NO812946L

NO812946L - PROCEDURE AND DEVICE FOR HEAT CONTROL OF AN ELECTRICAL CELL

Info

Publication number: NO812946L
Application number: NO812946A
Authority: NO
Inventors: Tibor Kugler; Hans-Anton Meier
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1980-09-02
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1982-03-03
Also published as: ES8206668A1; ES505050A0

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for varmeregulering av en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium samt en fremgangsmåte for bibehold av den termiske likevekt for en sådan celle ved forskjellige strømstyrker mellom 50 og 125 % av normalverdien av cellestrømmen. The present invention relates to a device for heat regulation of a melting electrolysis cell for the production of aluminum as well as a method for maintaining the thermal equilibrium for such a cell at different current strengths between 50 and 125% of the normal value of the cell current.

For utvinning av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløses denne i en fluoridsmelte som for størstedelen består av kryolitt. Det katodisk utskilte aluminium samler seg under fluoridsmeiten på cellens karbonbunn, således at overflaten av det flytende aluminium danner cellens katode. Ned i smeiten er det ovenfra neddykket anoder som ved vandige fremgangsmåter består av amorft karbon. Ved elektrolytisk spalting av aluminiumoksyd ved karbonanodene utvikles det oksygen som forbinder seg med anodenes karbonmaterial til Co^og CO. Elektrolysen finner sted innenfor et temperaturområde fra ca. 940 til 970°C. For the extraction of aluminum by electrolysis of aluminum oxide, this is dissolved in a fluoride melt which for the most part consists of cryolite. The cathodically separated aluminum collects under the fluoride flux on the cell's carbon base, so that the surface of the liquid aluminum forms the cell's cathode. Anodes are immersed from above in the smelting, which in aqueous methods consist of amorphous carbon. During the electrolytic splitting of aluminum oxide at the carbon anodes, oxygen is developed which combines with the carbon material of the anodes to form Co^ and CO. The electrolysis takes place within a temperature range from approx. 940 to 970°C.

I løpet av elektrolysen utarmes smelteelektrolytten på aluminiumoksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1 - 2 vektprosent aluminiumoksyd i elektrolytten oppstår det såkalt anodeeffekt, som gir seg til kjenne ved en spenningsstigning fra f.eks. 4 - 4,5 V During the electrolysis, the molten electrolyte is depleted of aluminum oxide. At a lower concentration of 1 - 2 percent by weight of aluminum oxide in the electrolyte, the so-called anode effect occurs, which manifests itself in a voltage rise from e.g. 4 - 4.5 V

til 30 V og høyere. Senest ved dette tidspunkt må skorpen gjennombrytes og aluminiumoksydkonsentrasjonen forhøyes ved tilsetning av nytt aluminiumoksyd (oksydleire). to 30 V and higher. At this time at the latest, the crust must be broken through and the aluminum oxide concentration increased by adding new aluminum oxide (oxide clay).

Ved normal produksjonsbetjening befinner elektrolysecellen segDuring normal production operation, the electrolysis cell is located

i termisk likevekt, hvilket vil si at den motstandsvarme som frembringes av likestrømmen gjennom elektrolysecellen fortløpende avgis til den omgivende masse, således at cellen bibeholdes på konstant temperatur. Hvis styrken av den elektriske likestrøm forhøyes eller nedsettes, så forhøyes eller senkes også elektro-lyttens temperatur, inntil en ny termisk likevekt har innstilt seg. in thermal equilibrium, which means that the resistance heat produced by the direct current through the electrolysis cell is continuously released to the surrounding mass, so that the cell is maintained at a constant temperature. If the strength of the electric direct current is increased or decreased, then the temperature of the electro-lyte is also increased or decreased, until a new thermal equilibrium has been established.

Ved konstant strømstyrke kan temperaturen i elektrolysecellens likevektilstand påvirkes, idet varme tilføres eller den varmemengde som skal bortføres forandres. At constant amperage, the temperature in the equilibrium state of the electrolysis cell can be affected, as heat is supplied or the amount of heat to be removed is changed.

I forbindelse med aluminiumelektrolyse er det kjent en utenfra styrt kjøling ved hjelp av en lukket varmekonveksjonskrets. In connection with aluminum electrolysis, an externally controlled cooling by means of a closed heat convection circuit is known.

