innenfor mantelen 16) og utenfor cellen (pga. de utvendige skinner 31 - 34 og de deler av stavene 30 som ligger utenfor mantelen 16). Med strømtettheter som utvikler en magnetisk feltstyrke som er tilstrekkelig til å mette mantelen er denne ikke tilstrekkelig til å skjerme det indre av cellen mot de felter som utvikles utenfor denne, dvs. de felter som åcapes av skinnene 31 - 34 og av de deler av katodestavene 30 som ligger utenfor cellen. ;Disse sistnevnte felter har en komponent som er vinkelrett på strømmen og passerer vertikalt gjennom det smeltede metallskikt i cellen (cellen 12 f.eks.) Denne vertikale feltkomponent er størst i nærheten av de høyre og venstre ender av cellen pga. konsentrasjonen av strømledere som strekker seg lateralt ut derfra, og pga. virkningen av Amperes lov inne i cellen, dvs. at inne i denne er den magnetiske feltstyrke, som i forbindelse med enhver strømførende leder, svakest (dvs. null) på midten hvor feltet skifter retning. ;I planrisset av cellen 12 på fig. 1 er retningen av det vertikale felt ved den oppstrøms venstre ende av cellen inn i papirplanet som angitt med et x i en sirkel, og ut av papirplanet.ved den oppstrøms høyre ende av cellen som angitt med en prikk i en sirkel. På tilsvarende måte er den vertikale feltkomponent ved den høyre ende av cellen på nedstrømssiden av denne reversert, dvs. rettet inn i papirplanet, og ved den venstre ende på nedstrømssiden rettet ut av papirplanet. På denne måte er cellen i det vesentlige oppdelt i fire kvadranter i henseende til det magnetiske felt i denne og den resulterende kraft som dette utøver på metallet. . Den vertikale feltkomponent i det smeltede metallskikt utøver en»kraft på metallet i retning vinkelrett på komponenten og på retningen av det horisontale strømforløp i metallet, som vanlig er utad fra oelle-midten. Denne kraft virke*, som angitt med pilene i cellen på fig. 12, langs sidene og endene av cellen, og pga. de motsatte retninger av den vertikale feltkomponent i de fire oellekvadreiiter beveger kreftene på det smeltede metall dette Inn mot midten av cellen på oppstrøms- og ned-strømssiden av denne, og bort fra midten langs cellens venstre og høyre ende som vist med pilene. species thickness. It is known that the mutual influence between magnetic fields and currents inside the cell produces electromotive forces in the molten aluminum shield which results in a significant movement of the material in the cell. This movement causes extensive erosion of the lining, which, especially in the case of cracks where potholes are formed, ultimately results in the cell or cells having to be taken out of service for repair and/or replacement of the lining. As will be understood, such a shutdown and the repair or replacement of the cell lining is a very expensive process, as the cell is unproductive during the shutdown period, and the time, work and material consumption of the said repair or replacement is of significant size. Furthermore, the movement of the molten aluminum layer necessitates an excessively large distance between the anodes of the cell and the cell lining, as the moving layer tends to assume a non-uniform displacement within the cell below the anodes. ;The magnetic fields that cause the movement of the aluminum layer are produced both inside the cell and outside it, where the main source of the developed external flux originates from riser rails for the cell anodes and from parts of the cathode rails that electrically connect the cell to an adjacent cell. The source of the internally developed magnetic flux is the cell current itself, i.e. the current which runs from anode to cathode through the salt bath and the aluminum layer, and from the cathode connecting rods which extend into the cell lining. From a general point of view, the forces that move the metal can be reduced by reducing the current densities in the cell and in the associated bus bars, and/or by modifying or changing these parameters in relation to the cell and the molten aluminum layer in it, E.g. has a prior technique for reducing the adverse influence of magnetic fields inside the cell comprised various arrangements of the cathode and anode conductors and the collector strips in their relation to the cell. However, it has been shown that by reducing a particular magnetic field component inside the cell, other field components have been adversely affected, i.e. the strength of the other components has been increased or decreased in a way that in reality increases the speed of the circulating aluminum. This happens because the electromotive forces that move the molten metal seek to move it in complicated circulation patterns, so that the mere reduction or elimination of one magnetic field component can increase the problem with the metal movement rather than reduce it. Most cells used in the aluminum-producing industry have an outer, magnetically conductive steel jacket which usually serves to shield the interior of the cell against magnetic flux produced outside of it. However, the steel sheath is magnetically continuous along the sides and ends of the cell, so that with the increase in cell current that has taken place in recent years, the resulting increase in the magnetic fields produced by the main current in the cell conductors and busbars, ;saturated the mantle with magnetic flux. For this reason, the mantle no longer functions as an effective shield. The average thickness of the cell mantle cannot be increased to provide more effective shielding because the resulting increase in its flux conducting ability does not affect the degree of magnetic saturation. More specifically, this invention relates to a cell for the production of light metal such as aluminium, by electrolysis, where there is a layer of molten metal in the cell, and comprising external electrical conductors which are electrically connected to a cathode system for the cell and which represent a source of magnetic flux capable of producing magnetic field components, one component of which extends in a predetermined direction in the cell and through said layer of molten metal. The new and distinctive feature of the cell according to the invention is stated in the patent claims. By means of the present invention, constructions are provided which control and reduce the influence of magnetic fields inside an electrolytic cell in such a way that the movement of the layer of molten aluminum metal inside the cell is stopped or at least substantially reduced. This is achieved by eliminating or at least substantially reducing the electromotive force in the aluminum layer caused by a separate magnetic field component extending through the cell, and without affecting the forces on the molten layer produced by magnetic field components extending in other directions than the said separate component. The vertical field component is eliminated or at least its strength is substantially reduced inside the cell without affecting the forces on the molten aluminum layer produced by magnetic field components extending lengthwise and across the cell. As explained in more detail below, this helps to allow the latter two forces to counteract each other, which tends to stop the movement of the molten