HU194588B - Hall-hezoult electrolyzer-cell with assimmetric cathod rods and heat-insulation - Google Patents
Hall-hezoult electrolyzer-cell with assimmetric cathod rods and heat-insulation Download PDFInfo
- Publication number
- HU194588B HU194588B HU86442A HU44286A HU194588B HU 194588 B HU194588 B HU 194588B HU 86442 A HU86442 A HU 86442A HU 44286 A HU44286 A HU 44286A HU 194588 B HU194588 B HU 194588B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- cell
- flow
- cathode
- downstream
- opposite
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/10—External supporting frames or structures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
A találmány tárgya Hall-Heroult elektrolizáló cella aszimmetrikus katód rudakkal és hőszigeteléssel, amelyet az alumíniumgyártásban lehet alkalmazni, és amelynél az elektrolizáló cellák keresztben vannak elrendezve, vagyis úgy, hogy a cellák fő- vagy hoszszanti tengelyei merőlegesek a cellasor tengelyére.
Ismeretes, hogy a Hall-Heroult elektrolízisnél alkalmazott cellák katódját egymás mellé helyezett széntartalmú tömbökből alakítják ki, amelyeknek alsó felületei egy vagy több horonnyal vannak ellátva, és a hornyokba négyszögletes, téglalap vagy kör keresztmetszetű acélrudak vannak rendszerint öntéssel tömítetten beágyazva, és a cellasort képező cellák szomszédos tagjai közötti összeköttetéseket képező vezetékek ezeknek az acélrudaknak a végeivel vannak összekötve. A tömbök széntartalmú pasztával vannak egymással összekötve, mely paszták ragasztó- vagy tömítőpaszták, vagy pedig széntartalmú ragasztóanyaggal vannak összeragasztva, a szakember számára jólismert módon.
A katódot a folyékony alumíniumtól el kell szigetelni, mivel az alumínium hőmérséklete az olvasztott timföldben vagy kriolitban feloldott alumínium elektrolízise folyamán 940 és 1000 °C között van. A katód gyűjti össze azt a villamos áramot, ami a cellán függőleges irányban folyik keresztül, és amely egymást követően egy vagy több szénanódon, a timföldfürdőn, a folyékony alumíniumon és a katódon halad keresztül. A katód villamosán össze van kötve alumínium (vagy réz) vezetékekkel, amelyek az áramot a sorban levő következő cellába vezetik át. Az összeköttetést forrasztással, kemény- vagy rézforrasztással vagy az acélrudak végeinek az alumíniumból vagy rézből készült, hajlékony vezetékkel történő összefogásával és összeszorításával valósítják meg, ahol a hajlékony vezetéket magát az áramvezető vezetékkel forrasztják össze.
Azokban az esetekben, amikor a cellák a cellasor tengelyéhez képest keresztben, vagyis oly módon vannak elrendezve, hogy tengelyük merőleges a cellasor tengelyére, a katódtömböket a cellasor tengelyéhez képest párhuzamosan helyezik el. Ebben az esetben a következő cellához vezető villamos összeköttetést két vezetékáramkörrel valósítják meg, amelyek a következők:
- az áramlás irányával ellentétes irányú áramkörrel, amely azoknak a rudaknak a végeit köti össze a következő cellával, amelyek a cellasor irányával (vagyis a cellasorban folyó áram irányával) ellentétes irányban helyezkednek el;
— az áramlás irányával megegyező irányú áramkörrel, amely azoknak a rudaknak a végeit köti össze a következő cellával, amelyek a cellasor irányában' (vagyis a cellasorban folyó áram irányában) helyezkednek el.
A szakemberek tudatában vannak annak, hogy a katódon elhelyezett folyékony alumíniumréteg stabilitásában komoly zavarok lépnek fel, ha a cellában levő villamos szimmetria hatására nagyobb áram folyik a cella áramlási iránnyal megegyező oldalánál, mint a cella áramlási iránnyal ellentétes oldalánál. Ez a jelenség azoknak az áramoknak a jelenléte miatt lép fel, amelyeket „utolérő” áramoknak neveznek, amelyek az áramlási iránnyal megyező oldalon levő anódokon jönnek kijiogy az áramlási iránnyal ellentétesen elhelyezkedő áramkörbe menjenek vagy fordítva. Ezek kölcsönhatásba lépnek azzal a mágneses erőtérrel/ amelyet a cellákban azért hoznak létre, hogy a folyékony alumíniumban olyan belső erőket hozzanak létre, amelyek elegendően nagyok erőteljes mozgások előidézésére, beleértve a teljes fémréteg mozgását. Az elektrolízises eljárás hatékonysága, amely rendszerint 90 és 95 % között van, ilyen esetekben nagyon lecsökken, és 80 %-nál, vagy akár 70 %-nál is kisebb értékre eshet le.
