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Stromschienensystem von Aluminiumelektrolysezellen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Stromschienensystem von Aluminiumelektrolysezellen
und insbesondere auf eine den Strom von den Elektrolysezellen ableitende Anordnung
von Katodenschienen, diesem Ende einer Reihe> bei Längsanordnung der Elektrolysezellen
in # Reihe<>, angeordnet sind.
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Bei der Aluminiumherstellung ist die Anordnung der Elei trolysezellen
in Parallelreihen üblich. Die Elektrolysezellen in Jeder Reihe sind reihengeschaltet,
d.h. die Katode der einen Elektrolysezelle ist an die Anode der nachfolgenden Elektrolysezelle
derartig angeschlossen, daß der elektrische Strom die ganze Reihe der Elektrolysezellen
durchströmt
und über die gegenüberliegende Reihe von Elektrolyse
zellen zurückfließt.
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In der Aluminiumindustrie ist ein Stromschienensystem für Aluminiumelektrolysezellen,
die am Anfang und am Ende einer Reihe bei Längsanordnung der Elektrolysezellen in
Reihe angeordnet sind,bekannt, das Katodenschienenpakete enthält, die beiderseits
der Elektrolysezellen, d.h.
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links- und rechtsseitig in bezug auf die Elektrolysezellenlängsachse,
in Fließrichtung des elektrischen Stroms, angeordnet sind.
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Beim Betrieb der mit dem bekannten Stromschienensy-Stern ausgerüsteten
Elektrolysezellen treten starke Elektromagnetfelder, die durch die Einwirkung der
in den Elektrolysezellenbauelementen fließenden starken Ströme bedingt sind, in
Erscheinung, die den Prozeß der Schmelzflußelektrolyse und seine wirtschaftlichen
Daten stark beeinflussen.
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Mit dem Anstieg der Leistung der Aluminiumelektrolysezelle wächst
die ungünstige Beeinflus8ung des Aluminiumelek trolygeprozesses durch die starken
Magnetfelder. Infolge der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fremdfeld und
den in der Metallschmelze fließenden Strömen, werden in dieser Schmelze sehr große
elektromagnetische Kräfte wirksam Diese elektromagnetischen Kräfte bedingen eine
Störung der Oberfläche des flüssigen Katodenmetalls und seine starke Zirkulation.
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Wegen einer starken Schräglage bzw. des Aufbauchens des Metalls arbeiten
die Elektrolysezellen mit die optimalen Abstände überschreitenden Elektrodenabständen.
Dies zieht eine Erhöhung der Betriebsspannung für die Elektrolysezelle, Stromüberverbrauch
und Ubererhitzung der Schmelze nach sich, wodurch die Stromausbeute ungünstig beeinflußt
wird.
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Infolge der starken Zirkulation neigt das Metall stärker zum Eindringen
in den Anodenbereich, wo es von den anodischen Gasen oxydiert wird. Durch zahlreiche
Beobachtungen wurde festgestellt, daß in denjenigen Elektrolysezellenzonen, wo die
Magnetfeldintensität und die Strömungsstärke der Zirkulation einen Höchstwert erreichen,
eine Verformung der Wandungen der Katodenumhüllung stattfindet, und genau in diesen
Zonen die seitlichen Kohlenplatten durch das geschmolzene Metall öfter zerstört
werden.
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Unter gemeinsamer Einwirkung der Gas strömungen und der elektromagnetischen
Kräfte werden auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums Wellen erzeugt, die
örtliche Eursschlüsse nach sich ziehen können, wobei infolgedessen die Stromausbeute
erheblich abnimmt.
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Der Einsatz von Elektrolysezellen mit einer großen Iaistung ist nur
dann zweckmäßig, wenn wirksame MaBnahcen zum Verhüten der schädlichen Wirkung des
Magnetfeldes getroffen sind.
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Untersuchungen der Magnetfelder, die in den letzten Jahren an Versuchs-
und Industrieelektrolysezellen, die für große Stromstärken bestimmt waren, durchgeführt
worden sind, ergaben die Möglichkeit, die Anforderungen an das Stromschienystem
einer Aluminiumelektrolysezelle in Porm nachstehender Gleichungen zusammen fassen:
3 3 # @ # @ By(O) = 0; = - # 0; x y # Bz # Bx = - # 0 x Y wo: 3y - Magnetfeld-Querkomponente;
Bx - Magnetfeld-Längskomponente; Bz - Magnetfeld-Vertikalkomponente, sind.
