BRPI0809671B1

BRPI0809671B1 - method for operating hall-heroult electrolytic cells for series-connected aluminum production, and hall-heroult electrolytic cells for aluminum production

Info

Publication number: BRPI0809671B1
Application number: BRPI0809671A
Authority: BR
Inventors: Droste Christian; Ovstetun Frank
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2018-10-30
Also published as: CN101663422B; EA200901330A1; NO20071766L; NO331318B1; AU2008233392B2; EP2150639B1; CA2681205C; ZA200906503B; CA2681205A1; EA016404B1; WO2008120993A1; EP2150639A4; EP2150639A1; BRPI0809671A2; NZ579815A; AU2008233392A1; CN101663422A

Description

(54) Título: MÉTODO PARA OPERAR CÉLULAS ELETROLÍTICAS DO TIPO HALL-HEROULT PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO CONECTADAS EM SÉRIE, E, CÉLULAS ELETROLÍTICAS DO TIPO HALL-HEROULT PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO (73) Titular: NORSK HYDRO ASA, Companhia Norueguesa. Endereço: N-0240 Oslo, NORUEGA(NO) (72) Inventor: FRANK OVSTETUN; CHRISTIAN DROSTE(54) Title: METHOD FOR OPERATING HALL-HEROULT TYPE ELECTROLYTIC CELLS FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM CONNECTED IN SERIES, AND ELECTROLYTIC CELLS OF THE TYPE HALL-HEROULT FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM (73) Owner: NORSK HYDROYANEAN AS A HYDROAN COMPANY, NORSK HYDRO. Address: N-0240 Oslo, NORWAY (NO) (72) Inventor: FRANK OVSTETUN; CHRISTIAN DROSTE

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 30/10/2018, observadas as condições legaisValidity Term: 10 (ten) years from 10/30/2018, subject to legal conditions

Expedida em: 30/10/2018Issued on: 10/30/2018

Assinado digitalmente por:Digitally signed by:

Liane Elizabeth Caldeira LageLiane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados “MÉTODO PARA OPERAR CÉLULAS ELETROLÍTICAS DO TIPO HALL-HEROULT PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO CONECTADAS EM SÉRIE, E, CÉLULAS ELETROLÍTICAS DO TIPO HALL-HEROULT PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO”Director of Patents, Computer Programs and Topographies of Integrated Circuits “METHOD FOR OPERATING ELECTROLYTIC CELLS OF THE HALL-HEROULT TYPE FOR ALUMINUM PRODUCTION CONNECTED IN SERIES, AND, ELECTROLYTIC CELLS OF THE HALL-HEROULT TYPE FOR ALUMINUM PRODUCTION”

A presente invenção diz respeito a aperfeiçoamentos em células eletrolíticas conectadas em série e a um método para operar as mesmas. Em particular, a invenção diz respeito a um sistema de barras coletoras e a distribuição de corrente elétrica em células do tipo Hall-Heroult para produção de alumínio.The present invention concerns improvements in electrolytic cells connected in series and a method for operating them. In particular, the invention relates to a system of collecting bars and the distribution of electrical current in cells of the Hall-Heroult type for the production of aluminum.

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃOTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Para um bom entendimento da invenção, deve-se primeiro lembrar que a produção industrial de alumínio se dá por eletrólise em células, que são eletricamente conectadas em série, com uma solução de alumina em criolita fundida aquecida a uma temperatura tipicamente entre 940 e 980 °C, pelo efeito de aquecimento da corrente que passa pela célula.For a good understanding of the invention, it must first be remembered that industrial production of aluminum takes place by electrolysis in cells, which are electrically connected in series, with a solution of molten cryolite alumina heated to a temperature typically between 940 and 980 ° C, by the heating effect of the current that passes through the cell.

