JPS5853717B2 - アルミニウム電解槽アルミニウムメタル層の安定化法 - Google Patents

アルミニウム電解槽アルミニウムメタル層の安定化法

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JPS5853717B2
JPS5853717B2 JP54039540A JP3954079A JPS5853717B2 JP S5853717 B2 JPS5853717 B2 JP S5853717B2 JP 54039540 A JP54039540 A JP 54039540A JP 3954079 A JP3954079 A JP 3954079A JP S5853717 B2 JPS5853717 B2 JP S5853717B2
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caisson
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Mitsubishi Light Metal Industries Ltd
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16Electric current supply devices, e.g. bus bars

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム電解槽アルミニウムメタル層の安
定化法に関する。
詳しくは、アルミニウム電解槽内のアルミニウムメタル
層中に発生する水平電流を低減させ、アルミニウムメタ
ル層の揺動ないしアルミニウムメタル層上面の湾曲を防
止してこれを安定化する方法に関する。
アルミニウム電解は、工業的には、複数の矩形電解槽を
陽極母線および陰極母線により直列に接続して電解槽系
列を形成し、これに50〜250KAの大電流を通して
電解浴中のアルミナを直流電解することによって行なわ
れる。
電解槽の接続方法としては、電解槽の両側部から陰極母
線に抜出した槽内電流を次位の電解槽の陽極母線に、電
解槽の片側から供給するシングル・エントリ型、および
陰極母線に抜出した槽内電流を次位の電解槽の陽極母線
に、電解槽の両側から供給するダブル・エントリ型が知
られている。
いずれの場合にも、高電流の流れる陰極母線が電解槽の
側部な通るため、電解槽の内部に強い磁場が発生する。
一方、電解槽内では、陽極母線から導入された電流は炭
素陽極を通って電解浴に導びかれ、さらに、アルミニウ
ムメタル層を経て、陰極ベッドカーボンに達し、その後
、陰極ケーソン短手側壁に平行に配設された複数の陰極
棒により集電され、両方の陰極ケーソン長手側壁に沿っ
て設けられた陰極ブスバーに取出される。
槽内電流は、陰極棒に対して最も電気抵抗の少ない短絡
的な経路を通過するため、槽内中央部を流れる電流の一
部は、垂直下向の経路をとらずに、直接陰極ケーソン長
手側壁付近の陰極棒に向う経路をとることとなりこの結
果、槽内、とくに、アルミニウムメタル層において長手
方向中心線から陰極ケーソン長手側壁に向う水平電流が
発生する。
アルミニウムメタル層に発生した水平電流は、前記磁場
との相互作用により、アルミニウムメタル層を揺動させ
、アルミニウムメタル層上面を湾曲させる。
このように、アルミニウムメタル層カ不安定になると、
場合によりアルミニウムメタル層と炭素陽極の下面とが
接触し、槽内電流がその接触部を通って流れることとな
るので、電流効率が著しく低下する。
そこで、本発明者は、アルミニウムメタル層を安定化す
る方法について検討した結果、陰極棒に流れる電流の方
向を特定向きに制御すれば、アルミニウムメタル層内の
水平電流が減少し、アルミニウムメタル層を有効に安定
化し得ることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は、電解槽内のアルミニウムメ
タル層の揺動ないしアルミニウムメタル層上面の湾曲を
防止してこれを安定化することであり、その要旨は矩形
アルミニウム電解槽の陰極ケーソン内部で陰極ケーソン
短手側壁に平行に配設された複数の陰極棒を介して電解
槽上部の陽極母線より供給される槽内電流を槽外に抜出
すにあたり、陰極棒に流れる電流の方向を、陰極ケーソ
ン短手側壁付近では陰極ケーソンの長手側壁から長手方
向中心線に向け、かつ、陰極ケーソン長手中央部では陰
極ケーソンの長手方向中心線から長手側壁に向けること
を特徴とするアルミニウム電解槽アルミニウムメタル層
の安定化法にアル。
次に、本発明の詳細な説明をする。
本発明におけるアルミニウム電解槽は、その横断面が矩
形であって、陰極ケーソン内部で複数の陰極棒が陰極ケ
ーソン短手側壁に平行に配設されている。
第1図は、本発明方法を適用することができる従来の電
解槽の1例を示す縦断面略図であり、1は焼成陽極、2
