Verfahren und Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen

Abstract

 1. Verfahren und Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen.
2.1 Durch die großen Positionsunterschiede des Anodenbalkens in der oberen und unteren Stellung bei der Absenkung bzw. beim Zurückfahren in die Hochstellung werden der Stromweg und der Leistungsverlust zu groß und es ergeben sich erhebliche Schwankungen im Magnetfeld. Das bei der Beseitigung des Anodeneffektes erforderliche Absenken der Anoden führt zu einem Anstieg des Badspiegels, wodurch es zum Überfluten der Anodenkohlen und zum Auslaufen von Schmelze kommen kann.
2.2 Zur Vermeidung dieser Nachteile ist parallel zu und in einem veränderlichen Abstand von den ersten Anodenbalken (1) mindestens ein weiterer Anodenbalken (2) beweglich angeordnet, wobei die Anodenstangen (3) entweder am ersten oder zweiten Anodenbalken befestigt sind und die Anodenbalken (1, 2) jeweils mit einem gegenläufigen Antrieb verbunden sind. Dadurch wird eine genaue Anpassung der Einzelanoden an den jeweiligen Anodenabbrand ermöglicht.
2.3 Nachregulierung des Polabstandes bei Elektrolysezellen, insbesondere für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachregulierung des Polabstandes bei Elektrolysezellen, insbe­sondere für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse, bestehend aus beweglichen Anodenbalken, an denen einzelne Anodenblöcke über Anodenstangen elektrisch leitend befestigt sind.

[0002] Aus Winnacker/Küchler, Chemische Technologie, Band 4, 4. Auflage 1986, Seite 273, ist es bekannt, die Anodenbalken entsprechend dem Verbrauch der Kohlenstoffanode abzusenken. Wird die Tief­stellung der Anodenbalken erreicht, müssen alle Anodenstangen einzeln an einer Hilfstraverse, die auf die endseitigen Stütz­rahmen der Anodenkonstruktion aufgesetzt wird, befestigt werden. Nach Lösen der Schlösser für Anodenstangen wird der Anodenbalken unter schleifendem Kontakt in seine Hochstellung zurückgefahren.

[0003] Bei diesem Verfahren weist der Anodenbalken große Positions­unterschiede in der oberen und unteren Stellung auf. Dadurch wird der Stromweg und der Leistungsverlust groß. Ferner ergeben sich erhebliche Schwankungen im Magnetfeld und andere verfah­renstechnische Nachteile. Das bei der Beseitigung des Anoden­effektes erforderliche Absenken der Anoden führt zu einem Anstieg des Badspiegels, wodurch es zum Überfluten der Anoden­kohlen und ggf. sogar zum Auslaufen von Schmelze kommen kann.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nach­teile bei dem bekannten Verfahren zur Nachregulierung des Polab­standes und Beseitigung des Anodeneffektes zu vermeiden und eine genaue Anpassung der Einzelanoden an den jeweiligen Anoden­abbrand zu ermöglichen.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale erreicht. Es hat sich gezeigt, daß durch alternierendes Umklemmen der Anodenstangen an die gegenläufig­synchron bewegten Anodenbalken eine kontinuierliche Abwärts­bewegung zum Ausgleich des Anodenabbrandes möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich eine Einzel­regelung der Anodenkohlen durchzuführen, wenn die betreffende Anodenstange in geeigneter Weise von dem einen auf den anderen Anodenbalken umgeschaltet wird, der in vertikaler Richtung gegenläufig-synchron eine Hub- bzw. Senkbewegung ausführt.

[0006] Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Anstieg des Badspiegels bei der Beseitigung des Anodeneffektes vermieden werden. Dies geschieht durch gleichzeitiges Absenken und Abheben jeweils eines Teils der Anoden in der Weise, daß das zusätzlich verdrängte Volumen der Badschmelze durch das Volumen der heraus­gezogenen Anodenkohlen kompensiert wird.

