Pierwszenstwo: 19.IX.1962 dla zastrz. 1,2 03.IX.196S dla zastrz. 3—9 Francja Opublikowano: 2.X.1970 ' i 60748 KI. 40 c, 3/12 MKP C 22 d, 3/12 UKD Twórca wynalazku: Jacaues Chambran Wlasciciel patentu: Pechiney Compagnie de Produits Chimiaues et Ele- ktrometallurgiaues, Paryz (Francja) Sposób utrzymywania zadanej zawartosci tlenku glinowego przy termoelektrolizie dla otrzymania aluminium oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu i Przedmiotem wynalazku jest sposób utrzymy-- wanila zadanej zawartosci tlenku glinowego przy termoelektrolizie dla otrzymania aluminium z za¬ sygnalizowaniem zjawiska anodowego za pomoca anody wykrywajacej- oraz urzadzenie do stosowa- 5 nia tego sposobu.Tak zwane zjawisko anodowe lub iskrzenie ele- ktrolizera jest w przemysle aluminiowym zjawis- kiiem powszechnie znanym i groznym. Przy tym na skutek polaryzacji anody pojawiaja sie waha- io nia napiecia o znacznej wielkosci. Gdy. jeden iz elektrolizerów jednego z szeregów wykazuje zja- wiisko anodowe, to prowadzi to w wielu przypad¬ kach do zaklócen w dzialaniu innych elektrolize- rów szeiregu. Poczyniono juz próby, aby zasygna- 15 Bzowac zjawilsko anodowe, gdyz okazalo sie, ze dla dobrej pracy elektrolizerów jest -konieczne, aby okresowo, na przyklad raz na 24 godziny, dopuscic do iskrzenia elektirolizera.Polaryzacja anody wystepuje, gdy koncentracja 20 tlenku, glinowego w kapieli spada ponizej pew¬ nej wartosci. Dla otrzymania alumfimium w skali wielkoprzemyslowej droga termoelektrolizy jest wiec szczególnie korzystne, aby istniala mozliwosc za- sygnailizowania wystapienia- zjawiska anodowego, 25 a tym samym obnizenia zawartosci tlenku glino¬ wego do pewnej okreslonej wartosci progowej na tyle wczesnie, ab/ — nim dojdzie w elektrolizerze do iskrzenia — mozliwe bylo jeszcze ladowanie.Znany jest sposób, wedlug którego — na pod- 30 stawie faktu, ze przed wystapieniem zjawiska anodowego anoda pokrywa sie zjonizowanymi ga¬ zami — rozwinieto metode natychmiastowego za¬ sygnalizowania wystapienia zjawiska anodowego.Zjomizowane czastki gazu na powierzchni anody powoduja wahanie pradu z 'czestotliwoscia w za¬ kresie kiloherców 0kHz). Wytworzona przez sama anode energie wielkiej czestotliwosci wykorzystu¬ je sie wilec w stosunkowo skomplikowanym ukla¬ dzie wzmocnienia jako kryterium dla oczekilwanej niebawem polaryzacja anody i przezt to wyzwala sie sygnaly dla wymaganego ladowania. Niezalez¬ nie od tego, ze sposób ten jest wyjatkowo skom¬ plikowany, jest on takze podatny na zaklócenia i malo dokladny.'Znany jest juz takze sposób sygnalizowania ma¬ jacego niebawem wystapic zjawiska anodowego, przy czym zastosowano anode pomocnicza, która jest stale .zasilana wieksza gestoscia pradu niz anodyi robocze. 'Wobec tego, ze zjawisko polaryza¬ cji anodowej jest izalezne od" koncentracji tCenkiu glinowego w kapiielii i gestosci praidu na omawia¬ nej amoidlzie, zjawisko anodowe wystepuje wczes¬ niej na anodzie zasilanej wieksza gestoscia pradu i sluzy przez ito jako wskaznik, ze nalezy oczeki¬ wac islkrzenila na anodach roboczych.Anoda pomocnicza osadzona :Jest glebiej niz a- nody irobocze, aby uzyskac wieksza gestosc pradd na powierzchni anodowej1. Przez to ugar anodowy anody pomocniczej jest znacznie wiekszy niz ugar 60 74860 748 3 anod roboczych. Z tego powodu jest prawie nie¬ mozliwe utrzymanie odpowiedniego odstepu ano¬ dowego miedzy anoda spodowa a anoda weglowa.Na skutek niepewnosci (w utrzymaniu odstepu ano¬ dowego takze wskazania sa zmienne i1 niepewne,. 5 Do itego dochodzi fakt, ze na skutek glebszego osa¬ dzenia anody pomocniczej jej temperatura jest wyzsza. 116201^ temperatury w stosunku do anod roboczych powieksza blad dokladnosci pomiaru.