NO134707B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for fremstilling

av metall.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for styring av en eller flere reduksjonsceller innrettet for fremstilling av smeltet metall., Oppfinnelsen angår nærmere bestemt en fremgangsmåte og et apparat for styring av en eller flere elektrolyseceller av reduksjonstype, og hvori en metallforbindelse eller opplost bestanddel utgjor elektrolytt for fremstilling av smeltet metall som f.eks. aluminium.

Ved fremstilling av aluminium ved elektrolytisk reduksjon

av alumina opplost i et smeltet cryolittbad, er en av de fremtredende problemer en effektiv styring av konsentrasjonen av opplost alumina i badet. Hvis alumina-konsentrasjonen senkes fra det ovre maksimum på omkring 7 til 10% og ned til en viss kritisk grense, som vanligvis anses å være i nærheten av 2%, opptrer et fenomen som er kjent under betegnelsen "anodeeffekt", som resulterer i velkjente ulemper og nedsatt effektivitet. Denne anodeeffekt er en karakteristisk egenskap for reduksjonsceller hvori aluminium fremstilles ved elektrolyse av et cryolitt-alumina-bad. Denne anodeeffekt oppheves hensiktsmessig for gjenopprettelse av normale elektrolysetorhold ved at den storknede overflateskorpe oppbrytes, hvorved ytterligere aluminiumoksyd tilfores badet. Det må imidlertid utoves stor forsiktighet for å ikke tilfore badet for meget ytterligere aluminiumoksyd, idet en del av tilleggsoksydet ikke vil kunne

opploses hvis den tilforte mengde overskrider elektrolyttens opplosningskapasitet for alumina ved den foreliggende driftstemperatur, som vanligvis ligger omkring 970°C, Hvis elektrolytten ikke kan opploserhele den tilforte ytterligere aluminamengde, vil noe av denne alumina synke ned gjennom elektrolytten og gjennom den smeltede aluminium som er oppsamlet på reduksjonscellens katodiske bunnflate, med det resultat at katodemotstanden oker på uonsket måte og effektiviteten avtar således at det oppstår en såkalt over-matet eller syk reduksj onscelle.

Både under anodeeffekten som skriver seg fra en "sulteforing"

av badet, og ved den syke celle som oppstår ved over-matning av badet, arbeider reduksjonscellen under unormale forhold som medforer uonsket nedsettelse av den totale effektivitet. Av de to nevnte tilstander er anodeeffekten funnet å være den minst ugunstige av de to ulemper, idet den lettere kan oppheves enn den syke celle kan forbedres. Kjent teknikk er folgelig blitt utviklet både for intermitterende og kontinuerlig aluminiumoksyd-tilforsel for et elektrolytisk bad,idet aluminiumoksyd tilfores badet rutinemessig i mengder som er avpasset for å unngå utvikling av syk celletilstand. Sådan tilforselsteknikk er basert på forholdsvis lav tilforselsmengde, som tillater reduksjonscellen av og til å bli gjenstand for anodeeffekt, f.eks. en sådan anodeeffekt pr. dag, hvilket sikrer mot overmatning av alumina til' reduksjonscellen. Foreliggende oppfinnelse innebærer en forbedring av denne kjente teknikk.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således fremstilling av metall ved foring av likestrom gjennom et elektrolytisk bad som inneholder opplost oksyd av metall i en reduksjonscelle, for derved å bevirke avsetning av nevnte metall ved bunnen av reduksjonscellen, idet den foreliggende likespenning over nevnte celle avfoles for frembringelse av et utgangssignal som tilsvarer spenningen over cellen, opp til et gitt grensenivå som er lavere enn det maksimale spenningsnivå ved anodeeffekt. På denne bakgrunn har oppfinnelsens fremgangsmåte som særtrekk at et binært signal med ener-nivå avledes fra utgangssignalet hvis dets signalnivå ligger over et gitt terskelnivå som er lavere enn nevnte grensenivå, mens et binært signal med O-nivå avledes fra utgangssignalet hvis dets signalnivå ligger under nevnte terskelnivå, som er valgt slik at binært signal med ener-nivå angir en foreliggende anodeeffekt.

Under fremstilling av metall på den ovenfor angitte måte tilfores fortrinnsvis oksyd av det metall som skal fremstilles rutinemessig til badet i en takt som er utilstrekkelig for å opprettholde sådan konsentrasjon av oksydmaterialet i badet at utvikling av anodeeffekter unngås.

Eventuelle anodeeffekter oppheves fortrinnsvis på i og for

seg kjent måte ved nedsetning av avstanden mellom anode og katode i cellens elektrodestruktur, oppbrytning av den foreliggende skorpe på badets overflate samt tilforsel av ytterligere metalloksyd til reduksjonscellen.

