NO153935B - Anordning for foering av elektrisk stroem mellom elektrolyseceller. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for føring av elektrisk strøm fra katoden av en eventuelt innkapslet, tverrstilt elektrolysecelle til anoder i naboceller gjennom katodekoblede karbonblokker i et elektrolysekar, katodestaver og strømskinner (separate ledere).

Kjente strømskinneføringer mellom to tverrstilte elektrolyseceller føres cellestrømmen fra katodestavene ved hjelp av samleskinner til de sider av cellen som forløper parallelt med katodestavene samt derfra til nabocellen over forbindelses-skinner. Som regel er samleskinnene koblet til stasjonære eller vertikalt bevegelige stigeledere på nabocellen, således at strømmen ledes gjennom disse til nabocellens bevegelige eller stasjonære anodebjelke. Strømmen fra anodebjelken flyter så gjennom anodestengene til de enkelte anoder.

Sådanne kjente anordninger tillater i og for seg mange forskjellige muligheter for strømføringsbanen. Strømmen fra alle katodestaver kan således samles opp i en enkelt samleskinne og tilføres stigelederne for den påfølgende celle. Det er også kjent å føre strømmen fra en eller to katodestaver under den celle som inneholder disse staver samt derpå direkte til anodebjelken for nabocellen.

Stigelederne er anordnet langs cellenes langsider eller kortsider, alt etter strømskinneføringen. Sådanne utførelser av strømføringen har imidlertid betraktelige ulemper. De strøm-skinner som er ført rundt elektrolysekaret og stigelederne gir høyt spenningstap, særlig når cellene er brede.

Stigelederne som er anordnet ved cellens langsider eller kortsider hindrer i vesentlig grad arbeidet på cellene, særlig ved utskifting av anodene. Ved anodene vil det også opptre et strømtap da det ikke foreligger noen strømutligning. Kortslutning av celler medfører dessuten alltid vanskeligheter.

Videre har de katodiske samleskinner den ulempe at de av rent praktiske grunner ikke kan gis optimal form i samsvar med elektroteknisk teori. Dette medfører kompenserende strømmer i samleskinnene og også i katoden, nemlig i det flytende metall-bad. Disse kompenserende strømmer er uønsket og påvirker cellens drift.

De samme betraktninger med hensyn til denne type forstyrrelser gjelder også de anodebjelker som gjør tjeneste som strømfor-deler. Også den videre strømføring fra anodebjelken til anodene medfører betraktelige ulemper. Den arbeidsinnsats som ligger i sammenkobling mellom andoestang og anode i anodebe-handlingsavdelingen, f.eks. utretting, rengjøring og sveising av anodestengene, samt anodetransporten er meget stor og håndteringen kan lett føre til uhell. Videre kan anodene bare ut-skriftes sammen med sine bærestenger, hvilket atter bidrar til at det blir vanskeligere å opprettholde en godt avtettet celle. Spenningstapet i selve anodestangen kan heller ikke oversees.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frem-bringe en anordning for føring av elektrisk strøm mellom elektrolyseceller på sådan måte at disse ulemper ikke opptrer og fremfor alt økonomiske fordeler oppnås. Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at separate strømledere er anordnet såvel under elektrolysecellen som under en nabocelle, idet strømlederne under elektrolysecellen forbinder hver av cellens katodestaver på den side som vender bort fra nabocellen med en utligningsskinne tilordnet nabocellen, og strømlederne under nabocellen forbinder hver av elektrolysecellens katodestaver på den side som vender mot nabocellen med tilsvarende utligningsskinne for en ytterligere nabocelle.

Dette innebærer at to katodestaver kan være koblet til en og samme separate strømleder og over denne til utligningsskinnen. På denne måte føres cellestrømmen den korteste praktisk til-gjengelige vei fra en elektrolysecelle til en påfølgende celle.