I henhold til SU-PS 605865 og 663760 trekkes det ut varme fraAccording to SU-PS 605865 and 663760, heat is extracted from

en elektrolysecelle i retning sideveis og nedover over ventiler og rør ved hjelp av et sådant sirkulasjonssystem. an electrolysis cell in a lateral and downward direction over valves and pipes by means of such a circulation system.

Det nevnte SU-PS 6331937 angir en kombinasjon av varmeuttrekkThe aforementioned SU-PS 6331937 specifies a combination of heat extraction

og varmetilførsel, hvorved sirkulasjonssystemet ikke bare er utformet i cellens katodedel, men også er tilsluttet Sødebergs-cellens anode. and heat supply, whereby the circulation system is not only designed in the cell's cathode part, but is also connected to the Sødeberg cell's anode.

I henhold til SU-PS 600214 anvendes kjølerør av silisiumkarbid som er anordnet i det utskilte metall. Disse rør som gjennom-strømmes av et kjølemiddel, regulerer elektrolysecellens temperatur på en bestemt verdi, og denne regulering utføres også, liksom i henhold til de tidligere nevnte russiske patent-skrifter, utenfra. According to SU-PS 600214, silicon carbide cooling tubes are used which are arranged in the separated metal. These pipes, through which a coolant flows, regulate the temperature of the electrolysis cell to a specific value, and this regulation is also carried out, as in accordance with the previously mentioned Russian patents, from the outside.

De kjente sirkulasjonssystemer for til- eller bortføring av varme ved hjelp av konveksjon, oppviser følgende ulemper: Varmetransportkapasiteten er ikke tilstrekkelig, og disse systemer er derfor trege, The known circulation systems for adding or removing heat using convection have the following disadvantages: The heat transport capacity is not sufficient, and these systems are therefore slow,

systemene er ikke selvregulerende,the systems are not self-regulating,

systemene har konstruktivt en komplisert og lite fleksibel oppbygning, hvilket vil si at kjøling og oppvarming bare kan finne sted på bestemte steder, vanligvis på ytterflåtene. constructively, the systems have a complicated and inflexible structure, which means that cooling and heating can only take place in certain places, usually on the outer rafts.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en anordning for varmeregulering av en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium samt en fremgangsmåte for bibehold av den termiske likevekt for en sådan celle ved hjelp av en varmereguleringsanordning som selvregulerende er i stand til å transportere en stor varmemengde, således .at cellen midler-tidig eller varig uten skade kan drives ved strømstyrker på It is therefore an object of the present invention to produce a device for heat regulation of a melting electrolysis cell for the production of aluminum as well as a method for maintaining the thermal equilibrium for such a cell by means of a heat regulation device which is self-regulating and capable of transporting a large amount of heat , so that the cell can be temporarily or permanently operated without damage at current strengths of

50 r- 125 % av normalverdien for cellens likestrøm.50 r- 125% of the normal value for the cell's direct current.

r r

Med hensyn til oppfinnelsens anordning oppnås dette i henhold til oppfinnelsen ved hjelp av en forsterket celleisolasjon som utgjøres av et opptil 50 % tykkere isolasjonssjikt mellom cellens stålkar og karbonforing samt opptil dobbelt mengde oksydleire på skorpen av størknet elektrolyttmaterial, samt ved varmerør som er innebygget med en blind ytterende i det indre av cellen . With regard to the device of the invention, this is achieved according to the invention by means of a reinforced cell insulation which consists of an up to 50% thicker insulation layer between the cell's steel vessel and carbon lining as well as up to twice the amount of oxide clay on the crust of solidified electrolyte material, as well as by heating pipes that are built in with a blind end in the interior of the cell.

og inneholder et reservibelt fordampbart og kondenserbart varmebærermedium, samt er ført gjennom periferiske deler av cellen og ender i varmevekslere utenfor cellen. De anvendte varmerør i henhold til oppfinnelsen er i og for seg kjent, f.eks. fra tidsskriftet Chem.-Ing.-Tech. 50 (1978) nr. 11, sidene A 654 and contains a reservable evaporable and condensable heat carrier medium, and is led through peripheral parts of the cell and ends in heat exchangers outside the cell. The heating pipes used according to the invention are known per se, e.g. from the journal Chem.-Ing.-Tech. 50 (1978) No. 11, pages A 654

og utover. Rørene utgjør vakuumtett tilsluttede beholdere som i det indre har en kapillærstruktur som f.eks. kan utgjøres av tekstil- eller trådvev, rifler, sintrede materialer eller lignende. Efter evakuering av varmerørene fylles de med en liten mengde vasske som transportmedium i sådan grad at kapillærstrukturen så vidt er mettet. Denne væske står i likevekt med sin dampfase som fyller resten av det indre rom i varmerørene. and beyond. The pipes form vacuum-tightly connected containers which have a capillary structure inside, such as e.g. can be made of textile or wire fabric, riffles, sintered materials or the like. After evacuation of the heating pipes, they are filled with a small amount of liquid as transport medium to such an extent that the capillary structure is barely saturated. This liquid is in equilibrium with its vapor phase, which fills the rest of the internal space in the heating pipes.