Oppfinnelsen omfatter også et apparat for utforelse av de

ovenfor angitte fremgangsmåter, og som omfatter minst en reduksjonscelle forsynt med en anodeinnretning og en katodeinnretning anordnet for å fore likestrom gjennom cellens elektrolytiske bad, idet apparatet er utstyrt med en anordning for påvisning av anodeeffekt, og som omfatter et signalfrembringende organ, som påvirkes av spenningen mellom nevnte anodeinnretning og nevnte katodeinnretning for utledning av et utgangssignal som tilsvarer spenningen mellom anode og katodeinnretningen opp til et gitt grensenivå, som er lavere enn det maksimale spenningsnivå mellom anode- og katodeinnretningen ved anodeeffekt.

Dette apparat har som særtrekk i henhold til oppfinnelsen at det omfatter en terskelnivådetektor anordnet for å påvirkes av utgangssignalet fra nevnte signalfrembringende organ og innrettet for å frembringe et binært signal med ener-hivå, når utgangssignalet ligger over et gitt terskelnivå som er lavere enn nevnte grensenivå, samt å frembringe et binært signal med O-nivå når utgangssignalet ligger under det gitte terskelnivå som er valgt slik- at binært" signal med ener-nivå angir en foreliggende anodeeffekt.

Ansokningens eneste figur utgjores av et skjematisk blokkskjema av et anlegg for fremstilling av metall fra et elektrolysebad/i sammarbeide med et apparat som er særskilt egnet for utforelse av oppfinnelsens fremgangsmåte.

På denne figur er det skjematisk vist en aluminareduksjonscelle, generelt betegnet med 9, med tilordnede kretser, som særskilt er egnet for utforelse av oppfinnelsens fremgangsmåte. Alumina-reduksj onscellen 9 omfatter et stålhylster 10 med karbonholdig foring 11. Den ledende foring 11 inneholder et skikt av smeltet

aluminium 12 samt et bad 13 av aluminiumoksyd opplost i en smelteelektrolytt, idet badet 13 befinner seg over skiktet av smeltet aluminium 12. Ledende staver, som er innlagt i den ledende foring 13, er tilsluttet en katodeleder eller samleskinne 14. Det vil forstås at andre utforelsesformer av foringen kan anvendes for omslutning av det smeltede aluminium 12 og badet 13. Et katodepotensial kan påtrykkes det smeltede aluminium 12 ved"hjelp av andre konvensjonelle metoder enn de viste ledende staver. Opphengt over badet 13, og delvis nedsenket i, dette,; er def anordnet en karbonanode 15, som er vist skjematisk. .. I'praksis kan karbonanoden 15 være en anode bestående av flere staver anordnet på en passende overliggende struktur som kan innstilles som en enhet, eller en konvensjonelt vertikalt eller horisontalt anordnet anode av Soderberg-typen. Et anodearrangement bestående av flere staver og som kan anvendes i stedet for anoden 15, omfatter 18 karbonstaver som hver veier omkring 1 tonn. Det smeltede bad 13 er dekket med en hard skorpe 16 som består av storknede elektrolyttbestanddeler samt ytterligere aluminiumoksyd. Anoden 15 er tilsluttet en positiv samleskinne 17 over en léder 18. En stromavfoiende innretning 20 er anordnet for avfoling av den strom som flyter gjennom lederen 18. Den stromavfoiende innretning 20, som frembringer en likespenning direkte avhengig av den likestrom som flyter i lederen 18, er fortrinnsvis av en type som ikke krever en seriefortiindelse med lederen 18.

Over den ene side av reduksjonscellen 9, er det anordnet en

forste konvensjonell aluminatilforer 24. En forste skorpebryter-

stav 25 er anbragt i nærheten av nevnte forste aluminatilforer 24.

En annen aluminatilforer 26 er anbragt over den annen side av reduksjonscellen 9,mens en annen skorpebryterstav 27 er plassert nær den annen tilforer 26. To pneumatisk eller elektrisk drevne, innretninger 28 og 30 er mekanisk tilsluttet anoden 15 for henhv. hevning og senkning av denne i forut bestemte trinn. Et voltmeter 31 er koblet mellom den negative samleskinne 14 og lederen 18.

En pulsfrembringende tidskrets 32 er anordnet for frembringelse av

to pulstog med samme pulstakt, f.eks. en pulstakt på 6 pulser pr. minutt. De to pulstog er imidlertid ute av fase, idet det ene tog er faseforskjovet i forhold til det annet med halvparten av tidsintervallet mellom pulsene, f.eks. med 5 sek. Et av pulstogene fra tidskretsen 32 tilfores en aktiveringsinngang for en portkrets 33, mens det annet pulstog tilfores aktiveringsinngangen for en portkrets 34. Signalinngangen for portkretsen 33 er tilsluttet den stromavfolende innretning 20 og mottar fra denne et spennings-signal som er direkte proporsjonalt med den strom som flyter gjennom lederen 18. Signalinngangen for portkretsen 34 er tilsluttet til lederen 18 og mottar fra denne en spenning som tilsvarer spenningen over reduksjonscellen 9.