aluminum. The flux-conducting devices on which the invention is based constitute a simple and economical means of shielding and regulating a magnetic field inside an electrolytic cell. No expensive arrangement of cathode and anode conductors is required, and the average thickness of the cell mantle does not need to be increased. Any magnetically conductive metal can be used in the flux conductor devices specified here, e.g. elongated pieces of scrap iron and ;-steel as well as old, used cathode collector rods. The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing, where fig. 1 is a plan view of an embodiment of an electrolytic cell according to the invention with parts of adjacent cells, and fig. 2 this cell seen from one side; partly in section (upstream side). ; On fig. 1 shows an electrolytic cell 12 which is particularly suitable for the production of aluminum from a molten salt bath, which cell is electrically connected to adjacent cells 10 and 14 (only part of the disBe is shown) respectively on the upstream and downstream sides. The terms "upstream" and "downstream" refer to the direction of current from cell to cell, as the cells used in aluminum production are usually connected electrically in series by means of conductors connecting the cathode in one cell to the anode in the next adjacent cell. Explained in more detail, the upstream side is the side on which the anodes are connected to the cathodes in the adjacent cell, while the downstream side is the side on which the cathode rods are connected to the anodes in the adjacent cell. As shown in the drawing, the cell 12 has an outer steel jacket 16 which is preferably magnetically conductive and an inner electrically conductive carbon lining 18 as well as an intermediate insulating covering 20 of a suitable material, e.g. refractory stone or granulated insulation material. As shown in fig. 2, the cell can be supported by spaced I-beams 22, and the top of the cell can be provided with a metal cover plate 24 which covers the upper edges of the steel jacket as well as the carbon and insulation linings. In fig. 1, the cover plate is not shown so that the top edges of the jacket and liners can be seen. ;As shown in fig. 2 and in cell 14 in fig. 1, anode structures 25 are carried within the cell in an electrolyte (not shown) by means of electrically conductive rods 26 which are suitably attached to overlying anode busbars 27, only one of which is shown in FIG. 1 located between longitudinal anode busbars 28 and 29. In fig. 1, the anodes and the anode Bamles rails are not shown in order to simplify the figures for the purpose of explaining the constructions which directly relate to the invention. In commercial installations, the cells 10, 12 and 14 and further cells which are connected to the circuit for the cells, i.e. in a cell row (<H>pot line") will have the same or similar anode (and cathode) systems; Direct current is supplied to the cells via the anodes 25 and the busbars for these and the current path is terminated through the cell by means of a cathode system comprising the molten aluminum layer, the conductive liner 18, and horizontally placed collector rods 30 of iron or steel stored in the liner and located in the cell's transverse direction as shown in Fig. 1. The collector rods extend from the liner and through the jacket 16 on the upstream and downstream sides of the cell (Fig. 1). These rods are suitably connected to ring busbars 31 and 32 which are spaced from the jacket and respectively extending towards the left and right ends of the cell to join the main cathode busbars 33 and 34. As stated above, it is common practice in commercial installations to arrange a large number of cells in a production line (single or tandem rows), in which case the cells are connected electrically in series in that the main busbars 33 and 34 for one cell carry the current from it to the anode amle rails 28 and 29 for the second following cell in the line. ;Depending on the current densities and the resulting strength of the magnetic fields inside the cell and in the molten aluminum, the electromotive forces therein can become quite powerful in the cells described here according to fig. 1 and 2. Some movement in the bath which serves to stir this and to distribute additions of aluminum to the cell all the way through the bath is desirable. However, it has been shown that with the large operating currents that are now used in cells of the type in question, too strong a movement in the bath and especially in the molten metal layer will cause an ineffective cell operation of the above-mentioned primers; During operation of the cell arrangement in fig. ;1 magnetic fields are formed around the cathode rods 30 and busbars 31 - 34 as they carry current from the cells. These fields exist both inside the cell (due to the parts of the cathode rods 30 which lie within the mantle 16) and outside the cell (due to the external rails 31 - 34 and the parts of the rods 30 which lie outside the mantle 16). With current densities that develop a magnetic field strength that is sufficient to saturate the mantle, this is not sufficient to shield the interior of the cell against the fields that develop outside it, i.e. the fields that are captured by the rails 31 - 34 and by the parts of the cathode rods 30 which is outside the cell. These latter fields have a component that is perpendicular to the current and passes vertically through the molten metal layer in the cell (cell 12 for example). This vertical field component is greatest near the right and left ends of the cell due to the concentration of current conductors extending laterally out from there, and due to the effect of Ampere's law inside the cell, i.e. that inside this the magnetic field strength, as in connection with any current-carrying conductor, is weakest (ie zero) in the middle where the field changes direction. In the plan view of the cell 12 in fig. 1 is the direction of the vertical field at the upstream left end of the cell into the paper plane as indicated by an x in a circle, and out of the paper plane at the upstream right end of the cell as indicated by a dot in a circle. In a similar way, the vertical field component at the right end of the cell on the downstream side of this is reversed, i.e. directed into the paper plane, and at the left end on the downstream side directed out of the paper plane. In this way, the cell is essentially divided into four quadrants in terms of the magnetic field therein and the resulting force which this exerts on the metal. . The vertical field component in the molten metal layer exerts a force on the metal in a direction perpendicular to the component and to the direction of the horizontal flow of current in the metal, which is usually outward from the center of the coil. This force acts*, as indicated by the arrows in the cell on fig. 12, along the sides and ends of the cell, and due to the opposite directions of the vertical field component in the four oelle squares move the forces on the molten metal towards the center of the cell on the upstream and downstream sides thereof, and away from the center along the left and right ends of the cell as shown by the arrows.

