DE1558766C

DE1558766C - Collector rail

Info

Publication number: DE1558766C
Authority: DE
Inventors: Jostein J Parma Ohio Vadla (V St A)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Publication date: 1972-06-15

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere die Auskleidung ao Anode 22 ist in üblicher Weise mit einer nicht abgedes Bodens mit Kohlenstoff und die als Sammel bildeten Kollektorschiene verbunden. Das untere schiene dienenden Kollektorschienen. Üblicherweise Ende 26 befindet sich in einem Abstand von der verwendet man als Kathoden-Verbindung Stahlstangen Kathode 28 aus geschmolzenem Aluminium. Der von im wesentlichen quadratischem Querschnitt, die in Zwischenraum zwischen der Anode 22 und der Alueiner Nut im Boden aus Kohlenstoff so angeordnet as miniumkathode 28 ist mit einem geschmolzenen Eleksind, daß auf allen Seiten ein Zwischenraum besteht. trolyten 30 gefüllt, in welchem Aluminiumoxyd gelöst Dieser Zwischenraum wird mit geschmolzenem Guß- ist. Der Elektrolyt 30 bildet eine erstarrte Kruste 32 eisen oder in einigen Fällen auch mit einer leitenden,
kohlenstoffhaltigen Stampfmasse ausgefüllt. Eine typische Auskleidung des Bodens solcher Behälter besteht 30
aus mehreren Blöcken aus Kohlenstoff, von denen
jeder sich quer über die ganze Breite des Gefäßbodens
erstreckt. Jeder dieser Blöcke enthält eine Kollektorschiene, die auf beiden Seiten des Gefäßes nach außen
herausragt und in geeigneter Weise mit einer äußeren 35
Kollektorschiene verbunden ist.The invention relates in particular to the lining of the anode 22 is connected in the usual way to a bottom not covered with carbon and the collector bar formed as a collector. The lower rail serving collector rails. Usually the end 26 is at a distance from the steel rods used as the cathode connection cathode 28 made of molten aluminum. The substantially square cross-section placed in the space between the anode 22 and the aluminum by a groove in the bottom of carbon as the minium cathode 28 is with a molten electrode that there is a space on all sides. trolyte 30 filled in which aluminum oxide is dissolved. This gap is cast with melted. The electrolyte 30 forms a solidified crust 32 iron or in some cases with a conductive,
filled with carbon-containing ramming mass. A typical lining of the bottom of such containers is 30
from several blocks of carbon, one of which
each across the entire width of the bottom of the vessel
extends. Each of these blocks contains a collector rail that faces outwards on both sides of the vessel
protrudes and in a suitable manner with an outer 35
Collector rail is connected.

Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß man die Verbindung aus Gußeisen in einer Eisengießerei herstellen muß oder daß man solche Möglichkeiten inA disadvantage of this system is that the joint can be made from cast iron in an iron foundry must be established or that such possibilities can be found in

der Anlage zur Gewinnung von Aluminium vorsehen 4» stoffhaltigen Masse 35 ausgefüllt sein, die vorzugsmuß, was beides kostspielig ist. Ein Teil dieser Kosten weise in der Wärme aushärtbar ist. Wie die F i g. 1 kann allerdings vermieden werden, wenn man an
Stelle von Gußeisen eine leitende, kohlenstoffhaltige
Stampfmasse verwendet. Eine solche Konstruktion
bringt aber erheblich größere Stromverluste mit sich, 45 oder einem anderen isolierenden Material ausgefüllt; da der elektrische Widerstand der Stampfmasse höher gegebenenfalls kann dieser Zwischenraum auch leerthe plant for the extraction of aluminum should be filled with a substance-containing mass 35, which must be preferred, both of which are expensive. Part of this cost is wisely heat curable. As the F i g. 1 can, however, be avoided if you look at
Instead of cast iron a conductive, carbonaceous one
Ramming used. Such a construction
but brings with it considerably greater power losses, 45 or another insulating material filled; Since the electrical resistance of the rammed earth is higher, this space can also be empty

entlang den Seitenwandungen 16 und den nicht abgebildeten Stirnwandungen der Zelle 10.along the side walls 16 and the end walls (not shown) of the cell 10.