De respektive utganger fra portkretsen 33 og portkretsen 34 er tilkoblet inngangen for en begrensningforsterker 35, som fortrinnsvis er innrettet for å begrense sin utgangsspenning ved en inngangsspenning på omtrent 10 volt. Begrensningsforsterkeren 35 har fortrinnsvis en forsterkning lik 1. Utgangsspenningen fra begrensningsforsterkeren 35 påtrykkes en analog/digital-omformer 36 som frembringer binært katode digitalsignaler, som vekselvis tilsvarer den strom som tilfores reduksjonscellen 9 og spennings-fallet over denne reduksjonscelle, avhengig av hvilken av de to portkretser 33 og 34 som avgir et inngangssignal til begrensningsforsterkeren 35.

Utgangssignalene fra analog/digital-omformeren 36 er tilkoblet den forste inngang for en OG-krets 37 samt til den forste inngang for en ytterligere OG-krets 38, idet de andre innganger til OG-kretsene 37 og 38 er tilsluttet tidskretsen 32 for mottagelse av de respektive pulstog som avgis fra denne. OG-kretsen 37 overforer således intermitterende til sin utgangsside et binært kodet digitalsignal som angir den likestrom som flyter gjennom reduksjonscellen 9, mens OG-kretsen 38 likeledes intermitterende overfores til sin utgangsside et binært kodet digitalsignal som representerer spenningen over reduksjonscellen 9.

OG-kretsen har sin utgang tilkoblet en forste inngang for en subtraktor 39. En annen inngang til subtraktoren 39 er tilsluttet en binært kodet digitalsignalkilde 29, som kan innstilles og frembringer som sitt utgangssignal et forut bestemt binært kodet digitalsignal, som representerer den indre elektromotoriske kraft for reduksjonscellen 9. Denne elektromotoriske kraft er rettet mot strømgjennomgangen og belpper seg til nominelt 1,6 volt for et bad av alumina og smeltet kryolitt. Utgangssignalet fra subtraktoren 39 tilfores en forste inngang for en aritmetisk krets, som utgjores av et aritmetisk divisjonsledd 40. OG-kretsen 37 har sin utgang tilkoblet en annen inngang for divisjonsleddet 40 gjennom et digitalt lager 41, som lagrer de binært kodede digitale signaler som mottas fra OG-kretsen 37, under éni:t il strekkelig lang periode for å sikre at divisjonsleddet 40 samtidig på sine to innganger tilfores de signaler som overfores fra OG-kretsene 37 og 38. Divisjonsleddet 40 frembringer på sin utgangsside et binært kodet digitalsignal som er kvotienten av det digitale signal som representerer hovedspenningen over den reduksjonscelle som undersokes, minus den motsatt rettede elektromotoriske kraft for cellen, og det hele dividert med det digitale signal som representerer strommen gjennom cellen,, Dette binært kodede digitale utgangssignal tilsvarer således motstanden i reduksjonscellen 9 samt dens elektroder og tilslutninger.

Utgangssignalet fra divisjonsleddet 40 er tilkoblet en forste inngang for en aritmetisk subtraktor 43, som er anordnet for ved sin annen inngang å motta et forut bestemt binært kodet digitalsignal fra en digitalsignalkilde 42, idet dette signal representerer den kjente faste elektriske motstand for lednings-tilslutningene til reduksjonscellen 9.

Subtraktoren 43 frembringer folgelig på sin utgangsside et binært kodet signal som i det vesentlige direkte tilsvarer den varierende motstand av badet 13.

Utgangen fra subtraktoren 43 er tilkoblet forste innganger for henhv. en^forste digital signalkomparator 44 og en annen digitalsignalkomparator 45. En annen inngang til komparatoren 44

er tilsluttet en terskelinnstillingskrets 46 som utgjor en kilde for et binært kodet signal, som angir en ovre motstandsverdi for badet 13, idet alumina-konsentrasjonen er direkte avhengig av motstanden i badet 13. Et annet inngangssignal til den annen digitale komparator 45 utledes fra en innstillingskrets 47 for en nedre terskelverdi. Komparatoren 44 frembringer et utgangssignal hver gang det digitale signal den mottar fra subtraktoren 43 overskrider det digitale signal den mottar fra terskelinnstillings-kretsen 46, hvilket angir at motstanden i badet 13 er for hoy.

Det opptrer likeledes et utgangssignal fra komparatoren 45 hver gang det digitale signal den mottar fra subtraktoren 43 er mindre enn det digitale signal den mottar fra innstillingskretsen 47 for den nedre terskelverdi, hvilket angir at motstanden i badet 13 er. for lav. Det vil forstås at digitalsignalkilden 42 og subtraktoren 43 ikke er absolutt nodvendige, idet utgangssignalet fra divisjonsleddet 40 kunne vært koblet direkte til komparatorene 44 og 45, forutsatt at terskelinnstillingskretsene var tilnærmet innstilt for å omfatte den faste motstand i de elektriske tilslutninger til?reduksjonscellen 9.