[0007] Durch die geringe Hub- bzw. Senkbewegung der Anodenbalken wird es erstmalig möglich, eine weitgehend starre Steigleitung zum Nachbarofen beim Anschluß Anode/Kathode zu verwenden und auf eine Hilfstraverse zu verzichten, die bisher zu erheblichem Arbeitsaufwand bei der Bedienung der einzelnen Elektrolysezellen führte. Ferner kann die Anodenstange im Vergleich zur bisherigen Technik sehr viel kürzer gehalten werden, was zu erheblicher Material- und Gewichtsersparnis führt.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­spieles näher beschrieben. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung der Elektrolysezelle im Querschnitt.

[0009] Die Anodenbalken 1, 2 sind über die Anodenstangen 3 mit den Anodenkohlen 4 verbunden. Das ganze wird in einer Tragkon­struktion 5 gehalten, an der auch ein Spindelgetriebe 6 zum Antrieb der Spindel 7 angeordnet ist. Die Spindel 7 weist in der oberen und unteren Hälfte je eine gegenläufige Steigung auf.

[0010] Im unteren Bereich der Fig. 1 u. 2 ist eine Elektrolysezelle im Teilquerschnitt dargestellt. Man erkennt die Ofenwanne 8, die feuerfeste Bodenisolierung 9 und den Kohlenstoffboden (Katho­de)10. Im seitlichen Bereich ist die Randzustellung (Kohlen­stoff) 11 sowie die kathodische Stahlschiene 12 zu erkennen. Das flüssige Metall ist mit 13 und das Elektrolysebad mit 14 be­zeichnet.

[0011] Man unterscheidet folgende Betriebsweisen:

1. Nachregulierung zum Ausgleich des Anodenabbrandes

[0012] In Fig. 1 ist die Position des Anodenbalkens 1 kurz vor Erreichen der unteren Endstellung dargestellt. Um eine weitere Absenkung der abgebrannten Anodenkohle 4 zu ermög­lichen, muß jetzt eine Umschaltung der Anodenstange 3 von dem unteren Anodenbalken 1 auf den oberen Anodenbalken 2 erfolgen.

[0013] Hierzu wird zunächst das Spindelgetriebe 6 stillgesetzt. Dann wird die Anodenstange 3 über das Schloß 15 mit dem oberen Anodenbalken 2 verbunden. Dann wird das Schloß 16 am unteren Anodenbalken 1 gelöst.

[0014] Nun erfolgt die Abwärtsbewegung der Anodenkohlen über den oberen Anodenbalken 2 bis dieser seine untere Endstellung erreicht hat (s. Fig. 2). Dann wird das Spindelgetriebe 6 wiederum stillgesetzt und der untere Anodenbalken 1 mit der Anodenstange 3 über das Schloß 17 verbunden. Nach dem Lösen des oberen Anodenbalkens 2 von der Anodenstange 3 mittels Schloß 18 kann die Absenkbewegung der Anodenkohle 4 fort­gesetzt werden.

2. Einzelregulierung der Anodenkohlen

[0015] Im folgenden soll eine Vergrößerung des Polabstandes anhand von Fig. 2 näher beschrieben werden, eine Verkleinerung er­folgt in entsprechender Weise in umgekehrter Reihenfolge.

[0016] Die zu hebende Anodenkohle 4 wird beim Stillstand des Spindelgetriebes 6 am oberen Anodenbalken 2 über Schloß 18 angeklemmt. Während alle übrigen Anodenkohlen am unteren Anodenbalken 1 befestigt bleiben.

[0017] Nach Einschalten des Spindelgetriebes 6 vergrößert sich der Polabstand der einzustellenden Anodenkohle, da sich oberer und unterer Anodenbalken 1, 2 gegenläufig bewegen. Sobald die gewünschte Polabstandsänderung erreicht ist, wird der obere Anodenbalken über das Schloß 18 wieder von der Anoden­stange 3 getrennt, die dann über Schloß 17 mit dem unteren Anodenbalken 1 verbunden wird.