Die F i g. 2 zeigt, daß eine breite und dünne Kollektorschiene 34 in einer entsprechend flachen Nut 36 des Bodenblockes 20 untergebracht ist. Die Kollektorschiene 34 und die Nut 36 sind schwalbenschwanzartig geformt. Ein enger Zwischenraum 39 befindet sich entlang den Längskanten 40 und 42 der Kollektorschiene 34. Dieser Zwischenraum soll die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kollektorschiene 34 und des Bodenblockes 20 kompensieren. Er kann mit einer leitenden, kohlenzeigt, enthält der mittlere Teil 37 der Nut 36 vorzugsweise keine Kollektorschiene 34. Dieser Teil 37 der Nut 36 ist vorzugsweise mit einer Stampfmasse 35The F i g. 2 shows that a wide and thin collector rail 34 in a correspondingly shallow groove 36 of the Floor block 20 is housed. The collector rail 34 and the groove 36 are dovetail-shaped shaped. A narrow space 39 is located along the longitudinal edges 40 and 42 of the collector rail 34. This gap is supposed to contain the various coefficients of thermal expansion the collector rail 34 and the base block 20 compensate. He can with a conductive, charcoal shows, the middle part 37 of the groove 36 preferably does not contain a collector rail 34. This part 37 of the Groove 36 is preferably made with a ramming mass 35

ist. Ein weiterer Nachteil der üblichen Gefäße zur Gewinnung von Aluminium beruht auf der verschiedenen elektrischen Leitfähigkeit der einzelnen Teile des Gefäßes, was weiter unten erläutert wird.is. Another disadvantage of the usual vessels for the production of aluminum is based on the different electrical conductivity of the individual parts of the vessel, which will be explained below.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kathodenverbindung zu schaffen, durch welche die obenerwähnten Nachteile vermieden werden, bei der Stromverluste im Boden des Gefäßes vermieden werde und die billig und einfach herstellbar ist.The object of the invention is to provide a cathode connection through which the Above-mentioned disadvantages can be avoided, in which current losses in the bottom of the vessel are avoided and which is cheap and easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Kollektorschiene verwendet wird mit einem der Nut angepaßten trapezförmigen, mit der längeren Parallelseite der Kathode zugekehrten Querschnitt. Diese Anordnung gewährleistet durch die längere Parallelseite der Kathode eine gute Stromausbeute. This object is achieved according to the invention in that a collector rail is used with a trapezoidal cross-section adapted to the groove with the longer parallel side facing the cathode. This arrangement ensures a good current yield due to the longer parallel side of the cathode.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kollektorschiene unter der Kathodenmitte unterteilt. Durch diesen Zwischenraum werden die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kollektorschiene und des Bodenblockes aus Kohle kompensiert.In a preferred embodiment of the invention, the collector bar is below the center of the cathode divided. The various coefficients of thermal expansion are determined by this gap the collector rail and the base block made of carbon compensated.

bleiben. Es ist klar, daß die Nut 36 sich nicht ganz über den Bodenblock 20 hinweg zu erstrecken braucht. Man kann z. B. zwei Nuten von den Kanten 44 und 46 des Blockes 20 gegeneinander herstellen, so daß sie sich in einer Linie befinden, aber durch nicht bearbeitete, mittlere Teile des Bodenblockes 20 voneinander getrennt sind.remain. It is clear that the groove 36 is not quite needs to extend over the bottom block 20 away. You can z. B. two grooves from the edges 44 and 46 of the block 20 against each other so that they are in a line, but through unprocessed, middle parts of the bottom block 20 are separated from each other.

5555

Table I.