De separate strømledere som alle har samme lengdeutstrek-nmg og tverrsnitt danner hver sin strømbane med samme spenn-ingsfall mellom de to celler, uavhengig av om katodestavene er koblet til hver sin separate strømskinne eller to sammen-koblede staver vea en og samme cellelangside er forbundet med en enkelt strømleder.

I hele strømledersystemet flyter strømmen i elektrolyse-hallens lengderetning, bortsett fra det tilfellet en celle er kortsluttet av strømføringen. I praksis er det funnet at det i en elektrolysecelle som drives med en strøm på omkring 160 kA og en strømskinnetetthet på j=0,3 A/mm 2kan oppnå en energibesparelse på omtrent 0,7 kwh/kg Al sammenlignet med det kjente strømføringsarrangement. Dette forhold er faktisk en av de viktigste fordeler ved foreliggende oppfinnelse.

For samme cellebredde,men forskjellig cellelengde (forskjellige cellestrørrelser eller cellestrømnivåer) forblir spenningstapet alltid det samme.

Ulempene vea kompenseringsstrømmer og deres bivirkninger

på cellens drift opptrer ikke ved det nye arrangement av strømskinnene.

Fordeler med hensyn til de magnetiske krefter som virker

på badet oppnås også, særlig på grunn av fravær av katode-samleskinner langs cellenes langssider, koblingsskinnene langs cellenes kortsider eller tverrsider, samt stigelederne, særlig når katodesamleskinnene konsentreres ved cellens hjørner, samt av anodebjelker som strekker seg over badet. Metallbadet utsettes således for et jevn magnet-felt, hvilket nedsetter velvningen av det flytende metall.

Denne anordning i henhold til oppfinnelsen har følgende konstruktive fordeler.

De enkelte strømledere har samme lengde og tverrsnitt, hvilket fører til forenklinger både med hensyn til konstruk-sjon og fremstilling.

Føring av cellestrømmen under cellen ved hjelp av separate strømskihner fører til små ledertverrsnitt. Anordning av strømskinnene i henhold til oppfinnelsen påvirker ikke mulighetene for å benytte henholdsvis midtbetjening, tverr-betjening eller punktmatnings-betjening.

Ved utskiftning av anoder foreligger det ingen hindring på grunn av fast monterte stigeleaere ved cellens langsider eller hjørner.

En celle som lekker ved en katodestavgjennomføring forår-saker bare at høyst to enkeltledere settes ut av drift.

Uttrekk av metall fra cellen vanskeliggjøres ikke lenger

på grunn av stigeledere ved celleendene.

For utskiftning av en katode er det bare nødvendig å fra-koble katodestavforbindelsene, da fjerningen av anodene før hevningen av anodedelen samtidig fører til brudd av strømtilførselen tii denne del.

For en strøm på ca. 160 kA og en strømtetthet på j =0,3 A/mm^

i strømlederne, krever fremstillingen av de nødvendige strøm-skinner i henhold til oppfinnelsen bare omkring 24 tonn aluminium. Dette betyr en besparelse opptil 35% sammenlignet med det konvensjonelle strømføringsarrangement, da katodesamleskinnene langs cellens langssider, de katodiske koblings-skinner ved cellens tverrsider samt stigelederne ved lang-sidene og/eller kortsidene av cellen og/eller cellehjørnene er gjort overflødig.

Den ovenfor nevnte utligningsskinne er fortrinnsvis anordnet i form av en ring rundt cellen i høydenivå med celle-karet. Prinsippielt frembringer utligningsskihnen, slik som navnet innebærer, en kompenserende virkning på uregel-messigheter i de foreliggende elektriske strømmer. Ved utskiftning av anodene påvirker den også direkte strøm-kompensasjonen for nabocellene samt tjener samtidig som kompensasjonsleder for cellens katode. Følgelig foreligger det intet strømtap ved anodeutskiftning.

Vea kortslutning av nanocellen tjener utligningssxinnen

som strømfåringsskinne. Den kan også anvendes for under-støttelse av arbeidsplattformen omkring cellen.