Ennek a hibának a kijavítására az elektrolizáló cellákat rendszerint ügy alakítják ki, hogy a közepükön keresztülhaladó függőleges tengelyre nézve vagy pedig a cella hosszanti tengelyét magábafoglaló függőleges síkra nézve szimmetrikusak.
Ideális esetben az áramlási iránnyal, ellenkező irányú áramkör villamos ellenállásának azonosnak kellene lennie az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkör villamos ellenállásával, hogy a katódra nézve villamosán szimmetrikus állapotot hozzanak létre. Ezt úgy érik el, hogy az áramlási iránnyal ellenkező irányú áramkörnek, mely hosszabb, megnövelik a keresztmetszetét, míg az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkörnek, mely rövidebb, csökkentik a keresztmetszetét. Ha az áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkör hosszát L-lel, keresztmetszetét pedig S-sel, az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkör hosszát l-lel, keresztmetszetét s-sel jelöljük, akkor a következő feltételnek kell teljesülnie:
L/S = 1/s (Ohm-törvény).
Mivel az áramkör keresztmetszetét nem lehet túlzott mértékben lecsökkenteni, mert annak felmelegedése a forrasztások és az érintkezések minőségét lerontaná, a keresztmetszet csökkentésének mértéke rendszerint nagyon korlátozott. Ebben az esetben az áramkörök kiegyenlítése érdekében vagy az S keresztmetszetet kell megnövelni egy olyan érték fölé, ami feltétlenül szükséges, vagy pedig az L hosszúságot kell növelni úgy, hogy az áramlási irányba eső áramkörbe a cellákat megkerülő kiegészítő darabokat keli beiktatni. Az áramkörök teljes súlya mindkét esetben megnő, ezzel együtt a beruházási költségek is nagyobbak lesznek.
Az elektrolizáló cellákban előállított hő egyrészt az elektrokémiai reakciókat táplálja, másrészt a termikus veszteségek fluxusait. Ezeket a veszteségeket a maximális mértékben lecsökkentik szigetelő hőálló anyagok alkalmazásával. A hőszigetelés olyan, hogy az oldalfalak felső részén keresztül elvezetett hőmennyiség elegendő ahhoz, hogy a folyékony fázis és az oldalfalak között a megszilárduló fürdő egy magától kialakuló hőszigetelő betétet tart fenn, amit védőgátnak szokás nevezni. Ennek a védőgátnak a jelenléte teszi lehetővé, hogy a fém olvasztókemencét megvédjék a folyékony fürdő és alumínium kórrodeáló hatásától. Fontos, hogy a védőgát alsó része ne nyúljon túlzott mértékben a katódtömbök fölé, mivel ezzel csökkentené annak aktív felületének a területét, és ezzel a fentiekben említetthez hasonló utolérő
194 588 áramokat keltene, és megnövekedne a cella kivezető- i sei között fellépő feszültségesés. Elméletileg, ha teljesülnek a villamos szimmetria feltételei, a szimmetrikus hőszigetelés biztosítja, hogy a cellában a hőeloszlás szimmetrikus, és speciálisan a védőgát is szimmetrikus lesz. Ez az oka annak, hogy a hőszigetelésre vonatkozó elméleti számítások elvégzésekor a tervezők általában megelégszenek azzal, hogy a fél cellára végezzék el a számításokat, figyelembevéve azt, hogy a másik fél cellára vonatkozó számítások a szimmetria' miatt az előbbiekből levezethetők.
A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy a cél-, Iák egyik oldala igen sok esetben hidegebb a másik oldalnál, és azon az oldalon a védőgát a katódtömbök alsó részénél azokra kisebb mértékben húzódik rá,: ennek következtében a fémrétegben felbomlik az egyensúly, mivel köcsönhatásba lép a mágneses erőterekkel „mint arról a fentiekben már szó volt.
A fent említett termikus aszimmetriát azzal lehet magyarázni, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú oldalon és az áramlási iránnyal megegyező1 oldalon levő vezetékek geometriájában eltérések vannak, ami a cella külseje felé távozó termikus fluxusokban is különbségeket idéz elő, vagy másképp megfő-, galnrazva, a cellában levő folyékony fázisok sebességtartományai aszimmetrikusak lesznek, aminek az az eredménye, hogy a védőgát és a folyadékok közötti áramlásos hőkicserélődés elsősorban az egyik oldalon megy végbe.