Teilpart

Anode anode

Bad bath

Geschmolzenes AluminiumMolten aluminum

Kohle money

Graphit graphite

Stahl steel

Widerstand
(Ohm · cm)resistance
(Ohm cm)

X ΙΟ"³
0,35X ΙΟ " ³
0.35

io-^s io ^s

ΙΟ"³
ΙΟ"³
ΙΟ"⁴ ΙΟ " ³
ΙΟ " ³
ΙΟ " ⁴

Um die Erfindung besser zu erläutern und um die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu zeigen, istIn order to better explain the invention and to show the disadvantages of the known devices is

der Strompfad durch die stromführenden Teile der Vorrichtung in der F i g. 1 mittels gestrichelter Linien wiedergegeben. Typische elektrische Widerstandswerte der verschiedenen Teile der Vorrichtung sind in der vorstehenden Tabelle I enthalten.the current path through the current-carrying parts of the device in FIG. 1 by means of dashed lines reproduced. Typical electrical resistance values of the various parts of the device are shown in FIG Table I above.

Da die Reduktionszelle spiegelbildlich symmetrisch ist, so sind nur auf der einen Seite der Zeichnung die Strompfade eingezeichnet. Der Strom, der von der Anode in das Bad mit hohem Widerstand eintritt, läuft durch dieses praktisch senkrecht und sehr gleichmäßig. Beim Eintreten in die Schicht aus geschmolzenem Aluminium mit einem geringen Widerstand neigt der Strom dazu, zunächst in parallelen Linien zu der Berührungsfläche zwischen dem Bade und dem geschmolzenen Metall zu verlaufen, und zwar in einem gewissen Abstand von der Mittellinie der Zelle, bevor er in den Boden aus Kohlenstoff eintritt. Dann verlaufen die Strompfade wieder praktisch senkrecht durch den Boden aus Kohlenstoff und münden schließlich in die Kollektorschiene aus Stahl. Man sieht, daß diejenigen Teile der Kollektorschiene aus Stahl, die in der Mitte unter der Anode liegen, praktisch keinen Strom führen und infolgedessen eigentlich überflüssig sind.Since the reduction cell is symmetrical in mirror image, the are only on one side of the drawing Current paths drawn. The current entering the high resistance bath from the anode, runs through this practically vertically and very evenly. Upon entering the layer of molten Aluminum with a low resistance tends to initially run in lines parallel to the current To run contact surface between the bath and the molten metal, all in one some distance from the center line of the cell before entering the carbon soil. Then get lost the current paths again practically vertically through the carbon soil and finally flow into the collector rail made of steel. You can see that those parts of the collector rail made of steel, which in in the middle under the anode, carry practically no current and are therefore actually superfluous are.

Die Stromverluste sind abhängig von der Stromdichte. Die F i g. 2 zeigt, daß eine Kollektorschiene mit praktisch quadratischem Querschnitt die Stromverteilung innerhalb des Blockes verzerren würde und eine hohe Stromdichte an der Berührungsfläche der Kollektorschiene mit dem Block aus Kohlenstoff ergeben würde. Die Stromverluste bei den üblichen Konstruktionen sind also höher als bei geeigneten Querschnitten der stählernen Kollektorschiene und des Blockes aus Kohlenstoff.The current losses depend on the current density. The F i g. 2 shows that a collector bar with a practically square cross-section would distort the current distribution within the block and result in a high current density at the contact surface of the collector bar with the block of carbon would. The current losses with the usual constructions are higher than with suitable ones Cross-sections of the steel collector bar and the block made of carbon.

Zum Nachweis des durch die Erfindung erzielten technischen Fortschrittes gegenüber den üblichen Konstruktionen wurden einige Messungen bei Betriebstemperaturen von 900 bis 1000° C für erfindungsgemäße und bisher bekannte Vorrichtungen durchgeführt. Der Ausdruck »Kohlenstoff« umfaßt hierbei sowohl Kohle wie auch Graphit, wobei Messungen mit diesen beiden Stoffen durchgeführt worden sind.To prove the technical progress achieved by the invention compared to the usual Constructions made some measurements at operating temperatures of 900 to 1000 ° C for the invention and previously known devices performed. The term "carbon" here includes both Coal as well as graphite, whereby measurements have been carried out with these two substances.