[0018] Da der Anodenabbrand ca. 1,5 bis 2 cm pro Tag beträgt reicht ein Hub der Anodenbalken von weniger/gleich 5 cm aus um alle denk­baren Hub-Senkbewegungen auszuführen. Die Anodenstangen können deshalb sehr kurz ausgeführt werden und ebenso kann der Abstand des Gerüstes von dem Elektrolysebad sehr klein gehalten werden, was zu einer Verringerung der gesamten Bauhöhe der Elektrolyse­zelle führt.

[0019] In den beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Hub-Senk­bewegung der Anodenbalken 1, 2 über eine Spindel 7 mit gegen­läufiger Steigung eingeleitet. Dazu müssen in den Anodenbalken 1, 2 entsprechend ausgebildete Spindelmuttern angeordnet sein.

[0020] Es ist aber auch möglich, die Hub-Senkbewegung durch andere mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektromechanische Antriebsmittel auszuführen. Beispielsweise kann jeder Anoden­balken 1, 2 mit einem getrennten Antrieb über einen Elektromotor oder einen Hydraulikzylinder angesteuert werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verstellen von Anoden zur Einstellung des Polabstandes bei Elektrolysezellen, insbesondere für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse, bestehend aus beweglichen Anodenbalken, an denen einzelne Anodenblöcke über Anoden­stangen elektrisch leitend befestigt sind, dadurch gekenn­zeichnet, daß parallel zu und in einem veränderlichen Ab­stand von den ersten Anodenbalken (1) mindestens ein wei­terer Anodenbalken (2) beweglich angeordnet ist, wobei die Anodenstangen (3) entweder am ersten oder zweiten Anoden­balken befestigt sind und die Anodenbalken (1, 2) jeweils mit einem gegenläufigen Antrieb verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) an den Anodenbalken (1, 2) mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch und elektrisch leitend be­festigt sind und über eine Steuereinheit von dem ersten auf den zweiten Anodenbalken (1, 2) umschaltbar sind.

3. Verfahren zum Einstellen des Polabstandes, insbesondere zum Ausgleich des Anodenabbrandes bei Elektrolysezellen, vor­zugsweise für die Aluminiumschmelzflußelektroyse, wobei die Anodenstangen (3) nach Erreichen einer Endstellung von dem Anodenbalken gelöst und vorübergehend in dieser Position gehalten werden, der Anodenbalken hochgefahren und danach die Anodenstange (3) erneut an dem Anodenbalken befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) an in vertikaler Richtung untereinander angeordneten Anoden­balken (1, 2) befestigt sind, die kontinuierliche und gegen­läufige Hub-Senkbewegungen ausführen, und die Anodenstangen wechselweise entweder an dem einen oder anderen Anodenbalken (1, 2) angeklemmt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstangen (3) in der oberen oder unteren Stellung der Anodenbalken (1, 2) umgeklemmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstange (3) nachdem einer der Anodenbalken (1, 2) seine untere Endstellung erreicht hat, an den anderen Anodenbalken (1, 2) umgeklemmt wird, wenn dieser seine obere Endstellung erreicht hat.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der übereinander angeord­neten Anodenbalken (1, 2) gegenläufig-synchron ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Polabstandes einzelner Anodenkohlen (4) die zugehörigen Anodenstangen (3) auf den gegenläufig bewegten Anodenbalken umgeklemmt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von Anodeneffekten gleichzeitig mit der Absenkbewegung eines Teils der Anoden­kohlen der andere Teil der Anodenkohlen angehoben wird, wobei die anzuhebenden Anodenkohlen mit ihren zugehörigen Anodenstangen an den zur Absenkbewegung gegenläufigen Anodenbalken angeschlossen werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der Anodenstangen (3) von dem einen Anodenbalken auf den anderen Anodenbalken der Antrieb für die Hub-Senkbewegung kurzzeitig angehalten wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstrecken der Anodenbalken auf kleiner/gleich 5 cm begrenzt werden.

Zeichnung