JPS5921391B2 - アルミニウム電解製錬時の極切れ事故防止法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウムの電解製錬時の種籾れ事故防止法
、とくに、アルミニウムの電解槽中において、溶融塩を
電解してアルミニウムを析出する際に、種籾れ事故を早
期にかつ確実に検出し、その直流電源を速やかにしや断
できるアルミニウムの電解製錬時の種籾れ事故防止法に
関する。

一般に、アルミニウムは、ボーキサイド等の原鉱石から
主として湿式製錬等によつて純アルミナの形としてアル
ミニウム分を抽出してから、この純アルミナを溶融氷晶
石に添加して溶融塩とし、その後、電解槽中で溶融塩を
直流電解することによつて、陰極側に析出させて抽出さ
れている。また、このようなアルミニウムの電解製錬は
通常１００槽若しくはそれ以上の電解槽を整流器その他
の直流電源に直列に接続し、共通の電源によつて各電解
槽を同時に製錬している。しかしながら、このような一
連の電解槽系列において、例えばジャッキモータの作動
を誤つて陽極の位置が上昇しすぎた場合、または、電解
槽底部のアルミニウム分がもれた場合等には、所謂極切
れ事故が生じ、電解槽中に大きなアークが発生して、電
解槽を損壊させ、またこのような大きなアークの発生に
よつて物体が飛散し、これら物体によつて人的災害を起
す危険がある。

このため、従来から、アルミニウムの電解製錬において
、種々の種籾れ事故防止法が提案されているが、何れも
次の通りの問題があつて、未だ完全なものが提案も実施
もされていない。

まず、第１に、一連の電解槽系列の全電圧が所定値以上
になつたときに、何れかの電解槽に種籾れ事故が発生し
たことを電圧継電器により検知する方法である。

しかしながら、実際の電解製錬では、一連の電解槽中で
操業槽の数は変更することもあり、また、電圧継電器の
作動値にはバラツキがある。また、電解槽の直流電源、
つまり整流設備の特性は、受電側電源の電圧や使用する
電圧調整用タップによつて変化するものであつて、この
ため、基準電圧、つまり種籾れ検知用電圧継電器の整定
値を一義的に決めることは出来ないので、電圧継電器を
使用して電解槽系列極切れの発生を検知することは困難
である。第２に、種籾れ事故は電解槽の電圧が過大にな
つて発生するため、一般の電解工場のプロセスコンピュ
ーターを有為に利用して、個々の電解槽毎の電圧の値を
逐次スキャニングし、これによつて種籾れ事故の発生を
検知する方法である。

しかしながら、このようにスキャニングする方法は、ス
キヤニング自体に要する時間が数十秒若しくはそれ以上
かかり、このため短時間に生じる極切れ事故が仲々検知
できない。第３に、一連の電解槽系列において全ての電
解槽について、それぞれの電圧を連続監視し、極切れ事
故を検知する方法が考えられる。

この方法は確実であるが、経済的に非常に不利である。
本発明は上記欠点の解決を目的とし、特に、一連の電解
槽の何れかに極切れ事故が発生しても速やかに検出でき
、事故検出後は直ちに直流電源をしや断できるアルミニ
ウムの電解製錬時の極切れ事故防止法を提案する。すな
わち、本発明法は、一連の電解槽系列においてアルミナ
を含む溶融塩を直流電解して、アルミニウムを陰極側に
析出させる際に、これら電解槽の全電圧（７）と電流（
１）の比αつ）を連続的に若しくは所要に応じて測定し
、その測定値が基準値若しくはそれ以上に達したときに
、前記直流電源をしや断若しくは警報を発生させて極切
れ事故を防止することを特徴とする。

まず、第１図は本発明法を実施する装置の一例の配置図
であり、符号１は一般的に一連の電解槽系列、符号２は
整流器等の整流設備をそれぞれ示し、この系列の電解槽
は通常１００〜２００槽程度の電解槽が直列に接続され
ている。

符号３ならびに４はそれぞれ各整流器２ａ，２ｂ，２ｃ
ならびに２ｄにおけるしや断器と断路器とを示す。また
、整流設備２は断路器５ならびにしや断器６を介して変
圧器７に接続され、変圧器７はしや断器８ならびに断路
器９を介して受電母線に接続されている。従つて、この
構成の電解製錬装置においては、変圧器７における交流
電源は整流器を具える整流設備２によつて脈動分を含む
直流に整流されることになつて、各電解槽においては、
アルミナを含む溶融塩が直流電解され、陰極側には、ア
ルミニウムが析出される。次に、以上の通りに→の電解
槽系列においてアルミナを含む溶融塩を電解製錬する際
に、本発明法においては、これら電解槽系列２の全電圧
（７）と電流（１）とを連続的に若しくは所要に応じて
検出し、この検出結果にもとずいて、全電圧（７）と電
流（１）との比、つまりΣ１を求める。