Utgangssiden av begrensningsforsterkeren 35 er også tilsluttet

en anodeeffektdetektor 48, som utgjores av en Zener-diode med en spenningsterskel på omtrent 7,5 volt. Siden anodeeffektdetektoren 48 således har en spenningsterskel på 7,5 volt, vil den ikke lede og ikke frembringe et utgangssignal så .lenge spenningen over reduksjonscellen 9 forblir i området under 7,5 volt, idet den forventede spenning vil ligge mellom ca. 3,5 og ca. 6,5 volt, og 5,0 volt sjelden overskrides under normale betingelser i badet. Hver gang spenningen over reduksjonscellen 9 6ker over 7,5 volt, vil anodeeffektdetektoren 48 bli ledende og frembringe et logisk ener-signal på sin utgangsside, hvilket angir at reduksjonscellen 9 er

gjenstand for anodeeffekt, og aluminakonsentrasjonen i badet 13 således er alt for lav for å muliggjore effektiv drift. Siden anodeeffekten i blant kan frembringe spenninger så hoye som 30 eller 40 volt over en reduksjonscelle, er begrensningsforsterkeren innrettet for signalbegrensning ved et inngangssignal på omkring 10 volt, for således å forhindre skade på analog/digital-omformeren 36 og anodeeffektdetektoren 48, uten at folsomheten av de foreliggende kretser nedsettes.

Som angitt ovenfor, vil de kretser som hittil er beskrevet, faktisk bestemme reduksjonscellens motstand seks ganger i minuttet. Ved praktiske utforelser av foreliggende oppfinnelse, kan imidlertid reduksjonscellens motstand bestemmes med storre mellomrom, f.eks. en gang pr. minutt.

Det foreligger tre digitale signalkilder 50, 51 og 52, og disse kilder omfatter hver sin lagringsinnretning 53, 54 og 55 som henhv. lagrer et regulært program for normal tilforsel og avbrudd, et program for motstandsstyring ved innstilt anodestilling samt et program for opphevelse av anodeeffekten. Disse lagrede programmer utgjores alle av lagrede binærkodede digitalsignaler med parallelle bit bg seriestyring.

Den digitale signalkilde 50 frembringer i styrt rekkefolge og med parallelle bit en rekke binært kodede digitale styresignaler fra sitt lager 53 for å bevirke, i nevnt rekkefolge, oppbrytning av skorpen 16 på badets tappeside ved hjelp av bryterstaven 25, tilforsel av ytterligere aluminaoksyd til tappesiden fra tilforselsinnretningen 24, oppbrytning av skorpen 16 på cellens kanalside ved hjelp av bryterstaven 27, samt tilforsel av ytterligere aluminiumoksyd til kanalsiden fra tilforselinnretningen 26.Bryterstavene 25 og 27 beveges i de fleste praktiske tilfeller

opp og ned flere ganger for å sikre at skorpen 16 er gjennombrudt, idet den digitale signalkilde 50 fra sin lagringsinnretning 53

tilfores passende styresignaler for utforelse av sådanne gjentatte bevegelser.

I praksis frembringer signalkilden 50 digitale styresignaler med parallelle bit, og som bevirker forst en oppbrytning på cellens tappeside med påfolgende tilforsel til tappesiden etter et forut bestemt tidsintervall, samt deretter vanligvis ca. 90 min. senere, oppbrytning og påfolgende materialtilforsel på

kanalsiden av reduksjonscellen 9. Siden skorpen 16 hovedsakelig utgjores av alumina, vil oppbrytning av denne skorpe berike badet 13, hvilket vil resultere i en nedsatt motstand i badet. Materialtilforselen kan også omfatte, hvis så onskes, ytterligere tilforsel av alumina til badet 13, men dette finner fortrinnsvis sted ved et tilstrekkelig senere tidspunkt enn oppbrytningen til at den tilforte ferske alumina kan danne en del av skorpen 16

eller bæres på dens overflate. De digitale signaler med parallelle bit tilfores fra utgangen av den digitale signalkilde 50 for styring av dekoderen 55 over en seriekoblet neglisjerende OG-krets 56, en ytterligere neglisjerende OG-krets 57 samt en ELLER-krets 58.