A találmány célja olyan Hall-Heroult eljárás szerint történő alumínium gyártásra alkalmas elektrolizáló cella kialakítása, ahol az alumíniumot olvasztott timföldfürdő elektrolízisével állítjuk elő egy olyan szerelvényben, amely több, egymás után elrendezett cellából álló cellasorból áll, ahol a cellák négyszögletes fémházból vannak kialakítva, amelyeknek fővagy hosszanti-tengelyei merőlegesek az általuk képezett cellasor tengelyére, és amelyek hőszigetelő béléssel, valamint olyan katóddal vannak ellátva, amely széntartalmú tömbök összetapasztásával van kialakítva, ahol a széntartahnú tömbökbe acélrudak vannak beágyazva, amelyek katódkivezetéseket képeznek és a cella áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező (azaz a cellasorban folyó áram irányával ellentétes, illetve megegyező) oldalánál a cellából kinyúlnak, és amelyekhez a sorban következő cellához vezető összekötő vezetékek hozzá vannak kapcsolva, ahol a vezetékek a hozzájuk tartozó katódkivezetésekkel egy áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve egy áramlási iránnyal megegyező irányú áramkört képeznek, ahol továbbá az egyes cellák egy-egy anódrendszert tartalmaznak, amelyek egy állítható magasságú, vízszintesen elrendezett tápáram sínre vagy anódsín szerelvényre vannak felfüggesztve, mely rendszer két párhuzamos anódvonalból áll, amelyek a cellák fémházainak fő- vagy hosszanti-tengelyeivel párhuzamosak, az anódok széntartalmú tömbökből vannak kialakítva és eltávolíthatóan vannak felfüggesztve a tápáram sínre vagy anódsín szerelvényre vezető fémrudak révén, amelyeknek alsó része be van ágyazva a széntartalmú tömbbe. A tápáram sín vagy anódsín szerelvény a cellasorban levő előző cella áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve azzal megegyező irányú áramköreivel van összekötve.
A találmány szerinti új megoldás lényege, hogy annak érdekében, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú és az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkörök ohmos ellenállásai lényégében azonos nagyságúak legyenek, annak ellenére, hogy hosszúságuk eltérő, az áramlási irányba eső katódkivezetéseket képező acélrudakat úgy alakítjuk ki, hogy azok végeinek ohmos ellenállása nagyobb legyen, mint az áramlási iránnyal ellentétes irányba eső katódkivezetések végeinek ohmos ellenállása.
A találmány a cellák újszerű kialakítására vonatkozik: azok aszimmetrikusak, mivel a katódszerelvény és a hőszigetelés szimmetriája a cella hosszanti tengelyéhez viszonyítva el van torzítva.
Ez két pontra vonatkozik: a katódszerelvényre és a cella hőszigetelésére.
A katódtömbök grafit tartalmú vagy amorf széntartalmú anyagból vannak kialakítva, alsó felületüknél horonnyal vannak ellátva és egy vagy több acélrudat tartalmaznak, amelyek a hornyokba vannak beágyazva. A katódkivezetést képező acélrudak vagy legalább az acélrudaknak azok a részei, amelyek a széntartalmú tömbökből kinyúlnak, különböző átmérőjűek és/vagy hosszúságúak, attól függően, hogy a cella áramlási iránnyal megegyező vagy azzal ellentétes irányú oldaláról van szó.
Az acélrudak keresztmetszetét a találmány tárgyát ismerő szakember ki tudja számítani oly módon, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkör villamos ellenállásának lényegesen nagyobbnak kell lennie, mint az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkör szükséges villamos ellenállásának, és figyelembe kell venni,.-hogy a cellát villartiosan ki kell egyenlíteni, vagyis’ az áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkörben folyó áram nagyságának azonosnak kell lennie az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkörben folyó áram nagyságával. Ezt azáltal érjük el, hogy az acélrúdnak az áramlási irányba eső oldalon levő katódtömbön kívül levő szakaszának keresztmetszetét lecsökkentjük, és így az kisebb lesz, mint az acélrúd azon szakaszának keresztmetszete, amely az áramlási iránnyal ellentétes oldalon a katódtömbön kívül helyezkedik el, és megnöveljük az acélrud azon szakaszának hosszát, amely az áramlási irányba eső oldalon a tömbön kívül helyezkedik el. Lehetséges az is, hogy az áramlási irányba eső kimenetet olyan anyagból alakítjuk ki, amelynek villamos vezetőképessége rosszabb, (például krómtartalmú rozsdamentes acélból), és/vagy az áramlási iránnyal ellentétes oldali kimenetet a vasnál jobb villamos vezetőképességű anyagból, például rézből alakítjuk ki.