Cada célula é constituída por um recipiente de aço em forma de paralelepípedo isolado que suporta um cátodo contendo blocos de carbono pré-cozidos nos quais existem algumas hastes de aço seladas, conhecidas como barras coletoras de corrente do cátodo, que conduzem a corrente para fora da célula, tradicionalmente a aproximadamente 50 % de cada um dos lados longitudinais da célula. As saídas das barras coletoras de corrente do cátodo são conectadas no sistema de barras coletoras, que serve para conduzir a corrente dos catodos para os anodos da célula seguinte. O sistema do anodo, composto de carbono, aço e alumínio, é fixado em uma assim chamada armação do anodo, com as hastes do anodo ajustáveis na altura e eletricamente conectadas nas hastes do cátodo da célula anterior.Each cell consists of an insulated parallelepiped steel container that supports a cathode containing precooked carbon blocks on which there are some sealed steel rods, known as cathode current collector bars, which conduct the current out of the cell, traditionally approximately 50% of each of the longitudinal sides of the cell. The outputs of the cathode current collector bars are connected to the collector bus system, which serves to conduct the current from the cathodes to the anodes of the next cell. The anode system, composed of carbon, steel and aluminum, is attached to a so-called anode frame, with the anode rods adjustable in height and electrically connected to the cathode rods of the anterior cell.

O eletrólito, que é a solução de alumina em uma mistura de criolita fundida a 940-980 °C, fica localizado entre o sistema do anodo e o cátodo. O alumínio produzido é depositado na superfície do cátodo. UmaThe electrolyte, which is the solution of alumina in a molten cryolite mixture at 940-980 ° C, is located between the anode system and the cathode. The aluminum produced is deposited on the cathode surface. An

Petição 870180058799, de 06/07/2018, pág. 9/15 camada de alumínio líquido é mantida permanentemente na base do cadinho do cátodo. Como o cadinho é retangular, a armação do anodo que suporta os anodos é no geral paralela aos seus lados maiores, ao passo que as hastes do cátodo são paralelas aos seus lados menores conhecidos como cabeças de célula.Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 9/15 layer of liquid aluminum is kept permanently at the base of the cathode crucible. As the crucible is rectangular, the anode frame that supports the anodes is generally parallel to their larger sides, whereas the cathode rods are parallel to their smaller sides known as cell heads.

Um campo magnético principal na célula é criado pela passagem de corrente no anodo e no sistema do cátodo. Todas as outras passagens de corrente darão perturbações neste campo principal criado.A main magnetic field in the cell is created by the current flowing through the anode and the cathode system. All other current flows will disturb this main created field.

As células ficam arranjadas em fileiras e podem ser dispostas 10 transversalmente em uma orientação lado a lado; seus lados menores são paralelos ao eixo geométrico da linha das cubas. Alternativamente, dispostos longitudinalmente em uma orientação extremidade a extremidade, seus lados maiores são paralelos ao eixo geométrico da linha das cubas. Normalmente, uma Unha de cubas é representada por duas fileiras de células. A corrente tem direções opostas nas duas fileiras. As células são eletricamente conectadas em série, as extremidades da série sendo conectadas nas saídas positiva e negativa de uma subestação elétrica de retificação e controle. A corrente elétrica que passa pelos vários elementos condutores: sistema do anodo, eletrólito, metal líquido, sistema do cátodo e seus condutores de conexão correspondentes, cria grandes campos magnéticos. Esses campos, junto com a corrente elétrica no eletrólito líquido e metal, formam a base para o comportamento Magneto HidroDinâmico (MHD) no eletrólito e no metal líquido contido no cadinho. As assim chamadas forças de LaPlace, que criam fluxo de eletrólito e de metal, são também prejudiciais à operação estável (estabilidade) da célula.The cells are arranged in rows and can be arranged transversely in a side-by-side orientation; its smaller sides are parallel to the geometric axis of the bowl line. Alternatively, arranged longitudinally in an end-to-end orientation, their long sides are parallel to the geometric axis of the bowl line. Normally, a line of vats is represented by two rows of cells. The chain has opposite directions in the two rows. The cells are electrically connected in series, the ends of the series being connected to the positive and negative outputs of an electrical rectification and control substation. The electric current that passes through the various conductive elements: anode system, electrolyte, liquid metal, cathode system and their corresponding connection conductors, creates large magnetic fields. These fields, together with the electric current in the liquid electrolyte and metal, form the basis for the Magneto HydroDynamic (MHD) behavior in the electrolyte and liquid metal contained in the crucible. The so-called LaPlace forces, which create electrolyte and metal flux, are also detrimental to the stable operation (stability) of the cell.