Den digitale signalkilde 51 er utstyrtrmed to aktiveringsinnganger som henhv. er tilsluttet komparatoren 44 og komparatoren 45.Som reaksjon på et digitalt differansesignal fra komparatorenr 44, og for å angi at den innstilte ovre terskelverdi for motstanden i den elektrolytiske reduksjonscelle 9 er nådd, er det digitale signalkilde 51 innrettet for fra sitt lager 54 å tilfore et binært kodet digitalsignal med parallelle bit til styredekoderen 55,

for derved å kreve senkning av anoden 15 med gitt avstandsverdi, avhengig av storrelsen av det digitale differansesignal som tilfores fra komparatoren 44. Derved senkes motstanden i reduksjonscellen 9 inntil det digitale differansesignal fra komparatoren 44 forsvinner.

Som reaksjon på et digitalt differansesignal fra komparatoren 45, og for å angi at den innstillte nedre terskelverdi for motstanden i reduksjonscellen 9 er nådd, er den digitale signalkilde 51 innrettet for fra sitt lager 54 åctilfore et binært kodet digitalsignal med parallelle bit til styredekoderen 55, for derved å bevirke hevning av anoden 15 med et eller flere avstandstrinn, avhengig av styrken av det digitale differansesignal.som tilfores fra komparatoren 45. Motstanden i reduksjonscellen 9 okes folgelig inntil det digitale differansesignal fra komparatoren 45 forsvinner.

De binært kodede digitalsignaler fra den digitale signalkilde 51, og som enten bevirker hevning eller senkning av anoden 15 med et forskyvningstrinn, tilfores fra styredekoderen 55 over en neglisjerende OG-krets 60 samt ELLER-kretsen 58. Et annet utgangssignal fra den digitale signalkildé 51, og som ganske enkelt angir at denne digitale signalkilde 51 avgir signaler for å bevirke anodeforskyvning, er tilkoblet^ den neglisjerende inngang for OG-krétsen 57, således at det regulaére avbrytelses- og tilfdrelsesprogram som tilfores styredekoderen 55 fra den digitale signalkilde 50, avbrytes*

Den digitale signalkilde 51 vil,som hittil beskrevet, reagere på ethvert, differansesignal som opptrer på utgangssiden av enten komparatoren 44 eller komparatoren 45. Den digitale signalkilde 51 er fortrinnsvis konstruert slik at den hindrer seg selv i å avgi styresignaler under en periode på 5 min. etter hver sådan reaksjon.

Utgangssignalet fra anodeeffektdetektoren, som opptrer som en logisk ener-verdi hver gang dens inngangsspenning overskrider 7,5 volt, i kraft av Zener-karakteristikken s-for detektoren 48, er tilkoblet aktiveringsinngangeh for den digitale signalkilde 52. Hver gang den digitale signalkilde 52 aktiveres, frembringer den fra sitt lager 54 en rekke binært kodede digitale styresignaler med parallelle bit for i rekkefolge å bryte skorpen 16 både på tappesiden og kanalsiden av reduksjonsdelen 9, sekning av anoden 15, samt en påfolgende materialtilforsel til reduksjonscellen fra begge tilforselsinnretninger 24 og 26y Som ved den normale oppbrytning og tilforselsoperasjon, vil denne tilforselsoperasjon fortrinnsvis finne sted under en -arbeidsoperasjon for opphevelse av en anodeeffekt etter at skorpen 16 har stivnet..I visse tilfeller kan det være tilstrekkelig»med oppbrytning og material-, tilforsel enten på kanalsiden eller på tappesiden for å sikre under-trykkelse av anodeeffekten.

De styrende digitalsignaler med parallelle bit er tilkoblet styredekoderen 55 gjennom ELLER-kretsen 58.

Et annet utgangssignal fra den digitale signalkilde 52, og som ganske enkelt angir at signalkilden 52 avgir et styresignal for opphevning av anodeeffekt, er tilkoblet de neglisjerende innganger for henhv. OG-kretsen 60 og OG-kretsen 56, i den hensikt å forhindre utsendelse av rutinesignalene i det regulære avbrytelses- og tilforselsprogram samt rutinesignalene for innstilling av motstanden ved anodeforskyvning, til styredekoderen 55.

De digitale signalkilder 50, 51 og 52 tilforer således ved gjensidig utesluttelse av hverandre og på prioritetsbasis binært kodede digitale styresignaler med parallelle bit til styredekoderen, som i sin tur frembringer utgangssignaler på sine utgående linjer 61-66 for tilforsel til de respektive hukommelseskretser 67 - 72. Hukommelseskretsene 67 - 72 tilforer i sin tur signaler til de respektive vekselstromssolenoider 73 - 78. Hukommelseskretsene,

67 - 72, som kan foreligge i form av RC-kretser med lang tidskonstant, er anordnet for å sikre at utgangssignalet fra styredekoderen 55 vil være nærværende tilstrekkelig lenge til å

r energisere de respektive tilordnede solenoiddrivere 73 - 78, og samtidig frigjores styredekoderen 55 for dekodning av ytterligere styre s ignaler.