En av de viktigste fordeler som oppnås er at utlignings-skmnen gjør aet mulig å aanne strømforbindelse med anoden over en bøyelig strimmel, som festes så nær som mulig på anoden. For dette formål er anoden i henhold til oppfinnelsen nensiktsmessig utstyrt med et åk som er koblet til, men lett kan løsgjøres fra anodeholaeren og den bøyelige strømførende stimmel.

Vea anodeutskiftning fjernes bare resten av den forbrukte anode sammen med åket fra anodeholderinnretningen. Denne anodeutførelse gjør transport av anoaen til og fra anode-behandlingsavdelingen meget lettere. Årsaken til hyppige tidligere uhell, f.eks. nedfallende anodestenger er nå eliminert. Totalt sett vil håndteringen av anodene være meget lettere.

Bredden av selve anoden er fortrinnsvis valgt slik at den alltid er det dobbelte av bredden av et karbonblokkelement. Cellestrømmen i to separate strømledere flyter således til en anode for den påfølgende celle. Denne anodekonstruksjon gjør det mulig å etterlate anodeholderinnretningen på cellen og f.eks. forbundet med anodebjelken. Dette gjør det mulig å bevege anodeholderinnretningen vertikalt opp og ned ved hjelp av en motor eJler et nydrauiisk, pneumatisk eller lignende Kraftdrevet system. Den vertikale bevegelse følger jevnt anodeavbrenningen således at den mest gunstige interpolaravstand mellom anode og katode alltid bibeholdes. På denne måte Bortfaller måling av anodens stilling. For styr-ring av denne vertikalbevegelse foreslås i henhold til oppfinnelsen én regneenhet, som mottar strømdata for anode og katode og sammenligner disse med referanseverdier.

Hvis spenningen stiger over en bestemt grenseverdi, ned-settes automatisk interpolaravstanden ved at anoden senkes.

Hvis anoden er helt forbrukt eller redusert til et ubetyde-lig reststykke, bringer et motordrevet system anodeholderinnretningen til bevegelse vertikalt oppover, og denne prosess avsluttes fortrinnsvis etter at reststykket av anoden er hevet over skorpen på badet. ved Kapslede celler får således skorpen tid til atter å lukkes uten at avgitte flyk-tige stoffer fra badet slippes ut i elektrolysehallen.

Først etter at skorpen har fullstendig lukket det gap som har oppstått ved fjerning av anodereststykket, heves dette videre. Da elektrolysebadets innkapsling med dette arrangement av strømlederne og denne utførelse av anodeholderinn- ■ retningen med fordel kan meget effektivt avtettesi kan for-urensning av omgivelsene på grunn av gassutslipp ned-

settes til et minimum. Kapslingen omfatter fortrinnsvis dekkplater hengslet på anodebjelken eller lignende, således at det foreligger en dekkplate for hver anode. Ved å heve anodereststykket kan den tilsvarende dekkplate åpnes, mens resten av cellen fremdeles forblir tildekket. For utskiftning av anoder fjernes først den bøyelige strømlederstrimmel, hvorpå åket heves fra sin foranxring til anodeholderinnretningen .

For forbindelse mellom anodeholderinnretningen og åket samt strømlederstrimlen foreligger mange muligheter. Således kan f.eks. anodeholderinnretningen bestå av to elementer som er aksialt bevegelig i forhold til hverandre eller i hverandre, idet det ene av disse elementer omfatter en innsnevring hvori eller over hvilken det andre element forskyves, således at det oppnås en klemmende virkning.

Hvis f.eks. en holdestang oppviser en innsnevring hvori anodeåket og strømlederstrimmelen innføres, så har det vist seg roraelaktig å legge en klemhylse mea inare gjenger om holdestangen. Etter innlegg av åket og strømlederstrimmelen forskyves denne klemhylse ved dreiebevegelse over innsnev-ringen og klemmer således fast åk og strømiederscrimmel.

