DE1059192B

DE1059192B - Elektrolyseofen von mindestens 40000 A fuer die Schmelzflusselektrolyse von Aluminium

Info

Publication number: DE1059192B
Application number: DEA23547A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Schmitt; Dr Paul Mueller
Original assignee: Aluminium Industrie AG
Current assignee: Aluminium Industrie AG
Priority date: 1955-07-09
Filing date: 1955-10-10
Publication date: 1959-06-11
Also published as: FR1155939A; CH338028A

Description

Im Bestreben, die Wirtschaftlichkeit der Aluminiumproduktion zu steigern, werden in der Alumniumindustrie immer größere Elektrolyseöfen gebaut, welche heute für Stromstärken bis 100000 A bestimmt sind. Die Erfahrung· hat aber gezeigt, daß in Elektrolyseöfen mit hohen Stromstärken elektromagnetische Kräfte von solcher Größe auftreten, daß der Ofengang empfindlich gestört werden kann. Derartige Störungen können bereits bei Öfen von 40000¹ A auftreten; sie können bei öfen mit hoher Stromstärke, z. B. von 100000 A, so groß werden, daß ein normaler Arbeitsgang nicht mehr möglich ist. Diese elektromagnetischen Kräfte entstehen durch das Zusammenwirken des durch den Elektrolyseofen fließenden Stromes und der Magnetfelder im Ofen. Sie wirken sich in Metallaufwölbungen und -Wallungen aus, die zu einem zu heißen Ofengang und zu einem starken Absinken der Stromausbeute führen können. Die Kraftwirkungen sind dann am größten, wenn das magnetische Feld und die Stromlinien senkrecht zueinander gerichtet sind; d. h., die Wallungen und Metallströmungen sind am größten, wenn das Feld beispielsweise vertikale Komponenten, die das Metall durchschneiden, und der Strom horizontale Komponenten im Metall aufweisen und wenn die genannten Komponenten über den Ofen asymmetrisch verteilt sind.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Vermeidung des Entstehens von horizontalen Stromkomponenten im Metall die im Kohleboden eingebetteten horizontalen Stromableitungen (Kathodenbarren) an ihren Enden elektrisch zu isolieren oder sie gebogen auszubilden und so in den Kohleboden einzubetten, daß die aus dem Ofen führenden Enden tiefer liegen als der mittlere Teil.

Nach einem weiteren Vorschlag werden die Stromableitungen senkrecht aus dem Ofenboden herausgeführt und mit horizontalen Stromleitungsschienen verbunden, die unterhalb des Ofenbodens entlanggeführt werden. Um zu erreichen, daß das magne- *o tische Feld im Metallband möglichst gering wird, werden die waagerechten Anodenzuführungen und Kathodenableitungen in möglichst gleichern und möglichst großem Abstand über bzw. unter dem Ofen angeordnet.

Die Einhaltung der erwähnten Konstruktionsprinzipien hat aber bisher nicht zu einem vollen Erfolg geführt. Die Isolation der Enden der Kathodenbaxren wird durch die Wärmeeinwirkung und durch das Auftreiben des Bodens im Betriebe vorzeitig zerstört. Die gebogene Ausbildung der Kathodenbarren und die senkrechte Herausführung der Stromableitungen führen auch nicht zum Erfolg, wenn nicht gleichzeitig dafür gesorgt wird, daß kein asymme-

für die Schmelzflußelektrolyse

von Aluminium

Anmelder:

Aluminium - Industrie -Aktien - Gesellschaft, Chippis, Wallis (Schweiz)

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans, Patentanwalt,.
München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte- Priorität:
Schweiz vom 9. Juli 1955

Dipl.-Ing. Hans Schmitt, Rheinfelden (Bad.),

und Dr. Paul Müller, Pully, Waadt (Schweiz),

sind als Erfinder genannt worden

irisches vertikales Feld im Schmelzraum des Ofens entsteht. Es hat sich auch herausgestellt, daiß es ungünstig ist, die horizontalen Stromleitungsschienen unter dem Ofen entlangzuführen, denn eine Serie aus z. B. zwei nebeneinander verlaufenden Reihen von Elektrolyseöfen bildet eine Stromschleife, in deren Innerem ein verhältnismäßig starkes magnetisches Feld entsteht, das sich dem Feld überlagert, das jeder Ofen für sich selbst ausbildet, und die Öfen durchschneidenden Vertikalkomponenten des magnetischen Feldes dieser Stromschleife werden desto größer, je tiefer die Stromableitungen von Ofen zu Ofen untere halb der Ofenböden angeordnet werden.