Adicionalmente, o desenho da célula e sua configuração de barra coletora também afetarão como a corrente elétrica que atravessa a célula é distribuída.In addition, the design of the cell and its configuration of the busbar will also affect how the electrical current that passes through the cell is distributed.

Deve-se entender que a invenção pode ser igualmente implementada em células arranjadas lado a lado, bem como extremidade a extremidade. O peso e correspondentemente os custos relativos ao sistema de barras coletoras é deIt should be understood that the invention can also be implemented in cells arranged side by side, as well as end to end. The weight and correspondingly the costs related to the system of collecting bars is

Petição 870180058799, de 06/07/2018, pág. 10/15 importância para apresentar uma tecnologia de fusão de preço competitivo.Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 10/15 importance for presenting a fusion technology at a competitive price.

Normalmente, a distribuição de corrente no sistema do anodo é basicamente afetada pelo arranjo dos anodos na célula, bem como pelo desenho da configuração de toco do suspensor do anodo e de sua interface no anodo individual.Normally, the current distribution in the anode system is basically affected by the arrangement of the anodes in the cell, as well as by the design of the anode hanger's stub configuration and its interface at the individual anode.

Quando vai para o sistema do catodo, ela é normalmente projetada de uma maneira onde as barras coletoras são embutidas em blocos de catodo individuais de uma maneira horizontal. Esta solução tecnológica tem se mostrado bastante confiável com relação a problemas com vazamentos do metal fundido ou banho líquido através do sistema do catodo. Adicionalmente, as barras coletoras serão protegidas pelo material do catodo em volta (material a base de carbono) que é altamente resistente a altas temperaturas e ataques corrosivos. Normalmente, as barras coletoras coletam a corrente fora da blindagem do catodo. Um inconveniente desta tecnologia anterior é que a distribuição de corrente no sistema do catodo será mais intensa na periferia dos blocos de catodo do que em qualquer outro lugar. Adicionalmente, a tecnologia baseada em embutimento homogêneo das barras coletoras em fendas formadas no lado de baixo dos blocos do catodo fará com que a distribuição de corrente ao longo da barra coletora para dentro em direção à outra extremidade do bloco do catodo diminua bem proporcionalmente com a distância do coletor da barra coletora. Portanto, a corrente deve vantajosamente ser distribuída de uma maneira predefinida, e em áreas mais apropriadas do sistema do catodo, para obter uma distribuição de corrente uniforme. Adicionalmente, corrente que é levada para fora do sistema do catodo no assim denominado lado à montante do catodo tem que ser levada em direção ao assim denominado lado à jusante do catodo e adicionalmente para o sistema do anodo da célula vizinha na série. Esta maneira de conduzir corrente (à montante nas partes do catodo e subsequentemente à jusante no sistema de barras coletoras) representará um sistema onde as partes da corrente da célula são levadas a uma maior distância do que a estritamente necessária.When it goes to the cathode system, it is usually designed in a way where the collecting bars are embedded in individual cathode blocks in a horizontal manner. This technological solution has proven to be quite reliable in relation to problems with leaks of molten metal or liquid bath through the cathode system. In addition, the collecting bars will be protected by the surrounding cathode material (carbon based material) which is highly resistant to high temperatures and corrosive attacks. Collector bars normally collect current outside the cathode shield. A drawback of this prior art is that the current distribution in the cathode system will be more intense at the periphery of the cathode blocks than anywhere else. In addition, the technology based on homogeneous inlay of the collecting bars in cracks formed on the underside of the cathode blocks will cause the current distribution along the collecting bar inwards towards the other end of the cathode block to decrease well proportionally with the collector distance from the busbar. Therefore, the current should advantageously be distributed in a predefined manner, and in more appropriate areas of the cathode system, to obtain a uniform current distribution. In addition, current that is carried out of the cathode system on the so-called upstream side of the cathode has to be carried towards the so-called downstream side of the cathode and additionally to the anode system of the neighboring cell in the series. This way of conducting current (upstream in the cathode parts and subsequently downstream in the busbar system) will represent a system where the current parts of the cell are carried a greater distance than is strictly necessary.

