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PATENTANSPRÜCHE
1. Traverse für Schmelzflusselektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium, insbesondere Zellen mit punktförmiger Tonerdezugabe, dadurch gekennzeichnet, dass die Traverse (10) aus mindestens einem, aus massiven Metallblechen zusammengeschweissten, gasdicht verschliessbaren Hohl körper ( 12) in Zellenlängsrichtung besteht, welcher nach unten wenigstens eine Öffnung für Rohgasansaugstutzen (20, 21,22) und nach oben einen zur Rohgashauptleitung führenden Traversenabsaugstutzen (25) aufweist, und dass die Auflagefüsse ( 18) der Traverse gegen Ofenstützen (26) isoliert sind.
2. Hohltraverse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Stahlblechen, welche vorzugsweise 4-8 mm dick sind, besteht.
3. Hohltraverse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbleche zu im Querschnitt quadratischen oder rechteckigen Formen zusammengeschweisst sind.
4. Hohltraverse nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei stirnseitig abgestützte Hohlkörper (12) mit mindestens einem hohlen Verbindungssteg (16) und einen gemeinsamen Traversenabsaugstutzen (25) aufweist.
5. Hohltraverse nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Stirnseite zum Auflagebereich der Bedienungs-Einheit führende Stahlrohre (24) eingezogen sind.
6. Hohltraverse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Traverse (10) ein Führungsgestell oder Führungsstützen (54) als Auflage für die Stahlrohre (24) dienen.
7. Hohltraverse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass auf deren äusseren Längsseiten mehrere in Querrichtung horizontal ausziehbare Schienen zum Aufhängen der Kohleanoden verankert sind.
8. Hohltraverse nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Deckblechen und Auflageflächen in Form von Stützprofilen für die Seitenabschirmungen der Zellenkapselung (46) versehen ist.
9. Hohltraverse nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Öffnung für die Rohgasansaugung als sich in Traversenlängsrichtung erstrekkender Schlitz ausgebildet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Traverse für Schmelzflusselektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium, insbesondere mit punktförmiger Tonerdezugabe.
Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht.
Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An diesen Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet.
Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-970"C statt.
Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4-4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.
Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffelet auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.
Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stösst auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolysezellen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Zellen erfolgt.
In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem Point-Feeder -Prinzip oder nicht kontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonerde angeordnet. Entsprechendes gilt für die in der DE-OS 27 31 908 vorgeschlagene Querbediennung der Elektrolyseöfen.
Zahlreiche bekannte Systeme mit punktförmiger Tonerde zugabe, z.B. DE-PS 2 135485 und US-PS 3371 026, bzw. ihre Elemente sind starr am Zellenaulbau montiert. Dies hat den Nachteil, dass Reparaturen an der Vorrichtung und das Auswechseln von Teilen oft kompliziert und zeitraubend sind.
Ausserdem kann die Tonerde nicht immer an der optimalen Stelle in den schmelzflüssigen Elektrolyten eingespeist werden.
In der DE-OS 29 43 296 beschreibt die Anmelderin eine auf einem Träger in Längs- und/oder Querrichtung verschiebbare, mit einem Kran in vertikaler Richtung entfernbare Vorrichtung zur punktförmigen Bedienung von Aluminiumschmelzflusselektrolysezellen. Diese Vorrichtung, sog.
Point-Feeder -Einheiten, sind aus einer Beschickungs- und einer am Vorratsbunker lösbar befestigten Einschlagvorrichtung aufgebaut.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Träger für eine Vorrichtung für insbesondere punktförmige Zellenbedienung zu schaffen, der neben einer sicheren, in Längsrichtung verschiebbaren Halterung der Vorrichtung weitere zum Betrieb der Zelle notwendige Funktionen erfüllen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Traverse aus mindestens einem, aus massiven Metallblechen zusammengeschweissten, gasdicht verschliessbaren Hohlkörper in Zellenlängsrichtung besteht, welcher nach unten wenigstens eine Öffnung für Rohgasansaugstutzen und nach oben einen zur Rohgashauptleitung führenden Traversenabsaugstutzen aufweist, und dass die Auflagefüsse der Traverse gegen die Ofenstützen isoliert sind.
