NO803079L - Smeltetank for en elektrolysecelle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et kar for en elektrolysecelle, særlig et elektrolysekar av den art som anvendes i celler for fremstilling av alumininum ved smelteelektrolyse og som er utstyrt med en veggforing som hovedsaklig består av karbonmaterial eller lignende samt katodeblokker på bunnen, idet eventuelt en sammenpresset tetningsmasse er innlagt me11.pm veggforingen og katodeblokkene, mens forsterknings-eller armeringsélementer er anordnet omkring karets sidevegg- . er.

Fremstilling av aluminium i stor skala ved hjelp av Hall/ Heroult -prosessen, som går ut på elektrolyse av aluminiumoksyd, utføres i forskjellige typer av elektrolyseceller,

hvis innbyrdes forskjell 1 hovedsakelig ligger i konstruksjon-en av cellenes elektroder. Felles for de fleste cellerutfør-elser er et metallkar, viss sidevegger er foret med karbonblokker av forskjellig form, og hvori det på bunnen er anordnet katodeblokker som tar del i elektrolyseprosessefi.

Da elektrolyseprosessen utføres ved en temperatur omkring 1000°C, vil katoden utvide seg i betraktelig grad, Karbonblokkene ved ytterkanten følger denne varmeutvidelse, hvilket fører til gap mellom elektrolysekaret og karbonblokkene ved ytterkanten, samt til sprekker i det material som disse ytter-blokker består av. Aluminium vil da trenge inn i gapene gjennom disse sprekkes, hvilket fører til hyppigere repara-sjonsarbeider, for tidlig nedbrytning og således nedsatt leve-tid for karbonkatodene eller elektrolysekaret.

Ved igangsetting av cellen er det også funnet at en vanlig-vis foreliggende sammenpressede pastamasse mellom karbonblokkene ved ytterkanten og katodeblokkene vil krympe sammen og derved frembringe ytterligere sprekker.

For å overvinne disse ulemper er det gjort fjorsøk på å motvirke tankens utvidelse ved å anordne enkel mekanisk forsterkning. Forskjellige metallstrimler eller profiler har f.eks. blitt montert på elektrolysekarets sidevegger. I praksis er det imidlertid funnet at sådan forsterkning av karets vegger som regel ikke har noen vesentlig begrensede virkning på de beskrevne sprekkdannelser.

Forsterkningsstrimmlene når enten omtrent samme temperatur som elektrolysekaret og utvider seg følgelig i tilsvarende grad, eller også danner de en meget stiv omsluttning av karet, som likevel utvider seg påtagelig på de steder som ikke er avstivet..

Det er derfor et formål for oppfinnelsen å utforme eller forsterke elektrolysekaret i en elektrolysecelle på sådan måte at disse ulemper ikke opptrer og særlig slik at elastisk utvidelse av elektrolyekaret kan finne sted uten at dette medfører skade på foringsrnaterialene. Dette oppnås

i henhold til oppfinnelsen ved at elektrolysekaret i en celle av ovenfor nevnt art er utført slik at forsterkningen av karets sidevegger er utformet som avstivningselementer som

er bevegelig montert på karets sidevegger ved hjelptav feste-elementer. for eleastisk begrensning av det trykk som oppstår ved karveggens varmeutvidelse.

Avstivningselementene, som i det følende vil bli betegnet

som termofjærer, er fortrinnsvis utført som hule profiler, hvor den side som befinner seg i kontakt med elektrolysekaret varmes opp sammen med karet, mens dens side som vender bort fra karet er 100-200° C kjøligere.

For å forbedre virkningen av de hule profiler ytterligere,

er det på langsidene anordnet åpninger som nedsetter varme-strømmen fra innersiden til yttersiden av termefjærene, således at luftsirkulasjonen da bidrar til å ytterligere oppnå og bibeholde den ønskede temperatur forksjell.

Denne temperatur forskjell over hulprof ilet f ører til en forskjell i lengdeutvidelsen når den termetiske likevekt er opp-nådd i elektrolysecellen. Denne forskjell i forlengelse å hele hulprofilen til å bøyes innover mot den side som befinner seg i kontakt med karveggen.

Denne bøyning kan økes ytterligere ved å utføre hulprofilen

i halvdeler av to forskjellige materialer med forskjellig

utvidelsekoeffisient, for derved å danne en slags bimetall-strimmel og således at innersiden av profilen har den høyeste og yttersiden den laveste utvidelsekoeffisient. Da hulprofilen er forankret i kraft av sin form til karets sidevegg, opptar denne sidevegg den bøyning som frembringes av hulprofilen, således at det indre av tanken påvirkes av en kraft som eleastisk motvirker de krefter som oppstår ved at det utvidede celleinnhold utøver trykk mot innsiden av karveggen. Med hensiktsmessig innstilling av den termiske likevekt i karet og ved tilsvarende dimensjonering og materialvalg for hulprofilen, vil de motsatte rettede krefter nå samme styrke-nivå og kompensere hinannen, således at deformasjonen av karets sidevegger og de uønkede bieffekter som dette frem-bringer kan nedsettes i betraktelig grad eller fullstendig elimineres.