Es wurden drei verschiedene Arten von Reduktionszellen geprüft. Eine hatte einen üblichen Bodenblock aus Kohle und eine Kollektorschiene mit praktisch quadratischem Querschnitt. Die zweite Zelle enthielt ebenfalls einen Bodenblock aus Kohle, wobei die Kollektorschienen die erfindungsgemäße Form hatten. Die letzte Zelle enthielt einen Bodenblock aus Graphit und erfindungsgemäße Kollektorschienen. Die nachstehende Tabelle zeigt die typischen Widerstände beim Übergang des Stromes von der Kollektorschiene zu der Oberfläche des Blockes aus Kohle oder Graphit. Der Widerstand des Stromes bei seinem Pfade durch die Kohle oder den Graphit wird durch die Differenz gefunden.Three different types of reduction cells were tested. One had a standard floor block made of carbon and a collector bar with a practically square cross-section. The second cell contained also a base block made of coal, the collector rails having the shape according to the invention. The last cell contained a bottom block made of graphite and collector rails according to the invention. The following The table shows the typical resistances when the current passes from the collector rail to the surface of the block made of carbon or graphite. The resistance of the current in its path through the carbon or graphite is found by the difference.

Widerstandresistance Gesamt-
Ttr'j Total-
Ttr'j WiderContrary der
Kollektorthe
collector WiderContrary stand
innerhalbwas standing
inside Boden derBottom of the schiene undrail and standwas standing desof ReduktionszelleReduction cell der Verthe ver Bodenfloor bindungsbinding (Mikro-(Micro- blockesblockes stelleJob Ohm)Ohm) (Mikro-(Micro- (Mikro-Ohm)(Micro-ohm) Ohm)Ohm) Übliche KollektorUsual collector schiene in einemrail in one 175175 Block aus Kohle ..Block of coal .. 120120 5555 ErfindungsgemäßeAccording to the invention Kollektorschiene inCollector rail in einem Block ausa block from 105105 Kohle money 8080 2525th ErfindungsgemäßeAccording to the invention KollektorschieneCollector rail in einem Block ausin a block 4040 Graphit graphite 3030th 1010

Die gemessenen Widerstandswerte stimmen gut überein mit solchen, die aus der Literatur bekannt sind.The measured resistance values agree well with those known from the literature.

Man sieht, daß in jedem Fall der Gesamtwiderstand bei erfindungsgemäßen Anordnungen erheblich geringer ist als bei den üblichen Konstruktionen. Diese Verringerung des Widerstandes ist zum Teil auf eine Verbesserung des Kontaktes zurückzuführen und zum Teil auf eine Verringerung des Widerstandes auf dem Strompfade durch den Bodenblock. Diese Verringerung des Widerstandes auf dem Pfade durch den Bodenblock beruht auf der Vergrößerung des mittleren Querschnittes des Strompfades, der durch die erfindungsgemäße Form der Kollektorschiene bewirkt wird. Bei der Verwendung von Kohle sei darauf hingewiesen, daß der spezifische Widerstand des Bodenblockes selbst unverändert bleibt.It can be seen that in each case the total resistance is considerably lower in the case of arrangements according to the invention is than with the usual constructions. This reduction in drag is due in part to a Improvement in contact and partly due to a decrease in resistance on the Current paths through the floor block. This reduction in resistance on the path through the Bottom block is based on the enlargement of the mean cross section of the current path through the inventive Shape of the collector rail is effected. When using coal it should be noted that that the specific resistance of the bottom block itself remains unchanged.

Claims

Patent claims:

1. Collector rail, which is in a groove on the underside of a block consisting of a carbon The cathode of an electrolytic cell, in particular for the production of aluminum, is arranged, characterized by a trapezoidal cross-section adapted to the groove, with the longer parallel side facing the cathode.

2. collector rail according to claim 1, characterized by a subdivision under the cathode center.

3. collector rail according to claim 2, characterized in that the subdivision with a carbon-containing rammed earth is filled.

1 sheet of drawings