får metallet beveger seg i de retninger gets the metal moving in those directions

som er beskrevet i det ovenstående, vil det være til-bøyelig til å sirkulere i fire hovedhvirveler i cellen skjønt sirkulasjonsmønsteret tenderer til å bli ganske komplekst pga. langs- og tverrgående magnetfeltkomponenter i kombinasjon med den vertikale komponent. Ikke desto mindre vil de sirkulasjonskrefter som skapes av den vertikale feltkomponent bli i det vesentlige eliminert, hvis denne komponent i hovedsaken kan bortskaffes i cellen eller dens styrke i det minste kan reduseres betydelig» Virkningene av de langs- og tverrgående felter vil da tendere til å oppheve hverandre som forklart i det følgende. På denne måte ville bevegelsen av det smeltede metall bli sstanset eller redusert til en ubetydelig størrelse, hvorved slitasjen på foringen 18 ble vesentlig nedsatt og det ble mulig å plassere anodene 25 mere nøyaktig i forhold til det smeltede metall, hvilket ville tilveiebringe en forbedret elektrisk virkningsgrad ved driften av cellen. as described in the above, it will tend to circulate in four main vortices in the cell although the circulation pattern tends to be quite complex due to longitudinal and transverse magnetic field components in combination with the vertical component. Nevertheless, the circulation forces created by the vertical field component will be essentially eliminated, if this component can be essentially eliminated in the cell or its strength can at least be significantly reduced" The effects of the longitudinal and transverse fields will then tend to cancel each other out as explained below. In this way, the movement of the molten metal would be stopped or reduced to an insignificant amount, whereby the wear on the lining 18 was significantly reduced and it became possible to place the anodes 25 more precisely in relation to the molten metal, which would provide an improved degree of electrical efficiency in the operation of the cell.