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Anders gesagt bedeuten die oben dargelegten Forderungen die Symmetrie
des Magnetquerfelds, die Konstanz der Größe von By und Bx in Elektrolysezellenachsrichtung
und eine Mindestgröße der Absolutwerte der Vertikalkomponenten des Magnetfelds Bz,
die in den Elektrolyseurecken wirksam sind, sowie eine Symmetrie des Magnetsenkrechtfelds
in bezug auf die Elektrolysezellenachsen.
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Obschon auf diesem Gebiet der Technik einige Verfahren bekannt sind,
die die Erfüllung der oben angeführten Forderungen für Elektrolysezellen ermöglichen,
die in der Mitte der Reihe angeordnet sind, ist es immer noch schwierig sie für
Elektrolysezellen zu erfüllen, die am Anfang und am Ende
einer jeden
Reihe liegen.
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Das kennzeichnende Merkmal dieser Elektrolysezellen besteht darin,
daß sie mit denda neben liegenden Elektrolysezellen nur einseitig benachbart sind.
Außerdem ist das Magnetfeld, das durch Ströme bedingt ist, die in der gegenüberliegenden
Elekrolysezellenreihe fließen (bei zweireihiger Anordnung der Elektrolysezellen
in der Halle), in diesen e Fall von etwas geringerer Intensität. Aus diesen Grunde
wird das Magnetfeld, das auf das flüssige Metall in den Elek trolysezellen am Anfang
und am Ende der Reihe ein@ wirkt (kaupt sächlich die Vertikalkomponente dieses Felds),
bei. Ein des bekannten Stromschienensystems ohne zusätzliche Vervoll kommnungen,
unsymmetrisch, was sich wiederul ungünstig auf die Arbeitscharakteristiken der angeführten
Elektrolysezellen auswirkt.
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Bekannt ist ein vervollkommnetes Stromschienensystem für Aluminiumelektrolysezellen,
das die Möglichkeit gibt, bis zu einem bestimmten Grad die Symmetrie des auf das
flüssige Metall in Elektrolysezellen ai Anfang und an Ende der Reihe einwirkenden
Magnetfeldes (Siehe beispielsweise US-PS 3775280) zu verbessern. ki diesem System
sind die rechts- und linksseitig in bezug auf die Elektrolysezellenlängsachse und
in Fließrichtung des Stroms angeordneten Katodenschienenpakete derartig ins liert,
daß das rechte und das linke Katodenpaket von jeder
Elektrolysezelle,
der am Ende der Reihe, wo der Strom herausfließt, liegt, an der Querwand der Elektrolysezelle
in Richtung zu seiner Längsachse und weiter entlang dieser Achse verlegt sind, während
das linke Paket an dem Punkt, wo der Strom in die am Anfang einer Jeden Reihe liegende
Elektrolysezelle hineinfließt, zum linken Paket symmetrisch ist, das an dem Punkt,
wo der Strom aus der am Ende der Reihe liegenden Elektrolysezelle herausfließt,
liegt.
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Durch unmittelbare Magnetf eldstärkemes sungen, die an stirnseitigen
Elektrolysezellen durchgeführt worden sind, wurde nachgewiesen, daß dieses Stromachienensystem
eine ausreichend vollständige Behebung der Störwirkung der elektromagnetischen Kräfte
auf das flüssige Metall in den Elektrolysezellen, die die Austrittselektrolysezellen
in bezug auf die Stromfließrichtung darstellen, nicht gewährleisten. Dio-Je ßtörwirkung
wird durch die Nahe der Stromachienenbrücke zwischen zwei benachbarten Elektrolysezellenreihen
bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromschienensystem
für die Aluminiumelektrolysezellen, die Austrittselektrolysezellen in bezug auf
die Stro£ließrichtung darstellen und am Ende Reihe bei Längsanordnung der Elektrolysezellen
in Reihe liegen, zu entwickeln, bei des die Katodenschienen eine solche Stellung
einnehmen, daß Magnetfeldsymmetrie gewährleistet und eine Erhöhung der Produktionsleistung
der Elektrolysezellen erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Stromschienensystem für mindestens in
zwei Reihen angeordneten Aluminiumelektrolysezellen, das Katodenschienenpakete enthält,
die beiderseits Jeder Elektrolysezellenreihe, d.h. rechts- und linksseitig in bezug
auf die Elektro lysezellenachse in Fließrichtung des Stroms argeordnet und am Ende
der beiden Reihen mittels einer Schienvnstrom brücke verbunden sind, bei dem erfindungsgemäß
das eine gelöst (linke)Katodenschienenpaket, indem Ende der Reihe stromabflußseitig
von der Schienenstrombrückenseite und zwischen den Elektrolysezellenreihen liegt,
einen Teil, der entlang der Querwand dieser Elektrolysezelle in Richtung zum anderen
(rechten) Katodenschienenpaket führt, sowie einen tortlaurcr den Teil, der zusammen
mit dem recnten Katodenschienenpaket bis zum Zusammentreffen mit der Stromscbienenbrücke
verlegt ist, enthält.