Hvis den ene ende av varmerøret oppvarmes og den annen ende avkjøles, så vil væsken fordampe i den varme ende under opptak av fordampningsvarme. Den utviklede damp strømmer så til den annen kalde ende av varmerøret og kondenseres der under avgivelse av kondensasjonsvarme til kjølemediet. Det frembrakte kondensat strømmer så drevet av kapillærkraften atter tilbake til den varme ende. If one end of the heating pipe is heated and the other end is cooled, then the liquid will evaporate in the hot end while absorbing the heat of evaporation. The developed steam then flows to the other cold end of the heating pipe and is condensed there, giving off condensation heat to the refrigerant. The produced condensate then flows back to the hot end, driven by the capillary force.

Et varmerør består altså hovedsakelig av tre soner, nemlig en fordampningssone, en isolert adiabatisk sone samt en kondensasjonssone. A heat pipe thus mainly consists of three zones, namely an evaporation zone, an isolated adiabatic zone and a condensation zone.

Ved vanlig fremstilling av aluminium vedismelteelektrolyse går omtrent 60 % av den elektriske energi som tilføres cellen, tapt som varme. Av dette varmetap unnviker ca. 60 % oppover, 10 % nedover gjennom cellebunnen og 30 % gjennom cellens sidevegger (innbefattet katodestavenes tilkoblinger). Ved en overdimen-sjonering av celleisolasjonen bør altså hver celle først og fremst isoleres bedre i retning oppover. Dette oppnåes ved å In the normal production of aluminum by smelting electrolysis, approximately 60% of the electrical energy supplied to the cell is lost as heat. Of this heat loss, approx. 60% upwards, 10% downwards through the cell bottom and 30% through the cell sidewalls (including the cathode rod connections). If the cell insulation is over-dimensioned, then each cell should primarily be better insulated in the upward direction. This is achieved by

spre ut opp til et tonn ytterligere aluminiumoksyd på den størknede elektrolyttskorpe, således at det isolerende oksyd-leiresjikt f.eks. fordobles. Isolasjonen i side- og bunnområdet spread out up to a tonne of further aluminum oxide on the solidified electrolyte crust, so that the insulating oxide-clay layer e.g. doubles. The insulation in the side and bottom area

forbedres f.eks. hensiktsmessig ved anordning av et tykkere isolasjonssjikt i celleoppbygningen. Videre kan ytterendene av katodestavene avkortes, således at deres varmeutstråling utover nedsettes. Innbygning av varmerør i aluminiumelektrolyseceller er særlig hensiktsmessig på følgende steder: I cellens karbonbunn anordnes varmerør omtrent vertikalt, således at den øvre ytterende fortrinnsvis ender i samme høyde-nivå som de øvre sideflater på katodestavene. Ved nedkjøling av cellen ligger varmerørenes fordampningssone høyere enn deres kondensasjonssone, og det må derfor påses at hvert varmerør bare er så langt at den foreliggende kapillærkraft er større enn tyngdekraften (hydrostatisk trykkforskjell). Ved oppvarming av cellen ligger imidlertid fordampningssonen under kondensa-sjonssonen, og tyngdekraft og kapillærkraft vil da virke i samme retning. is improved e.g. appropriate when installing a thicker insulation layer in the cell structure. Furthermore, the outer ends of the cathode rods can be shortened, so that their outward heat radiation is reduced. Installation of heating pipes in aluminum electrolysis cells is particularly appropriate in the following places: In the cell's carbon base, heating pipes are arranged approximately vertically, so that the upper outer end preferably ends at the same height level as the upper side surfaces of the cathode rods. When cooling the cell, the heating pipes' evaporation zone is higher than their condensation zone, and it must therefore be ensured that each heating pipe is only so far that the existing capillary force is greater than the force of gravity (hydrostatic pressure difference). When heating the cell, however, the evaporation zone lies below the condensation zone, and gravity and capillary force will then act in the same direction.