A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál az elektrolizáló cella ki van egészítve egy szigetelő béléssel, amely a cella hossztengelyére aszimmetrikus. Mivel az áram a cella két oldalúnál azonos nagyságú, viszont az acélrudak villamos ellenállása az áramlás irányával megegyező oldalon nagyobb, mint az áramlási iránynyal ellentétes oldalon, az áramlási iránnyal megegyező oldalon nagyobb a hőleadás. Ezenfelül a rudak hő- vagy termikus ellenállása is nagyobb az áramlási iránnyal megegyező oldalon, ezért ennek az oldalnak
194 588 jobb a hőszigetelése. Ebből következik, hogy előnyös, ha az áramlási iránnyal megyező oldalon csökkentjük a szigetelést és/vagy a szükségesnél nagyobb szigetelést alkalmazunk az áramlási iránnyal ellentétes oldalon, hogy ezzel biztosítsuk a cella megfelelő termikus egyensúlyát, melynél figyelembe kell venni továbbá a hőmérsékletek aszimmetriáját és a védőgátak aszimmetriáját, amit a hagyományos hőszigeteléssel ellátott celláknál lehet tapasztalni. A hőszigetplés megfelelő méretezése bonyolult számításokat igényel, de ezek a találmány tárgyával foglalkozó szakemberek számára ismert számítások, és nem képezik találmányunk részét.
A találmány szerinti Hall-Heroult elektrolizáló cellát az alábbiakban kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, álról az
1-4. ábrákon az ismert megoldások vázlatai láthatók, az
5—7. ábrákon pedig a találmány szerinti megoldás kivitelezését mutatjuk be.
Az 1. ábrán a cellasor tengelyére merőleges hossztengelyű cellák elrendelésének, valamint egy cellán feltüntetve a katódtömbök és rudak elrendezésének . vázlatát; a
2. ábrán egy hagyományos elektrolizáló cella hossztengelyére merőleges függőleges síkban felvett keresztmetszetét; a
3. és 4. ábrákon a 2. ábra szerinti metszetben ábrázolt hagyományos elektrolizáló cella összekapcsolását sorban következő cellával, mint az a technika állásából ismert; az
5. ábrán a találmány szerinti elektrolizáló cella ka-!
tódtönrbjének vázlatát; a |
6. ábrán ugyanazt a katódtömböt egy elektrolizáló, cellába behelyezett állapotban; és végül a I
7. ábrán a cellasorban egymás után elhelyezkedő két cella összekapcsolásának vázlatát mutatjuk be a találmány szerinti megoldásnak megfelelően.
Az ábrákon az azonos hivatkozási számokkal azonos részeket jelöltünk.
Az elektrolizáló cellák fő részeit tehát a következő elemek képezik: minden 1 cella tartalmaz egy 2 fémházat, egy 3 hőszigetelő bélést, egy 4 katódot, amely egymáshoz ragasztott vagy tapasztott 5 széntartalmú tömbökből áll, amelyekbe 6 acélrudak vannak beágyazva, valamint egy széntartalmú pasztából kialakított 7 tömítést.
Az elektrolizáló 1 cellákhoz tartoznak ínég a 4 katód felett elrendezett 8 anódok, amelyek 9 rudakkal vannak felfüggesztve, és a 9 rudak mechanikusan hozzá vannak szorítva 10 tápáram sínekhez (anódsín szerelvényekhez), amelyek a legtöbb esetben két egymással párhuzamos vonal mentén vannak elrendezve (lásd 3. ábrát).
A cellasorban levő 1A cella és a következő IB cella közötti villamos összeköttetést egy 11 vezetékekből álló első vezetékcsoport és egy 13 vezetékekből álló második vezetékcsoport képezi, ahol a ll vezetékekből álló első csoportot „áramlási iránnyal ellentétes irányú” áramkörnek nevezzük, amelynek L hosszúsága és S keresztmetszete van, és amely az 1A cella áramlási iránnyal szemben elhelyezkedő 12 katódkivezetéset a következő IB cella 10 tápáram sülével (vagy anódsín szerelvényével) összeköti, míg a 13 vezetékekből álló második vezetékcsoport az „áramlás irányával megegyező irányú” vagy az „áramlás irányába eső” áramkörnek nevezzük, melynek hosszúsága 1, keresztmetszete s, és amely az 1A cella áramlási irányba eső 12’ katódkivezetéseit összeköti a következő IB cellának a fenti 10 tápáram sülével (vagy anódsín szerelvényével).