Es ist bekannt, daß' bei horizontaler Lage der Stromleitungsschienen längsseitig neben der Ofenwanne das durch die Stromleiter gebildete magnetische Feld eine starke Sättigung des eisernen Ofenmantels bewirkt. Dadurch entstehen wiederum diskontinuierliche Felder, welche im Zusammenwirken mit horizontalen Stromkomponenten im Metall elektromagnetische Kräfte hervorrufen. "

Untersuchungen haben nun ergeben, daß bei Elektrolyseöfen für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium mit horizontal in den Kohleboden eingebetteten geraden kathodischen Stromleitungsschienen (Kathodenbarren) die ■ schädlichen. Auswirkungen der elektromagnetischen Kräfte auf das Bad dadurch verhindert werden können; daß die aus dem Ofen hinausführenden Teile der Stromableitungen

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Claims

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tiefer gelegt werden als der im Kohleboden in der einflußt wird, sondern daß gleichzeitig durch die Zone unterhalb der Anode eingebettete horizontale - .' Führung der Kathodenableitungen im Gegensatz zu Teil und daß sie mit außerhalb des Ofens parallel zu den bekannten Ausführungsformen auch das magnedessen Längsachse liegenden Stromleitungsschienen tische Innenfeld des Ofens und das diesem sich überverbunden werden, die so tief angeordnet sind, daß 5 lagernde, durch die nebeneinanderliegenden Ofenihre Oberkanten höchstens auf gleicher Höhe wie die reihen gebildete Feld so ausgerichtet wird, daß nur Unterkante des Ofenmantels liegen, vorzugsweise noch ganz geringe, gleichmäßig verteilte senkrechte 1 m tiefer als diese, nicht aber mehr als 2 m. Feldkomponenten im Ofen entstehen können. Infolge

Der horizontale Teil des Kathodenbarrens, der der Anordnung der horizontalen Stromleitungsunter der Anode verläuft, darf seitlich nicht mehr als io schienen seitlich unterhalb des Ofenmantels wird eine 0,5 m über die äußeren Seitenflächen der Anode oder zu starke magnetische Sättigung desselben vermieden, der Anodengruppe vorstehen, denn der aus der Anode und gleichzeitig wird durch diese Anordnung erreicht, oder Anodengruppe austretende, Ofenfluß und Metall daß das durch die Stromschleife der Ofenreihen gedurchfließende Strom soll auf den Teil der Kathode bildete vertikal gerichtete Feld innerhalb des Ofens konzentriert werden, der unter der Anode liegt. Vor- 15 beträchtlich geneigt wird, so daß die vertikalen Feldzugsweise sollen die Enden des Kathodenbarrens mit komponenten im Ofen erheblich geschwächt werden. den Ebenen der Seitenflächen bündig sein, wie in In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt das höchstzu- der Erfindung dargestellt.

lässige Vorstehen um 0,5 m. Diese Begrenzung gilt Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Elektro-

allgemein für die Umrandungslinie der horizon- 20 lyseofen mit nach unten abgekröpften Kathodenbarren,

talen Fläche, die von den horizontalen, unter der dessen unter der Anode verlaufender Teil und dessen

Anode oder Anodengruppe angeordneten Teilen der seitliche Stromausführungen horizontal angeordnet

Kathodenbarren eingenommen wird. Die unter den sind.

Kopfseiten der Anode oder Anodengruppe liegenden Fig. 2 und 3 zeigen Elektrolyseöfen mit senkrechter

äußersten Kathodenbarren dürfen also höchstens 0,5 m 25 Kathodenableitung im Querschnitt,

außerhalb der Ebene der Seitenflächen angeordnet Die Wanne 1 der Elektrolyseöfen ist mit einem

sein. ■ Koihleboden ausgekleidet. Darüber ist die Anode 2

Die Erfindung bezieht sich nun auf einen Elektro- mit den vertikalen Stromzuführungen 3 angeordnet: lyseofen von mindestens 40 000 A für die Schmelz- sie taucht in die Schmelze 4 ein. Der Kohleboden bezuflußelektrolyse von Aluminium mit horizontal in 3° steht aus Kohleblöcken 5. Die Ränder 6 sind aus den Kohleboden eingebetteten, unter der Anode bzw. Kohlestampf masse hergestellt. Die Kohleblöcke 5 sind unter der Anodengruppe eben verlaufenden Kathoden- -^; in der üblichen Weise auf ihrer unteren Seite mit barren, bei welchem Elektrolyseofen der unter der einer Längsnut versehen, in welche die Kathoden-Anode verlaufende horizontale Teil der Kathoden- barren 7,10,13 eingebettet sind.
barren seitlich nicht mehr als 0,5 m über die äußeren 35 Im Ofen nach Fig. 1 sind die Enden 8 der Kathoden-Seitenflächen der Anode bzw. der Anodengruppe vor- barren 7 an der Stelle ihres Austrittes aus den Kohlesteht, die aus dem Ofen hinausführende Teile der "· blöcken 5, d. h. an der Stelle, die unter der unteren Stromableitungen tiefer liegen als die unterhalb der Längskante der Anode liegt, nach unten abgekröpft. Anode verlaufenden horizontalen Teile der Kathoden- so daß die beiden aus dem Ofen hinausführenden barren und die Stromableitungen mit außerhalb des 40 Enden 8 tiefer liegen als der im Kohleblock 5 unter Ofens parallel zu dessen Längsachse liegenden Strom- der Anode liegende Teil. Äußerhalb des Ofens sind leitungsschienen verbunden sind, die so tief ange- die Kathodenbarren mit den horizontalen Stromordnet sind, daß ihre Oberkante höchstens auf gleicher leitungsschienen 9 verbunden, die seitlich am Ofen so Höhe wie die Unterkante des Ofenmantels, nicht aber tief angeordnet sind, daß ihre Oberkante tiefer liegt mehr als 2 m tiefer als diese liegt. +5 als die Unterkante der Ofenwanne 1.