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionych 10 niedogodnosci oraz opracowanie takiego sposobu i urzadzenia, które by ponadto zapobiegaly zakló¬ ceniom w pracy elektrolizerów, powodowaly zmniejszenie zuzycia anod oraz fluorku, zwieksze¬ nie wydajnosci pradowej oraz aby przy tym umoz- 15 liwilaly automatyzacje procesu elektrolizy.Zgodnie z wynalazkiem utrzymanie pozadanej zawartosci tlenku glinowego przy termoelektroli- zie dla oitsrzymania aluimlilniium z zasygnalizowa¬ niem zjawiska anodowego za pomoca anody wy- 20 krywajacej o wiekszej gestosci pradu niz na ano¬ dach roboczych i nastepujacym po tym dodaniem tlenku glinowego do kapieli uzyskuje sie w ten sposób, ze do anody wykrywajacej doprowadza sie okresowo impuls pradu stalego o gestosci wiejkszej 25 od gestosci na anodach roboczych, przewaznie 1,5 do lO^krotnej, w szczególnosci 1 do 10 A/cm2, spe¬ cjalnie 2 do 6 A/cm2. Polaczona mechanicznie z ukladem anodowym elektnolizera anoda wykry¬ wajaca jest w czasie impulsu izolowana elektrycz- 30 nie w stosunku do tego ukladu, a poza tym cza¬ sem polaczona iz tym ukladem.Napiecie impulsowe, na anodzie wykrywajacej mierzy sie, a impulsy powtarza sie tak dlugo, do¬ póki napiecie impulsowe na anodzie wykrywaja- 35 cej nie przekroczy wartosci granicznej ponad na¬ piecie maksymalne przy poprzedzajacych impul¬ sach, przewaznie wartosc 1,05 do 2-ikrotna i przez to oznaczony jest moment, w którym zawartosc tlenku glinowego w kapieli opadla ponizej war- 40 tosci progowej. Wartosc progowa zalezy od zasto¬ sowanej gestosci pradu impulsowego. Po tak • otrzymanych zasygnalizowaniach zjawiska ano¬ dowego laduje sie tlenek glinowy.Wartosc graniczna napiecia impulsowego nasta wila sie celowo na wartosc progowa minimalnej zawartosci tlenku glinowego rzedu 2 do 5, prze¬ waznie 3 procentów wagowych. Jesli pracuje sie z górna i dolna wartoscia graniczna napiecia im- 50 pulsowego odpowiednio do maksymalnej i mini¬ malnej wartosci progowej .tlenku glinowego, to na¬ stawila sie górna wartosc graniczna napiecia im¬ pulsowego celowo na maksymalna wartosc pro¬ gowa tlenku glinowego do 8, przewaznie 4 do 6 55 procentów wagowych i konczy sile ladowanie przy osiagnieciu górnej wartosci granicznej. Jedno¬ czesnie sposobem wedlug wynalazku mozna tak¬ ze w znany sposób dokonac nastawienia elektrod roboczych. 60 Do realizacji sposobu wedlug wynalazku stosu¬ je sie urzadzenie z anoda wykrywajaca, której powierzchnia podstawowa jest mala w stosunku do calkowitej powierzchni anodowej. Anoda ta jest polaczona mechanicznie i elektrycznie z ukladem 65 45 anod roboczych, przewidziano jednak elementy laczeniowe, aby wylaczyc anode wykrywajaca w czasie trwania impulsów z ukladu anod roboczych.Urzadzenie wedlug wynalazku ma takze elemen¬ ty laczeniowe i elementy do wytworzenia zada¬ nych impulsów pradu stalego w zadanych czasach zarówno do pomiaru napiecia impulsowego, jak i do zasygnalizowania osiagniecia ustalonej war¬ tosci granicznej napiecia impulsowego dla urucho¬ mienia 'urzadzenia ladujacego.Jesli pracuje sie z górna i dolina wartoscia gra¬ niczna napiecia impulsowego odpowiednio do górnej i dolnej wartosci progowej zawartosci tlenku glinowego w elektrolicie, to urzadzenie we¬ dlug wynalazku ma 'dodatkowe elementy lacze¬ niowe dla zasygnalizowania osiagniecia górnej wartosci granicznej i przez to górnej wartosci pro¬ gowej tlenku glinowego z przerwaniem dzialania urzadzenia ladujacego. Powierzchnia podstawowa anody wykrywajacej powinna wynosic mniej niz 0,1%, przewaznie mniej miz 0,02% calkowitej po¬ wierzchni anodowej.Anoda ta ma przewaznie ksztalt preta i znajdu¬ je sie, izolowana, w pionowym otworze anody ro¬ boczej, na przyklad w rurze z materialu izolacyj¬ nego, który moze byc zuzyty przez elektrolit. Do tego nadaje sie na przyklad kwarc lub korund.W przypadku anod Soederberga anoda wykrywa¬ jaca moze byc odizolowana od tej anody roboczej za pomoca elektrycznie izolujacej ogniotrwalej substancji wewnatrz tulei metalowej. Zamiast tej izolacji mozna takze