はアルミナ、3は電解浴、4はアルミニウムメタル、5
は固化浴、6は側部炭素ブロック、7は側壁耐火断熱材
、8は側部陰極炭素質内張、9は陰極ケーソン、10は
陰極炭素ブロック、11は耐火断熱材、12は陰極棒、
13は底部耐火断熱材、および14は陰極母線である。
第2図は、第1図に示す電解槽をサイドバイサイドでダ
ブルエントリー型に配列した場合の横断面略図であり、
第3図は、上記電解槽に本発明方法を適用したときの1
例である電解槽の横断面略図を示す。
第2図および第3図において、矢印は陰極棒および陰極
母線を流れる電流の方向を示し、15 a、15
bは陰極ケーソン短手側壁、16 a、IEi b
は陰極ケーソン長手側壁、であり17は陰極ケーソン長
手方向中心線を示す。
第3図に示すように、本発明方法では、陰極棒に流れる
電流の方向を、陰極ケーソン長手中央部では、陰極ケー
ソンの長手方向中心線17から長手側壁16 a、1
5 bに向げ、カッ、陰極ケーソン短手側壁付近では
陰極ケーソンの長手側壁16−a 、 16−bから長
手方向中心線11に向け、陰極ケーソン長手中央部の陰
極棒に流れる電流と陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒
に流れる電流とを対向させる。
電流の抜出は陰極ケーソン長手中央部では陰極ケーソン
長手側壁に対して垂直に伸びる陰極棒12を介して行な
われ、陰極ケーソン短手側壁付近では中心部より槽外に
伸びる導電性棒18,19などを介して行なわれる。
この結果、陰極ケーソン長手中央部の陰極棒を流れる電
流と陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒を流れる電流と
が相互作用して陰極棒および陰極炭素ブロック内の電流
集中が緩和され、アルミニウムメタル層内における陰極
短手側壁方向に向う水平電流が減少する。
陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒に流れる電流の方向
を、陰極ケーソンの長手側壁から陰極ケーソン長手方向
中心線に向けるには、例えば、陰極棒の形状をT字状に
し、陰極棒に流れる電流を陰極ケーソン短手側壁中央部
から抜出し、これを導電性棒により陰極母線に導びげば
良い。
陰極棒に流れる電流の抜出しは、陰極ケーソンの底部よ
り行なってもよい。
電流の方向を陰極ケーソンの長手側壁から長手方向中心
線に向ける必要がある陰極棒は、陰極ケーソン短手側壁
付近の陰極棒であり、とくに陰極ケーソンの長手側壁端
から陰極ケーソンの長手距離の15%だけ長手中央部寄
りにある範囲の陰極棒である。
また、陰極棒に流れる電流の方向を陰極ケーソンの長手
側壁から長手方向中心線に向けるにあたり、いずれか一
方の陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒を対象とするか
、あるいは、両方の陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒
を対象とするかは、水平電流の発生の状況に応じて適宜
決定される。
次に、第1図および第2図に示す型式で下記条件の電解
槽についてアルミニウムメタル層中の水平電流の発生状
況、垂直磁場分布(単位、ガウス)およびアルミニウム
メタル層と電解浴との界面の変位(単位、Crn)を計
算した。
(ただし、陰極ケーソンの長手および短手の中心部にお
ける界面変位なOcmとして計算した)その結果を第4
図、第5図および第6図に示す。
また、上記電解槽に本発明方法を適用した場合の水平電
流の発生状況およびアルミニウムメタル層と電解浴との
界面の変位についても、それぞれ第1図および第8図に
示す。
条件 (1) アルミニウムメタル層面広さ 7mX3m(
2)アルミニウムメタル層高さ 20cm(3) ア
ルミニウムメタル密度 2.3 ′fI/d(4)電解
浴密度 2. I f!/crA(5)陰極炭素ブロッ
ク比抵抗 3.6X10−3Ω・侃 (6)陰極棒比抵抗 1.3X10 ’Ω・温(7)
主電流 150KA (8)陰極ブロック高さ 40cm (9)陰極棒断面積 150c飛 なお、第4図および第7図は、それぞれ第2図のA−B
線のA方向および第3図のA’−B憩のA′**方向(
A−B線、A′−B懺と陰極ケーソン短手側壁との距離
は70cIrL)における水平電流の発生状況を示し、
C点およびC7点はA−B線およびA’−B′線と陰極
ケーソン短手中心線との交点であり、縦軸は水平電流値
(アンペア)を表わす。
また、水平電流の発生状況の計算にあたっては、アルミ
ニウムメタル層と電解浴との界面における電流密度はア
ルミニウムメタル面全域で一定であると仮定した。
また、アルミニウムメタル層と電解浴との界面の変位の
計算には、下記式を用いた。
(本式については、「軽金属Jvol、26、應11.