このように電解製錬中に連続若しくは所要に応じてｘイ
の値を求め、この値を予め定めた基準値と比較し、ソ，
の値が基準値若しくはそれを超えたか否かを判別するこ
とによつて、電解槽における極切れ事故が速やかに検知
できる。すなわち、上記の通りにアルミニウム製錬用電
解槽系列は、１００〜２００槽が直列に接続されており
、何れかの槽で陽極効果が発生した場合には、−１特性
はその影響をうけて、第２図に示す通りとなる。

更に詳しく説明すると、陽極効果が多重発生した場合（
ｋ＝１・・・・・・Ｍ）は、陽極効果発生槽の電圧上昇
分をＡＥ、電解槽１槽当りの分解電圧ＶＬＪ系列の稼動
槽数をＮ、電解槽１槽当りの設定電圧（これは陽極の上
げ、下げで調整される）の平均電圧をＶＮ、電解槽系列
の設定電流をＡＯ、陽極効果の同時発生槽数をＫ槽とす
ると、第２図から明らかな通り、電解槽系列全体のＶ一
Ｉ特性は次の（１）式で表わせる。ただし、（１）式に
おいて、設定電流（ＡＯ）は電解槽系列に全く陽極効果
が発生していない状態の電流値を示す。

また、上記の通りの電気特性を持つ電解槽系列に直流電
力を供給する整流設備のＶ−１特性は第３図の通りであ
る。

つまり、直流無負荷電圧をＶＤＣＯｌ電圧調整リアクト
ル残留分をへ整流設備定格電流時電圧降下分をＶＣＨ．
整流設備定格電圧をＶＤＣ、電圧調整リアクトル調整分
電圧をＶＶｃＲ、整流設備定格電流をＡｋＴとすると、
この−１特性は次の（２）式で表わせる。これらのとこ
ろから整流器等の整流設備Ｖ−１特性と電解槽系列Ｖ−
１特性を重ね合わせてみると、第４図に示す通りとなる
。

従つて、第４図から、アルミニウムの電解製錬では、陽
極効果の発生する槽が増大すると、電解槽系列の全電圧
は上昇するが、電流は減少し、これらの比（ｙイ）は大
きくなることがわかる。換言すれば、一般的に言つて、
アルミニウムの電解槽の整流設備の−１特性は、全電圧
の上昇割合に比較して、電流の減少割合が大きくなつて
、その比へつ）の上昇は著しく大きい。このようなとこ
ろから、本発明者等は、アルミニウムの電解槽系列の極
切れ検知条件は全電圧（７）と電流（１）との比（Ｖ／
Ｉ）を基準とすることがきわめて有為であることを知見
し、本発明法においては電解製錬中にｙイの値を連続若
しくは所要に応じてスキヤニングし、この値が基準値に
達したとき、若しくはその値をこえたときは極切れ事故
が発生したものとして判断するのである。

従つて、本発明法においては、基準値は必然的に陽極効
果が最も同時に起り得る最大の槽数を定めて、その条件
で定める必要があり、通常、この最大槽数としては、実
際の電解槽の稼動から陽極効果が何槽かに同時発生する
発生確率を求めて、その確率が実用上無視できるところ
の槽数をとるのが好ましい。以上の通りに、本発明法で
は電解槽製錬中にＸイの値を検知し、この値を基準値と
比較するが、ｙイの値が基ｉ値に達したとき若しくはそ
れをこえたときは直流電源をしや断するか若しくは警報
をならして事故の発生を知らせる。また、このように、
Ｘイの値を検知し基準値とを比較し、それにもとずいて
直流電源をしや断するには、第１図に示す装置において
、次の通りに構成するのが好ましい。

すなわち、第１図は上記の通り通常電解製錬に使用され
ている整流設備が示されているが、この設備において、
一連の電解槽系列２の全電圧が検出できるよう、電圧検
出手段１０を接続して、全電圧を検出し、この検出値は
変換手段１１で適当な電気信号に変換され、例えば、プ
ロセスコンピユータ一等の訂算比較手段１２に電圧信号
は導入される。

また、これと同様に電流は電流検出手段１３によつて検
出され、その検出値は変換手段１４で適当な電気信号に
変換され、この電流信号は訂算比較手段１２に入る。電
圧信号と電流信号は、例えば、１秒に１回程度（この周
期が短いほど好ましい。）、言１算比較手段１２に導入
され、それら信号から、その比（ｙｌ）が求められる。
この場合、訂算比較手段１２には予め、ｙイの値の基準
値を記憶させておき、この比の基準値を越えていれば、
停止信号をしや断器６若しくは８の何れかに送り、直流
電源を切つて、極切れ事故の発生を防止する。また、こ
のようにしや断寸前の全電圧、電流及びその比αｒ）等
はメツセージとしてプリンター１５に記録させる。また
、上記の如く、例えば、プロセスコンピユータの如き計
算比較手段１２によつて、電圧信号と電流信号とをうけ
て、これら信号に基いでｙイ）の値を討算し、この値を
基準値と比較し、停止信号や警報を出す場合に、通常は
、第５図に示す通りに制御するのが好ましい。