zastosowac otuline azbestowa.Na skutek zastosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku, zapowiadania zjawiska anodowego i lado- Lwania we wlasciwym czasie mozna znacznie ob¬ nizyc czestotliwosc wymaganych zjawisk anodo¬ wych w pracujacych w sposób ciagly elektrolize- rach. W ten sposób jest-celowe, aby dopuscic do iskrasnia poszczególnych elektrolizerów jedynie co okolo 10 driiL Jak wspomniano, z powodu izjawiska anodowe¬ go i polaryzacji anody zawartosc tlenku glinowe¬ go w elektrolicie nie powinna spasc ponizej pew¬ nej wartosci. Sikoro jednak rozpuszczalnosc tlen¬ ku glinowego w elektrolicie jest ograniczona, tak¬ ze maksymalne stezenie 'tlenku glinowego' ma zna¬ czenie. Nie mozna zatem przeladowac tlenku gli¬ nowego, gdyz istnieje niebezpieczenstwo, ze nie rozpuszczony w elektrolicie tlenek glinowy opada na spód i powoduje przez zakrycie elektrody spo- dowej powiekszenie opornosci elektrolizera.Powierzchnia podstawowa anody wykrywajacej powinna byc w stosunku do calkowitej powierzch¬ ni anodowej mala. W pr alktyce jest celowe, aby powierzchnia anody wykrywajacej byla rzedu 0,1 calkowitej powierzchni anodowej. Wieksze po¬ wierzchnie anodowe dla anody pomocniczej nie sa celowe, gdyz natezenie pradu impulsowego dla Utrzymania zaidanej gestosci prajdu impulsowego zalezy od powierzahini anody. Przez powierzchnie anodowa lub calkowita powierzchnie anodowa ro¬ zumie sie calkowite powierzchnie wszystkich anod w jednym elektrolizerze, które leza w istocie rów¬ nolegle do powierzchni elektrody spodoweij.5 60 748 6 Anoda wykrywajaca moze byc polaczona iz re¬ szta ukladu anodowego w ten sposób, ze jest wprawdzie polaczona z nim mechanicznie w spo¬ sób trwaly, podczas igdy w czasie impulsu jest jednak elektrycznie izolowana. Jest celowe, aby dopasowac gestosc pradu limpulsowego do gestos¬ ci pradu anod roboczych.Stwierdzono, ze polairyizaicja anody wykrywaja¬ cej jest izalezna od gestosci pradu impulsowego i zawartosci tlenku glinowego w kapieli. Im wiek¬ sza jest gestosc pradu impulsowego, przy tym wiekszej zawartosci tlenku glinowego nalezy ocze¬ kiwac polaryzacji! anody wykrywajacej.Wedlug wynalazku srednia zawartosc tlenku glinowego w elektrolizerze mozna utrzymywac na wyzszym poziomie, niz zwykle przyjeto, na przy¬ klad okolo 1%.Powiekszenie sredniej zawartosci tlenku glino¬ wego prowadzi do zmniejszenia sredniej wajrtosci sily przeciwelektroimotorycznej przy elektrolizie, jak tez do zwiekszenia, w tym przypadku do po¬ nad 2%, sredniej wartosci wydajnosci pradowej elektrolizerów. Wreszcie w ten sposób nastepuje takze nieznaczne obnizenie temperatury topnienia elektrolitu o okolo 3 do 5°C na jeden procent wa¬ gowy tlenku glinowego, równoznacznie z nieco nizsza temperatura robocza. Okazalo sile, ze takie obnizenie temperatury jest na ogól korzystne, szczególnie ze wzgledu na ugar elektrod.Jak wspomniano, ustala sie natezenie pradu im¬ pulsowego i przez to gestosc pradu impulsowego na powierzchni anody wykrywajacej ze wzgledu na wartosc progowa stezenia tlenku glinowego.Nalezy takze uwzglednic czas wlaczenia. Przez czas wlaczenia rozumie sie czas miedzy wystapie¬ niem przepiecia na anodzie wykrywajacej i chwi¬ la, w, której wystepuje, na skutek zubozenia elek¬ trolitu w tlenek glinowy, zjawisko anodowe na anodach roboczych.Natezenie pradu impulsowego i tym samym ge¬ stosc pradu limpulsowego na anodzie wykrywaja¬ cej nastawia sie, jak wspomniano, na anodzie wy¬ krywajacej na okreslona wartosc progowa zawar¬ tosci tlenku glinowego i to miedzy mniej wiecej 2,5 i 5 procentów wagowych, w szczególnosci oko¬ lo 3%.Jesli przekroczy sie wartosc progowa, urzadze¬ nie sygnalizujace daje sygnal do potrzebnego la¬ dowania, zanim inie dojdzie jeszcze w elektrolii- zerze do polaryzacji anod roboczych.Sposób wedlug wynalazku mozna takze tak przeprowadzic, ze uwzglednia sie górna wartosc