Ifølge oppfinnelsens prinsipper blir styrken av den vertikale feltkomponent i en celle redusert vesentlig ved plassering av vertikalt beliggende, langstrakte, magnetisk ledende plater og/eller staver ved sidene og endene av cellen som vist på fig. 1 og 2. Nærmere forklart er det på oppstrømssiden av cellen 12 (fig. 1) anordnet fire rekker eller lag av plater 36 -39» hvor hvert lag består av et flertall plater med innbyrdes megnetisk avstand langs siden av cellen. Platelaget nærmest ved yttersiden av cellemantelen kan fysikalsk festes på denne ved hjelp av passende midler, f.eks. et isolerende klebemateriale eller ved hjelp av heftsveisinger i begrenset antall for å unn- According to the principles of the invention, the strength of the vertical field component in a cell is significantly reduced by placing vertically situated, elongated, magnetically conductive plates and/or rods at the sides and ends of the cell as shown in fig. 1 and 2. Explained in more detail, four rows or layers of plates 36 -39" are arranged on the upstream side of the cell 12 (fig. 1), where each layer consists of a plurality of plates with mutual magnetic distance along the side of the cell. The plate layer closest to the outer side of the cell mantle can be physically attached to this by means of suitable means, e.g. an insulating adhesive material or by means of tack welds in limited numbers to avoid

gå å danne en kontinuerlig magnetisk leder langs siden av cellen av årsaker som blir forklart i det følgende. Dessuten vil enhver oksyd på platene tendere til å bringe dem go to form a continuous magnetic conductor along the side of the cell for reasons explained below. Also, any oxide on the plates will tend to bring them

i magnetisk avstand fra mantelen. at a magnetic distance from the mantle.

Platene i rekkene 37 og 39 er vist som relativ smale plater, mens platene i rekkene 36 og 38 er bredere. Denne plateutforming og -plassering gjør det lettere å få platene til å nå ned i nærheten av bunnen av cellen mellom kollektorstavene 30 (fig. 2). Således er de smalere plater forholdsvis lange og strekker seg hovedsakelig i cellens fulle høyde, mens relativ korte og brede plater strekker seg fra toppen av cellen ved dekkplaten 24 ned til et sted direkte over kollektorstavene. The plates in rows 37 and 39 are shown as relatively narrow plates, while the plates in rows 36 and 38 are wider. This plate design and placement makes it easier to get the plates to reach down near the bottom of the cell between the collector rods 30 (Fig. 2). Thus, the narrower plates are relatively long and extend mainly in the full height of the cell, while relatively short and wide plates extend from the top of the cell at the cover plate 24 down to a place directly above the collector bars.

For å sikre en effektiv avskjerming av cellen fra det vertikale magnetfelt som skapes av kollektorstavene 30 er åpningene mellom de smale plater 37 dekket av de brede plater 36 som overlapper de smale (fig. To ensure effective shielding of the cell from the vertical magnetic field created by the collector rods 30, the openings between the narrow plates 37 are covered by the wide plates 36 that overlap the narrow ones (fig.

