DE1608232B2 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines ofens fuer die schmelzelektrolytische gewinnung von aluminium - Google Patents

Description

Bei der Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Tonerde in Kryolith tritt bei Verarmung des Bades an Tonerde der sogenannte Anodeneffekt auf. Er ist daran zu erkennen, daß die Spannung der Elektrolysezelle plötzlich sehr stark ansteigt (von der Nor-

malspannung von etwa 4 V auf etwa 30 V). Dieser Spannungsanstieg wird nach bisherigen Auslegungsversuchen unter anderem dadurch verursacht, daß sich durch die Verringerung der Tonerdekonzentration Gasblasen unter der Anode bilden, dort haftenbleiben und die Benetzung der Anode mit Fluß verringern, oder auch, daß in der Zone der Anodenoberfläche eine in ihrer chemischen Zusammensetzung veränderte sperrende Schicht entsteht. Dadurch hört die direkte Verbindung zwischen der Anodenkohle und dem Flußmittel auf, und es kommt nach Erreichen einer kritischen Spannung zu elektrischen Verbindungen über zahlreiche Entladungsstrecken, die durch die erwähnte Gasschicht oder Sperrschicht führen.

Der Anodeneffekt wird dadurch beseitigt, daß die Elektrolysezelle wieder mit Tonerde versorgt und die Gashaut bzw. Sperrschicht unter der Anode unter Anwenden von Badbewegungen beseitigt wird, welche durch mechanische oder pneumatische Mittel bewirkt werden. Das Löschen des Anodeneffektes setzt sich also normalerweise aus zwei nacheinander ausgeführten Arbeitsgängen zusammen, die teilweise manuell durchgeführt werden:

1. Brechen der Kruste und Einbringen von Tonerde in das Bad der Elektrolysezelle. Dieser Arbeitsgang ist bekanntlich meistens mechanisiert.

2. Beseitigen der Gashaut unter der Anode durch vorübergehendes Einführen von Holzstangen, die im Kryolithbad Gase und Turbulenzen entwikkeln, oder durch Einleitung von Preßluft unter die Anode mittels eines Rohres. Sowohl die Holzstangen wie auch das Gaseinleitrohr müssen von Hand angefaßt und in der Schmelze hin- und herbewegt werden; jedes dieser Werkzeuge kann daher erst in die Schmelze gelangen, nachdem die Kruste aufgebrochen worden ist.

Bei dieser in der Praxis angewandten Art der Löschung bleibt der Anodeneffekt etwa 3 bis 10 min bestehen, da nach der optischen oder akustischen Anzeige ein Arbeiter erst einen Krustenbrecher in Betrieb setzen, an den entsprechenden Ofen fahren muß (zum Teil können das in großen Hallen lange Strekken sein) und dann, wie beschrieben, die Kruste brechen. Erst danach kann der Anodeneffekt mittels Holzstäben oder Preßluft gelöscht werden.

Auch wenn zufällig zwei oder mehrere Zellen gleichzeitig einen Anodeneffekt zeigen, kann der Arbeiter mit seinem Krustenbrecher nur eine Zelle nach der anderen bearbeiten, so daß bei den zuletzt behandelten Zellen der Anodeneffekt noch langer dauert. Infolge der erhöhten Spannung wird beim Anodeneffekt eine beträchtliche Energie und wesentlich mehr Flußmittel und Anodenkohle als im Normalbetrieb verbraucht.

Es wurden daher bereits erhebliche Anstrengungen unternommen, die Dauer des Anodeneffektes kurz zu halten bzw. durch eine Voranzeige dem Anodeneffekt zuvorzukommen, indem man die Kruste der Elektrolysezelle bereits vorher einschlägt. Durch die Voranzeige (z. B. mittels eines kostspieligen Computers möglich) und Unterdrückung des Anodeneffektes kann der Energieverbrauch verringert werden, jedoch ist die Arbeitsweise und der Zeitaufwand dabei gleichgeblieben und damit eine automatische Löschung des Anodeneffektes noch nicht möglich.

Andererseits ist es bekannt, daß das Krustenbrechen mit Tonerdeeinstoßen nicht nur nach einem Anodeneffekt durchgeführt wird, sondern daß es zweckmäßig ist, diesen Arbeitsvorgang auch ein- oder mehrmals zwischen zwei Anodeneffekten vorzunehmen, um den Ofen mit möglichst konstanter Spannung zu fahren. So wird die Kruste in Abständen von z. B. 2 bis 4 Stunden eingestoßen. Um täglich etwa einmal den Anodeneffekt herbeizuführen, wird durch geeignete Maßnahmen die Tonerdezugabe bei

ίο einzelnen Bedingnungen vermindert.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das mechanische Einbrechen der Kruste zu automatisieren, und zwar sowohl bei der nach einem Anodeneffekt als auch bei der zwischen zwei Anodeneffekten vorgenommenen Bedienung des Ofens, und die vor oder während des Anodeneffekts eintretende Spannungserhöhung als Auslösemittel für die Behebungsmaßnahmen zu benützen. So wurde auch vorgeschlagen, die Anoden in der Ofenlängsachse durch einen Zwi-