progowa dla stezenia tlenku glinowego, a wiec wartosc, do której nalezy ladowac tlenek glinowy.Wartosc ta wynosi w przyblizeniu maksymalnie 8%, a przewaznie od 4 do 6% rozpuszczonego tlen¬ ku glinowego. W tym przypadku zarówno przy przekroczeniu dolnej jak i przekroczeniu górnej wartosci progowej daje sie sygnal.W tym celu konieczne jest nastawienie nate¬ zenia pradiu impulsowego i tym samyim gestosc pradiu :lm|puisowego na górne i dlolne wartosci graniczne. Dolna wartosc graniczna natezenia pra¬ du impulsowego jest przez to przyporzadkowana dolnej wartosci progowej dla stezenia tlenku gli¬ nowego w elektrolicie w wysokosci 2 do 5%, prze¬ waznie okolo 3%. Górna wartosc graniczna nate¬ zenia pradu impulsowego jest przyporzadkowana górnej wairtosici progowej stezenia tlenku glino¬ wego, to jest okolo 4 do 6%, przewaznie okolo 5%.Ladowanie nastepuje przewaznie w zmniejszo¬ nych dawkach w stosunkowo krótkich odstepach czasu. Przy przekroczeniu dolnej wartosci progo¬ wej laduje sie ilosc tlenku glinowego wieksza od ilosci odpowiadajacej przecietnemu zapotrzebowa¬ niu na jednostke czasu. To trwa tak dlugo, dopóki nie osiagnie sie górnej wartosci] progowej. Lado¬ wanie przerywa sie teraz na skutek drugiego syg¬ nalu i podejmuje sie dopiero wtedy, gdy wystepuje znowiu pierwszy sygnal, a w^c przy przekroczeniu dolnej wartosci progowej. W ten sposób moze ele- ktrolilzer w ciagu dlugich okresów roboczych pra¬ cowac przy minimalnym osadzaniu sie tlenku gli¬ nowego na elektrodzie spodowej. iMozna utrzymac staly ciag impulsów lub skra¬ ca sie go z biegiem czasu. Stosuje sie w praktyce przerwy impulsu od 2 do 180 mltnut.Automatyzacje wedlug wynalazku mozna zasto¬ sowac dla kazdego elektrolizera oddzielnie lub dla calego szeregu elektrolizerów. Nie ma miejsca za¬ klócenie w pracy elektrolizera w danym momen¬ cie nie impulsowanego. Napiecie anody wykrywa¬ jacej mierzy sie na ogól miedzy trzonem anody wykrywajaceji i prostopadle don stojacej szyny pradu katodowego. Czesto jednak jest bardziej ko¬ rzystne, aby wyznaczyc napiecie miedzy trzonem anody wykrywajacej i dodatnim doprowadzeniem, pradu do nastepnego elektrolizera.Wedlug sposobu wedlug wynalazku mozna ste¬ rowac elektrolizery nastepujace po sobie w szere¬ gu kolejno jedna rozdzielnica. Nadawanie impul¬ sów do poszczególnych elektrolizerów przez anody wykrywajace odbywa sie wiec kolejno. Podczas impulsów okresla sie ta'kze napiecie.Okazalo sie' szczególnie korzystne, w polaczeniu z realizacja sposobu wedlug wynalazku takze wprowadzenie automatyicznej regulacji DidJstepu elektrod elektroiliizerów i to przez rezystancje we¬ wnetrzna. Pomiaru rezystancji wewnetrznej ele¬ ktrolizera mozna dokonac w znany sposób. Przez to osiaga sie nadzwyczajna stabilnosc elektrolizy w calym szeregu elektrolizerów.Zasilanie obwodu pradu pomiarowego pradem stalym moze byc dokonane niezaleznie od zasila- niila elekitroliizerów z zewneitriznego zródla prafdu.Mozliwe jest takze jednak pobranie pradu z jed¬ nego elektrolizera i izasilenie nilm obwodu pradu pomiarowego nastepnego eleiktroUizera. Ten pobór * pradu jest tak nieznaczny, ze nie ma to wplywu na sposób pracy tego elektrolizera.Gdy pojawi sie ewentualnie istniejace przepie¬ cie, dluzszy czas impulsu nie jest wymagany. Czas iimipulsu wynosi przewaznie mniej niz 1 mimrta.Czas ten celowo nie powinien byc przedluzony po¬ za moment, w którym napiecie ustabilizowalo sie.Jak poprzednio wykazano, powierzchnia anody wykrywajacej powinna byc mala w stosunku do powierzchni amod roboczych. Na ogól wynosi ona 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6060 748 8 0,1%, przewaznie mniej niz 0,02%. W praktyce ano¬ da wykrywajaca ma wtedy powienzichniie poni¬ zej 100 cm2, przewaznie okolo 20 cm2. Przy tak malych powierzchniach anod wykrywajacych po¬ trzebne natezenia pradu impulsowego sa takze miale, to iznacizy na ogól