A 3. ábrán látható továbbá, hogy az áramlás irányával ellentétes irányú áramkör S keresztmetszetét lényegesen nagyobbra választottuk, mint az áramlás irányával megegyező irányú áramkör s keresztmetszetét, hogy ezzel közelítőleg helyreállítsuk a két áramkör között a villamos egyensúlyi helyzetet, aminek az ára azonban a lényegesen magasabb beruházási költség, vagyis hogy drágább alumínium rudakat kell alkalmazni. Mint az előzőekben már elmagyaráztuk, az s keresztmetszetet nem lehet egy adott határon túl csökkenteni, nevezetesen olyan érték alá, ahol a 13 vezetékekből álló áramkör felmelegedésének mértéke már elfogadhatatlan lenne.
A 4. ábra szerinti megoldásban a villamos egyensúlyt a 13 vezetékekből álló áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkör nyomvonalának megnövelésével javították meg.
Ezek a megoldások általában nem kielégítőek, és nem oldják meg az áramlási iránnyal ellentétes illetve azzal megegyező irányú áramkörök kiegyenlítésének problémáját.
A probléma megoldását jelentő találmány szerinti cellakialakítás látható az 5. ábrán: az áramlási iránynyal ellentétes irányú és azzal megegyező irányú áramkörök kiegyenlítetlenségét a 12 katódkivezetéseknél kompenzáljuk, melyek acélrudakból vannak kialakítva és amelyek a 4 katódot képező 5 széntartalmú tömbökbe vannak beágyazva, és amelyek az elektrolizáló rendszeren éppen keresztülhaladó áramot összegyűjtik.
Az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkivezetést változatlanul hagyjuk, míg az áramlási iránynyár megegyező irányú 15 katódki vezetésnek a keresztmetszetét is csökkentettük és a hosszát is megnöveltük, mely tényezők együttesen járulnak hozzá az ohmos ellenállás megnövekedéséhez.
A 6. ábrán egy olyan találmány szerinti elektrolizáló cellát mutatunk be, amelyben a katódtömböket a találmány szerint helyeztük be. Mivel az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkivezetésen eső feszültség lényegesen kisebb, mint az áramlási iránynyal megegyező irányú 15 katódkivezetésen, (például 1:4 aránynak megfelelően), aminek az a következménye, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú bélés és az áramlási iránnyal megegyező irányú bélés között termikus kiegyensúlyozatlanság lép fel, ami az egész cella általános egyensúlyára (termikus, villamos és mágneses egyensúlyokra) káros kihatással van. Emiatt tehát vagy az áramlási iránnyal megegyező irányú oldalon kell csökkenteni a szigetelést, például a hőálló téglákból kialakított 3 hőszigetelő bélés egy részét jobb vezetőképességű anyaggal kelj kicserélni, ami például sűrű timföld tégla lehet, aminek vezle tőképessége jobb, vagy pedig egy hőszigetelő anyagból és egy ugyanolyan széntartalmú anyag-47 ból álló keveréket lehet használni vagy fordítva, az áramlási iránnyal ellentétes irányú 17 bélést lehet megeró'síteni a 19 bélés paramétereinek és vastagságának megválasztásával, vagy pedig a 2 fémház külső falát hőszigeteléssel látjuk el, vagy valamilyen ezzel egyenértékű megoldást alkalmazunk, ami a hőszigetelés természetét és/vagy vastagságát illeti, vagy a 2 fémház és a környezeti levegő közötti hőkicserélési jelenséget befolyásoljuk, vagy az áramlási iránnyal ellentétes oldalon vagy az áramlási iránnyal megegyező oldalon vagy egyidejűleg mindkét oldalon végrehajtott megfelelő intézkedésekkel,
A 7. ábrán azoknak az elveknek az alkalmazását mutatjuk be, aminek alapja az, hogy az áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező irányú áramköröket képező 11 és 13 vezetékek azonos kereszt-, metszetnek, de különböző hosszúságúak, melynek megfelelő részét alumínium rudakból alakítottuk ki, és az ohmos ellenállások közötti különbségek kiegyenlítésére az áramlási iránnyal megegyező irányú 15 katódkivezetés keresztmetszetét csökkentettük, hosszát pedig megnöveltük.
Az 5., 6. és 7. ábrákon bemutatott három esettel kapcsolatban meg kell jegyeznünk, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkivezetés végének a keresztmetszete kis mértékben el van vékonyítva, de még ez a csökkentett keresztmetszet is nagyobb az áramlási iránnyal megegyező irányú 15 katódkivezetés keresztmetszeténél.
Ez az elrendezés csupán egy példa, ami azonban nem szükséges jellemzője a találmánynak. A találmány tárgyát ismerő szakember tudatában van annak a ténynek, hogy a katódtömbök termikus egyensúlyát befolyásolni lehet, ha a katódkivezetés végének keresztmetszetét módosítjuk. Ezt az elrendezést, ami önmagában ismert, azonban itt a találmány valódi értelmében vett megoldással kombinálva alkalmaztuk.