Vorzugsweise sollen die Stromleitungsschienen Im Im Elektrolyseofen nach Fig. 2 sind die Kathodentiefer als die Unterkante des Ofenmantels liegen. barren 10 nur so lang, wie die Anode 2 breit ist. Sie

Die horizontalen Kathodenbarren können bei ihrem sind mit drei senkrechten Stromableitungen 11 verAustritt aus dem unter der Anode liegenden Teil des bunden, die ihrerseits über die horizontale Schiene 12 Kohlebodens nach unten abgekröpft sein, so daß die 50 mit den seitlichen Stromleitungsschienen 9 in Verhorizontalen aus dem Ofen führenden Enden tiefer bindung stehen.

liegen als der mittlere unter der Anode liegende Teil. Im Elektrolyseofen nach Fig. 3 sind über die Breite

Man kann den Kathodenbarren mit den Strom- des Ofens zwei voneinander getrennte Kathodenbarren

ableitungen aus drei zusammengeschweißten Teilen 13 eingebaut, die über senkrechte Stromableitungen

herstellen, indem man die Enden des mittleren hori- 55 14 und unter dem Ofenboden angeordnete horizontale

zontalen Abschnittes auf das äußere Ende der beiden Schienen 15 mit den seitlichen Stromleitungsschienen 9

horizontalen Stromableitungen aufschweißt. verbunden sind.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung

weisen die Kathodenbarren senkrecht nach unten aus Patentansprüche:

dem Ofen heraustretende Leitungsabschnitte auf, die ^6o

über horizontale Schienen mit den außerhalb des 1. Elektrolyseofen von mindestens 40 000 A für

Ofens parallel zu dessen Längsachse liegenden Strom- die Schmelznußelektrolyse von Aluminium mit

leitungsschienen verbunden sind. horizontal in den Kohleboden eingebetteten, unter

Bei dem erfindungsgmäßen Ofen von mindestens der Anode bzw. unter der Anodengruppe eben 40 000 A treten auch bei einer Ofenserie aus zwei 65 verlaufenden Kathodenbarren, dadurch gekennnebeneinander verlaufenden Reihen keine Metall- zeichnet, daß der unter der Anode verlaufende Wallungen mehr auf, und der Ofen arbeitet mit hoher horizontale Teil (7, 1O₁ 13) der Kathodenbarren Stromausbeufe. Dies ist darauf zurückzuführen, daß seitlich nicht mehr als 0,5 m über die äußeren bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur der Seitenflächen der Anode (2) bzw. der Anoden-Stromverlauf im Schmelzraum des Ofens günstig be- 7° gruppe vorsteht, die aus dem Ofen herausführen-

den Teile (8,12,15) der Stromableitungen tiefer liegen als die unterhalb der Anode verlaufenden horizontalen Teile der Kathodenbarren und die Stromableitungen mit außerhalb des Ofens parallel zu dessen Längsachse liegenden Stromleitungsschienen (9) verbunden sind, die so tief angeordnet sind, daß ihre Oberkante höchstens auf gleicher Höhe wie die Unterkante des Ofenmantels (1), nicht aber mehr als 2 m tiefer als diese liegt.
2. Elektrolyseofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitungsschienen (9) 1 m tiefer als die Unterkante des Ofenmantels (1) liegen.
3. Elektrolyseofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Kathodenbarren (7) bei ihrem Austritt aus dem unter der Anode liegendea Teil des Kohlebodens (5) nach unten abgekröpft sind, so daß die horizontalen, aus dem Ofen führenden Enden (8) tiefer liegen als der unter der Anode liegende Teil.
4. Elektrolyseofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter der Anode verlaufende horizontale Teil (7) der Kathodenbarren an seinen Enden überlappend auf die Enden der aus dem Ofen herausführenden Teile (8) aufgeschweißt ist.
5. Elektrolyseofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale, unter der Anode (2) bzw. der Anodengruppe verlaufende Teil (10) des Kathodenbarrens durch nach unten aus dem Ofen (1) heraustretende Leitungsabschnitte (11) über horizontale Schienen (12) mit den außerhalb des Ofens parallel zu dessen Längsachse liegenden Stromleitungsschienen (9) verbunden ist.
6. Elektrolyseofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter der Anode verlaufende horizontale Teil der Kathodenbarren aus zwei Teilen (13) besteht, die je in einem der den Ofenboden bildenden Kohleblöcke eingebettet sind und je durch einen nach unten aus dem Ofen heraustretenden Leitungsabschnitt (14) über eine horizontale Schiene (15) mit den außerhalb des Ofens parallel zu dessen Längsachse liegenden Stromleitungsschienen (9) verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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