ponilzej 12 A. To sie oid- nosi zarówno do anod wstepnie wypalanych, jak i do anod Soederberga.Przedmiot .wynalazku jest przedstawiony w prizykladzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój urza¬ dzenia realizujacego sposób wedlug wynalazku, w którym anoda wykrywajaca jest jedna z anod ro¬ boczych elektrolizera; fig. 2 — wykres charakte¬ rystyk napiecia impulsowego w funkcji czasu t (w sekundach) bez i z polaryzacja anody wykry¬ wajacej; fig. 3 — wylkres charakterystyk napiecia impulsowego w funkcji cizasu t (w minutach), skad wildac stosunki pod koniec ciagu impulsów; fig. 4 i 5 — dwa przerywacze pneumatyczne dla anod wykrywajacych; fig. 6 i 7 — uklady polaczen auto¬ matycznej wersji realizacji sposobu wedlug wyna¬ lazku, a mianowicie rys. 6 ,z ukladem anod wy¬ krywajacych, których powierzchnia jest mniejsza niz 0,1%, przewaznie mniejsza niz 0,02% calkowi¬ tej powierzchni anodowej i rys. 7 ze wstepnie wy¬ palana anoda robocza jako anoda wykrywajaca; filg. 8 ii 9 — schemat szczególnego ksztaltu zasto¬ sowanej wedlug 'wynalazku anody wykrywajacej w anodzlie wlstepnile wypalanej; fig. 10 ii 11 — schematyczny przekrój pionowy anod wykrywaja¬ cych w anodach Soederberga; fig. 12 — linia przerywana podano charakterystyke zawartosci w kapieli itlenku glinowego w funkcji czasu t (w go¬ dzinach) przy ladowaniu tlenku glinowego w zna¬ ny sposób ii liriila ciagla zawartosc tlenktf glino¬ wego przy ladowaniu sposobem wedlug wynalaz¬ ku.Na fig. 1 anoda wykrywajaca swym trzonem 1 i swa izolacja 2 jest odizolowana od przylacza anodowego 3. Jak i inne elektrody robocze anoda wykrywajaca jest sztywno polaczona z przylaczem anodowym 3 za pomoca sworznia i oczka (nie po¬ kazanych). Zacisk 4 do odbioru pradu obejmuje trzon 1 anody wykrywajacej. Od zacisku prowa¬ dzi kabel 17 do plyty stykowej 18 dla polaczenia z plyta stykowa 19, która jest polaczona z przy¬ laczem 3 kablem zasilajacym. Plyta stykowa 18 przez polaczenie ze stykiem 8, który jest dodatnim biegunem zródla pradu impulsowego, moze wy¬ tworzyc zestyk. Przesuniecie ply"ty stykowej 8 od¬ bywa sie za pomoca suwaka 9.Szyna katodowa 10 wanny eiektrolliizera jest ustawiona prostopadle do anody wykryfwajaicej.Jest ona polaczona kablem instalacyjnym 11 i 12 z szyna, która jest ujemnym biegunem 13 zródla pradfu pomoicnilcizego dlla pradu stailego. Elektryczne polaczenie miedzy 12 i 13 moze byc ustalone lub przerywane za pomoca czlonu nastawiczego 14. W wannie elektrolizera iznajiduja sie elektrolit 15 i ciekle aluminium 16 nad katoda spodówa.Na fig. 1 anoda wykrywajaca pokazana jest w chwili nadawania impulsu.Po impulsie suwak 9 zamyka styk miedzy ply¬ tami 18 i 19, polaczenie miedzy anoda wykrywa¬ jaca i dodatnim biegunem zródla pradu stykiem 8 jest przerwane i przez to ponownie wytworzone polaczenie z anoda wykrywajaca i przylaczem 5 anodowym 3. W tej sarniej chwili czlon nastawczy 14 przerywa elektryczne polaczenie miedzy ujem¬ nym biegunem zródla pradu impulsowego i szyna katodowa 10 przez odsuniecie szyny 13. Przez to elektroda wykrywajaca dziala poza czasem impul- 10 su talk jak inne elektrody robocze.Przy zdejmowaniu danych pomiarowych dla wy¬ kresów na fig. 2 i 3 i przykladów I do VII mie¬ rzy sie napiecie miedzy kablem instalacyjnym 11 i zaciskiem 4 anody wykrywajacej. Podane war- 15 tosci dla natezenia pradu ii napiecia sa wartoscia¬ mi z przykladów I do VII i dlatego nie przedsta¬ wiaja wartosci granicznych.Krzywa A na fig. 2 podaje stosunki przy do¬ prowadzeniu impulsów pradu stalego do anody 20 wykrywajacej bez polaryzacji, a krzywa B — z polaryzacja. Napiecie elektroliizera poza czasami impulsowymi wynosi 4 V. Napiecie VI wynosi bez polaryzacji 6,9 V, a V2 z polaryizacja 16 V w sta¬ nie równowagi. 