A 6. ábrán az áramlási iránnyal ellentétes irányú 18 bélést helyileg megnöveltük, és az áramlási irány- j nyal megegyező irányú 19 bélést pedig helyileg lecsökkentettük, a megfelelő mértékben. A 7. ábrán bemutatott megoldásban csupán az áramlási iránynyal ellentétes irányú 18 bélést növeltük meg.
Egy 280 kA-es elektrolizáló cellát elláttunk aszimmetrikus katódrudakkal és aszimmetrikus hőszigeteléssel. A katódrudakat kisebb átmérőjű acélrudakkal meghosszabbítottuk. A meghosszabbított szakasz hossza az áramlási iránnyal megegyező oldalon nagyobb volt, mint az áramlási iránnyal ellentétes oldalon (a hosszúságok aránya 4:3 volt). Ilyen módon az áramlási Iránnyal megegyező oldalon olyan katódos feszültségesést tudtunk elérni, ami 35 mV-tal nagyobb volt, mint az áramlási iránnyal ellentétes oldali katódos feszíiltségesés. Az alumínium vezetékek súlyát így 860 kg-mal csökkentettük. A cella áramlási iránnyal ellentétes oldalánál a szigetelést csekély mértékben megnöveltük (a 18 bélést), vagyis az áramlási iránnyal megegyező oldalánál nagyobbra választottuk, így lehetővé vált, hogy a védőgát részek tökéletesen szimmetrikusak voltak. Megjegyezzük' (lásd 7. ábrát), hogy ebben az esetben az áramlási; iránnyal ellentétes irányú áramkört képező 11 vezetékek és az áramlási iránnyal megegyező irányú áram8 kört képező 13 vezetékek átmrője azonos volt, ami a technika állásából ismert megadásoknál nem így volt (lásd 3. és 4. ábrákat).
A találmány szerinti elektrolizáló cella kétféle előnnyel rendelkezik:
1. A külső vezetékeket képező fém mennyiségét jelentősen csökkentettük. Ez azt jelenti, hogy a beruházási költségeket csökkentettük, továbbá, hogy a cella körüli tér kevésbé rendezetlen.
2. Az áramlási iránnyal megyező oldalon levő katódrudak keresztmetszetének csökkentése lehetővé teszi, hogy nagyobb mennyiségű hő legyen jelen a cella belsejében, mint a normál keresztmetszetek esetében (megnövekedett Joule hatás, és az acél alkalmazásával csökkentett termikus veszteségek).
Ezt ki lehet használni, feltéve, hogy az áramlási , iránnyal ellentétes és az azzal megegyező irányú oldalak között a hőszigetelést megfelelő módon osztjuk meg, és az áramlási iránnyal ellentétes oldalon az acél keresztmetszetét megnövelhetjük, anélkül, hogy a cella termikus egyensúlyát megzavarnánk. Vagyis egy állandó teljes körű hőszigeteléssel, ami energiamegtakarítást tesá lehetővé, melynek mértékét 50 kWh/tonnára becsülhetjük.
Claims (4)
- Szabadalmi igénypontok1. Hall-Heroult elektrolizáló cella alumíniumnak olvasztott timföldfürdő elektrolízisével történő előállítására, amely több, egymás után elrendezett cellából (1) álló cellasorból áll, ahol a cellák (1) négyszögletes fémházból vannak kialakítva, amelyeknek hosszanti tengelyei merőlegesek az általuk képezett cellasor tengelyére, és amelyek hőszigetelő béléssel (3), valamint olyan katóddal (4) vannak ellátva, amely széntartalmú tömbök (5) összetapasztásával van kialakítva, amelyekbe acélrudak (6) vannak beágyazva és amelyeknek végei katódkivezetésként (12, 12’) áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező (azaz a cellasorban folyó áram irányával ellentétes, illetve azzal megegyező) oldalánál a cellából (1) kinyúlnak, és amelyekhez a sorban következő cellához (1) vezető összekötő vezetékek (13) hozzá vannak kapcsolva, ahol a vezetékek (13) a hozzájuk tartozó katódkivezetésekkel (12) egy áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve egy azzal megegyező irányú áramkört képeznek, ahol az egyes cellák egy-egy anódrendszert tartalmaznak, amelyek egy állítható magasságú, vízszintesen elrendezett tápáram sínre (10) vannak felfüggesztve, mely rendszer a cellák (1) fémházainak (2) hosszanti tengelyével párhuzamos két anódvonalból áll, az anódok (8) széntartalmú tömbökből vannak kialakítva és fémrudak révéri eltávolíthatóan vannak a tápáram sínre (10) felfüggesztve, amelyeknek alsó része be van ágyazva a széntartalmú tömbbe, és a tápáram sín (10) vagy anódsín szerelvény a cellasorban levő előző cella (1) áramlási iránynyal ellentétes irányú, illetve azzal megegyező irányú · áramköreivel össze van kötve, azzal jellemezve, hogy az áramlási iránnyal megegyező irányba eső katódkivezetések (15) végeinek ohmos ellenállása nagyobb,194 588 mint az áramlási iránnyal ellentétes irányba eső katódkivezetések (14) végeinek ohmos ellenállása.