Også i katodestavene, nemlig horisontalt, kan det være anordnet varmerør. For at den elektriske motstand i cellen ikke skal forhøyes, må da katodestavtverrsnittet tilpasses i tilsvarende grad. Heating pipes can also be arranged in the cathode rods, namely horizontally. So that the electrical resistance in the cell is not increased, the cathode rod cross-section must be adapted to a corresponding degree.

Videre kan varmerør innføres i karbonforingen langs cellens sidevegger, således at rørene også i dette tilfelles fortrinnsvis er horisontalt anordnet. Furthermore, heating pipes can be introduced into the carbon lining along the side walls of the cell, so that the pipes are also preferably horizontally arranged in this case.

Endelig kan varmerør innlegges i anodestengene som fører.til anodelegemene. Denne utførelsevariant er særlig hensiktsmessig ved anvendelse av anoder som ikke forbrukes. Her virker tyngdekraft og kapillærkraft i innbyrdes motsatt retning ved varmetil-førselen. Finally, heating pipes can be inserted into the anode rods leading to the anode bodies. This design variant is particularly appropriate when using anodes that are not consumed. Here gravity and capillary force act in mutually opposite directions during the heat supply.

Innføring av varmerør i cellen ovenfra er vanskelig, da vanligvis største delen av cellens overside er dekket av karbonanodene, som kontinuerlig efterinnskyves og efter noen få uker må ut-skiftes. Ved cellebetjeningen må skorpen i det minste delvis gjennombrytes, hvilket vanskeliggjør en eventuell anordning av varmerør ved siden av anodene. Dessuten er en anordning av et kjølemiddel på oversiden av cellen betraktelig vanskeligere enn ved siden av eller under cellen. Inserting heating pipes into the cell from above is difficult, as usually the largest part of the cell's upper side is covered by the carbon anodes, which are continuously pushed back in and must be replaced after a few weeks. When operating the cell, the crust must be at least partially broken through, which makes it difficult to install heating pipes next to the anodes. Moreover, an arrangement of a cooling agent on the upper side of the cell is considerably more difficult than next to or below the cell.

De ender av varmerørene som rager ut av cellen har fortrinnsvisThe ends of the heat pipes that protrude from the cell preferably have

en flate som tjener som varmeveksler, f.eks. i lamellform av kjent utførelse, som på sin side er anordnet i en metallisk plate eller i en kanal som gjennomstrømmes av kjølende eller varmende medium. Ved kjøling av cellen er det absolutt mulig å utnytte det medium som oppvarmes av varmeveksleren og strømmer ut av kjølekanalen, f.eks. for eksempel for oppvarmingsformål, enten direkte eller over en lagringsinnretning. a surface that serves as a heat exchanger, e.g. in lamellar form of known design, which in turn is arranged in a metallic plate or in a channel through which cooling or heating medium flows. When cooling the cell, it is certainly possible to utilize the medium that is heated by the heat exchanger and flows out of the cooling channel, e.g. for example for heating purposes, either directly or via a storage device.

En lamell-lignende varmeveksler kan hensiktsmessig påføresA fin-like heat exchanger can be suitably applied

utenpå ytterenden av et varmerør. Ved denne påføring kan virkningen av et varmerør av enkel form i vesentlig grad forhøyes, idet varmevekslingsflaten flerdobbles. outside the outer end of a heating pipe. With this application, the effect of a heat pipe of simple form can be increased to a significant extent, as the heat exchange surface is multiplied.

På grunn av de høye temperaturer i smelteelektrolyseceller for fremstilling av aluminium anvendes fortrinnsvis varmerør med et alkalimetall som varmebærer, og av praktiske og økonomiske grunner anvendes særlig natrium. Ved en eventuell feil på varmerøret vil det ikke spille noen vesentlig rolle om den forholdsvis lille mengde natrium i varmerøret kommer inn i elektrolysecellen. Derimot vil en utstrømning av natrium i en kjølekanal på utsiden av cellen være ytterst farlig, da dette metall reagerer heftig ved kontakt med vann. Because of the high temperatures in melting electrolysis cells for the production of aluminium, heating pipes with an alkali metal as heat carrier are preferably used, and for practical and economic reasons sodium is used in particular. In the event of a fault in the heating pipe, it will not play any significant role if the relatively small amount of sodium in the heating pipe enters the electrolysis cell. In contrast, an outflow of sodium in a cooling channel on the outside of the cell will be extremely dangerous, as this metal reacts violently in contact with water.