COLOCAÇÃO DO PROBLEMAPROBLEM PLACEMENT

O desenho da distribuição de corrente do cátodo e do sistema de barras coletoras correspondente para células de produção de alumínio reconhecidamente representa uma das atividades chaves mais qualificadas no desenvolvimento de uma tecnologia de redução de alumínio competitiva.The design of the current distribution of the cathode and the corresponding busbar system for aluminum production cells is recognized as one of the most qualified key activities in the development of a competitive aluminum reduction technology.

O projetista deve ter diversos graus de liberdade no processo de desenvolvimento de um sistema de cátodo ideal, usando habilidade para selecionar uma configuração (topologia) que pode resultar em uma distribuição de corrente ideal.The designer must have varying degrees of freedom in the process of developing an ideal cathode system, using the ability to select a configuration (topology) that can result in an ideal current distribution.

Sabe-se que, se corrente puder ser derivada do sistema de cátodo em pontos ou áreas pré-selecionados, assistido por cálculos e simulações, deve ser possível melhorar a distribuição de corrente no sistema do cátodo. Entretanto, isto implicará que o sistema do cátodo deve ser penetrado pelo menos parcialmente de baixo para cima e deve ser preferivelmente conectado nas barras coletoras de corrente horizontais, por meio de condutores ou plugues de corrente, tal como descrito no pedido de patente norueguês não publicado do requerente 20064165.It is known that if current can be derived from the cathode system at pre-selected points or areas, assisted by calculations and simulations, it should be possible to improve the current distribution in the cathode system. However, this will imply that the cathode system must be penetrated at least partially from the bottom up and should preferably be connected to the horizontal current collector bars, using current conductors or plugs, as described in the unpublished Norwegian patent application. of the applicant 20064165.

TECNOLOGIA ANTERIORPREVIOUS TECHNOLOGY

A patente U.S. 3.470.083, depositada em outubro de 1964, revela uma base de cátodo de célula eletrolítica com condutores de corrente inseridos verticalmente. Bicos cilíndricos são inseridos em furos verticais do cátodo, embutidos por um material vazado. Cada plugue individual é conectado a um elemento condutor de corrente arranjado fora do cátodo. Os elementos condutores de corrente são adicionalmente estendidos em direção aos lados da célula e são conectados a um sistema de barras coletoras que envolve a cuba. A solução apresentada nesta patente procura solucionar os problemas relacionados a barras coletoras convencionais, entre aqueles causados por expansão térmica diferente do material de carbono e os trilhos de ferro (barras coletoras) que causa considerável tensões mecânicas que leva à formação de trincas transversais nos blocos de carbono. Entretanto, a solução não apresenta aperfeiçoamentos no sistema de barras coletoras tal como o da presente invenção.U.S. patent 3,470,083, filed in October 1964, discloses an electrolytic cell cathode base with vertically inserted current conductors. Cylindrical nozzles are inserted in vertical cathode holes, embedded in a hollow material. Each individual plug is connected to a current-conducting element arranged outside the cathode. The current-conducting elements are further extended towards the sides of the cell and are connected to a system of busbars that surround the tank. The solution presented in this patent seeks to solve the problems related to conventional collecting bars, among those caused by thermal expansion different from the carbon material and the iron rails (collecting bars) that cause considerable mechanical stresses that leads to the formation of transverse cracks in the blocks. carbon. However, the solution does not show improvements in the busbar system as in the present invention.

