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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes aus einem Silo zu einem Reaktionsgefäss, insbesondere Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Krustendurchbruch einer Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle, mit einem Führungsrohr, einem in dessen Längsrichtung mittels Pneumatikantriebs verschiebbaren Verschlussystem, mindestens einer Eintrittsöffnung und einer nach unten gerichteten Austragsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass - das aus Aussen- (56) und Innenrohr (58) bestehende Führungsrohr (44) vertikal angeordnet ist, - die Eintrittsöffnung/en (46) und wenigstens der darunter liegende Teil des Führungsrohres (44) im Silo (28) angeordnet und von Schüttgut umgeben sind, und - das Verschlussystem aus einem an einer oberen Kolbenstange (62) befestigten,
in Axialrichtung des Führungsrohres (44) länger als die Eintrittsöffnung/en (46) ausgebildeten Verschlusskolben (40) - mit sich über dessen gesamten Umfang und mindestens einen Teil von dessen Länge (L) erstreckender Bürste - und einem über eine untere Kolbenstange (68) mit dem Verschlusskolben (40) verbundenen Verschlussorgan (42) für die Austragsöffnung besteht, wobei sich die untere Stirnseite (70) des Verschlusskolbens (40) bei geschlossenem Verschlussorgan (42) im oberen Bereich bzw. oberhalb der Eintnttsöffnunglen (46) befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsrohr (44) und Verschlussystem (40,42) rund ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ganze Führungsrohr (44) im Silo (28) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen (46) in der unteren Hälfte des Führungrohres (44), vorzugsweise jedoch oberhalb von dessen unterem Sechstel, angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bürste über den gesamten Mantel des Verschlusskolbens (40) erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bürste in Form von Ringen über den den Stirnseiten benachbarten Mantelbereich des Verschlusskolbens (40), vorzugsweise 2-3 cm breit, erstreckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten der Bürste 3-10 nun lang überstehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise 0,15-0,25 mm dicken Borsten aus Stahl oder Buntmetall bestehen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (44) unten vollständig offen ist, und so die Austragsöffnung dem Querschnitt des Innenrohres (58) entspricht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschluss organ (42) kegelförmig ausgebildet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes aus einem Silo zu einem Reaktionsgefäss, insbesondere Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Krustendurchbruch einer Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle, mit einem Führung rohr, einem in dessen Längsrichtung mittels Pneumatikantriebs verschiebbaren Verschlussystem, mindestens einer Ein trittsöffnung und einer nach unten gerichteten Austrags öffnung.
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 den 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 bis 970 C statt.
Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Erhöhung der Spannung von beispielsweise 4 bis 5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuer Tonerde angehoben werden.
Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt 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 automatischen 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 Zellenlängsachse. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für Tonerde angeordnet.
Entsprechendes gilt für die von der Inhaberin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung von Elektrolysezellen (DE-OS 27 31 908).
Die bekannten, auf den Elektrolysezellen angeordneten Vorratsbunker bzw. Tonerdesilos sind in Form von Trichtern oder Behältern mit einem trichterförmigen Unterteil ausgebildet. Der Inhalt der auf der Zelle angeordneten Silos deckt im allgemeinen einen ein- bis zweifachen Tagesbedarf. Die Tonerdezufuhr vom Silo zu einem Loch in der den schmelzflüssigen Elektrolyten überdeckenden Kruste erfolgt bei diesen bekannten Vorrichtungen mittels einer Dosier- und Schubförderschnecke, einer Dosierschnecke und Druckluft, einer Dosierschnecke und einem Kolbenverdichter, einer Hub- und/ oder Drehschleusenvorrichtung oder nach dem Zuckerstreuerprinzip. Bekannt ist auch die Tonerdezufuhr mittels Schwerkraftförderer und Fluidisierungsrinne.