Solenoiddri<y>erne 73 og 78, som henhv. reagerer på signaler lagret i hukommelseskretsene 67 og 72, er anordnet for henhv. å energisere den forste tilforselsinnretning 24 på tappesiden og den annen tilfprselsinnretning 26 på kanalsiden av den elektrolytiske celle 9. Innretningene 24 og 26 er av konvensjonell konstruksjon og fortrinnsvis drevet ved hjelp av pneumatiske eller elektriske innretninger, som styres fra hver sin solenoiddriver 73 og 78.

Solenoiddriverne 74 og 77, som henhv» reagerer på signaler lagret i hukommelseskretsene 68 og 71, er anordnet for henhv. å energisere en forste og en annen pneumatisk eller elektrisk drevet innretning 80 og 81, som er mekanisk koblet til hver sin av bryterstavene 25 og 27 for å bevirke bevegelse av disse.

Solenoiddriverne 75 pg 76, som henhv. reagerer på signaler lagret

i hukommelseskretsen 69 og hukommelseskretsen 70,er anordnet for å energisere hver sin av de pneumatisk eller elektrisk - drevne

bevegelsesinnretninger 28 og 30, som henhv. er virksomme for å bevirke sekning eller hevning av anoden 15.

For å gjore oppfinnelsens apparat klart for drift, anbringes programmer i form av binært kodede digitalsignaler for regulær, normal oppbrytnings- og materialtilforselsfunksjon,for motstands-styringsfunkajon<p>g for opphevelse av anodeeffekten, henhv. i lagrene 53, 54 og 55. Etterpå ha bestemt ved konvensjonell teknikk den hovedsakelig konstante elektriske motstand av tilslutningene til.reduksjonscellen 9, innstilles den digitale signalkilde 42 for å avgi som sitt utgangssignal et binært kodet signal som representerer denne motstand. Den digitale signalkilde 29 innstilles for å frembringe, som sitt utgangssignal, et binært kodet signal som representerer den mot-elektromotoriske kraft for reduksjonscellen 9, idet denne elektromotoriske kraft for et vanlig alumina-cryolittbad er 1,6 volt.

Den ovre terskelinnstillingskrets 46 innstilles for som sitt utgangssignal å frembringe et fast binært kodet digitalsignal som tilsvarer den ovre grense (dvs. 20.1 x 10~6 ohm) for motstands-området for det elektrolytiske bad 13 under ventet normal elektro-. lyse. Denne innstilte verdi tilsvarer f.eks. meget nær den verdi hvorved hovedspenningen over reduksjonscellen 9 ville ha oket med • omtrent 0,02 volt ved en nominell strom på 150.000 amp. Innstillingskretsen 47 for den nedre terskelverdi innstilles for

å frembringe, som sitt utgangssignal, et fast binært kodet digital signal som tilsvarer en nedre grense (dvs. 19.9 x 10"^ ohm) for motstandsverdien for elektrolyttbadet 13 under ventet, normal elektrolyse. Denne innstilte verdi tilsvarer f.eks. meget nær den verdi hvorved hovedspenningen over reduksjonscellen 9 ville ha avtatt med omtrent 0,02 volt ved nominell strom på 150.000 amp. gjennom cellen. Det vil forstås at andre innstile verdier kan anvendes hvis så onskes, på bakgrunn av onskede celleforhold og den onskede folsomhet for styrefunksjonen i ethvert gitt tilfelle.

Reduksjonscellen 9 forsynes med den foreskrevne mengde av løsnings-middel, nemlig NaF/AlF^og alumina, A^O^, som tilsammen danner elektrolysebadet. Reduksjonsprosessen innledes fortrinnsvis manuelt ved tilforsel av likestrom til reduksjonscellen 9, med mulig tilforsel av ytterlig varme ved hjelp av ytre oppvarmings-innretninger, samt manuell innstilling av anodens stilling i forhold til katodebunnen i reduksjonscellen, inntil spenningen tvers over reduksjonscellen 9, slik den kanaavleses på voltmeteret 31, og likestrommen gjennom-cellen 9, slik den bestemmes av den stromavfoiende innretning 20, befinner seg innenfor grenser som er kjent og gi effektiv arbeidsoperasjon.

Så snart normal elektrolyse er opprettet, settes den digitale signalkilde 50 i virksomhet for å avgi regulære oppbrytnings-

og tilforsels-signaler til styredekoderen 55,som reagerer på sådanne signaler ved i rekkefolge, gjennom hukommelseskretsene 68, 67, 71, 72, å påvirke solenoiddriverne 74, 73, 77 og 78, som i sin tur bevirker bevegelse av henhv. oppbrytningsstaven 25, tilforselsinnretningen 24, oppbrytningsstaven 27 og tilforselsinnretningen 26. Ved normal arbeidsoperasjon foregår oppbrytning og materialtilforsel på tappesiden av reduksjonscellen 9 hvert 180. minutt, idet en avventningsperiode er innskutt mellom oppbrytning og materialtilforsel. Kanalsiden av elektrolysecellen 9 oppbrytes og mottar material også hvert 180. minutt, idet hver av disse arbeidsprosesser er tidsforskjovet med 90 minutter i forhold til de tilsvarende oppbrytnings- og materialtilforselsprosesser på tappesiden av reduksjonscellen.