For å oppnå den.ønskede elastisitet, er termofjærene festet

■ .y

til sideveggen ved hjelp av et element som tillater karveggen å utvides på tross av termofjæren som er festet til denne. Videre kan termofjærene f.eks. holdes på plass ved hjelp av bolter i langstrakte hull eller ved glideskinner på sideveggene .

I et annet utførelseeksempel som kan nevnes, kan forsterkningen utgjøres av vingeformede fremspring som dannes av innntilliggende lengdekanter av termofjæren og passer inn som not og fjær i glideskinner som er festet til karets side - vegger. Denne montering av hulprofilen sørger ikke bare for at de krefter som frembringes ved oppvarming og bøyning av hulprofilen, overføres til karveggen, men tillater også

enkel og lett utførbar montering og fjerning av hele anord-ningen .

Av grunner som har sammenheng med de dannede spenninger, er termofjærene fortrinnsvis anbragt over de katodeskinner som står i forbindelse med katodeblokkene.

En annen fordel ved foreliggende oppfinnelsegjenstand er

ati den hindrer karveggen fra å veive seg utover.

Uten termofjærer vil karveggenes velvning utover være størst på midten. De krefter som frembringes av katodeblokkenes utvidelse i hjørneområdet vil trykke karet utover. Dette kan da føre til den situasjon at foringen nær midten av sideveggen ikke lenger utøver noen som helst kraft mot veggen.

Termofjæren vil motvirke sideveggenes krumning på to måter:

a) På grunn av dimensjons-forsterkningen av veggene, og

b) som en følge av termofjærenes krumning som

virker innover på grunn av temperaturforskjellen mellom termo-fjærens sider, såleds at sprekkdannelser i katodeforingen forhindres.

For å modifisere og regulere utvidelsen, er fortrinnsvis

en eller flere ekspansjonsskinner også anordnet på elektrolysekarets bunn, hensiktsmessig i form av en bølgelignende kanal. Disse kanaler hindrer at for høye strekkspenninger oppstår mellom karets vegger og gulv.

Ekspansjonsskinnene kan, viss så ønskes, anbringes på eller

i gulvet, i avhengighet av elektrolysekarets utførelse eller konstruksjosnfordringer.

Likeledes er hjørneområdene^fortrinnsvis krummet utover og gjort tykkere, således at det heller ikke her kan oppstå

for store strekkspenninger ved den jevne utvidelse av veggene. I praksis er det funnet at den gunstigste kromning ved hjør-nene er slik at forholdet mellom krumningen og lengden av karets sidevegger er fra 1:3 til 1:10.

Ytterligere fordeler, detaljutførélser og særtrekk ved foreliggende oppfinnelsegjenstand vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukkede utførelsé"r under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom en elektrolysecelle,

Fig. 2 viser en planskisse av den celle som er vist i fig.l

i det snitt som er angitt ved linjen II-II i denne fig!U-fc

Fig. 3 viser forstørret en utskåret del av elektrolysecellen, og

Fig. 4 viser en perspektivskisse av en termofjær.

En elektrolysecelle A som er vist i fig. 1 omfatter et metallkar 1 som har rektangulær form i planprojeksjon og vanlig-vis er utført i karbonfattig stål. Ved bunnen er karet 1 foret med isolerende material, mens dets sidevegger er foret med karbonblokker 2. Katodeskinner 4 som ligger på det isolerende material 3 er ført gjennom sideveggene.av stålkaret 1. Katodeblokkene 5 hviler på katodeskinnene 4. Eventuelt kan det være et mellomrom mellom katodeblokkene 5 og karbonblokkene 2 ved ytterkanten, idet en sammenpresset masse 14 fyller dette mellomrom.

Anoder 6 er neddykket i elektrolytten 7, som utgjøres av et smeltebad av aluminiumsalter og flussmidler. Den flytende elektrolytt er ved karets sider og oventil avgrenset av en skorpe 8 av størknet elektrolytt. Ovenpå denne skorpe 8 ligger aluminiumoksyd 9. Smeltet aluminium 10 som er blitt utskilt under elektrolyseprosessen samler seg mellom elektrolytten 7 og katodeblokkene 5.

Bunnen av karet 1 er utstyrt med en eller flere ekspansjonsskinner 11 med bølgeformet tverrsnitt og som i lengderet-ningen kan strekke seg over hele lengden/ eller bredden av bunnen av karet 1.