In der DE-OS 29 14 238 wird eine Vorrichtungvorgeschlagen, die im wesentlichen aus vier Bauelementen, einem Tonerdesilo, einem ein Kolbensystem beinhaltendes Führungsrohr, einem Antrieb und einem die Tonerde auffangenden und dem Krustendurchbruch zuführenden Abflussrohr,
aufgebaut ist. Obwohl diese Ausführungsform gegenüber den vorhergehenden Vorrichtungen zahlreiche Nachteile beseitigt, funktioniert sie wegen der sich im Zwischenraum zwischen Führungsrohr und Kolben verdichtenden Tonerde nicht optimal. Eine verbesserte Ausführungsform umfasst ein aus Aussen- und Innenrohr bestehendes Führungsrohr, das im Bereich der von der Einfüllöffnung abgewandten Stirnfläche des Verschlusskolbens in Einfüllstellung mindestens eine Räumeröffnung aufweist, durch welche zwischen Verschlusskolben und Innenrohr eindringendes Schüttgut entweichen kann. Diese Räumeröffnungen können durch mindestens einen Steg getrennt sein. Ein Rückflussrohr kann das durch die Räumeröffnungen austretende Schüttgut zum Abflussrohr zurückführen.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine wirtschaftlich und störungsfrei arbeitende Dosiervorrichtung für feinkörniges, rieselfähiges Schüttgut zu schaffen, welche leicht montierbar ist und einen geringen Platzbedarf beansprucht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass - das aus Aussen- und Innenrohr bestehende Führungsrohr vertikal angeordnet ist, - die Eintrittsöffnung(en und wenigstens der darunterliegende Teil des Führungsrohres im Silo angeordnet und von Schüttgut umgeben sind, und - das Verschlussystem aus einem an einer oberen Kolbenstange befestigten, in Axialrichtung des Führungsrohres länger als die Eintrittsöffnung/en ausgebildeten Verschlusskolben - mit sich über dessen gesamten Umfang und mindestens einen Teil von dessen Länge erstreckender Bürste - und einem über eine untere Kolbenstange mit dem Verschlusskolben verbundenen Verschlussorgan für die Austragsöffnung besteht, wobei sich die untere Stirnseite des Verschlusskolbens bei geschlossenem Verschlussorgan im oberen Bereich bzw.
oberhalb der Eintrittsöffnunglen befindet.
Das Führungsrohr sowie die darin hin- und herschiebbaren beweglichen Organe sind zweckmässig kreisrund ausgestaltet. Das Führungsrohr sitzt zuunterst am Silo für das Schüttgut auf.
Der Abstand der Eintrittsöffnung/en von der Austrags öffnung bestimmt das Volumen einer Charge. Sind die Eintrittsöffnungen in bezug auf die Austragsöffnung verhältnismässig hoch angeordnet, so ist eine Charge gross, sind die Eintrittsöffnungen dagegen nahe der Austragsöffnung angeordnet, kann mit einer Charge nur wenig Schüttgut zugegeben werden. Die zweckmässig rund und gleich gross ausgestalteten Eintrittsöffnungen liegen -in bezug auf die gesamte Länge des Führungsrohres - in dessen unterer Hälfte, vor zugsweisejedoch oberhalb von dessen unterem Sechstel.
Der bei geschlossener Austragsöffnung im oberen Bereich der Eintritts öffnungen oder knapp darüber angeordnete Verschlusskolben verhindert, dass das feinkörnige, rieselfähige Schüttgut in den oberen Teil des Führungsrohres eindringt.
Diese Gefahr besteht in besonderem Masse, wenn das Führungsrohr - wie dies bevorzugt der Fall ist - vollständig im Silo angeordnet ist. Die sich über den gesamten Mantel des Verschlusskolbens oder sich in Form von zwei im Bereich der Stirnseiten angeordneten Ringen über einen Teil dieses Mantels ausdehnende Bürste liegt satt auf der Oberfläche des Innenrohres. Die kurzen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Borsten werden jedoch nicht nennenswert verbogen.
Wenn die Austragsöffnung durch Absenken des Verschlussorgans - und damit auch des Verschlusskolbens - ge öffnet wird, bleibt das Führungsrohr gegen oben geschlossen.