Ved anvendelse av varmerør med natrium som varmetransportmiddel eller varmebærer for kjøling av aluminiumelektrolyseceller benyttes derfor fortrinnsvis en primær varmeveksler som omhyller de varmerørender som rager ut fra elektrolysecellen og hensiktsmessig er forsynt med en lamellsats, idet denne primære varmeveksler på sin side står i forbindelse med en sekundærvarme-veksler. Den primære varmeveksler, som helst utgjøres av et kjølekretsløp, fylles med et flytende organisk kjølemiddel for høye temperaturer, og som går godt sammen med såvel natrium som vann og luft, f.eks. det kjølemiddel som har betegnelsen DOWTHERM fra det kjente kjemifirma DOW Inc. Den primære varmeveksler kan bestå av en metallblokk eller en metallplate med god varmeledningsevne. Gjennom den sekundære varmeveksler, som helst utgjøres av en kjølekanal, kan det ledes vann eller luft When using heat pipes with sodium as a heat transport medium or heat carrier for cooling aluminum electrolysis cells, a primary heat exchanger is therefore preferably used which envelops the heat pipe ends that protrude from the electrolysis cell and is appropriately provided with a lamellar set, as this primary heat exchanger is in turn connected to a secondary heat -changer. The primary heat exchanger, which preferably consists of a cooling circuit, is filled with a liquid organic coolant for high temperatures, which goes well with sodium as well as water and air, e.g. the refrigerant which has the designation DOWTHERM from the well-known chemical company DOW Inc. The primary heat exchanger can consist of a metal block or a metal plate with good thermal conductivity. Water or air can be passed through the secondary heat exchanger, which preferably consists of a cooling channel

Ved anvendelse av såvel en primær som en sekundær varmeveksler får en feil på varmerøret ingen skadelig virkning, da natrium utenfor cellen bare kommer i kontakt med det organiske kjøle-middel og ikke med vann eller luft. Når de økonomiske forhold med hensyn på installasjons- og driftsomkostninger tillater det, kan en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium forsynes med varmerør som pumper varme fra et varmemedium inn i cellen. Ved et lengre avbrudd i strømtilførselen kan da cellens elektrolyttmasse holdes varm i sådan grad at elektrolytt-tempe-raturencholdes over en kritisk.verdi. Bom forhindrer fullstendig størkning. Med hensyn til oppfinnelsens fremgangsmåte går denne ut på å opprettholde den termiske likevekt i en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium ved alle strømstyrker mellom 50 og 125 % av cellestrømmens normale'verdi. Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at en tilsvarende varmemengde trekkes ut av cellen når strømstyrken overstiger 70 - 100 % av normalverdien, mens derimot interpolaravstanden økes eller varme tilføres fra en annen energikilde ved en strømstyrke mellom 50 og 70 - 80 % av cellestrømmens normalverdi. When using both a primary and a secondary heat exchanger, a fault on the heat pipe has no harmful effect, as sodium outside the cell only comes into contact with the organic coolant and not with water or air. When the economic conditions with regard to installation and operating costs permit, a melting electrolysis cell for the production of aluminum can be supplied with heat pipes that pump heat from a heating medium into the cell. In the event of a longer interruption in the power supply, the cell's electrolyte mass can then be kept warm to such an extent that the electrolyte temperature is held above a critical value. Boom prevents complete solidification. With regard to the method of the invention, this involves maintaining the thermal equilibrium in a melting electrolysis cell for the production of aluminum at all currents between 50 and 125% of the cell current's normal value. This is achieved according to the invention by a corresponding amount of heat being extracted from the cell when the current strength exceeds 70 - 100% of the normal value, while on the other hand the interpolar distance is increased or heat is supplied from another energy source at a current strength between 50 and 70 - 80% of the cell current's normal value.

På grunn av den kraftigere celleisolasjon fjernes varme kontinuerlig fra cellen ved cellestrømmens normalverdi. Alt etter utførelsen av den overdimensjonerte celleisolasjon vil elektrolysecellen være i termisk likevekt uten varmeuttrekk ved en strømstyrke som er redusert til 70 - 80 % av normalverdien. Sammenlignet med en normalt isolert celle kan den katodiske strømtetthet i henhold til oppfinnelsen heves i sådan grad at tilsammen den samme strømstyrke flyter gjennom cellen ved normal drift. Due to the stronger cell insulation, heat is continuously removed from the cell at the normal value of the cell current. Depending on the design of the oversized cell insulation, the electrolysis cell will be in thermal equilibrium without heat extraction at a current that is reduced to 70 - 80% of the normal value. Compared to a normally insulated cell, the cathodic current density according to the invention can be raised to such an extent that the same amount of current flows through the cell during normal operation.