2). De brede plater kan være festet på de smale ved hjelp av et passende magnetisk ikke-ledende klebemiddel, som dessuten virker til å holde de brede plater i magnetisk avstand fra de smale og fra hverandre. Enhver oksyd på 2). The wide plates may be attached to the narrow ones by means of a suitable magnetically non-conductive adhesive, which also acts to keep the wide plates at a magnetic distance from the narrow ones and from each other. Any oxide on

de brede plater vil ytterligere tendere til å isolere de brede plater fra de smale så vel som fra mantelen 16 som fra hverandre. the wide plates will further tend to isolate the wide plates from the narrow ones as well as from the mantle 16 and from each other.

Plasseringen av de brede og smale plater 36 og 37 kan naturligvis reverseres, i hvilket tilfelle de brede plater vil være nærmest ved siden av cellen og stålmantelen 16. På tilsvarende måte kan det benyttes bare ett lag plater av større tykkelse i stedet det dobbelte lag 36 og 37, i hvilket tilfelle den nedre ende av hver plate kunne være spaltet eller på annen måte dimensjonert for å oppta en eller flere kollektorstaver 30. The position of the wide and narrow plates 36 and 37 can of course be reversed, in which case the wide plates will be closest to the side of the cell and the steel jacket 16. Similarly, only one layer of plates of greater thickness can be used instead of the double layer 36 and 37, in which case the lower end of each plate could be slotted or otherwise dimensioned to receive one or more collector rods 30.

Platene i lagene 38 og 39 som bare kan sees på fig. 1 er innlagret i celleforingen 18 innenfor stålmantelen 16. På samme måte som platene 36 og 37 omfatter platene i disse lag brede plater (38) som er plassert for å overlappe åpningene mellom de smalere plater (39) for ytterligere å sikre en vesentlig reduksjon av den vertikale feltkomponent inne i cellen uten på særlig måte å påvirke de øvrige magnetfeltkomponenter i denne. The plates in layers 38 and 39 which can only be seen in fig. 1 is stored in the cell lining 18 within the steel jacket 16. In the same way as the plates 36 and 37, the plates in these layers comprise wide plates (38) which are placed to overlap the openings between the narrower plates (39) to further ensure a significant reduction of the vertical field component inside the cell without particularly influencing the other magnetic field components in it.

En del av de smale plater strekker seg fra toppen av cellen ned til og imellom kollektorstavene 30, mens de brede plater fortrinnsvis strekker seg mellom toppen av cellen og kollektorstavene. Part of the narrow plates extend from the top of the cell down to and between the collector rods 30, while the wide plates preferably extend between the top of the cell and the collector rods.

Som vist på fig. 1 strekker katodering-skinnene 31 og 32 seg lateralt ut til hovedkatodeskinnene 33 og 34. Strømforløpet i disse skinner bidrar ytterligere til styrken av den vertikale feltkomponent ved endene av cellen på oppstrømssiden av denne. Por å skjerme cellen fra det felt som genereres av disse skinner er det plassert langstrakte, magnetisk ledende staver 41 og 42, med innbyrdes avstand, mellom endene av cellen og skinnene 33 og 34, hvor lengdedimensjonen av stavene (som for platene 36 - 39) strekker seg i retning (vertikalt) av det felt som skal avskjermes. As shown in fig. 1, the cathode ring rails 31 and 32 extend laterally to the main cathode rails 33 and 34. The flow of current in these rails further contributes to the strength of the vertical field component at the ends of the cell on the upstream side thereof. In order to shield the cell from the field generated by these rails, elongated, magnetically conductive rods 41 and 42 are placed, spaced apart, between the ends of the cell and the rails 33 and 34, where the longitudinal dimension of the rods (as for plates 36 - 39) extends in the direction (vertically) of the field to be shielded.