Hat sich die untere Stirnseite des Verschlusskolbens bis knapp unter die Eintrittsöffnung/en abgesenkt, so dichtet der Verschlusskolben alle Eintrittsöffnungen ab, weil dessen Länge in Axialrichtung grösser ist als die grösste Dimension einer Eintrittsöffnung in derselben Richtung. Damit wird gewährleistet, dass das Schüttgut durch die Austragsöffnung abfliessen kann, ohne dass neues Schüttgut durch die Eintrittsöffnungen eindringt.
Die Austragsöffnung ist vorteilhaft derart gestaltet, dass das Führungsrohr nach unten vollständig offen ist. Das Verschlussorgan kann kegelförmig ausgebildet sein und das Führungsrohr durch Hochziehen des Verschlussystems dicht verschlossen werden.
Unterhalb der Austragsöffnung ist zweckmässig ein Abflussrohr oder ein das Schüttgut in mindestens zwei Richtungen abführender Verteiler ausgebildet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Die schematischen, teilweise aufgeschnittenen Ansichten zeigen: - Fig. 1 eine Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium, in Zellenquerrichtung - Fig. 2 eine Dosiervorrichtung mit Bürsten- und Kegelverschluss, wie in Fig. 1 verwendet, mit um 90 gedreht gezeichnetem Silo.
Der kathodische Teil einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium - wie sie in Fig. 1 gezeigt wird - besteht im wesentlichen aus einer Stahlwanne 10, einer Isolationsschicht 12 und einer Kohleauskleidung 14. In der trogförmig ausgebildeten Kohleauskleidung 14 liegt das nicht gezeichnete Elektrolysebad, bestehend aus einer Schicht des abgeschiedenen, schmelzflüssigen Metalls und dem darüberliegenden Elektrolyten.
In den Schmelzflusselektrolyten tauchen von oben Kohleanoden 16 ein, welche an Anodenstangen 18 aufgehängt sind, die ihrerseits von Anodenträgern bzw. der Traverse 20 getragen werden. Die Badoberfläche zwischen Anoden 16 und Kohleauskleidung 14 wird von einer harten Kruste aus erstarrtem Elektrolytmaterial überdeckt. Zur Einbringung neuer Tonerde muss die Kruste periodisch eingeschlagen werden. Dies erfolgt durch eine Einschlagvorrichtung bestehend aus einem Pneumatikzylinder 22, einer Meisselführung 24 und einem Brechmeissel 26.
Der Tonerdesilo 28 und der Zylinderträger 32 sind am Siloträger 30 befestigt. Am Zylinderträger 32 sind die Einschlagvorrichtungen angeflanscht.
Die den ganzen Zellenaufbau tragenden Träger 34 liegen stirnseitig auf nicht gezeigten Ofenstützen.
Der mit einem Tonerdebeschickungsrohr 36 versehene Silo 28 enthält die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung, bestehend aus einem Pneumatikzylinder 38, welcher den Hub H von Verschlusskolben 40 und Verschlussorgan 42 für die Austragsöffnung bewerkstelligt, und einem unten offenen Führungsrohr 44 mit Eintritts öffnungen 46. Diese Dosiervorrichtung wird in Fig. 2 im Detail dargestellt. Bei geöffnetem Verschlussystem fliesst die Tonerde über einen Verteiler 48 in mittels der Einschlagvorrichtung hergestellten Durchbrüchen in der das Elektrolysebad überdeckenden Kruste.
Der unterste Teil des Führungsrohres 44 mit der Austragsöffnung und die Meisselführungen 24 durchgreifen einen aus Stahlblechen zusammengeschweissten Kasten 50, in welchem auch die Verteiler 48 angeordnet sind. Dieser in Querrichtung der Elektrolysezelle angeordnete, längliche Kasten 50 hat an seiner Unterseite einen Kragen 52, welcher im Krustenmaterial verankert ist.
Der Kasten 50 dient zur Zellenkapselung; durch nicht dargestellte Absaugrohre werden beim Elektrolyseprozess entweichende Gase und Festkörperpartikel abgezogen.