De acordo com a presente invenção, a distribuição de corrente no sistema de catodo e correspondentemente o esquema do sistema de barras coletoras pode ser melhorado por causa da aplicação de pelo menos uma saída de corrente arranjada entre as extremidades do catodo. A presente invenção inclui a aplicação de condutores de corrente verticais. Adicionalmente, os condutores de corrente (saídas de corrente) podem vantajosamente ser eletricamente conectados nos elementos barras coletoras horizontais que podem estender-se parcial ou completamente através do bloco do catodo. Neste último, sua(s) extremidade(s) mais externa pode(m) ser conectada(s) no sistema de barras coletoras para a célula.According to the present invention, the current distribution in the cathode system and correspondingly the layout of the busbar system can be improved because of the application of at least one current output arranged between the ends of the cathode. The present invention includes the application of vertical current conductors. In addition, the current conductors (current outputs) can advantageously be electrically connected to the horizontal busbar elements which can extend partially or completely through the cathode block. In the latter, its outermost end (s) can be connected in the busbar system to the cell.

A distribuição de corrente catódica preferida dependerá da característica do sistema de barras coletoras. Ele pode ser bastante diferente para modernizar a invenção nos sistemas de barra coletora existentes, por um lado, ou para um novo desenho de sistema de barras coletoras, por outro lado.The preferred cathode current distribution will depend on the characteristic of the busbar system. It can be quite different to modernize the invention in existing busbar systems, on the one hand, or for a new busbar system design, on the other hand.

Consequentemente, a quantidade preferida de corrente conduzida para fora das saídas verticais pode ser na faixa de 20-100 %, com 100 % representando um desenho apenas com saídas verticais.Consequently, the preferred amount of current driven out of the vertical outlets can be in the range of 20-100%, with 100% representing a design with only vertical outlets.

A quantidade de condutores de corrente pode ser relativamente pequena, por exemplo, em uma modalidade, aplicando uma quantidade normalmente usada de barras coletoras horizontais. De acordo com a presente invenção, os efeitos de MHD em uma célula eletrolítica podem ser melhorados, e é possível simplificar o desenho da barra coletora da dita célula reduzindo-se seu peso. Em decorrência disto, os custos de investimento podem ser reduzidos.The number of current conductors can be relatively small, for example, in one embodiment, applying a commonly used amount of horizontal busbars. In accordance with the present invention, the effects of MHD in an electrolytic cell can be improved, and it is possible to simplify the design of the collecting bar of said cell by reducing its weight. As a result, investment costs can be reduced.

Petição 870180058799, de 06/07/2018, pág. 11/15Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 11/15

De acordo com a presente invenção, definida nas reivindicações anexas, pode-se obter um sistema de barras coletoras otimizado que supera as desvantagens principais dos desenhos da tecnologia anterior. Adicionalmente, as reivindicações anexas definem um método para operar uma célula com o sistema de barras coletoras melhorado.According to the present invention, defined in the appended claims, an optimized busbar system can be obtained that overcomes the main disadvantages of prior art designs. In addition, the appended claims define a method for operating a cell with the improved busbar system.

A presente invenção será a seguir descrita pelas figuras e exemplos, onde:The present invention will now be described by the figures and examples, where:

A figura 1 revela em perspectiva um esquema de um sistema de barras coletoras de acordo com a presente invenção, as células sendo arranjadas lado a lado;Figure 1 shows in perspective a schematic of a collection bar system according to the present invention, the cells being arranged side by side;

A figura 2 revela em uma vista de topo o mesmo esquema revelado na figura 1;Figure 2 shows in a top view the same scheme shown in figure 1;

A figura 3 representa uma segunda modalidade da invenção e revela em perspectiva um esquema diagramático de um sistema de barras coletoras onde as células estão arranjadas extremidade a extremidade;Figure 3 represents a second embodiment of the invention and shows in perspective a diagrammatic scheme of a system of collecting bars where the cells are arranged end to end;

A figura 4 revela em uma vista de topo o mesmo esquema revelado na figura 3;Figure 4 shows in a top view the same scheme shown in figure 3;

Um propósito do desenho descrito é obter uma baixa queda de tensão do cátodo e uma distribuição de corrente uniforme ou plana na superfície do bloco do cátodo com melhor estabilidade hidrodinâmica magnética. Isto pode ser conseguido por meio de um sistema de barras coletoras simplificado (menor peso e assim mais barato), onde o desenho dos elementos barras coletoras individuais é otimizado.A purpose of the described design is to obtain a low cathode voltage drop and a uniform or flat current distribution on the surface of the cathode block with better magnetic hydrodynamic stability. This can be achieved through a simplified busbar system (less weight and thus cheaper), where the design of the individual busbar elements is optimized.