I utførelsesformen på fig. 1 og 2 er skjermstavene 41 og 42 passende understøttet mellom cellen og skinnene ved å ha den nedre ende stikkende inn i celleforingen 18, skjønt disse staver også kan plasseres på yttersiden av cellen og det eventuelt kan benyttes plater i stedet for eller i forbindelse med dem. In the embodiment of fig. 1 and 2, the shield rods 41 and 42 are suitably supported between the cell and the rails by having the lower end protruding into the cell lining 18, although these rods can also be placed on the outside of the cell and plates can possibly be used instead of or in connection with them .

De vertikale staver 41 og 42 strekker seg adskillig opp over dekkplaten 24 og i det minste i en høyde lik den av eventuelle stigeledere og av anodeskinnene for den celle som skal skjermes. På fig. 1 er det ikke vist stigeledere eller anodeskinner for cellen 12 av hensyn til forståeligheten av tegningen, men denne celle har anodeskinner som svarer til skinnene 28 og 29 for nedstrøms-cellen 14. Det er mot det magnetfelt som genereres av strømmen i disse skinner at:de vertikale staver 41 og 42 The vertical bars 41 and 42 extend several times up above the cover plate 24 and at least at a height equal to that of any ladders and of the anode rails for the cell to be shielded. In fig. 1, no risers or anode rails are shown for the cell 12 for reasons of clarity of the drawing, but this cell has anode rails corresponding to the rails 28 and 29 of the downstream cell 14. It is against the magnetic field generated by the current in these rails that: the vertical rods 41 and 42

er særlig innrettét til1 å skjerme cellen. is especially designed to1 shield the cell.

De avskjermingsanordninger som er innlagret i celleforingen 18, dvs. platene 38 og 39 og stavene 41 og 42, kan passende plasseres i materialet for foringen når denne fremstilles ved konstruksjonen av nye celler, eller ved reparasjon og gjenutforing av gamle celler. The shielding devices which are stored in the cell lining 18, i.e. the plates 38 and 39 and the rods 41 and 42, can be suitably placed in the material for the lining when it is produced during the construction of new cells, or when repairing and re-lining old cells.

Pga. konfigurasjonen og beliggenheten av Because of. the configuration and location of

de skinner, som grenser til nedstrømssiden av cellen, er den vertikale feltkomponent som stammer fra disse ikke så kraftig som den det møtes på oppstrøms-siden. Av denne åi^sak har nedstrøms-siden bare utvendig plasserte magnetisk ledende plater 44 og 45 med innbyrdes avstand. På denne måte blir antallet av plater på nedstrøms-siden vesentlig mindre enn på oppstrøms-siden av cellen. Det magnetfelt sott genereres av strømmen i ende- og stigeskinnene på ned1- the rails bordering the downstream side of the cell, the vertical field component originating from these is not as strong as that encountered on the upstream side. For this reason, the downstream side only has externally placed magnetically conductive plates 44 and 45 at a distance from each other. In this way, the number of plates on the downstream side is significantly smaller than on the upstream side of the cell. The magnetic field sot is generated by the current in the end and riser rails of the down1-

strømssiden av cellen har vist seg å være gavnlig i sin virkning på bevegelsen av det smeltede metall, og det benyttes derfor ikke avskjermingsstaver ved endene av cellen på denne side. the current side of the cell has been shown to be beneficial in its effect on the movement of the molten metal, and shielding rods are therefore not used at the ends of the cell on this side.

På samme måte som platene 36 og 37 på opp-strømssiden av cellen omfatter nedstrømsplatene bredere plater 44 som overlapper smalere plater 45 og åpningene mellom disse for å forøke skjermingen av cellens indre mot den vertikale f eltkomponent som genereres av strømraen i nedstrøms-kollektorstavene 30 og skinnene 31 og 32. De brede plater strekker seg fra dekkplaten 24 ned til et sted direkte over kollektorstavene 30, mens de smale plater som er plassert mellom disse staver strekker seg fra dekkplaten ned til et sted som grenser til bunnen av cellen. In the same way as the plates 36 and 37 on the upstream side of the cell, the downstream plates comprise wider plates 44 which overlap narrower plates 45 and the openings between these to increase the shielding of the interior of the cell against the vertical field component generated by the current in the downstream collector rods 30 and the rails 31 and 32. The wide plates extend from the cover plate 24 down to a place directly above the collector rods 30, while the narrow plates which are placed between these rods extend from the cover plate down to a place bordering the bottom of the cell.