Durch seitlich angeordnete Eintrittsöffnungen 54 wird Luft aus der Halle in den Kasten 50 eingesogen und über die Rohgasabsaugung zur Reinigung abgeführt.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung im Detail. Das aus Aussen- 56 und Innenrohr 58 bestehende Führungsrohr 44 ist vollständig im Tonerde silo 28 angeord net. Das Aluminiumoxid wird durch das Tonerdebeschikkungsrohr 36 in diesen Silo geführt.
Das im Führungsrohr 44 angeordnete Verschlussystem besteht aus einem Verschlusskolben 40, und einem kegelförmig ausgebildeten Verschlussorgan 42. Das Verschlussystem wird durch einen mit Pressluftleitungen 60 versehenen Pneumatikzylinder 38 gehoben bzw. gesenkt. Die mit dem Verschlusskolben 40 verbundene obere Kolbenstange 62 ist über die obere Gabelbefestigung 64 mit dem Pneumatikzylinder 38 verbunden. Der das unten offene Führungsrohr 44 dicht verschliessende Kegelverschluss 42 ist über die untere Gabelbefestigung 66 und die untere Kolbenstange 68 mit dem Verschlusskolben 40 verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Mantelfläche des Verschlusskolbens 40 mit einer Stahlbürste versehen, die auf der Innenwandung des Innenrohres 58 aufliegt. Nach nicht gezeichneten Ausführungsformen kann jedoch auch nur der obere und untere, an die Stirnseiten des Verschlusskolbens 40 angrenzende Randbereich der Mantelfläche mit einer solchen Bürste versehen sein.
Bei Führungsrohren für Aluminiumelektrolysezellen hat das Innenrohr zweckmässig einen Durchmesser von 8-15 cm, der Verschlusskolben 40 eine Länge L der Grössenordnung 10 cm und die runden Eintrittsöffnungen haben einen Durchmesser D, der kleiner ist als L.
Ist die Mantelfläche des Verschlusskolbens 40 nur im Bereich der Stirnseiten mit einer ringförmigen Bürste versehen, so ist diese zweckmässig 2-3 cm breit. Vorzugsweise 3-10 mm lang überstehende Stahl- oder Buntmetallborsten erfüllen den Zweck wenn sie einen Drahtdurchmesser der Grössenord nung 0,150,25 mm haben.
Fig. 2 zeigt eine geschlossene Dosiervorrichtung, der Pneumatikzylinder 38 hat den Kegelverschluss 42 satt an den unteren Rand des Innenrohres 58 gezogen. Die untere Stirnseite 70 des mit einer Bürste versehenen Verschlusskolbens 40 liegt knapp oberhalb der Eintrittsöffnungen 46. Die Tonerde kann aus dem Silo 28 durch die Eintrittsöffnungen 46 in den Dosierraum 72 fliessen, bis dieser vollständig gefüllt ist. Die Bürste des Verschlusskolbens 40 verhindert, dass Tonerde in den oberen Teil des Führungsrohres eindringen kann.
Bei der Tonerdechargierung der Elektrolysezelle senkt der Pneumatikzylinder 38 das Verschlussystem um H ab. Der Kegelverschluss 42 gibt die Austragsöffnung des Führungsrohres 44 frei, und die Tonerde kann über den Verteiler 48 zu den Krustendurchbrüchen fliessen. Der Verschlusskolben 40 ist ebenfalls um H abgesenkt worden. Weil seine Länge L grösser ist als der Durchmesser D der runden Eintrittsöffnungen 46 kann keine Tonerde mehr in den Dosierraum 72 eintreten, falls H ebenfalls grösser als D ist: Die Bürste des Verschlusskolbens 40 überdeckt alle Eintrittsöffnungen 46 vollständig.
Würde das Verschlussystem um weniger als H abgesenkt, z.B. um 1/2 H, so könnte die Tonerde kontinuierlich vom Silo 28 zum Verteiler 48 fliessen. Gegen oben bleibtjedoch das Führungsrohr 44 immer geschlossen.