As figuras 1 e 2 revelam a modalidade de um sistema de barras coletoras 1 que conduz corrente do sistema do cátodo em uma primeira célula eletrolítica para o sistema do anodo na sua célula vizinha. As células são arranjadas lado a lado. Os elementos barras coletoras do sistema do anodo estão indicados como vigas do anodo 2, 3 para conectar eletricamente a estrutura anódica da célula. Anodos individuais estão indicados por A, Al.Figures 1 and 2 reveal the modality of a system of collecting bars 1 that conducts current from the cathode system in a first electrolytic cell to the anode system in its neighboring cell. The cells are arranged side by side. The busbar elements of the anode system are indicated as anode beams 2, 3 to electrically connect the anode structure of the cell. Individual anodes are indicated by A, Al.

Adicionalmente, estão mostrados elevadores do anodo, um deles denotados com o sinal de referência 6. No sistema do cátodo da primeira célula mencionada, estão mostrados alguns elementos principais do sistema da barra coletora. Primeiramente, no lado à jusante do sistema do cátodo estão arranjadas conexões 7 para conduzir corrente das saídas da barra coletora do cátodo (não mostrado) para uma barra coletora arranjada à jusante 10 que, por sua vez, é conectada nos elevadores supramencionados.In addition, anode elevators are shown, one of them denoted with the reference signal 6. In the cathode system of the first cell mentioned, some main elements of the busbar system are shown. First, on the downstream side of the cathode system, connections 7 are arranged to conduct current from the outputs of the cathode busbar (not shown) to a busbar arranged downstream 10 which, in turn, is connected to the aforementioned elevators.

Para a condutância de corrente de uma região intermediária do cátodo, existem arranjadas uma ou mais conexões que, por sua vez, são eletricamente conectadas a uma barra coletora intermediária 11. A conexão 8 é por outro lado eletricamente conectada a uma saída de corrente correspondente no cátodo (não mostrado).For the current conductance of an intermediate region of the cathode, there are arranged one or more connections which, in turn, are electrically connected to an intermediate collecting bar 11. Connection 8 is on the other hand electrically connected to a corresponding current output on the cathode (not shown).

No lado à montante do sistema do cátodo existe arranjada uma barra coletora 12 com diversas conexões 9 para conduzir corrente das extremidades da barra coletora do cátodo.On the upstream side of the cathode system there is arranged a busbar 12 with several connections 9 to conduct current from the ends of the cathode busbar.

Além do mais, estão mostrados elementos barras coletoras tais como 13, 15, 16, que conduzem corrente do sistema do cátodo para o lado à jusante do cátodo e adicionalmente para os elevadores correspondentes 6.Furthermore, collector bar elements such as 13, 15, 16 are shown, which conduct current from the cathode system to the downstream side of the cathode and additionally to the corresponding elevators 6.

Em particular, o elemento barra coletora 13 pode ficar arranjado fora do piso da instalação da célula para compensar perturbações magnéticas indesejadas. Como o esquema da barra coletora nesta modalidade é de um tipo simétrico, um elemento barra coletora similar fica arranjado na extremidade oposta da célula.In particular, the pickup bar element 13 can be arranged off the floor of the cell installation to compensate for unwanted magnetic disturbances. As the layout of the busbar in this mode is of a symmetrical type, a similar busbar element is arranged at the opposite end of the cell.

O elemento barra coletora 15 e os elementos correspondentesThe pickup bar element 15 and the corresponding elements

16, etc. em direção ao lado oposto da célula conduzem corrente da barra coletora intermediária 11 arranjada no sistema do cátodo e adicionalmente para a barra coletora 10.16, etc. towards the opposite side of the cell they conduct current from the intermediate collector bar 11 arranged in the cathode system and additionally to the collector bar 10.