En annen noldermulighet foreligger når det til anodebjelken er festet en hylse som i det endeområdet som ligger lengst fra bjelken oppviser en innsnevring, hvori åk og strømleder-strimmel Kan innlegges. Ved innføring av en pressbolt i hylsen fikseres så åk og strømlederstrimmel.

Klemhylsen og pressbolten kan fortrinnsvis beveges ved

hjelp av en pneumatisk, hydraulisk eller motordrevet innretning .

Disse angitte muligheter for forbindelse mellom anodeholder-en og anoden og imidlertid bare betraktes som utførelses-eksempler. Ytterligere fordeler, særtrekk og detaljer ved oppfinnelsesgjenstanden vil fremgå av følgende beskrivelse av foretrukkede utførelseseksempler under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et snitt gjennom en rekke tverrstilte elektrolyseceller . Fig. 2 viser skjematisk strømføringen mellom elektrolyse-cellene . Fig. 3 viser en variant av den utførelse som er angitt i fig. 2.

Fig. 4 viser mer detaljert en del av fig. 1.

Fig. 5 viser et snitt langs linjen IV-IV i fig. 4.

Fig. 6 viser en ytterligere utførelsesvariant av den del som er vist i fig. 5.

Et elektrolysekar 11 for en elektrolysecelle 10 er på bunnen foret med isolerende material 12 og langs sidene med karbonblokker 13. Ovenpå det isolerende material 12 hviler katodekoblede karbonblokker 30, hvorfra elektrisk strøm ledes ut over katodestaver 31, 32 i retning X.

Ovenpå karbonblokkene 30 samler det seg aluminium 14 som

er utskilt fra elektrolytten 15.

I elektrolytten 15 er det neddykket anoder 16, som ved hjelp av en anodeholderinnretning 17 er festet til en anodebjelke 18.

Mellom naboanoder 16 befinner det seg en slaginnretning 19 for å slå hull gjennom skorpen 20 ovenpå elektrolytten.

Karet 11 er innkapslet ved hjelp av en dekkplate 22 som kan svinges om et hengsel 21 av pianotype på anodebjelken 18.

Separate strømledere 33, 34 er koblet til katodestavene 31, 32, således at strømlederen 33 fører strøm fra en katode-' stav 31 på den side som vender bort fra en haboelektrolyse-celle 10a under cellen 10, mens strømlederen 34 fører strøm fra katodestaven 32 på den side som vender mot nabocellen 10 a under denne celle 10a. Dette betyr, at 50% av strømmen fra en katodekoblet karbonblokk 30 flyter gjennom hver av strømlederne 33, 34.

Strømlederne 33, 34 er ved cellen 10a koblet til en utligningsskinne 35 som omgir cellen 10a.

Strømskinneføringen fra katoden for elektrolysecellen 10

til utligningsskinnen for cellen 10a er utført på samme måte for hver karbonblokk 30, hvilket vil si for hver katodestav 31, 32 i cellen 10. Hvis cellen 10a kortsluttes,.gjør utligningsskinnen 35 tjeneste som en strømtilførselsskinne i forbindelsespunktet 40. Ytterligere kortslutningspunkter er angitt ved 42, 43.

Det første trinn av den elektriske cellekalsinering oppnås herunder ved at strømlederne 33, 34 kortsluttes på stedene 42, 43.

Det neste trinn i den elektriske prosess for cellekalsiner-ingen oppnås ved kortslutning av cellen på forbindelses-stedet 40.

Fra utligningsskinnen 35 for cellen 10a finner strømtil-førselen til anodene 16 sted over fortrinnsvis fleksibelt utførte strømføringsstrimler 36, samt fra anodene 16 for cellen 10a over cellens katode til den neste ovn 10b på ovenfor beskrevet måte.

Anodene 16 er ved hjelp av et åk 36 forankret til anodeholderinnretningen .

Herunder består anodeholderinnretningen 17 i henhold til

fig. 4, 5 av en holdestang 23 som er omsluttet av en bevegelig klemhylse 24 med innergjenger. Den ende av holdestangen 23 som er vendt mot anoden 16 oppviser en uttagning 35, hvori åket 38 og strømføringsstrimmelen 36 kan innføres.