Der Hohlkörper, welcher im folgenden auch Hohltraverse bzw. Traverse genannt wird, besteht vorzugsweise aus 4-8 mm starken Stahlblechen. Die Traverse ist gegen die Ofenstützen isoliert und hat Anodenpotential.
Der Querschnitt der Hohltraverse kann jede beliebige, vernünftige geometrische Form annehmen; aus fabrikationstechnischen und statischen Gründen wird jedoch ein rechtek kiger oder quadratischer Querschnitt bevorzugt.
Im einfachsten Fall ist die Hohltraverse quaderförmig aus
gebildet, wobei unterhalb der Stirnseiten ein isolierend auf die Ofenstützen aufliegendes Trägerprofil ausgebildet ist.
Diese als Auflage für die Vorrichtungen zur punktförmigen Tonerdezugabe dienende Hohltraverse weist zweckmässig nach Mass ausgeformte Durchführungen für Brecher und Tonerdespeisung auf. Die Tonerdesilos sind lösbar mit der Hohltraverse verbunden.
Nach einer vorteilhaften Weiterausbildung weist die Hohltraverse in Längsrichtung eine schlitzförmig ausgebildete Durchführung auf; die Point-Feeder -Einheiten können also bei Bedarf in Längsrichtung der Hohltraverse frei verschoben werden. Der nicht zu vernachlässigende Vorteil dieser Flexibilität von Einschlag- und Tonerdespeisevorrichtung besteht darin, dass jederzeit am optimalen Ort der Elektrolysezelle Tonerde zugeführt werden kann.
Wenn die Durchführungsöffnung in der Hohltraverse breit genug konzipiert ist, kann der Tonerdesilo so ausgebildet sein, dass er im unteren Bereich in die Traverseöffnung hinein oder durch sie hindurch ragt.
Weiter kann die Hohltraverse aus zwei separaten, stirnseitig abgestützten Quadern gebildet sein, die parallel in Zellenlängsrichtung verlaufen und einen den konstruktiven Abmessungen der Point-Feeder -Einheit angepassten Abstand voneinander haben. Zweckmässig sind die beiden parallel verlaufenden Quader durch mindestens einen hohlen Verbindungssteg miteinander verbunden, so dass nur ein gemeinsamer Traversenabsaugstutzen notwendig ist.
In der Hohltraverse werden von einer Stirnseite zum Auflagebereich der Bedienungs-Einheit führende Stahlrohre eingesetzt. In diese Stahlrohre können Leitungen zur Steuerung und Betätigung der Pointe-Feeder -Einheiten, zum Beispiel Pneumatikleitungen für Einschlagvorrichtung und Dosiergerät, problemlos eingezogen werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Leitungen geschützt sind und leicht ausgewechselt werden können.
Für die im Innern der Hohltraverse angeordneten Stahlrohre sind zweckmässig Führungsstützen oder ein Führungsgestell vorgesehen.
Förderleitungen für Tonerde und Flussmittel können ebenso in der Hohltraverse angeordnet sein, wo sie geschützt sind und keinen unnötigen Raum beanspruchen.
Die aus massiven Metallblechen zusammengeschweisste Hohltraverse weist genügend mechanische Festigkeit auf, um neben den Point-Feeder -Einheiten noch als Hilfstraverse eingesetzt werden zu können. Dabei werden die Anodenstangen vorteilhaft nicht direkt am Hohlkörper befestigt, sondern mittelbar an Konsolen, welche ihrerseits an den äusseren Längsseiten der Hohltraverse verankert sind. Die Anodenstangen werden an einer in Querrichtung horizontal ausziehbaren Schiene befestigt.
Der erfindungsgemässe Hohlkörper kann sowohl als feste Hilfstraverse, bei welcher die Anodenstangen fixiert und die Haupttraverse gehoben wird, als auch als mobile Hilfstraverse, bei welcher die Anodenstangen an der Hilfstraverse befestigt und diese gehoben wird, ausgebildet sein.