Similarmente, um ou mais elementos barra coletora 17 podem ficar arranjados por baixo da blindagem do cátodo para otimizar a compensação do campo magnético. Tais elementos são preferivelmente arranjados com uma simetria deslocada (não mostrada) para otimizar o efeito da compensação do campo magnético.Similarly, one or more elements of the busbar 17 can be arranged under the cathode shield to optimize the compensation of the magnetic field. Such elements are preferably arranged with a displaced symmetry (not shown) to optimize the effect of the magnetic field compensation.

Pelo arranjo supramencionado, o sistema de barras coletoras 5 pode conduzir corrente de ambas as saídas de corrente arranjadas no lado à montante e à jusante do sistema do catodo, junto com uma ou mais posições intermediárias, de uma maneira vantajosa com relação à obtenção de uma distribuição de corrente uniforme na estrutura do catodo da célula, e adicionalmente reduzir o peso do sistema de barras coletoras como um todo.By the aforementioned arrangement, the busbar system 5 can conduct current from both current outputs arranged on the upstream and downstream side of the cathode system, together with one or more intermediate positions, in an advantageous way with regard to obtaining a uniform current distribution in the cathode structure of the cell, and additionally reduce the weight of the busbar system as a whole.

A figura 3 revela uma segunda modalidade da invenção, onde é revelado em perspectiva um esquema diagramático de um sistema de barras coletoras, as células sendo arranjadas extremidade a extremidade. A figura 4 revela em uma vista de topo o mesmo esquema revelado na figura 3.Figure 3 reveals a second embodiment of the invention, in which a diagrammatic diagram of a system of collecting bars is revealed in perspective, the cells being arranged end to end. Figure 4 shows in a top view the same scheme shown in figure 3.

Nas figuras, o sistema de barras coletoras 100 conduz corrente 15 do sistema do catodo em uma primeira célula eletrolítica para o sistema do anodo na sua célula vizinha. Os elementos barras coletoras do sistema do anodo estão indicados como vigas do anodo 202, 203 para conectar eletricamente a estrutura anódica da célula. Anodos individuais estão indicados por A, A'. Adicionalmente, estão mostrados elevadores do anodoIn the figures, the busbar system 100 conducts current 15 from the cathode system in a first electrolytic cell to the anode system in its neighboring cell. The busbar elements of the anode system are indicated as anode beams 202, 203 to electrically connect the anode structure of the cell. Individual anodes are indicated by A, A '. Additionally, anode elevators are shown

206, 206’, 206, 206’.206, 206 ’, 206, 206’.

No sistema do catodo da primeira célula mencionada, estão mostrados alguns elementos principais do sistema de barras coletoras. Em cada lado longitudinal da estrutura do catodo estão arranjadas barras coletoras 210, 212 com conexões elétricas 207, 209 que são eletricamente conectadas nas barras coletoras do catodo (não mostradas). As barras coletoras 210, 212 são, por outro lado, conectadas nos elevadores do anodo 206, 206' e por meio dos elementos barras coletoras 218, 219 nos elevadores do anodo 206, 206' da célula vizinha.In the cathode system of the first cell mentioned, some main elements of the busbar system are shown. Collector bars 210, 212 with electrical connections 207, 209 are arranged on each longitudinal side of the cathode structure, which are electrically connected to the cathode collector bars (not shown). The collector bars 210, 212 are, on the other hand, connected in the anode elevators 206, 206 'and by means of the collector bars elements 218, 219 in the anode elevators 206, 206' of the neighboring cell.

Para a condutância de corrente de uma região intermediária doFor the current conductance of an intermediate region of the

Petição 870180058799, de 06/07/2018, pág. 12/15 catodo, existem arranjadas uma ou mais conexões 208 que, por sua vez, são eletricamente conectadas a uma barra coletora intermediária 211. A conexão 208 é, por outro lado, eletricamente conectada a uma saída de corrente correspondente no catodo (não mostrado). A barra coletora intermediária 211 é adícionalmente conectada nos elementos barras coletoras 218, 219 por meio dos elementos barras coletoras 220, 221, 22.Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 12/15 cathode, one or more connections 208 are arranged which, in turn, are electrically connected to an intermediate collecting bar 211. Connection 208 is, on the other hand, electrically connected to a corresponding current output on the cathode (not shown ). The intermediate busbar 211 is additionally connected to the busbar elements 218, 219 by means of the busbar elements 220, 221, 22.