25 Skoro tylko napiecie impulsowe osiagnelo war¬ tosc graniczna V3 — na przyklad 9 V, laduje sie do kapieli tlenek glinowy. Widac, ze wznoszaca sie czesc krzywej B miedzy napieciami VI i V3 opisana jest w okolo pól sekundy i ze polaryzacja 30 anody nastepuje w praktyce momentalnie.Na wykresie na fig. 3 napiecie elektrolizera V jest podane w funkcji czasu t. Normalne napiecie elektrolizera wynosi 4 V. Przy' trzech pierwszych impulsach nie zachodzi jeszcze polaryzacja anody 35 wykrywajacej, gdyz maksymalne napiecie impul¬ sowe wynosi dopiero okolo 7,6 V. Przy pierwszym impulsie w czasie p i przy nastepnych impulsach pojawia sie polaryzacja anody wykrywajacej, mak¬ symalne napiecie anodowe lezy miedzy 14,7 a 18,2 V, 40 w czasie P anoda wykrywajaca jest spolaryzowana.Czas wlaczenia T pomiedzy punktami pomiarowymi p i P wynosi tutaj 75 minut. Do kapieli laduje sie tlenek glinowy, skoro tylko zasygnalizowano zjawis¬ ko anodowe; napiecie elektrolizera spada znów 45 do 4 V. Po wylaczeniu anody wykrywajacej przy wyzszym przepieciu napiecie spada do punktu po¬ miarowegoP. ' Na wykresach z fig. 2 ii 3 czas impulsu wynosi okolo 18 sekund, a przerwy miedzy impulsami 50 okolo 6 minut.•Na fig.'Vi 5 pokazano laczniki dla wlaczania i wylaczania anody wykrywajacej, która sluzy tak¬ ze jako elektroda robocza. Laczniki skladaja sie z dwóch pneumatycznych przerywaczy, urucha- 55 miiany-ch jednoczesnie • tym samym- stycznikiem, które przylaczone sa do dodatniej szyny pradowej 47 dwóch nastepujacych po sobie' elektrolizerów.Przerywacize wywoluja wlaczenie i wylaczenie anody .poprzedniego w szeregu elekittrolizera, która 60 jednak jest wymienna z innymi anodami elektro¬ lizera. Trzon ' 22 tej anody" i trzony' 29; i 3fr anod, sasiadujacych z anoda wykrywajaca, sa polaczo¬ ne .z szyna pradowa 47. 65 Polozony przed tym przerywacz (fig. 4) powo-9 60 748 10 duje polaczenie lub rozlaczenie anody wykrywa¬ jacej z lub od dodatniego bieguna zródla pradu stalego (przylacze 8 jest elektrycznie polaczone z tym biegunem) lub z dodatnia szyna poprzedza¬ jacego elektrolizera stykiem przechylnym 26, uru¬ chamianym suwakiem 27. Przez 24 oznaczono ply¬ ty izolacyjne, przez 25 zderzak elektryczny, pola¬ czony z dodatnia szyna 47 poprzedzajacego elek¬ trolizera, a przez 28 sprezyny dociskowe. Polozony za tym przerywacz (fig. 5) zamyka i otwiera ob¬ wód anody wykrywajacej i laczy lub rozlacza do¬ datnia szyne 47 nastepujacego elektrolizera z ujem¬ nym biegunem 13 zródla pradu impulsowego ii to stykiem przechylnym 28 uruchamianym suwakiem 27.Na fiig. 6. podano uklad polaczen jednego elek- troliizera z • szeregu - elektrolizerów. Amoda wykry¬ wajaca 44 kazdego elektrolizera z szeregu ma po¬ wierzchnie mniejsza niz 0,1%, przewaznie mniej¬ sza niz 0,02% calkowittej powieirzchnil anodowej.Styczniki przelaczajace 72 sluza do kolejnego przy¬ laczenia anod wykrywajacych do dodatniej szyny ich elektorodziera i do ich olbwodiu pradu iimpudso- weigo, przy czyim natezenie pradu nastawione jest na wskazania dolnej wartosci progowej zawartos¬ ci tlenku glinowego. Przekazniki lub przekazniki wybiorcze 80 wytwarzaja polaczenie anod wykry¬ wajacych iz olbwodem pradowymi dla ustalania na¬ piecia.W tym jest przekaznik napieciowy 82, który przylaczony jest zawsze tylko do jedneji anody wy¬ krywajacej szeregu elektrolizerów; skoro tylko anoda wykrywajaca pokazuje przeciecie, wsaczaja sie lampy sygnalizacyjne 90 tego elektrolizera przekaznikiem sygnalizacyjnym 84. Kornutator 71 laczy jednoczesnie styczniki! przelaczajace 72 i przekazntikii 80 jednego elektrolizera, doprowadza¬ jac do nich prad zmienny av a2; przekaznik na¬ pieciowy 82 steruje przekaznik sygnalizacyjny 84 i przez to lampe sygnalizacyjna 90 za pomoca pra¬ du zmilennego alf a2, skoro tylko w obwodzie pra¬ du impulsowego anody wykrywajacej panuje trwa¬ le przepiecie.Przewody zbiorcze U+ ii U— lajcza dodatnie wizglednie ujiemne Ibieiguny kazdej anody wykry¬ wajacej z dodatnimi wzglednie ujemnymi biegu¬ nami