De langstrakte plater 36 - 39» 44 og 45 samt stavene 41 og 42 er, som de er beskrevet i det ovenstående, effektive til å lede den vertikale feltkomponent i deres lengderetning og derved skjerme det indre av cellen og det smeltede aluminium i denne mot denne komponent, uten vesentlig å påvirke de langs- og tverrgående felter. På denne måte blir de elektromotoriske krefter som genereres i det smeltede aluminium hovedsakelig eliminert stort sett uten noen påvirkning av de krefter som skyldes de langs- og tverrgående felter. Størrelsen av de krefter som utvikles i aluminiumet av de sistnevnte to felter tenderer til å øke henimot de langs- og tverrgående midter av cellen, slik at aluminiumet forsøker å bevege eeg fra endene og sidene av cellen innover mot disse midtlinjer. Av denne grunn, og med de krefter som ble generert av den vertikale feltkomponent som ble fjernet ved hjelp de vertikale plater og staver, blir de metallbevegelses-mønstre som tilveiebringes av disse innoverrettede krefter i hovedsaken motsatt hverandre, slik at den totale virkning er den, at det ikke forårsakes noen bevegelse av metallet. Det er av denne grunn, at de langs- og tverrgående feltkomponenter ikke må forstyrres i forbindelse med å redusere eller eliminere den vertikalt beliggende feltkomponent i celle- The elongated plates 36 - 39, 44 and 45 and the rods 41 and 42 are, as described above, effective in directing the vertical field component in their longitudinal direction and thereby shielding the interior of the cell and the molten aluminum therein from it component, without significantly affecting the longitudinal and transverse fields. In this way, the electromotive forces generated in the molten aluminum are largely eliminated largely without any influence of the forces due to the longitudinal and transverse fields. The magnitude of the forces developed in the aluminum by the latter two fields tend to increase towards the longitudinal and transverse centers of the cell, so that the aluminum tries to move eeg from the ends and sides of the cell inwards towards these centrelines. For this reason, and with the forces generated by the vertical field component removed by the vertical plates and rods, the metal movement patterns provided by these inward forces essentially oppose each other, so that the total effect is, that no movement of the metal is caused. It is for this reason that the longitudinal and transverse field components must not be disturbed in connection with reducing or eliminating the vertically situated field component in the cell

konstruksjonen på fig. 1 og 2. the construction in fig. 1 and 2.

Som en bekvem og økonomisk kilde for skjermelementer ifølge den foreliggende oppfinnelse benyttes jern-kollektorstaver som er blitt fjernet fra foringen i gamle celler og som ellers ville bli kvittet som avfallsmateriale. Skjermstavene 4-1 og 42 ved endene av cellen kan være gamle kollektorstaver, og slike staver kan også benyttes langs sidene av cellene. Imidlertid har plane plater fordeler i forhold til staver, da de lettere kan anordnes i overlappende lag som vist på fig. 1. Platene behøver imidlertid ikke nødvendigvis å være av nytt stål, det kan brukes plater av avfallsmetall, grunn-kravet er bare at de leder det magnetiske felt i deres lengderetning. As a convenient and economical source for screen elements according to the present invention, iron collector rods are used which have been removed from the lining in old cells and which would otherwise be disposed of as waste material. The shield rods 4-1 and 42 at the ends of the cell can be old collector rods, and such rods can also be used along the sides of the cells. However, flat plates have advantages compared to rods, as they can be more easily arranged in overlapping layers as shown in fig. 1. However, the plates do not necessarily have to be made of new steel, plates of waste metal can be used, the basic requirement is only that they conduct the magnetic field in their longitudinal direction.

Dessuten behøver skjermplatene ikke å bli plassert ved midten av oppstrøms- og nedstrømssidene av cellen, da det vertikale felt som forklart er null ved midten av cellen. Also, the shield plates need not be placed at the center of the upstream and downstream sides of the cell, as the vertical field as explained is zero at the center of the cell.