- 2. Az 1. igénypont szerinti Hall-Heroult elektrolizáló cella, azzal jellemezve, hogy az áramlási iránnyal megegyező irányba eső katódkivezetések (15) nagyobb villamos ellenállású anyagból vannak kialakítva, mint az áramlási iránnyal ellentétes irányba eső katódkivezetések (14).
- 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti Hall-Heroult elektrolizáló cella, azzal jellemezve, hogy az áramlási iránnyal megegyező irányba eső katódkivezetések (15) hosszúsága (1) nagyobb és/vagy keresztmetszete (s) kisebb a másik leányba eső katódkivezetések hoszszúságánál (L) illetve keresztmetszeténél (S).
- 4. Az 1. igénypont szerinti Hall-Heroult elektrolig záló cella, azzal jellemezve, hogy a cellának (1) az áramlási iránnyal ellentétes oldalán elrendezett bélésének (18) hőszigetelő képessége - hő vezetési jellemzőjének vagy vastagságának megfelelő megválasztása által — kisebb a másik oldalon elrendezett bélés (19)10 hőszigetelő képességénél.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8502074A FR2576920B1 (fr) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | Cuve d'electrolyse hall-heroult a barres cathodiques et a calorifugeage dissymetriques |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT40820A HUT40820A (en) | 1987-02-27 |
| HU194588B true HU194588B (en) | 1988-02-29 |
Family
ID=9316246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU86442A HU194588B (en) | 1985-02-07 | 1986-01-30 | Hall-hezoult electrolyzer-cell with assimmetric cathod rods and heat-insulation |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4654133A (hu) |
| JP (1) | JPS61183488A (hu) |
| KR (1) | KR860006575A (hu) |
| BR (1) | BR8600360A (hu) |
| ES (1) | ES8702517A1 (hu) |
| FR (1) | FR2576920B1 (hu) |
| GB (1) | GB2171417A (hu) |
| GR (1) | GR860317B (hu) |
| HU (1) | HU194588B (hu) |
| NL (1) | NL8600238A (hu) |
| YU (1) | YU16186A (hu) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4976841A (en) * | 1989-10-19 | 1990-12-11 | Alcan International Limited | Busbar arrangement for aluminum electrolytic cells |
| JPH05184789A (ja) * | 1992-01-10 | 1993-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | トンネルフィニッシャ |
| CN100593042C (zh) * | 2006-03-17 | 2010-03-03 | 贵阳铝镁设计研究院 | 改善铝电解槽阴极电流密度的方法和结构 |
| JP4900270B2 (ja) * | 2008-02-08 | 2012-03-21 | 株式会社豊田自動織機 | スクリュポンプ |
| FR3009564A1 (fr) * | 2013-08-09 | 2015-02-13 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Aluminerie comprenant un circuit electrique de compensation |
| CN104562088A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-04-29 | 郑州经纬科技实业有限公司 | 电解铝阴极导电棒及其制备方法 |
| GB2549731A (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-01 | Dubai Aluminium Pjsc | Busbar system for electrolytic cells arranged side by side in series |
| FR3129157A1 (fr) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | Rio Tinto Alcan International Limited | Système de revêtement intérieur pour cuve d’électrolyse |
| DE102022129669A1 (de) * | 2022-11-09 | 2024-05-16 | Novalum Sa | Kathodenstromkollektor und -verbinderanordnung für eine Aluminium-Elektrolysezelle |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH522039A (fr) * | 1964-10-21 | 1972-04-30 | Aluminum Co Of America | Cellule pour la fabrication électrolytique de l'aluminium |
| CH544812A (de) * | 1970-09-01 | 1973-11-30 | Alusuisse | Zelle für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid im Schmelzfluss |
| US4194959A (en) * | 1977-11-23 | 1980-03-25 | Alcan Research And Development Limited | Electrolytic reduction cells |
| CH649317A5 (de) * | 1978-08-04 | 1985-05-15 | Alusuisse | Elektrolysezelle mit kompensierten magnetfeldkomponenten. |
| DE3009158A1 (de) * | 1980-02-01 | 1981-08-06 | Schweizerische Aluminium AG, 3965 Chippis | Schienenanordnung fuer elektrolysezellen |
