NO861020L - Fremgangsmaate ved drift av aluminium-reduksjonscelle. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE VED DRIFT AV ALUMINIUM-REDUKSJONSCELLE

Foreliggende oppfinnelse vedrørende fremgangsmåte for å bestemme dybden av det smeltede elektrolyttlag i en elektrolyttisk reduksjonscelle for aluminium, samt en fremgangsmåte basert der på for kontroll av drift av en slik celle. En typisk reduksjonscelle omfatter et lag smeltet elektrolytt, generelt basert på kryolytt (Na^AlFg) inneholdene oppløst aluminiumoksyd. Karbon-anoder er opphengt med deres nedre ende neddekket i celle-elektrolytten. Gulvet i cellen er katodisk og kan være fremstilt av karbon og/eller kan innbefatte katodestrøm-kollektorer innbakt i foringen. Ved passasje av elektrisk strøm vil smeltet aluminiumsmetall dannes på gulvet i cellen og kan danne et lag som ligger under elektrolyttlaget. Oksygenet fra aluminiumoksydet reagerer med karbon-anodene som for brukes med tiden. En beskyttende skorpe av størknet elektrolytt dannes rundt og over det smeltede elektrolyttlag og anodene er ført gjennom denne frosne skorpe. Fra tid til annen tilføres ferskt aluminiumoksyd og andre bestanddeler som er nødvendig for celledriften gjennom et hull som dannes i den frosne skorpe. Kontroll med dybden av det smeltede elektrolyttlag er et viktig trekk ved kontroll av cellen. Viss dybden av dette lag er for lite kan det være vanskelig eller umulig å oppnå den minimale nødvendige neddypning av anoden. Viss dybden er for stor er det fare for overflomming av smeltet elektrolytt under forskyvning av anodene når disse senkes for å en anode effekt.

En nå til konvensjonell praksis bestemmes dybden av elektrolyttlaget manuelt. Et hull skjæres i den størknede skorpe inn i hvilket en stålstav innføres vertikalt gjennom elektrolyttlaget og inn i den smeltede metalldam, etter noen sekunder trekkes staven ut og lengden av laget av størknet elektrolytt vedheftende til stavens overflate måles. Bestemmelse av nivået av smeltet metall i cellen gjøres ofte samtidig. Disse metoder er uforlagtige ved at de kan være gjenstand for menneskelig feil, både ved den aktuelle måling og ved overføring av informasjonen. Ytterligere er det en risiko for beskadigelse av celle-gulvet, spesiellt når dette innbefatter ildfaste harde metaller, så som titandiborid. Ytterligere innbefatter de manuelle metoder en eksponering av operatøren for ugunst-ige betingelser med hensyn til varme og støv.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en forbedret fremgangsmåte for bestemmelse av dybden av smeltet elektrolyttlag i cellen, hvilken metode er egnet for automatisering. Slike målinger vil generere informasjon som fastslår mengden av elektrolytt som er nødvendig å tilsette eller og fjerne for drive cellen med et konstant elektrolyttdybde. Fremgangsmåten er definert i de etterfølgende krav.

Oppfinnelsene basert på det faktum at når en anode heves vil strømmen som føres gjennom denne falle til 0 når karbonflaten mister fysisk kontakt med det smeltede elektrolyttlag. Når en individuell anode heves i forhold til de andre anoder (slik som skjer ved anodebytte) vil strøm styrken i den avta når den beveges opp og falle til 0 når fysikalske kontakt med elektrolytten går tapt. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatter overvåkning av de individuelle anodestrømstyrker og en kjennskap til beveg-elsen av anoden. Fremgangsmåten er derfor idiellt egnet for celler forsynt med .individuell anodedrift. Fremgangsmåten innbefatter en bestemmelse av avstanden (H) som anoden må heves før dens strømstyrke faller til en forhåndsbestemt liten andel (vanligvis 5 - 10%) av dens initiale verdi. Avstanden (H) representerer en nær approk-simasjon av den opprinnelige neddypning av anoden i den smeltede elektrolytt minus elektrolyttdybde ekvivalenten (H ) tilsvarende den opprinnelig elektrolytt fortrengning av anoden før fjerning. Dybde ekvivalenten (H ) kan lett beregnes fra cellens geometri og et estimat av tykkelsen av fast elektrolytt som vedhefter til innsiden av sidene av cellekatoden. Alternativt kan Hg bestemmes eksperimentellt. Den aktuelle elektrolytt dybde kan da bestemmes ved å adere verdien av anode-katode avstanden (ACD), tykkelsen av det smeltede elektrolyttlag mellom anode flaten og toppoverflaten av katoden ( generelt metall dammen) til de to ovenfor bestemte verdier, det vil si

Kontroll av celledriften innbefatter generelt å innstille en referanse motstand tilsvarende til referanse ACD. I den ovenfor nevnte formel er det mulig ved rimelig nøyaktighet og anta at den initiale ACD ( det vil si ACD like før anoden begynner og heves) er den sammme som referanse ACD. Viss en større nøyaktighet er nødvendig kan dette oppnås ved å sammenlingne den aktuelle motstand i cellen med dens referanse verdi og andvende en korreksjonsfaktor basert på det kjente forhold mellom ACD og cellemotstanden.