Kvis elektrisk, energi som tilføres cellen nedsettes under kortere eller lengre tid, vil det bli trukket ut mindre varme fra elektrolysecellen, idet varmerørene gjør tjeneste som variabel termisk isolasjon. Dette muliggjør en selvregulerende nyinn-stilling av den termiske likevekt for smelteelektrolysecellen etter forholdsvis kort tid. Produksjonen av aluminium vil da forløpe normalt på et lavere fremstillingsnivå i samsvar med den reduserte energitilførsel. If the electrical energy supplied to the cell is reduced for a shorter or longer time, less heat will be extracted from the electrolysis cell, as the heat pipes serve as variable thermal insulation. This enables a self-regulating readjustment of the thermal equilibrium for the melt electrolysis cell after a relatively short time. The production of aluminum will then proceed normally at a lower production level in accordance with the reduced energy input.

Den energi som tilføres cellen kan av forskjellige grunner, tilsiktet eller utilsiktet, for kortere eller lengre tid forandres innenfor den angitte verdiramme, og særlig kan energi-tilførselen reduseres av for eksempel følgende grunner: The energy supplied to the cell can, for various reasons, intentionally or unintentionally, change for a shorter or longer time within the specified value frame, and in particular the energy supply can be reduced for, for example, the following reasons:

a) Markedssituasjonen gjør nedsatt produksjon nødvendig.a) The market situation makes reduced production necessary.

b) Toppbelastningen for private hushold frembringer kortvarig overbelastning av vedkommende elektriske nett. c) Feil i likeretteranlegget, som kan føre til delvis utfall av den elektriske normalstrøm. b) The peak load for private households produces short-term overloading of the electrical grid in question. c) Fault in the rectifier system, which can lead to a partial failure of the electric normal current.

Av særlig viktighet er det at tilgangen på elektrisk energi svinger sterkt i løpet av dagen. Kort før og etter middag såvel som tidlig om aftenen forbruker privathusholdningene store mengder elektrisk energi, mens de fra midnatt til de tidlige morgentimer praktisk talt ikke forbruker noe energi i det hele tatt. For aluminiumverkene som likeledes har stort energibehov vil det derfor være av stor økonomisk betydning hvis de med hensyn til strømforbruk kunne arbeide komplementært ved privathusholdningene . Of particular importance is that the supply of electrical energy fluctuates greatly during the day. Shortly before and after dinner as well as in the early evening, private households consume large amounts of electrical energy, while from midnight to the early hours of the morning they consume practically no energy at all. For the aluminum plants, which likewise have a large energy requirement, it would therefore be of great economic importance if, with regard to electricity consumption, they could work complementary to private households.

Oppfinnelsen tillater en sådan styring av strømtilførselenThe invention allows such control of the current supply

til elektrolyseovnene at energiopptaket under privathusholdningenes toppbelastning kan nedsettes, mens den derimot forhøyes om natten. to the electrolysis furnaces that the energy intake during private households' peak load can be reduced, while, on the other hand, it is increased at night.

Skjønt strømreduksjonen fortrinnsvis ikke bør være større ennAlthough the current reduction should preferably not be greater than

30 % for ikke å', overskride varmerørenes selvreguleringsområde, tåler likevel en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsen en strømreduksjon ned til 50 %, når også interpolaravstanden økes tilsvarende og/eller varme tilføres fra en annen energikilde. Den temperaturforandring som finner sted for å oppnå 30% in order not to exceed the self-regulating range of the heat pipes, an electrolysis cell according to the invention can nevertheless withstand a current reduction down to 50%, when the interpolar distance is also increased accordingly and/or heat is supplied from another energy source. The temperature change that takes place to achieve

ny termisk likevekt for cellen ved hevning eller senkning av r strømstyrken, bør bare svinge innenfor forholdsvis snevre grenser, f.eks. - 10°C, da hver temperaturforandring gjør at kantskorpen av størknet elektrolyttmaterial blir større eller mindre. new thermal equilibrium for the cell when raising or lowering the r current strength should only fluctuate within relatively narrow limits, e.g. - 10°C, as each temperature change causes the edge crust of solidified electrolyte material to become larger or smaller.