Av den ovenstående beskrivelse vil det nå forståes, at det er tilveiebragt en ny og nyttig konstruk-sjon for avskjerming av det indre av en elektrolytisk celle mot de ugunstige virkninger av en separat magnetfeltkomponent som strekker seg i en bestemt retning, uten derved vesentlig å påvirke magnetfeltkomponenter som strekker seg i andre retninger inne i cellen. F.eks. reduseres bevegelsen av smeltet metall betydelig eller stoppes helt ved den effektive eliminasjon av bare den vertikale feltkomponent, da de horisontale og transversale feltkomponenter beveger metallet i mønstre som forsøker å oppheve hverandre. Med den effektive eliminasjon av metallets bevegelse økes levetiden av foringene i cellene vesentlig, hvorved utgiftene ved reparasjon og gjenutforing av cellene nedsettes i høy grad. From the above description it will now be understood that a new and useful construction has been provided for shielding the interior of an electrolytic cell against the adverse effects of a separate magnetic field component which extends in a specific direction, without thereby significantly affecting magnetic field components extending in other directions inside the cell. E.g. the movement of molten metal is significantly reduced or stopped entirely by the effective elimination of only the vertical field component, as the horizontal and transverse field components move the metal in patterns that tend to cancel each other out. With the effective elimination of the movement of the metal, the lifetime of the liners in the cells is significantly increased, whereby the costs of repairing and relining the cells are greatly reduced.

Skjønt oppfinnelsen er særlig fordelaktig ved produksjon av aluminium, er den også anvendbar i produksjonen av andre lette metaller ved elektrolyse, f.eks. magnesium. Although the invention is particularly advantageous in the production of aluminium, it is also applicable in the production of other light metals by electrolysis, e.g. magnesium.

Claims

1. Cell for the production of light metal such as aluminium, by electrolysis, where there is a layer of molten metal in the cell, and comprising external electrical conductors which are electrically connected to a cathode system for the cell and which represent a source of magnetic flux in able to produce magnetic field components, one component of which extends in a predetermined direction in the cell and through the aforementioned layer of molten metal, characterized in that elongated, magnetically mutually separated conductor devices (36,37,38,39,41,' 42,44,45) are arranged for magnetic flux separated from the external electrical conductors and from the cathode system and placed between the molten metal in the cell ( 12) and the external conductors (31,32,33,34), which elongated conductor devices run along their longitudinal direction in the same direction as the aforementioned one magnetic field component and are magnetically discontinuous in directions other than the direction of this one magnetic field component, in order to reduce or eliminate this magnetic field component in the cell without significantly influencing other magnetic field components in the cell.

2. Cell according to claim 1, which is connected in an electrical circuit by means of the aforementioned electrical conductors (31,32,33,34) which are at a lateral distance from and extend along at least one side of the cell on the outside thereof, characterized in that the said majority of magnetic flux conducting devices (36,37,38,39,41,42,44,45) are placed on at least the said one side of the cell.

3. Cell according to claim 1 or 2, where the cell has an outer jacket (16) of magnetically conductive material and is electrically connected to a similar adjacent cell by means of conductors extending from it, characterized in that the flux-conducting devices comprise plate-shaped constructions or rods placed at the cell mantle (16).

4. Cell according to claim 3, characterized in that at least some of the said plates (36,37,44,45) are located on the outside of the cell mantle (16).

5. Cell according to claim 3 or 4, characterized in that the flux conducting devices comprise overlapping layers of plates (36,37,38,39) with mutual spaces along at least part of at least one side of the cell, which layers are magnetically separated from each other.

6. Cell according to claim 3, 4 or 5, where this comprises a lining (18) on the inner side of the cell mantle, characterized in that the flux-conducting devices comprise plate-shaped constructions (38,39)' which extend into the lining (18).

7. Cell according to claim 3, 4, 5 or 6, where the cell comprises a lining (18), characterized in that the flux conducting devices at the ends of the cell consist of rods (41, 42) which extend into the lining (18).