DE68905242T2

DE68905242T2 - ARRANGEMENT OF THE RAIL FOR LARGE CROSS-SIDED ELECTROLYSIS CELLS.

Info

Publication number: DE68905242T2
Application number: DE8989305150T
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Tidemann Nebell; Fredrik Skatvedt
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2009-05-23
Also published as: ES2039859T3; CN1020480C; AU619299B2; RU1813124C; BR8902633A; NO164721C; AU3606689A; NO882485D0; NZ229292A; EP0345959A1; EP0345959B1; NO882485L; NO164721B; DE68905242D1; CN1038846A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reihe von Aluminiumzellen, umfassend Reihen von Reduktionszellen, wobei die Zellen in jeder Reihe quer angeordnet sind, und insbesondere auf eine Reihe von Zellen, bei welcher Strom durch den Boden der Zellen geleitet wird.The invention relates to a series of aluminum cells comprising rows of reduction cells, the cells in each row being arranged transversely, and in particular to a series of cells in which current is passed through the bottom of the cells.

Herkömmlicherweise sind die Zellen in den Reihen von Aluminiumzellen, wie oben erwähnt, in Reihen angeordnet. Der Abstand zwischen den Reihen, oder genauer der Abstand von der Mittellinie einer Reihe zu einer anderen, liegt zwischen 30 bis 50 Meter. Vorteilhafterweise sind die Zellen in zwei Reihen oder mehreren Reihen mit gerader Anzahl angeordnet, bei welchen zusätzliche Stromschienen zum Zurückführen des Stroms vermieden werden. Der Strom in zwei benachbarten Reihen fließt in entgegengesetzten Richtungen.Traditionally, in the rows of aluminum cells, as mentioned above, the cells are arranged in rows. The distance between the rows, or more precisely the distance from the center line of one row to another, is between 30 to 50 meters. Advantageously, the cells are arranged in two rows or several rows of even number, which avoid additional busbars for returning the current. The current in two adjacent rows flows in opposite directions.

Ein Hauptproblem bei großen Reihen von Aluminiumzellen, in welchen elektrischer Strom bis zu 300 kA verwendet wird, ist, daß die Reihen der Reduktionszellen sich gegenseitig magnetisch beeinflussen. Das auf dem Boden jeder Zelle die Kathode bildende geschmolzene Metall wird durch elektromagnetische Kräfte aufgrund des durch das Metall geleiteten Stroms beeinflußt. Um den ungewollten, vertikalen Magnetfeldvektor zu kompensieren, welcher durch die dominierende Nachbarreihe verursacht wird, wird normalerweise mehr elektrischer Strom um die oder unter den kurzen Enden der Zellen, welche der Nachbarreihe von Zellen gegenüberliegen, geführt, als durch die anderen kurzen Enden. Dies ist ein bekanntes Verfahren, welches bereits patentiert ist (siehe z.B. US-A-4 194 958). Mit der bekannten Lösung ist es somit möglich, ein vertikales Magnetfeld zu erzeugen, welches sowohl um die Längsachse als auch um die Querachse jeder Zelle symmetrisch ist. Die Absolutwerte des Magnetfelds steigen jedoch leicht auf über 30 Gauss, in einigen Fallen sogar auf über 100 Gauss.A major problem with large rows of aluminium cells using electric currents up to 300 kA is that the rows of reduction cells affect each other magnetically. The molten metal forming the cathode at the bottom of each cell is affected by electromagnetic forces due to the current passing through the metal. To compensate for the unwanted vertical magnetic field vector caused by the dominant neighbouring row , more electric current is normally passed around or under the short ends of the cells facing the neighboring row of cells than through the other short ends. This is a known process which is already patented (see eg US-A-4 194 958). With the known solution it is thus possible to generate a vertical magnetic field which is symmetrical about both the longitudinal and transverse axes of each cell. The absolute values of the magnetic field, however, easily rise to over 30 Gauss, in some cases even to over 100 Gauss.