Da strømstyrken som føres gjennom anoden blant annet er avhengig av hvilken grad denne er neddykket i elektrolyttlaget kan en ytterligere anvendes ved hjelp av det kjente forhold mellom det initiale totale ACD ( beregnet som ovenfor beskrevet) og initial neddypning av den individuelle anode.

Ved utførelsen av fremgangsmåten er det ikke nødvending og virkelig måle den vertikale avstand som anoden må bevege seg før dens strømstyrke er redusert til en forhåndsbestemt andel av den opprinnelige verdi. Denne avstand kan bestemmes ved hjelp av tidsmåiing og den kjente hastighet for bevegelse av anoden. Størrelsen av forhåndsbestemte andel er ikke kritisk og kan i realiteten være 0 men det er passende 5 -10% av den initiale verdi. Målingen kan passende utføres på det tidspunkt hvor en forbrukt anode-stump fjernes og erstattes med en ny, forbakt anode.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen heves den brukte anode igjen tilstrekkelig avstand for å sikre dens fullstendige fjærning fra badet, mens anode strømstyrken kontinuerlig overvåkes. En slik avstand kan eksempelvis være 20 cm. Det tidspunktet hvilken anode strømstyrken faller til den forhåndsbestemte andel av den initiale verdi noteres og omdannes automatisk i et kontrollsystem til et signal som er indikativt for den vertikale bevegelse. Kontrollsystemet utfører de nødvendige korreksjoner. Det således erholdte signal anvendes i systemet for å kontrolere dybden av det smeltede elektrolyttlag ved til-føring av elektrolytt eller fjernelse av elektrolytt fra cellen. Elektrolytt tilsettes generelt iform av et bad av den størknede skorpe fra en tidligere celle.

EKSEMPEL

Både den kjente manuelle fremgagnsmåte og den elektriske fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen blir anvendt samtidig for å bestemme dybden av det smeltede elektorlyttlag i en celle. Resultatene er vist i den etterfølgende tabell, og viser en god overenstemmelse mellom de to metoder.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved bestemmelse av dybden av det smeltede elektrolyttlag i en aluminium elektrolytt reduksjonscelle som har et antall anoder, innbefattende en anode gjennom hvilken en initial strømstyrke føres, karakterisert ved å heve anoden under en samtidig overvåkning av strømstyrken som passerer gjennom elektroden og måle den vertikale avstand tilbakelagt av anoden før strømstyrken faller til en forhånds bestemt fraksjon av den initiale strømstyrke.

2. Fremgangsmåte for å kontrolere drift av en aluminium elektrolytt reduksjonscelle som har et antall anoder, innbefattende en anode gjennom hvilken en initial strømstyrke føres, karakterisert ved å heve anoden under en samtidig overvåkning av strø mstyrken som passerer gjennom elektroden, generere et signal som indikerer den vertikale avstand tilbakelagt av anoden før strømstyrken faller til en forhåndsbestemt andel av dens initiale verdi og anvendes signalet for å kontrolere dybden av smeltet elektrolyttlag ved tilsetningen av elektrolytt til eller fjerne elektrolytt fra cellen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at anoden heves med den kjent konstant hastighet og den vertikale distanse tilbakelagt utledes fra den tid det tar til strømstyrken faller til den forhåndsbestemte andel.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av kravene 1 - 3, karakterisert ved at det korrigeres for anodens ini.t--.iale fortrengning av elektrolytten.

5. Fremgangsmåten ifølge hvilken som helst av kravene 1 -4, karakterisert ved at det korrigeres for den initiale anode-katode avstand.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 karakterisert ved at cellen har en referanse motstand tilsvarende en referanse anode-katode avstand, og hvor det gjøres en korreksjon for variasjoner anode-katode avstand ved å sammenlingne cellens initiale motstand dens referanse verdi.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket av helst av kravene 1 6, karakterisert ved at det korrigeres for den initiale neddypning av anoden som overvåkes.

8. Fremgangsmåten ifølge hvilket av helst av kravene 1 - 7, karakterisert ved at den forhåndsbestemte andel er 5-10%.