przekaznika napieciowego 82. Komaiitator 71 pracuje koilejlno na oJba elektrolizery 5, 6, a takze 7, zaznaczony tylko przewodem 74 do polaczenia z dodatnia szyna pradowa. Dla lepszej przejrzy¬ stosci ukladu polaczen pokazano droge doplywa¬ jacego pradu zmiennego a1# a2 grubymi liniami.Dla uproszczenia rys. 6 i 7 pokazano anode wy¬ krywajaca 44 poza anoda robocza 41.Polaczenie pomiedzy trzonem anody wykrywa¬ jacej II dodatnia szyna pradowa poprzedniego elek¬ trolizera moze zawierac opornik' nastawny 49.Sluzy on do nastawiania wartosci granicznej ano¬ dy wykrywajacej 44 podczas nadawania impulsu i przez to wskazania wartosci progowej dla za¬ wartosci tlenku glinowego.Za pomoca opornika dodatkowego 48 mozna na¬ stawiac gestosc pradu na powierzchni podstawowej anody wykrywajacej na gestosc pradu calkowitej powienachni anodowej.Pobór pradu z elektrolizera 5 dla nadania im¬ pulsu anodzie wykrywajacej nastepnego elektroli¬ zera 6 jest praktycznie tdo pominiecia i nie ma zad¬ nego wplywu na normalny przebieg elektrolizy. iNa fig. 7 podano uklad polaczen szeregu elek¬ trolizerów z anodami wykrywajJacytrrKr (144 dla kaz¬ dego elektrolizera z szeregu wstepnie wypalanymi, z których jedna sluzy jako anoda wykrywajaca.Przekazniki 172 steruja styczniki 174, a te pneu¬ matyczne przerywacze 192 i 193, na przyklad we¬ dlug rys. 4 i 5. Przerywacze 192 przylaczaja ano¬ dy wykrywajace do dodatniego trfeguna r+ zródla pradu stalego 201, a przerywacze 1*3 przylaczaja dodatnie szyny pradowe 47 elektrolizerów do ujem¬ nego bieguna r— zródla pradu 291. Przekaznik zwUbczny 200 sluzy ido p^zylajozainla i odlaczania zródla pradu stalego do jego zasilania pradem zmiennym.Natezenie pradu zródla pradu stalego 201 odpo¬ wiada wartosci progowej izawartosci tlenku glino¬ wego. Przekaznliki wylbierakowe' 80 przylaczaja elektrody wykrywajace -do obwodu pradu pomia¬ rowego. Za pomoca przekazników napieciowych 82 i przekazników sygnalizacyjnych 84 do urucho¬ mienia lamp sygnalizacyjnych 90 oznaczony jest elektrolizer, którego anoda wykrywajaca pokazu¬ je przepiecie; komutator 71 steruje jednoczesnie przekazniki 172, przekaznik zwloczny 200 i prze¬ kazniki wybiorcze 80 pradem zmiennym aj, a2, a mianowicie kolejno eflefctrolilzeiry szeregu i przez to przekazniki napieciowe 82, przekazniki sygna¬ lizacyjne 84 i lampy sygnalizacyjne 90, jak poka¬ zano na ukladzie polaczen na fig. .6.Fig. 8 do 11 przedstawiaja przyklady wykonania zastosowanych wedlug wynalazku anod" wykrywa¬ jacych 44 iz masy weglowej, przewaznie grafitu, na przyklad w formie cylindrycznego preta w pio¬ nowym otworze anody i izolowanego elektrycznie w stosunku do niej.Wedlug przykladu wykonania na fig. 8 i 9 jedna ze wstepnie wypalonych anod roboczych 52 jest przewiercona, a anoda wykrywajaca wstawiona w to przewiercenie. Elektryczna izolacja anody wy¬ krywajacej 44 od anody roboczej 52 nastepuje za pomoca rury 43 z substancji izolacyjnej, zuzywa¬ jacej sie w elektrolicie, na przyklad z kwarcu lub korundu.Wedlug przykladu wykonania na fig. 10 i 11 przez weglowa mase 116 anody Soedeinberga prze¬ pchnieta jest anoda ^wykrywajaca. Elektryczna izo¬ lacja anody wykrywajacej 44 od anody roboczej 116 nastepuje na przyklad za pomoca tulei 113 z ogniotrwalego i izolacyjnego materialu, jak tlenek glinowy. Mozna takze zastosowac oslone z tlenku glinowego 118 w powloce metalowej 114 klad zelaznej.) dokola anody wykrywajacej 44 lub oslone z azbestu nasyconego krzemianem. Przy¬ legajaca tuleje 113 mozna nalozyc znanym sposo¬ bem przez naJtryskiwanie plomieniowe. Anoda po¬ krywajaca moze Ibyc zbudowana z nalozonych na siebie elementów przez polaczenia gwintowane 117. 