Diese bekannte Lösung erfordert ferner die Verwendung einer größeren Anzahl an Stromschienen, was dazu führt, daß die Investitionskosten angehoben werden.This known solution also requires the use of a larger number of busbars, which leads to an increase in the investment costs.

Eine Reihe von Zellen zur elektrolytischen Herstellung von Aluminium gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei Reihen von Reduktionszellen, wobei die Zellen quer in jeder Reihe angeordnet sind, und wobei jede Zelle wenigstens einen sich durch den Boden der Zelle erstreckenden Leiter für jeden Kohlenstoffkathodenblock in der Zelle aufweist, und in welcher ungefähr die Hälfte des elektrischen Stroms zu einer Kathodensammelstromschiene und die andere Hälfte zu einer weiteren Sammelstromschiene geleitet wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodensammelstromschienen unter der Zelle neben jeder ihrer langen Seiten angeordnet sind, und daß elektrischer Strom von der Sammelstromschiene, welche mit dem größten Abstand zur nächsten Zelle in der Reihe angeordnet ist, zu der nächsten Zelle über zwei an den kurzen Enden der Zelle vorgesehene Stromschienen, sowie über ein Paar oder mehrere Paare von unter den Zellen vorgesehenen Stromschienen geleitet wird, wovon die beiden Stromschienen an den kurzen Enden der Zellen einen Querschnitt aufweisen, der sie in die Lage versetzt, zweimal so viel Strom zu leiten, wie jede der unter den Zellen vorgesehenen Stromschienen.A series of cells for the electrolytic production of aluminium according to the present invention comprises two rows of reduction cells, the cells being arranged transversely in each row, each cell having at least one conductor extending through the bottom of the cell for each carbon cathode block in the cell, and in which approximately half of the electrical current is conducted to one cathode busbar and the other half to another busbar, and is characterized in that the cathode busbars are arranged beneath the cell adjacent to each of its long sides, and in that electrical current is conducted from the busbar arranged at the greatest distance from the next cell in the row to the next cell via two busbars provided at the short ends of the cell, and via a pair or more pairs of busbars provided beneath the cells, the two busbars at the short ends of the cells having a cross-section enabling them to conduct twice as much current. conduct, like each of the busbars provided under the cells.

Dies führt zu einem verbesserten Betrieb der Reduktionszellen durch Verringern des Absolutwerts des vertikalen Magnetfeldes auf ein minimales Niveau. Ferner beseitigt dies den magnetischen Einfluß der dominierenden Nachbarreihe von Zellen und verringert die Anzahl der verwendeten Stromschienen, wodurch die Investitionskosten verringert werden.This results in improved operation of the reduction cells by reducing the absolute value of the vertical magnetic field to a minimum level. Furthermore, it eliminates the magnetic influence of the dominant neighboring row of cells and reduces the number of busbars used, thus reducing the investment cost.

Jede Zelle in der Zellenreihe kann mit zwei Stromschienen unter der Zelle versehen sein, welche bevorzugterweise nahe den kurzen Enden der Zelle angeordnet sind.Each cell in the cell row may be provided with two busbars under the cell, which are preferably arranged near the short ends of the cell.

Alternativ dazu können vier Stromschienen unter der Zelle vorgesehen sein, wobei zwei dieser Stromschienen (K2, K5) bevorzugterweise an den kurzen Enden der Zelle angeordnet sind, während die anderen beiden Stromschienen (K3, K4) jeweils bevorzugterweise in der Mitte zwischen den kurzen Enden und der Querachse der Zelle angeordnet sind.Alternatively, four busbars can be provided under the cell, two of these busbars (K2, K5) being preferably arranged at the short ends of the cell, while the other two busbars (K3, K4) are each preferably arranged in the middle between the short ends and the transverse axis of the cell.

Die Erfindung wird nun nur anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:The invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which:

Figur 1 einen Vertikalschnitt einer Reduktionszelle mit durch den Boden abgegebenem elektrischen Strom zeigt.Figure 1 shows a vertical section of a reduction cell with electric current delivered through the bottom.