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Zweckmäßig wird der fortlaufende Teil des linken Katodenpakets der
Elektrolysezelle, die am Ende der Reihe stromabflußseitig liegt, in gleicher Höhe
mit dem rechten Katodenpaket dieser Elektrolysezelle angeordnet. Hierbei wird es
möglich, eine einfachere Konstruktion der Schienenstützer zu verwenden.
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Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
nachstehend angeführten ausführlichen Beschreibung näher erläutert, wobei auf auf
die beiliegende Zeich genommen wird, nung Bezug in der ein erfindungsgemäßer Schaltplan
der
Elektrolysezellenstromschienen veranschaulicht ist.
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In der Zeichnung ist ein Stromschienensystem von Elektrolysezellen
1 und 2 veranschaulicht, das an der Stirnseite der Elektrolysezellenhalle angeordnet
ist, wo eine Schienenstrombrücke 3 zwischen den beiden Elektrolysezellenreihen installiert
ist. Das genannte System umfaßt Katodenschienenpakete 4, 5, 6, 7, die rechts- und
linksseitig in bezug auf die Elektrolysezellenlängsachse in Pließrichtung des Stroms
angeordnet sind. Wie die Zeichnung zeigt, besitzt das linke gatodenschienenpaket
7, das den Strom der stirneeitigen Eintrittselektrolysezelle 2 zuführt, einen Teil,
der entlang der Querwand dieser Elektrolysezelle bis zur Mitte dieser Wand verläuft.
Das linke Katodenschienenpaket 5 der stromabilußseitigen Elektrolysezelle 1 besitzt
erfindungsgemäß einen Teil, der entlang der ganzen Elektrolysezellenquerwand bis
zum Zusammentreffen mit dem rechten wobei Katodenschienenpaket 4 führt weiter dessen
fortlaufender Teil und das rechte Katodenpaket 4 bis zum Zusammentreffen mit der
querverlaufenden Stromschienenbrücke 3 zusammen verlegt werden.
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Bei einer Ausführungsform des Stromschienensystems kann der weiterführende
Teil des linken Katodenpakets 5, der üblicherweise höher angeordnet wird, als das
rechte Katodenpaket 4, beim Wechsel zum rechten Katodenpaket 4 ftim in der Zeichnung
dargestellten Punkt 8) bis auf
die Höhe des rechten Katodenpakets
4 hernuntergeführt werden und weiter in gleicher Höhe mit diesem Paket als gemeinsame
Sammelschiene verlaufen.
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Die Stromzuführung zu den Aluminiumelektrolysezellen über das hier
beschriebene Ströme Schienensystem wird folgender
bewerkstelligt. Wie schon vorstehend erwähnt, sind die Elektrolysezel-
len in der Werkhalle in Längsrichtung angeordnet.
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Die Stroif0w3urichtung in den Katodenschienenpaketen der Elektrolysezellen
ist durch Pfeile gekennzeichnet. Von der Iatode der Elektrolysezelle 1 wird der
Strom mit Hilfe des linken Pakets 5 und des rechten Pakets 4 Kat@denschienen zugeführt,
und der Anode der Elektrolysezelle 2 wird der Strom über die Pakete 6 und 7 zugeführt.
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Das Paket 5 besitzt einen Teil, der über die gesamte Länge der Querwand
der Elektrolysezelle 1 verläuft, während das Paket 7 einen Teil besitzt, der sich
nur über die halbe Länge der Querwand der Elektrolysezelle 2 erstreckt.
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Infolge einer derartigen Anordnung der Katodenpakote, wirkt das von
den in diesen Paketen fließenden Strömen erregte Magnetfeld einer Unsymmetrie der
Vertikalkomponente Bz in der Elektro@@@@zellenschmelze, die durch Nichtvorhandensein
der zweiten benachbarten Elektrolysezelle und die Nähe der Stromschienenbrücke 3
bedingt ist, entgegen.