Die Öffnung für den Gaseinlass kann als sich über einen grösseren Teil der Traversenlängsrichtung erstreckender Schlitz ausgebildet sein. Bevorzugt werden jedoch ein oder mehrere Rohgasansaugstutzen ausgebildet, zweckmässig auf einem Verbindungssteg. Bei der Ausbildung eines einzigen Stutzens ist dieser zweckmässig in der Mitte der Hohltraverse angeordnet und weist einen verhältnismässig grossen Durchmesser auf.
Mittels geeignet ausgebildeter Aufhängeorgane können an der Hohltraverse Deckblech und Auflageflächen in Form von Stützprofilen für die Seitenabschirmungen der Zellenkapselung befestigt werden.
Mit der erfindungsgemässen Hohltraverse können also, je nach Ausgestaltung von Weiterausbildungen, neben der Trägerfunktion für die Bedienungs-Einheiten folgende weitere Anforderungen erfüllt werden: - Rohgasabsaugung - Einführung und Auswechseln von Druckleitungen - Schutz für Tonerde- und Flussmittelförderleitungen - Hilfstraverse beim Heben des Anodentisches - Aufhängung der Zellenkapselung.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Hohltraverse
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des oberen Teils einer Zelle in Längsrichtung mit aufgesetzter Hohltraverse
Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht von Fig.2
Fig. 4-6 drei vertikale Querschnitte durch Fig. 1 an den Stellen der Rohgasansaugstutzen.
Die in Fig. 1 dargestellte Hohltraverse 10 besteht aus zwei parallel verlaufenden, im Querschnitt rechteckigen Hohlkörpern 12 mit gespreizten Traversentragenden 14. Die beiden Hohlkörper 12 sind mittels dreier hohler Verbindungsstege 16 miteinander verbunden, wobei der Abstand der beiden Hohlkörper 12 den Dimensionen des einzuführenden Bedienungselementes, bestehend aus Tonerdesilo und Einschlagvorrichtung, angepasst ist. Die gespreizten Traversentragenden 14 sind mit je einem Auflagefuss 18 versehen, welche auf der Unterseite mit einer Isolation versehen - auf den Ofenstützen aufliegen.
Die in die hohlen Verbindungsstege 16 einmündenden Rohgasansaugstutzen sind derart konzipiert, dass die beiden äusseren Stutzen 20 und 21 je einen Viertel, der mittlere Stutzen 22 dagegen die Hälfte des anzusaugenden Rohgases aufnimmt. Der mittlere Rohgasansaugstutzen hat eine doppelt so grosse Eintrittsöffnung wie die beiden äusseren Stutzen. Der nicht sichtbare Traversenabsaugstutzen befindet sich rechts, in der Nähe des Rohgasansaugstutzens 20.
Ausgehend von einem zum Traversenende führenden Verbindungsstück des Hohlkörpers sind Stahlrohre 24 in die Hohltraverse eingeführt. Diese Rohre enden an einem vorausbestimmten Ort, im Bereich einer Bedienungseinheit treten sie wieder aus der Traverse aus. Derart können auswechselbare Pneumatikleitungen, elektrische Kabel und dgl.
in ein am gewünschten Ort endendes Stahlrohr 24 gestossen werden. Beschädigte Leitungen können derart jederzeit problemlos ausgewechselt werden.
In Fig. 2 wird eine Hohltraverse 10 dargestellt, die mit den Auflagefüssen 18 auf einer Ofenstütze 26 aufliegt. Dazwischen ist eine nicht dargestellte Isolationsschicht angeordnet.
Auf der Hohltraverse 10 ist eine Bedienungseinheit aufgesetzt, die im wesentlichen aus Tonerdesilo 28 und Einschlagvorrichtung 30, gebildet aus pneumatischem Druckzylinder 32 und Brechmeisel 34, besteht.