Figur 2 schematisch die Stromschienenanordnung dieser Zellen von oben gesehen zeigt.Figure 2 shows schematically the busbar arrangement of these cells seen from above.

Während des Elektrolysevorgangs wird elektrischer Strom von einer Anode A durch das Elektrolysebad und das geschmolzene Metall M und weiter durch eine Kohlenstoffkathode C nach unten zu zwei Kathodenstahlschienen I geleitet, wobei zwei Kathodenschienen I für jeden Kohlenstoffblock vorgesehen sind. Normalerweise erstrecken sie die Stahlschienen I durch die Seiten der Zellen, in dieser Ausführungsform ist jedoch ein aus Kupfer oder Stahl hergestellter elektrischer Leiter R auf die Mitte jeder Kathodenstahlschiene I geschweißt. Der Strom wird durch den Boden der Zelle über Leiter R und flexible Leiter F zu Sammelstromschienen Bl,B2 geleitet.During the electrolysis process, electric current is passed from an anode A through the electrolysis bath and the molten metal M and further through a carbon cathode C down to two cathode steel bars I, two cathode bars I being provided for each carbon block. Normally, the steel bars I extend through the sides of the cells, but in this embodiment an electrical conductor R made of copper or steel is applied to the Welded to the center of each cathode steel bar I. The current is conducted through the bottom of the cell via conductor R and flexible conductors F to busbars Bl,B2.

Die Anzahl der Kathodenkohlenstoffblöcke, welche parallel in jeder Zelle angeordnet sind, hängt von der Breite der Kohlenstoffblöcke ab. In großen Elektrolysezellen kann die Anzahl bis zu 26 betragen, in diesem Beispiel sind 23 dargestellt (siehe Fig. 2).The number of cathode carbon blocks arranged in parallel in each cell depends on the width of the carbon blocks. In large electrolysis cells the number can be up to 26, in this example 23 are shown (see Fig. 2).

Eine der Sammelstromschienen B1 ist direkt unter der langen Seite der Zelle angeordnet, und erstreckt sich um ungefähr 0,5 Meter von den kurzen Enden der Zelle nach außen. Die andere Sammelstromschiene B2 ist an der anderen Seite der Zelle in gleicher Weise angeordnet.One of the busbars B1 is located directly under the long side of the cell, and extends outwards by approximately 0.5 meters from the short ends of the cell. The other busbar B2 is located on the other side of the cell in the same way.

Obwohl die Sammelstromschienen B1, B2 in dieser Ausführungsform direkt unter den langen Seiten der Zellen angeordnet sind, haben theoretische Berechnungen gezeigt, daß die Sammelstromschienen etwas außerhalb der Kathodenzellen angeordnet werden können, bevorzugterweise 0,5 Meter von den Seiten entfernt.Although the busbars B1, B2 are arranged directly under the long sides of the cells in this embodiment, theoretical calculations have shown that the busbars can be arranged slightly outside the cathode cells, preferably 0.5 meters from the sides.

Ein Teil des in der Sammelstromschiene BI gesammelten elektrischen Stroms wird zur Zelle Nr. 2 über zwei Stromschienen, K1 und K6 geleitet, welche an jedem Ende der Zellen ungefähr in der gleichen Höhe oder nur geringfügig niederer als das geschmolzene Metall in der Zelle angeordnet sind (siehe Fig. 2, Zelle Nr. 2). Der Rest des Stroms wird über vier Stromschienen, K2, K3, K4 und K5 unter der Zelle zu der Sammelstromschiene B2 und dann über Steig-Stromschienen S1, 52, 53, S4 und 55 zur nächsten Zelle geleitet.A portion of the electric current collected in the bus bar BI is conducted to cell No. 2 via two bus bars, K1 and K6, located at each end of the cells at about the same height or only slightly lower than the molten metal in the cell (see Fig. 2, cell No. 2). The remainder of the current is conducted via four bus bars, K2, K3, K4 and K5, beneath the cell to the bus bar B2 and then via riser bus bars S1, S2, S3, S4 and S5 to the next cell.