Oppfinnelsen vil nu bli nærmere beskrevet ved hjelp av skjematiske vertikalsnitt på de vedføyde tegninger, hvorpå: figur 1 viser et tverrsnitt gjennom en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium og utstyrt med varmerør på siden av cellen, og The invention will now be described in more detail using schematic vertical sections in the attached drawings, on which: figure 1 shows a cross-section through a melting electrolysis cell for the production of aluminum and equipped with heating pipes on the side of the cell, and

figur 2 viser en del av et tverrsnitt gjennom et nedre parti av en smelteelektrolysecelle med et vertikalt anordnet varmerør. figure 2 shows part of a cross-section through a lower part of a melting electrolysis cell with a vertically arranged heating pipe.

I figur 1 er det vist en smelteelektrolysecelle 10 for fremstilling av aluminium og som hovedsakelig består av et stålkar 12, et ikke vist isolasjonssjikt, en katodisk karbonblokk 14 Figure 1 shows a melting electrolysis cell 10 for the production of aluminum which mainly consists of a steel vessel 12, an insulation layer not shown, a cathodic carbon block 14

med innleirede katodestaver 16, samt anodeblokker 18 med bærere 20 og anodestenger 22, idet det hele er anordnet på en sokkel-plate 24. På bunnen av den trauformet utformede karbonblokk 14 ligger flytende aluminium 26 som er utskilt under elektrolyse-prosessen. Anodene 18 er ovenfra neddykket i smelteelektrolytten 28. Dette elektrolyttmaterial er langs cellens sider og oventil størknet til en fast skorpe 30. På denne skorpe er det spredd ut et sjikt av oksydleire 32, som utgjør en utmerket varmeisolasjon. with embedded cathode rods 16, as well as anode blocks 18 with carriers 20 and anode rods 22, the whole being arranged on a base plate 24. At the bottom of the trough-shaped carbon block 14 is liquid aluminum 26 which is separated during the electrolysis process. The anodes 18 are immersed from above in the molten electrolyte 28. This electrolyte material is solidified along the sides of the cell and at the top into a solid crust 30. On this crust is spread a layer of oxide clay 32, which constitutes an excellent thermal insulation.

Langs langsidene av stålkaret 12 er varmerør 34 ført gjennom isolasjonssjiktet og de ytre områder av karbonblokken 14. På Along the long sides of the steel vessel 12, heating pipes 34 are led through the insulation layer and the outer areas of the carbon block 14. On

det ytre parti av varmerørene 14 er det anordnet en lamellformet varmeveksler med stor overflate. Ytterenden av varmerøret 34, the outer part of the heating pipes 14 is arranged with a lamellar heat exchanger with a large surface. The outer end of the heating pipe 34,

som i foreliggende tilfelle er forsynt med en varmeveksler 36,which in the present case is provided with a heat exchanger 36,

er anordnet i en kanal 38. Denne kanal kan imidlertid erstattes av en metallblokk med god varmeledningsevne, og det er da ikke nødvendig med noen varmeveksler 36. is arranged in a channel 38. This channel can, however, be replaced by a metal block with good thermal conductivity, and no heat exchanger 36 is then necessary.

Hvis elektrolysecellen 10 må avkjøles, kjøles først kanalenIf the electrolysis cell 10 must be cooled, the channel is first cooled

eller metallblokken 38, og varmerørene 34 overfører da varme i retning av pilen 40. Hvis imidlertid av ovenfor angitte grunner det må tilføres varme, så oppvarmes metallblokken 38 til en temperatur over arbeidstemperaturen for elektrolysecellen 10, og varmerørene overfører da varme i motsatt retning av pilene 40. or the metal block 38, and the heating pipes 34 then transfer heat in the direction of the arrow 40. If, however, for the reasons stated above heat must be supplied, the metal block 38 is heated to a temperature above the working temperature of the electrolysis cell 10, and the heating pipes then transfer heat in the opposite direction of the arrows 40.

Figur 2 viser et varmerør 34 som er ført gjennom stålkaret 12, isolasjonen 13 og delvis inn i karbonbunnen 14 for en elektrolysecelle. På bunnen av karbonblokken 14 ligger flytende aluminium 26. Figure 2 shows a heating pipe 34 which is led through the steel vessel 12, the insulation 13 and partly into the carbon base 14 for an electrolysis cell. On the bottom of the carbon block 14 is liquid aluminum 26.