For fastklemming av åket 38 og strimmelen 36 kan så klemhylsen 2 4 forskyves nedover ved dreining.

En ytterligere mulighet for feste av åket 38 og strømførings-strimmelen 36 til anodeholderinnretningen 17, omfatter i henhold til fig. 6 en hylse 26 med indre gjenger hvori det er innført en pressbolt 26 med ytre gjenger og som kan beveges fortrinnsvis ved hjelp av en motor 27 eller lignende samt et tannhjulsdrev 28. Hylsen 26 er utført med en uttagning 25a hvori åket 38 og lederstrimmelen 36 kan innføres. Ved dreining av bolten 29 kan begge disse deler fastklemmes på plass.

Anodebredden velges fortrinnsvis slik at den tilsvarer den dobbelte bredde av en karbonblokk 30. Cellestrømmen fra to separate strømledere 33 og 34 flyter således til en enkelt anode 16.

To katodestaver 31 og 32 på samme langside av cellen 10 kan også, som vist i fig. 3, sammenkobles og tilsluttes utligningsskinnen for cellen 10a.

Dette betyr at to karbonblokker 30 som hver er tilsluttet to separate strømledere 33 og 34, samt to anoder 16 danner en strømføringsenhet som kan anordnes i hvilket som helst antall for å danne celler av forskjellige størrelser.

Mellom hvert par av elektrolyseovner 10 er det anordnet en arbeidsplattform 41.

Claims (10)

1. Anordning for føring av elektrisk strøm fra katoden av en eventuelt innkapslet, tverrstilt elektrolysecelle (10) til anoder (16) i naboceller (10a, 10b) gjennom katodekoblede karbonblokker (30) i et elektrolysekar (11), katodestaver (31,

32) og strømskinner (separate strømledere) (33, 34), karakterisert ved at separate strømledere (33, 34) er anordnet såvel under elektrolysecellen (10) som under en nabocelle (10a), idet strømlederne (33) under elektrolysecellen (10) forbinder hver av cellens katodestaver (31) på den side som vender bort fra nabocellen med en utligningsskinne (35) tilordnet nabocellen (10a), ogstrømlederne (34) under nabocellen (10a) forbinder hver av elektrolysecellens katodestaver (32) på den side som vender mot nabocellen (10a) med tilsvarende utligningsskinne for en ytterligere nabocelle (10b).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at utligningsskinnen (35) er anordnet i form av en ring i høydenivå med elektrolysekaret omkring elektrolysecellen.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at fleksible strømleder-strimler (36) fører fra utligningsskinnen (35) til anodene (16) eller anodeholderinnretninger (17), som er forbundet med anodene (16) og et åk (38).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at anodeholderinnretningen (17) er festet til en anodebjelke (18) og forblir i cellen når anodene utskiftes.

5. Anordning som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at anodeholderinnretninger (17) omfatter en innretning (25) for å motta åket (38) og strømlederstrimmelen (36).

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at en innretning (25) omfatter en uttagning som klemmer fast åket (38) og strøm-lederstrimmelen (36) på plass.

7. Anordning som angitt i krav 4-6, karakterisert ved at anodeholderinnretningen (17) omfatter to elementer (23, 24 og 26, 29) som er anordnet innbyrdes koaksialt og slik at den ene kan beveges inne i den annen.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at de bevegelige elementer er en holdestang (23) og omkring denne en klemhylse (24) med indre gjenger, eller eventuelt en hylse (26) som er gjenget på innsiden samt en pressbolt (29) som er ført inn i denne hylse.

9. Anordning som angitt i krav 4-8, karakterisert ved at holdestangen (23) eller hylsen (26) er utstyrt med innretningen (25) for mottagelse av åket (38) og strømføringsstrimmelen (36).

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at klemhylsen (24) eller pressbolten (29) griper i det minste delvis inn i nevnte innretning (25) for å oppnå klemvirkning.