次に実施例について説明する。

まず、電解槽１１７槽が稼動され、その際の定常時の操
業条件は次の通りであつた。

陽極効果発生槽の電圧上昇分 ＶＡＥ＝３０Ｖ直流無負
荷電圧 ＶＤｃＯ＝５８３Ｖ電圧調整リアクトル残留電
圧 ＶＯ＝２６Ｖ単位電解槽の分解電圧 Ｌ＝１．７Ｖ
単位設定電圧 ＶＮ＝４．２０Ｖ 定格電流時電圧降下分 ＣＨ＝４０Ｖ 電圧調整リアクトル調整分電圧 ＣＲ ＝３５Ｖ 定格直流電圧 ＶＤ（１Ｃ：ＶＤＣＯ−ＶＯ−ＶＣＨ＝
５１７Ｖ定格電流 ＡｋＴ＝１２０ＫＡ 設定電流 ＡＯ＝９０ＫＡ 陽極効果同時発生の最大値 Ｋ＝７ 次に上記条件のもとでｙイ比を算出したところ、次の通
りであつた。

すなわち、（１）式と（２）式とから実際の操業状態で
は（３）式が成立する。この（３）式に上記の条件を代
入して、Ｖ，Ｉをもとめると、Ｖ二５４３Ｖと、に４１
．３ＫＡとであつて、比（ｙイ）は、（４成の通りであ
る。

従つて、基準値を１３．１として、この値若しくはそれ
以上に達したときに極切れと判断して直流電源をしや断
する信号を発するようにしている。また、上記のところ
で陽極効果は任意に発生するものとし、この同時発生の
確率を求めると、第１表の通りであり、同表から明らか
な通り、１１７槽稼動系列では、陽極効果が７槽以上同
時に発生する確率は３．７３×１０−６以下でほとんど
無視できるため、Ｋの値は定常条件では７とした。第１
表 １１７槽稼動系列の陽極効果の同時発生 確率 また、１１７槽の電解槽を稼動してΣイの値を求め、こ
のｙイの値が７以上のものについて、発生回数を求めて
、これをヒストグラムに描いたところ、第６図の通りで
あつた。

これはコンピユータ一によつて１０秒周期で（′Ｖ／Ｉ
）の値をプリンターで打ち出させて約２０日間にわたつ
て行つたものである。この結果、へ４）の値が８．５以
上になつた回数は０であつた。以上詳しく説明した通り
、本発明法においては、一連の電解槽における全電圧と
電流との比を検出し、これを予め定めた基準値と比較し
て極切れ事故を防止するものである。

従つて、本発明法によると、極切れ事故が連続的に監視
でき、その保護が出来る。

また、通常操業における陽極効果の重なりで誤動作する
ことがない。また、アルミニウムの電解製錬では、本発
明法を実施するための全電圧、電流の測定回路は勿論の
こと、プロセスコンピユータ一も設けられることが多い
ため、本発明法では、これらの装置をそのまま、極切れ
事故検出に利用出来る。

また、本発明法は、電解槽系列の槽数が変化した場合で
も、基準値のｙイの値を変化させるだけで極めて容易に
対応出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する装置の一例の回路図、第２
図ならびに第３図はそれぞれアルミニウムの電解槽系列
と整流設備との電圧（一電流（１）の特性を併せて示し
たグラフ、第４図はアルミニウムの電解槽系列と整流設
備との電圧（一電流（１）の特性を併せて示したグラフ
、第５図は本発明法においてプロセスコンピユータを用
いた場合のフローシート、第６図は本発明法を実施した
場合の電圧（と電流（）の比（Ｖ／Ｉ）とその発生回数
との関係を示すグラフである。 符号、１・・・・・・電解槽、２・・・・・・整流設備
、３，６，８・・・・・ルや断器、４，５，６・・・・
・・断路器、７・・・・・・変圧器、１０・・・・・・
電圧検出手段、１１，１４・・・・・・変換手段、１２
・・・・・・訂算比較手段、１３・・・・・・電流検出
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一連の電解槽系列においてアルミナを含む溶融塩を
   直流電解して、アルミニウム分を陰極側に析出させる際
   に、これら電解槽の全電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）の比（Ｖ
   ／Ｉ）を連続的に若しくは所要に応じて測定し、その測
   定値が基準値若しくはそれ以上に達したときに、前記直
   流電源をしや断若しくは警報を発生させて極切れ事故を
   防止することを特徴とするアルミニウムの電解製錬時の
   極切れ事故防止法。