Den nedre ende av varmerøret 34 er påført en kjølerinnretning 42. Den nedre ende av innretningen 42 rager ned i en primær kjølekanal 44, som er fylt med et organisk kjølemiddel 46. The lower end of the heating pipe 34 is fitted with a cooling device 42. The lower end of the device 42 projects down into a primary cooling channel 44, which is filled with an organic coolant 46.

Dette kjølemiddel er selv ved høye temperaturer inert overfor alkalimetaller, særlig natrium. Det nedre parti av den primære kjølekanal 44 oppviser en nedoverrettet lamell-lignende utbukning 50, hvori gjennom det organiske kjølemiddel sirkulerer i retning av pilen 48 omkring en utragende skillevegg 52 på anordningen 42. Even at high temperatures, this coolant is inert to alkali metals, especially sodium. The lower part of the primary cooling channel 44 exhibits a downwardly directed lamella-like bulge 50, through which the organic coolant circulates in the direction of the arrow 48 around a projecting partition wall 52 on the device 42.

Den lamell-påførte nedre del 50 av det primære kjølerør 44 rager på sin side inn i en sekundær kjølekanal 54. Denne sekundære kjølekanal 54 gjennomstrømmes av et vanlig kjølemiddel 56, fortrinnsvis luft eller vann. Denne utførelseform som tillater uttrekk av varme fra aluminiumelektrolysecellens bunnområde, gjør anvendelse av alkalimetall-varmerør helt ufarlig. Hvis en skade skulle inntreffe, flyter alkalimetallet utelukkende inn i det inerte organiske kjølemiddel og kommer ikke i kontakt med vann eller fuktig luft. The lamella-applied lower part 50 of the primary cooling pipe 44 in turn projects into a secondary cooling channel 54. This secondary cooling channel 54 is flowed through by a common cooling medium 56, preferably air or water. This design, which allows extraction of heat from the bottom area of the aluminum electrolysis cell, makes the use of alkali metal heating pipes completely harmless. Should damage occur, the alkali metal flows exclusively into the inert organic coolant and does not come into contact with water or moist air.

Claims

1. Device for heat regulation of a melting electrolysis cell for the production of aluminium, characterized by : a) a reinforced cell insulation consisting of an up to 50% thicker insulation layer (13) between the cell's steel vessel (12) and carbon lining (14) as well as up to twice the amount of oxide clay (32) on the crust (30) of solidified electrolyte material, and b) heating pipe (34) which is built in with a blind outer end in the interior of the cell and contains a reversibly evaporable and condensable heat carrier medium, and is led through peripheral parts of the cell and ends in heat exchangers (38, 40) outside the cell.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that an end plate on approximately vertically arranged heating tubes (34) in the cell's carbon bottom preferably ends at the same height level as the upper side surface of the cathode rods (16).

3!- Device as specified in claim 1 or 2, characterized in that heating tubes (34) are fitted into cathode rods (16) or anode rods (22), whose cross-section is correspondingly enlarged.

4. Device as specified in claims 1-3, characterized in that an end surface for mainly horizontally arranged heating pipes (34) ends in the carbon lining along the cell sides.

5. Device as stated in claims 1-4, characterized in that the outer ends of the heat pipes (34) which project into heat exchangers (38,44) on the outside of the cell are provided with a lamellar set (42) which serves as a heat exchanger.

6. Device as specified in claims 1-5, characterized in that the outer ends of the heating pipes project into a primary heat exchanger (44) which in turn is arranged in contact with a secondary heat exchanger.

7. Device as stated in claim 6, characterized in that the primary heat exchanger (44) is designed as a cooling circuit filled with an organic liquid coolant that is suitable for higher temperatures and is compatible with alkali metals as well as air and water, while the secondary heat exchanger (54) is designed as a cooling circuit and is filled with air or water.

8. Device as specified in claim 6, characterized in that the primary heat exchanger (44) consists of a metal block or metal plate with high thermal conductivity.

9. Method for maintaining thermal equilibrium for a melting electrolysis cell for aluminum production by means of a device as stated in claims 1-8 and at any current strength between 50 and 125% of the normal value of the cell current, characterized in that a corresponding amount of heat is extracted from the cell when the current strength exceeds 70 - 80% of the normal current level, while the interpolar distance is increased and heat is supplied to the cell from another energy source at current strengths between 50 and 70 - 80% of the normal cell current.

10. Method as set forth in claim 9, characterized in that heat is continuously extracted from the cell at a normal value of the cell current.