Der konische Teil des Tonerdesilos 28 wird mit einer Dosiervorrichtung 36 verschlossen. Bei der Chargierung der Zelle wird diese Dosiervorrichtung betätigt, die Tonerde fliesst portionenweise über das Abflussrohr 38 in das vom Meissel 34 aus der Elektrolytkruste herausgeschlagene Loch.
Die Tonerdezufuhr zum Silo 28 und die Betätigung von Brechmeissel 34 und Chargiervorrichtung 36 erfolgen vorzugsweise über eine den Elektrolyseprozess steuernde EDV Anlage. Die Kohleanoden 40 sind über Anodenstangen 42 an der Traverse 44 befestigt, welche ihrerseits in den Ofenstützen 26 gelagert ist. Die Stromzufuhr zu der Haupttraverse 44 erfolgt über Steigleitungen 45, welche über Stromschienen mit den Kathodenbarren der nicht gezeichneten vorhergehenden Zelle verbunden sind.
Die beiden gezeigten Rohgasansaugstutzen 20 und 21 haben den gleichen Durchmesser; sie münden in den zum Traversenabsaugstutzen 25 führenden Rohgaskanal 27. Bei jedem Rohgasansaugstutzen wird dieser Rohgaskanal 27, welcher durch ein Einlageblech vom übrigen Innenraum der Hohltraverse abgetrennt ist, im Querschnitt entsprechend vergrössert. Am Traversenabsaugstutzen 25 schliesst die nicht gezeichnete Rohgashauptleitung an.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, wie die Hohltraverse 10 mit ihren Auflagefüssen 18 auf den Ofenstützen 26 aufliegt. Die gespreizten Traversentragenden 14 enthalten die in den Hohlkörper 12 führenden Stahlrohre, welche ihrerseits die auswechselbaren Pneumatikleitungen ummanteln, sowie Förderrohre für Tonerde und Flussmittel.
Der untere Teil des Silos 28 ist in den in Zellenlängsrichtung verlaufenden Zwischenraum zwischen den Hohlkörpern 12 der Hohltraverse 10 eingepasst. Dadurch kann die Arbeitsposition der Bedienungseinheit 28,30 zwischen den Verbindungsstegen frei gewählt werden.
Im vorliegenden Fall ist die Zellenkapselung 46 an der Traverse 44 befestigt. Sie kann jedoch auch an entsprechend ausgebildeten Stützprofilen der Hohltraverse 10 angebracht sein.
Die in den Fig. 4-6 dargestellten Vertikalschnitte durch die Hohltraverse 10 an den Stellen der Rohgasansaugstutzen 20, 21 und 22 verdeutlichen die in Fig. 2 angedeutete Zunahme der lichten Weite des Rohgaskanals bei jedem Ansaugstutzen.
In Fig. 4, d.h. dem Schnitt durch den Rohgasansaugstutzen 21, links in Fig. 1 mündet erst das Abgas von einem Stutzen in den Rohgaskanal 27. Dieser ist deshalb noch verhältnismässig eng. In Fig. 6 dagegen mündet der dritte Rohgasansaugstutzen 20 in den Kanal 27; dieser Kanal hat daher den grössten Querschnitt und führt in dieser Dimension zu dem im Schnitt nicht sichtbaren Traversenabsaugstutzen (25 in Fig. 2).
Die in Fig. 1 gezeigten Stahlrohre für die auswechselbaren Pneumatikleitungen führen von links nach rechts. In Fig. 4 ist deshalb noch die grösste Anzahl von Stahlrohren 24 vorhanden, in Fig. 6 hat sie stark abgenommen. Die Stahlrohre 24 liegen auf Führungsstützen 54.
Im Hohlkörper 12 der Hohltraverse, welcher die Stahlrohre nicht enthält, sind die Förderrohre 48 für Tonerde und 50 für Flussmittel angeordnet. Während in den Fig. 4 und 6 Verzweigungsrohre 52 zu den Silos 28 führen, sind in Fig. 5, dem Schnitt in Traversenmitte, wo sich keine Bedienungs Einheit befindet, keine solchen Verzweigungsrohre angeordnet.