Ekspansjonsskinnene 11 i bunnen av tanken kan ha forskjellig form sett ovenfra, og den dobbelte y-form som er vist i fig.l er bare angitt som et eksempel. Formen kan i hvert enkelt tilfelle velges på grunnlag av den ventede termiske utvidelse av celleinnholdet eller på grunnlag av konstruksjons-kriterier. Som vist i fig. 2 er hjørnene 18 av karet 1 gitt en krumning utover og fortrinnsvis gjort tykkere. Sett ovenfra har de form av et sirkel-eller kurvesegment. Ved prøver

i

er det funnet at forholdet mellom lengdeutsrekninger av al.le

fire kromme hjørner 18 og lengden av karets sidevegger hensiktsmessig bør ligge i området 1:3 til 1:10. Kviss det varme innhold av cellen utvides og tilsvarende .utøver utoverrett-ede krefter mot innsiden av veggene av karet 1, vil de krumme partier ved hjørnene tillate elastisk deformasjon på disse steder, uten at for store strekk-krefter oppstår.

Sideveggene av stålkaret 1 er omgitt av termofjærer 12 som

er montert på karet og fast forbundet med dette ved hjelp av elementer 13 (Fig.3) som er innrettet for dette formål. Termofjærene 12 er fortrinnsvis montert på stålkaret 1 over åpningene 15 for katodeskinnene 4.

Som vist i fig. 4 omfatter en termofjær 12 fortrinnsvis et hult boksformet profil med åpninger i oversiden og undersiden. Disse åpninger muliggjør også luftsirkulasjon..

Termofjærene 12 er montert på stålkaret 1, f.eks. ved hjelp av glideskinner eller bolter. I det sistnevnte tilfelle er de sider av fjærene 12 som vender mot karet 1 utstyrt med slisser 17 som tillater forskyvning av festeelementene 13.

Når glideskinner 13a (Fig.3) anvendes for montering av fjærene 12, er vingeformede fremspring anordnet ved to nabohjørn-er av termofjæren 12, således at disse fremspring som not og fjær kan bringes i inngrep med glideskinnene 13a.

Claims (10)

1. Elektrolysekar for smeltelektrolyse, særlig i en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, hvor elektrolysekaret er utstyrt med katodeblokker på bunnen og en veggforing av karbonmaterial eller lignende på sideveggene, samt eventuelt tetninesrruasse presset inn mellom veggforing og katodeblokker, mens forsterkningselementer er anodnet omkring karet, karakterisert ved at forsterkningen av karets.. sidevegger er utformet som avstivningselementer (12), som er bevegelig montert på karets sidevegg ved hjelp av feste-elementer (13), for elastisk begrensning av det trykk som oppstår ved karveggens varmeutvidelse.

2. Elektrolysekar som angitt i krav 1, karakterisert ved at avstivningselementene (12) er hulprofiler som danner såkalte termofjærer.

3. Elektrolysekar sorn angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at hulprofilene som danner termofjærer (12) er forskynt med hull (16) på sinj lang-side.

4. Elektrolysekar som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at termofjærene (12) er gjort forskyvbare ved at de er montert på sideveggene av tanken (1) ved hjelp av skinner eller bolter som kan for-skyves i langstrakte hull (17).

5. Elektrolysekar som angitt i krav 1-4. karakterisert ved at termofjærene (12) er bevegelig anordnet ved at vingeformede fremspring utformet ved nabohjørner av fjærene (12) og innrettet for å passe inn som not <p> g fjær i glideskinner anordnet på karets sidevegger.

6. Elektrolysekar som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at termofjærene er anbragt over katodeskinner (4) som fører til katodeblokkene.

7. Elektrolysekar som angitt i krav 1-6, , karakterisert ved at termofjærene (12) er utført i to forskjellige materialer med forskjellige.termiske utvidelsekoeffisienter, og således at materialet med størst utvidelsekoeffisient befinner seg på den side som ligger inntil tankens sidevegg, mens materialet med lavest utvidelsekoeffisient befinner seg på den motsatte side av fjæren (12).

8. Elektrolysetank som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at minst en ekspansjons-skinne (11), f.eks. i form av en falslingnende utbuktning,. er anordnet i bunnen av tanken (1).

9. Elektrolysekar som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at karets hjøner (18) har en krumning utover og eventuelt har tykkere foring enn foringen på andre steder langs karets sidevegg.

10. Elektrolysekar som angitt i krav 9, karakterisert ved at forholdet mellom lengde-utstrekningen av alle fire; krumninger ved karets hjørner (18) og lengden av karets sidevegger, sett ovenfra, ligger i området 1:3 til 1:10.