Die Stromverteilung in den sechs Stromschienen K1 bis K6, welche den elektrischen Strom von der Sammelstromschiene B1 leiten, ist gemäß der Erfindung im wesentlichen von der Größe des Querschnitts der Stromschienen K1 bis K6 abhängig. Wenn die Reihen von Zellen weit genug voneinander entfernt angeordnet sind, z.B. 50 Meter oder mehr, sollte der Querschnitt der Stromschienen K1 und K6 zweimal so groß sein wie der Querschnitt der Stromschienen K2, K3, K4 und K5. Dies ergibt einen elektrischen Strom in den Stromschienen K1 und K6, welcher zweimal so groß ist wie der Strom in den Stromschienen K2 bis K5, und die Stromverteilung ergibt ein sehr günstiges Magnetfeld.The current distribution in the six busbars K1 to K6, which conduct the electrical current from the busbar B1, is, according to the invention, essentially dependent on the size of the cross section of the busbars K1 to K6. If the rows of cells are arranged far enough apart from each other, eg 50 meters or more, the cross section of the busbars K1 and K6 should be twice as large as the cross section of the busbars K2, K3, K4 and K5. This results in an electric current in the busbars K1 and K6 which is twice as large as the current in the busbars K2 to K5, and the current distribution results in a very favorable magnetic field.

Durch Verwenden mathematischer Modelle zum Berechnen der Stromverteilung in allen Stromschienen der Stromschienenanordnung und des magnetischen Felds in der Metallkathode in den Zellen ist es möglich, die Querschnitte, welche das günstigste Magnetfeld ergeben, genau zu berechnen.By using mathematical models to calculate the current distribution in all busbars of the busbar arrangement and the magnetic field in the metal cathode in the cells, it is possible to accurately calculate the cross-sections that give the most favorable magnetic field.

Eine Zellenreihe der hier beschriebenen Art liefert niedere maximale Absolutwerte des vertikalen Magnetfelds, welche für die gesamte Anode unter 10 Gauss liegen. Gleichzeitig ist der magnetische Einfluß der dominierenden Nachbarreihe in den Zellen vollständig kompensiert, und die Anzahl der benötigten Stromschienen ist verringert.A cell row of the type described here provides low maximum absolute values of the vertical magnetic field, which are below 10 Gauss for the entire anode. At the same time, the magnetic influence of the dominant neighboring row in the cells is completely compensated and the number of required busbars is reduced.

Claims

1. A series of electrolytic cells for the electrolytic production of aluminium, comprising two rows of reduction cells, the cells in each row being arranged transversely, each cell consisting of a plurality of carbon cathode blocks and having at least one conductor protruding through the bottom of the cell for each carbon cathode block in the cell, and in which approximately half of the electric current is conducted to one cathode current busbar and the other half to another current busbar, characterized in that the cathode current busbars (B1,B2) are arranged under the cell adjacent to each of its long sides, and that electric current is conducted from the current busbar (B1) arranged at the greatest distance from the next cell in the series to the next cell by means of two busbars (K1,K6) provided at the short end of the cells, and by means of one or more pairs (K2,K3,K4,K5) of busbars provided under the cell, of which the two busbars (K1, K6) at the short ends of the cell have a cross-section enabling them to conduct approximately twice as much current as each of the busbars provided under the cells.

2. A series of electrolysis cells according to claim 1, characterized in that the two busbars (K2, K5) are provided under the cell and that the two busbars are arranged near the short ends of the cell.

3. A series of electrolysis cells according to claim 1, characterized in that four busbars are provided under the cell, and that two of these busbars (K2, K5) are arranged at the short ends of the cell, while the other two busbars (K3, K4) are arranged in the middle between the short ends and the transverse axis of the cell.