Under fortsatt elektrolyse, vil apparatkretsene automatisk bestemme motstanden av badet 13, hvorved tilsvarende signaler frembringes av komparatorene 44 og 45, som, hver gang motstanden i badet 13 enten blir for hoy eller for lav, avgir signal til den digitale signalkilde 51, som i sin .tur overforer digitale styresignaler til dekoderen 55. Dekoderen 55 reagerer på disse ved å frembringe, alt etter forholdeney et utgangssignal enten til hukommelseskretsen 69 eller hukommelseskretsen 70, hvilket bevirker enten hevning eller sekning av anoden 15.. Dette finner sted ved hjelp av bevegelsesinnretningene 28 og 30, som styres fra solenoiddriverne 75 og 76, som er innrettet for å reagere på de signaler som er lagret i hukommelseskretsene henhv. 70 og 69. Hver gang den digitale signalkilde 51 frembringer utgangssignaler, vil utgangssignalet fra den digitale signalkilde 50 effektivt bli forhindret fra å nå frem til styredekoderen på grunn av det forhold at et signal fra den digitale signalkilde 51 tilfores neglisjeringsinngangen for OG-kretsen 70.

Under drift avfoles spenningen over reduksjonscellen 9 intermitterende ved hjelp av portkretser 34, idet spenningssignalet overfores av begrensningsforsterkeren 36, som har en forsterkning på 1, og hvis utgangssignal i sin tur tilfores anodeeffektdetektoren 48, som bringes i ledende tilstand så snart dens inngangsspenning overskrider 7,5 volt, hvilket tilsvarer Zener-detektorens gjennomslagsspenning. Anodeeffektdetektoren reagerer i lopet av noen få mikrosekunder, og således meget raskere enn reaksjonstiden på 20 - 50 millisekunder for analog/digital-omformeren 36, som avgir et logisk ener-signal til den digitale signalkilde 52,

som derved frembringer en rekke digitale styresignaler til styredekoderen 55, for å bevirke, i nevnte rekkefolge, oppbrytning av skorpen 16 på badet 13, eventuelt både på tappesiden og kanalsiden av reduksjonscellen 9, senkning av anoden 15 og påfolgende materialtilforsel til den ene eller begge sider av reduksjonscellen. De mekaniske bevegelser bevirkes av solenoiddriverne 75, 74, 73,

77 og 78. Den digitale signalkilde 52 frembringer også fortrinnsvis et digitalt styresignal som dekodes av dekoderen 55

og tilfores solenoiddriveren 76 gjennom hukommelseskretsen 70,

for derved å bevirke at anoden 15 tilbakeføres til sin tidligere stilling.

Et separat utgangssignal fra den digitale signalkilde 52 tilfores neglisjeringsinngangene for OG-kretsene 56 og 60, for å sikre at ingen styresignaler fra de digitale signalkilder 50 og 51

tilfores styredekoderen når den mottar styresignaler fra signalkilden 52.

Fremgangsmåte for fremstilling av metall i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter generelt sett frembringelse av et elektrolytisk bad med opplost oksyd av vedkommende metall i en reduksjonscelle, foring av likestrom gjennom badet, oppsamling av metall ved bunnen av reduksjonscellen, avfoling av likespenningen over reduksjonscellen samt bestemmelse av når denne spenning overskrider et visst nivå som indikasjon på anodeeffekt.

Eventuelle anodeeffekter som måtte opptre oppheves på

konvensjonell måte.

Oksyd av vedkommende metall tilfores fortrinnsvis rutinemessig

til badet i en takt som er utilstrekkelig for å opprettholde én sådan konsentrasjon av dette material i badet at opptreden av anodeeffekter unngås. Ved en sådan drift unngås mer alvorlige problemer som kunne fremkomme ved overmatning av reduksjonscellen, hvilket vil fore til en "syk" celletilstand.

Oppfinnelsen fremgangsmåte gjelder fortrinnsvis fremstilling av aluminium. I dette tilfelle utgjores elektrolyttbadet av alumina opplost i cryolitt.

Avfolingenav•likespenning over reduksjonscellen utfores

fortrinnsvis intermitterende.