1976 rアルミニウム電解槽中の浴と溶融金属との
挙動」参照) φ:電解浴とアルミニウムメタル層との界面の変位 g:重力の加速度 ρ1、ρ2:電解浴およびアルミニウムメタルの密度 Jx、Jy: xおよびy方向の電流密度Bχ :磁場
のZ方向成分 X:電解槽の長手方向 y:電解槽の短手方向 2:電解槽の鉛直方向 第4図と第1図ならびに第6図と第8図とを対比すれば
明らかなように、従来の型式の電解槽に本発明方法を適
用することにより、陰極ケーソン短手側壁付近のアルミ
ニウムメタル層中の電解槽短手方向水平電流を著しく減
少させることができ、この結果、電解浴とアルミニウム
メタル層との界面の変位を有効に低減させることができ
る。
以上、サイドバイサイドの電槽配列への適用例について
具体的に説明したが、本願発明の方法はエンドツーエン
ドの配列の槽にも適用することができる。
第9図は第1図に示す電解槽をエンドツーエンドでダブ
ルエントリー型に配列した場合の横断面略図であり、第
10図は上記電解槽に本発明方法を適用したときの一例
である電解槽の横断面略図を示す。
第9図及び第10図における各付号はそれぞれ第2図及
び第3図の各符号に対応する。
第10図に示すように、本発明方法では陰極棒に流れる
電流の方向を、陰極ケーソン長手中央部では、陰極ケー
ソンの長手方向中心線11から長手側壁16−a、16
−bに向げ、かつ、陰極ケーソン短手側壁付近では陰極
ケーソンの長手側壁16at16bから長手方向中心線
17に向け、かくして陰極ケーソン長手中央部の陰極棒
に流れる電流と陰極ケーソン短手側壁付近の陰極棒に流
れる電流とを対向させる。
次に、第9図に示す型式(エントン−エンド)の電解槽
について、主電流を105 KAとした以外は前記サイ
ドバイサイドの電解槽におけると同一の条件で、アルミ
ニウムメタル層中の垂直磁場分布(単位、ガウス)及び
アルミニウムメタル層と電解浴との界面の変位(単位、
CrrL)を計算した。
結果を第11図及び第12図に示す。
また、上記電解槽に本発明方法を適用した場合(第10
図)のアルミニウムメタル層と電解浴との界面の変位に
ついての計算結果を第13図に示す。
第12図と第13図とを対比すれば明らかなように、エ
ンドツーエンド型式においても、従来の電解槽に本発明
方法を適用することにより陰極ケーソン短手側壁付近に
おいてアルミニウムメタル層中の長手側壁へ向かう水平
電流を減少させることができ、その結果、電解浴とアル
ミニウムメタル層との界面の変位を有効に低減させるこ
とができる。
以上、説明したように本発明によれば、電解浴とアルミ
ニウムメタル層との界面の変位を低減させ、アルミニウ
ムメタル層の揺動を防止できるので、適正な極間距離を
保って安定で、かつ、電流効率の高い電解槽運転を行な
うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はアルミニウム電解槽の縦断面略図、1・・・・
・・焼成陽極、2・・・・・・アルミナ、3・・・・・
・電解浴、4・・・°°°アルミニウムメタル、5・・
・・・・固化浴、6・・・・・・側部炭素ブロック、7
・・・・・・側部耐火断熱材、第2図および第3図は電
解槽(サイドバイサイド配列)の横断面略図である。 第4図および第1図はそれぞれ第2図及び第3図の電解
槽におけるアルミニウムメタル層中の水平電流の発生状
況、第5図は垂直磁場分布、ならびに第6図および第8
図はそレソれ第2図及び第3図の電解槽におけるアルミ
ニウムメタル層と電解浴との界面の変位を示す図である
。 第9図及び第10図は電解槽(エンドツーエンド配列)
の横断面略図である。 第11図は垂直磁場分布を示す図であり、第12図及び
第13図はそれぞれ第9図及び第10図の電解槽におけ
るアルミニウムメタル層と電解浴との界面の変位を示す
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 矩形アルミニウム電解槽の陰極ケーソン内部で陰極
    ケーソン短手側壁に平行に配設された複数の陰極棒を介
    して、電解槽上部の陽極母線より供給される槽内電流を
    槽外に抜出すにあたり、陰極棒に流れる電流の方向を、
    陰極ケーソン短手側壁付近では陰極ケーソンの長手側壁
    から長手方向中心線に向け、かつ、陰極ケーソン長手中
    央部では、陰極ケーソンの長手方向中心線から長手側壁
    に向けることを特徴とするアルミニウム電解槽アルミニ
    ウムメタル層の安定化法。
JP54039540A 1979-04-02 1979-04-02 アルミニウム電解槽アルミニウムメタル層の安定化法 Expired JPS5853717B2 (ja)

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