10 15 10 25 30 35 40 43 50 55 6060 748 li Do realizacji sposobu wedlug wynalazku nadaja sie takze urzadzenia automatyczne dla wytworze¬ nia w pewnej kolejnosci impulsów pradu stalego z dolna i gór ma wartoscia graniczna natezenia pradu; te dolne i górne wartosci graniczne nate¬ zenia pradu impulsowego sa nastawione na wska¬ zania dolnej i górnej wartosci progowej zawartos¬ ci tlenku glinowego. Zasilanie pradem anod wy¬ krywajacych kolejnych elektrolizerów lub jednego elektrolilzera moze byc automatycznie wlaczane i wylaczane. Mozna takze mierzyc napiecie na ano¬ dach wykrywajacych podczas trwania impulsu, wyzwolic pierwszy sygnal dla ladowania elektro¬ lizera, skoro tylko - jego zawartosc tlenku glinowe¬ go spadla ponizej dolnej wartosci progowej, i wy¬ zwolic drugi sygnal dla oznaczenia elektrolilzera, skoro tylko jego zawartosc tlenku glinowego osia- nela górna wartosc progów^.Cale urzadzenie moze odpowiadac przykladowo ukladom polaczen na fig. 6 lub 7. Moga takze istniec transformatory regulacyjne dla kilku na¬ tezen pradu anody pradu stalego 20, a mianowi¬ cie dla dolnego i górnego natezenia pradu impul¬ sowego oraz czlony nastawcze dla sterowania na zmienna prace, z .dolnym i górnym natezeniem pra¬ du impulsowego, na przyklad przekaznik pomoc¬ niczy dla komutatora 71. Urzadzenie ma takze au¬ tomatyczne elementy laczeniowe dla wskazania drugiego sygnalu do oznaczenia elektrolizer a., któ¬ rego anoda wykrywajaca pod wplywem impulsów 12 20 z górnym natezeniem pradu impulsowego nie wy¬ kazuje jluz polaryzacji.Okresowo mozna, jak wyzej wspomniano, dopus¬ cic do polaryzacji anodowej w jednym elektroii- zerze. Skoro tylko to zjawisko wystapi, trzeba la¬ dowac tlenek glinowy. Do tego jest na przyklad przewidziany przekaznik napieciowy, który reagu¬ je, skoro tylko napiecie elektrolizera przekroczy wartosc [graniczna i1 zwalnia automatyczne lado¬ wanie elektrolizera tlenkiem glinowym. Wynala¬ zek jest objasniony przykladami 1 do 7 uwidocz¬ nionymi w tablicy 1.Pobór pradu przez elektrolizer jednego szeregu: 48000 A; 24 anody, kazdorazowo z powierzchnia anodowa okolo 2700 cm2 na podstawie; natezenie pradu na anode: 2000 A, przez co gestosc pradu na powierzchni! podstawy anody: 0,741 A/cm2. Jed¬ na iz anod jest wyposazona stosownie do rys. 1 w anode wykrywajaca. Zródlem pradu pomocniczego jest prostownik, dajacy maksymalna moc 10000 A przy 35 V. — natezenie pradu impulsowego*w A, — gestosc pradu w A/cm2 ma podlstawile anody wykrywajacej podczas impulsu, — powyzsze wartosci graniczne napiec, — czas wlaczenila w unilnutach, I D vi,v2,v3 T Q 30 - procent wagowy tlenku glinowego w elektrolizie w chwili wystapienia przepiecia- na anodzie wykrywajacej.Przyklad 1 2 3 4 5 6 7 I • A 3000 4000 -5000 5800 6000 6800 10000 D A/cm2 1,11 1,48 1,85 2,15 2,22 2,52 3,70 D d 1,5 2 2,5 2,9 3 3,4 5 Ta 1 Vl 1 V 4,8 5,6 » 6 6,9 7,6 8,2 13,5 1 bli c a v2 V 8,2 12 12,8 l 16 18 21,2 35,5 1 v3 V 6,8 7,3 7,3 9 9,1 9,1 15 Vi 1,42 1,3 1,22 1,3 .1,2 1,1 1,1 min.T 5 32 60 72 76 105 130 %Q wag. 3 5 Uwagi Fig. 2 Fig. 3 Mozna oczywiscie polaczyc takze dwa z powyz¬ szych prtzykladów i! kolejno lub na zmiane — jak wyzej wspomniano — wskazac zawartosc tlenku glinowego ponizej dolnej wartosci progowej 3% z przykladu 5 ii powyzej górnej wartosci progowej 5% z przykladu7. ^ Przyklady 8 do 10 luwiidocznione w tablicy 2.Pobór pradu przez elektrolizer: 56000 A; 28 wste¬ pnie wypalonych anod, kazdorazowo, z powierzch¬ nia podstawy 2500 icm2. Natezenie (pradu na ano¬ de: 2000 A; gestosc pradu 0,8 A/cm2. Jedna z anod jest zaopatrzona stosownie do rys. 6, 8 i 9 w ano¬ de wykrywajaca. Tworzacy anode wykrywajaca pret grafitowy ma srednice 23 imim i dlugosc 50 500 mim. ii jest izolowany w stosunku do amodiy rolbciczeij warstwa kwarcu o grubosci 23 do 30 mim.Opornik dodatkowy 48* 2, 1 A, opornik regulu¬ jacy mozna nastawiac dla przykladu 7 na 0,66 Q dla przykladu 8 na 0,33 Q i dla przykladu 9 na „ 0,17 Q.Przyklad 8 9 10 I 8 12 16 D 2 3 4 * D d 2,5 3,75 5 Tabl Vi 2,7 4 5,3 ica 2 v2 8 8 8 * v3 6 6 6 Vs Vi 2,2 1,5 1,1 ¦ T 75 130 Q 360 748 13 PL