| CH648605A5 (de) * | 1980-06-23 | 1985-03-29 | Alusuisse | Schienenanordnung einer elektrolysezelle. |
-
1985
- 1985-02-07 FR FR8502074A patent/FR2576920B1/fr not_active Expired
-
1986
- 1986-01-14 US US06/818,699 patent/US4654133A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-01-17 KR KR1019860000244A patent/KR860006575A/ko not_active Application Discontinuation
- 1986-01-30 BR BR8600360A patent/BR8600360A/pt unknown
- 1986-01-30 HU HU86442A patent/HU194588B/hu unknown
- 1986-01-31 NL NL8600238A patent/NL8600238A/nl not_active Application Discontinuation
- 1986-02-03 ES ES551583A patent/ES8702517A1/es not_active Expired
- 1986-02-03 GR GR860317A patent/GR860317B/el unknown
- 1986-02-04 JP JP61022786A patent/JPS61183488A/ja active Granted
- 1986-02-04 YU YU00161/86A patent/YU16186A/xx unknown
- 1986-02-06 GB GB08602984A patent/GB2171417A/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2171417A (en) | 1986-08-28 |
| HUT40820A (en) | 1987-02-27 |
| GR860317B (en) | 1986-05-29 |
| YU16186A (en) | 1987-12-31 |
| BR8600360A (pt) | 1986-10-14 |
| KR860006575A (ko) | 1986-09-13 |
| FR2576920A1 (fr) | 1986-08-08 |
| US4654133A (en) | 1987-03-31 |
| NL8600238A (nl) | 1986-09-01 |
| JPH0218398B2 (hu) | 1990-04-25 |
| JPS61183488A (ja) | 1986-08-16 |
| FR2576920B1 (fr) | 1987-05-15 |
| ES551583A0 (es) | 1987-01-01 |
| ES8702517A1 (es) | 1987-01-01 |
| GB8602984D0 (en) | 1986-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU194588B (en) | Hall-hezoult electrolyzer-cell with assimmetric cathod rods and heat-insulation | |
| US4612105A (en) | Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis | |
| US3839179A (en) | Electrolysis cell | |
| EA029022B1 (ru) | Установка получения алюминия электролизом, содержащая электролизеры с катодным выводом через днище кожуха и средства стабилизации электролизеров | |
| US11286574B2 (en) | Cathode current collector/connector for a Hall-Heroult cell | |
| CA1232868A (en) | Arrangement of busbars for electrolytic reduction cell | |
| EP2215288A1 (en) | Composite collector bar | |
| RU2178016C2 (ru) | Электролитическая ячейка восстановления для производства металла | |
| BRPI0716951B1 (pt) | Método para operar uma célula eletrolítica, e, célula eletrolítica | |
| CA1178241A (en) | Arrangement of busbars for electrolytic reduction cells | |
| HU191178B (en) | Process and equipment for elimination of magnetical disturbing arising in the electrolitical cell-line by heating or firing electrolisis | |
| HU192227B (en) | Cathode-block of low voltage drop, as well as, cathod to electrolysis furnace for aluminium according to the hall-heroult method | |
| RU2566106C2 (ru) | Устройство для электрического соединения между двумя последовательными электролизерами серии электролизеров для получения алюминия | |
| CN101660176A (zh) | 铝电解槽阴极熔池内衬结构 | |
| RU2303657C2 (ru) | Ошиновка алюминиевых электролизеров при поперечном их расположении в корпусе | |
| FI78930B (fi) | Elektrod, speciellt en anod av ytbelagd ventilmetall foer elektrolytisk utvinning av metaller och metalloxider. | |
| RU2450089C2 (ru) | Гибкий токоведущий переходник-компенсатор | |
| EA016404B1 (ru) | Последовательное соединение электролизеров и способ работы соединенных таким образом электролизеров | |
| JPS58193385A (ja) | アルミニウム製造用電解炉 | |
| CN110392750B (zh) | 用于铝电解槽系列的模块化母线*** | |
| CA1147034A (en) | Electrical connection between copper conductor and titanium conductor | |
| RU2237752C1 (ru) | Устройство компенсации | |
| WO2024100132A2 (en) | Cathode current collector and connector assembly for an aluminum electrolysis cell | |
| KR800001344B1 (ko) | 횡으로 배열된 용융 전해조의 인접열 내의 자장 보상장치 | |
| JPS61136690A (ja) | 塩酸電解槽用の耐腐食性電気接点 |