Pelo arranjo supramencionado, o sistema de barras coletoras pode conduzir corrente de ambas as saídas de corrente arranjadas em ambos os lados do sistema do catodo junto com uma ou mais posições intermediárias de uma maneira vantajosa com relação à obtenção de uma distribuição de corrente uniforme na estrutura do catodo da célula, e adicionalmente para reduzir o peso do sistema de barras coletoras como um todo.By the aforementioned arrangement, the busbar system can conduct current from both current outputs arranged on both sides of the cathode system together with one or more intermediate positions in an advantageous manner with respect to obtaining a uniform current distribution in the structure of the cell cathode, and additionally to reduce the weight of the busbar system as a whole.

Deve-se entender que combinações e arranjos adicionais dos elementos barras coletoras poderíam ser conseguidos pelos preceitos da presente invenção.It should be understood that additional combinations and arrangements of the collecting bar elements could be achieved by the precepts of the present invention.

A quantidade de corrente que é distribuída através dos elementos barras coletoras individuais pode ser pré-calculada e otimizada, assistido pelo software de projeto e experimentos de verificação.The amount of current that is distributed through the individual busbar elements can be pre-calculated and optimized, assisted by design software and verification experiments.

Claims

1. Method for operating Hall-Heroult electrolytic cells for the production of aluminum connected in series, where the electric current is conducted to the first cell through an arranged anode arrangement

5 at the top of the cell, through an electrically conductive electrolyte and a horizontal cathode, and in addition to an anode arrangement of a neighboring cell, by means of a system of collecting bars (1), with anode beams (2, 3 ), the cells comprising a horizontal cathode structure of an electrically conductive material and still having collector bars

10 horizontal embedded in them, where the current is conducted out of the cathode by at least one horizontal end of the said collector bar (s), through connections (7, 9) of at least one of the collector bars (10, 12), and in addition to said anode arrangement of the neighboring cell through one or more elevators (6) and anode beams (2, 3), in which the electrical current is

15 conducted out of the cell through at least one vertical current outlet in an intermediate position, characterized by the fact that at least one vertical current outlet is connected to the connection (s) (8) to an intermediate busbar (11) where said intermediate collecting bar (11) is connected to the collecting bar (12) upstream for at least one

20 collecting bar element (17) positioned below the cathode tube, the cells being placed side by side.

2. Method, according to claim 1, characterized by the fact that electric current collected by the collecting bar (11) is still conducted by means of at least one collecting bar element (16) for a

25 busbar (10) arranged downstream of the busbar (11).

3. Method according to claim 1, characterized by the fact that the amount of current conducted from the cathode through at least one intermediate position is a pre-calculated proportion of that of the horizontal end of the busbar.

Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 13/15

4. Method according to claim 3, characterized by the fact that the amount of current driven from the intermediate positions is in the range of 20 to 100% of the total current.

5. Hall-Heroult electrolytic cells for the production of 5 aluminum, the cells being connected in series by a system of collecting bars (1), the cells have a horizontal cathode structure of an electrically conductive material and still have horizontal collecting bars embedded in them, where the current is conducted from the cathode of each of the cells through at least one horizontal end of the said collector bar (s),

10 through connections (7, 9) arranged in at least one busbar (10, 12), and also through one or more elevators (

6) and anode beams (2, 3) for the anode arrangement of a cell downstream, said cells further comprise at least one vertical current output, characterized by the fact that at least one vertical current output is connected with a bar

15 intermediate collector (11) of the collector bar system (1) through connection (s) (8), in which said intermediate collector bar (11) is connected with the collector bar (12) upstream by at least one element collector bar (17) positioned below the cathode tube, the cells being arranged side by side.

6. Electrolytic cell according to claim 5, characterized by the fact that the busbar system comprises at least one busbar element (13) outside the cell head.

7. Electrolytic cell according to claim 5, characterized by the fact that the at least one collecting bar element (17)

25 below the cathode bend is arranged in a symmetrically displaced manner.

Petition 870180058799, of 07/06/2018, p. 14/15

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Α £ Μ ι

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