Skjont foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i forbindelse

med oppfinnelsens apparat tilsluttet en enkelt elektrolysecelle,

vil det uten videre forstås at oppfinnelsen også kan anvendes ved anlegg som omfatter multipleksing av styresignalene i den hensikt

å oppnå styring av driftsparametrene for et storre antall reduksjonsceller. I dette tilfelle vil kretsarrangementet naturligvis også avfole stromtilforselen til hver celle,spenningene over de forskjellige celler ved hjelp av multipleks-kretser, samt overforing av styresignaler, idet avfSlingene av strommene og spenningene må være hensiktsmessig synkronisert.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et metall ved foring av

likestrom gjennom et elektrolytisk bad som inneholder opplost_ oksyd av metallet i en reduksjonscelle, for derved å bevirke avsetning av nevnte metall ved bunnen av red&ksjonscellen, idet den foreliggende likespenning over nevnte celle avfoles for frembringelse av et utgangssignal som tilsvarer spenningen over cellen, opp til et gitt grensenivå som er lavere enn det maksimale spenningsnivå ved anodeeffekt,karakterisert vedat et binært signal med ener-nivå avledes fra utgangssignalet hvis dets signalnivå ligger over et gitt terskelnivå som er lavere enn nevnte grensenivå, mens et binært signal mad O-nivå avledes fra utgangssignalet hvis dets signalnivå ligger under nevnte terskelnivå, som er valgt slik at binært signal med ener-nivå angir en foreliggende anodeeffekt.

2. Apparat for utforelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, og som omfatter minst en reduksjonscelle forsynt med en anodeinnretning og en katodeinnretning anordnet for å fore likestrom gjennom cellens elektrolytiske bad, idet apparatet er utstyrt med en anordning for påvisning av anodeeffekt, og som omfatter et signalfrembringende organ, som påvirkes av spenningen mellom nevnte anodeinnretning og nevnte katodeinnretning for utledning av et utgangssignal som tilsvarer spenningen mellom anode-og katodeinnretningen opp til et gitt grensenivå, som er lavere enn det maksimale spenningsnivå mellom anode- ogirkatode-innretningen ved anodeeffekt,karakterisert vedat apparatet videre omfatter en terskelnivådetektor anordnet for å påvirkes av utgangssignalet fra nevnte signalfrembringende organ og innrettet for å frembringe et binært signal med ener-nivå, når utgangssignalet ligger over et gitt terskelnivå som er lavere enn nevnte grensenivå, samt å frembringe et binært signal med O-nivå når utgangssignalet ligger under det gitte terskelnivå, som er valgt slik at binært signal med ener-nivå angir en foreliggende anodeeffekt.

3. Apparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat nevnte terskelnivådetektor utgjores av en diode som blir ledende ved en påtrykt spenning på omtrent 7.5 volt, mens dioden ikke er ledende i vesentlig grad ved påtrykning av lavere spenningsnivåer.

4. Apparat som angitt i krav 2 og 3,karakterisert vedat : nevnte signalfrembringende organ utgjores av en begrensningsforsterker,med grensenivå på omtrent 10,0 volt og med en forsterkningsfaktor på 1.

5. Apparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat det omfatter organer som påvirkes av nevnte signal som frembringes av terskelnivå-detektoren og er. innrettet for å oppheve påviste anodeeffekter.

6. Apparat som angitt i krav 2 og 5,karakterisert vedat nevnte organer for opphevelse av påviste anodeeffekter omfatter innretninger for redusering av avstanden mellom nevnte anodeinnretning og nevnte katodeinnretning samt midler for oppbrytning av skorpen på overflaten av nevnte bad. '■i

7. Apparat som angitt i krav 2, 5 og 6,karakterisert vedat organene l£or opphevelse av påviste anodeeffekter omfatter midler for tilforsel av ytterligere oksyd av det metall som skal fremstilles, til reduksj onscellen.

8. Apparat som angitt i krav 2 og 5-7,karakterisert vedat det omfatter midler for rutinemessig tilforsel av oksyd av vedkommendermetall til nevnte bad.

9. Apparat som angitt i krav 2 og 5«8,karakterisert vedat nevnte midler for rutinemessig tilforsel av oksyd av vedkommende metall til badet, er innrettet for tilforsel av sådant material i en takt som er utilstrekkelig til å unngå alle anodeeffekter.

10. Apparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat det omfatter en innretning for bestemmelse av motstanden i nevnte bad samt midler som påvirkes av utgangssignalet fra denne innretning for innstilling av avstanden mellom nevnte anodeinnretning og nevnte katodeinnretning, for derved å bibeholde motstanden i nevnte bad innenfor forut bestemte grenser.

11. Apparat som angitt i krav 2 og 5,karakterisert vedat nevnte organer for opphevelse av påviste anodeeffekter omfatter midler for nedsettelse av avstanden mellom nevnte anode- og katodeinnretning, som reaksjon på signaler fra nevnte terskelnivådetektor.

12. Apparat som angitt i krav 2, 5 og 11,karakterisert vedat nevnte organer for opphevelse av påviste anodeeffekter videre omfatter midler for tilforsel av ytterligere oksyd av det metall som skal fremstilles, til reduksjonscellen som reaksjon på signaler fra nevnte anordning for påvisning av;anodeeffekt.. t