schenraum in zwei Halbgruppen zu teilen und in diesem Zwischenraum eine maschinenangetriebene, über die ganze Länge des Anodenbereichs reichende Krusteneinschlagvorrichtung anzuordnen. Für das Beheben eines Anodeneffekts blieb handdurchgeführtes Rühren mit einer Holzstange oder Preßlufteinleiten mittels eines Rohres gleichwohl notwendig, so daß die grundsätzliche Arbeitsweise und der erforderliche Zeitaufwand im wesentlichen gleichblieben. Da der genannte Zwischenraum relativ eng ist und außerdem an der Ofenstirnseite wegen der dort befindlichen Tragsäule für den Anodenbaum schwer zugänglich ist, hat man doch in der Praxis vorgezogen, nach einem Anodeneffekt die Kruste auch noch an mindestens einer der Ofenlängsseiten einzustoßen und von dort aus das Rühren des Elektrolyten vorzunehmen, was schließlich auch zeitaufwendig ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren, welches insbesondere erlaubt, den Anodeneffekt in einer bedeutend kürzeren Zeit als nach den bisherigen bekannten Methoden zu beheben oder gar teilweise oder ganz zu vermeiden und trotzdem den einer Wirkung des Anodeneffekts bisher zugeschriebenen günstigen Zustand des Badinhalts (Reinigungswirkung) zu erzielen, so daß die nachteiligen Folgen des Anodeneffekts nicht in Kauf genommen werden müssen. Dieses Verfahren läßt sich sowohl bei öfen mit vorgebrannten Anoden als auch bei öfen mit selbstbackenden Anoden anwenden.

Unter »Beheben des Anodeneffekts« im Sinne vorliegender Erfindung wird sowohl »das Löschen« des vollständig gewordenen Anodeneffekts unter Verschwinden der elektrischen Überspannung als auch das Verhindern und Vermeiden seines vollständigen Eintretens als auch das Verhindern bzw. Einschränken der nachteiligen Folgen in seiner Vorperiode (Zeit der beginnenden Spannungserhöhung) verstanden.

Beispielsweise beträgt bei Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung im Fall eines vollständigen Anodeneffektes der Al-Elektrolyse die Löschzeit bzw. die auftretende »Zünderzeit« nur noch 20 bis 30 see. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise wirkt sicher und quantitativ regelmäßig. Das Verfahren hat gegenüber bekannten Vorschlägen ähnlicher Zielsetzung unter anderem den Vorteil, daß sie nicht an bestimmte Ausgestaltungen oder Raumaufteilungen der Elektrolysezelle, wie es bei bisherigen automatisierenden und mechanisierenden Vor-

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schlagen der Fall ist, gebunden und allgemeiner An- leitungen kann auch durch Zusammensetzen von ent-

wendung fähig ist. sprechend vorgeformten Teilen des Blasmeißels ge-

Rechnet man bei der Al-Elektrolyse zwischen Nor- bildet werden. Dieser Meißel wird einzeln oder zu

malbetrieb (etwa 4VoIt) und Anodeneffekt (etwa mehreren durch sein oberes Ende an der Kolben-

30 Volt) mit einem Spannungsunterschied von etwa 5 stange eines Druckzylinders oder an irgendeinem an-

26 Volt und mit einer Verkürzung der Zünderzeit bei deren geeigneten Bewegungsmittel befestigt, das

Anwendung der Erfindung von 5 min auf 30 see, also seinerseits z. B. auf einem Krustenbrecherwagen oder

um 4Vt min, und mit einer durchschnittlichen Anzahl vorzugsweise am Ofen ortsfest montiert ist, z. B. am

von 1,5 Anodeneffekten pro Tag und Ofen, so ergibt Traggerüst des Anodensystems oder sonst an einem

sich eine Einsparung im Energieverbrauch von io auf dem Rand der Ofenwanne oder neben derselben

0,42 kWh/kg Al. Die tatsächliche Verringerung des aufgestellten Träger. Die in Längsrichtung des Meißels

Energieverbrauchs ist noch größer, da die Stromaus- verlaufende Gaszufuhrleitung hat zweckmäßigerweise

beute nicht wie in der Rechnung angenommen wäh- einen seitlichen Anschluß im oberen Teil des Meißels,

rend des Anodeneffekts gleichbleibt, sondern we- unterhalb der Befestigung an der Kolbenstange, und

sentlich geringer ist als im Normalbetrieb. Es ist daher 15 erstreckt sich bis in den Bereich der Meißelspitze, wo

mit einer Energieeinsparung von mindestens 0,5 kWh/ sie an die eigentliche Spitze ausmünden kann, vor-

kg Al zu rechnen. zugsweise aber etwas oberhalb der Spitze über seit-

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben lieh gerichtete Leitungsverzweigungen ausmündet,

eines Ofens für die schmelzelektrolytische Gewin- Der Meißel hat eine solche Länge und eine solche

nung von Aluminium, insbesondere zum Beheben des 20 Tiefenreichweite, daß die Gasauslaßöffnungen vor-

Anodeneffektes, ist dadurch gekennzeichnet, daß man zugsweise bis unter die Anoden eingetaucht werden

die Oberflächenkruste des Elektrolyten mit minde- können. Es kann mit der erfindungsgemäßen Vor-

stens einem maschinenangetriebenen Werkzeug richtung Gas unter einem solchen Druck in den Elek-

durchstößt und das gasförmige Mittel durch in dem trolyten eingeblasen werden, daß eine etwa 2 bis

Durchstoßwerkzeug befindliche Leitungen dem Elek- as 4 m² große, eventuell noch etwas größere Badfläche

trolyten zuführt. in Bewegung gesetzt wird. Für die heutigen Elektro-

AIs gasförmiges Mittel können verschiedene Arten lyseöfen mit einer Anodenfläche von etwa 10 bis

von Gasen bei der Durchführung des Verfahrens der 15 m² genügt es meistens, 2 bis 6 Werkzeuge pro

Erfindung angewandt werden. Es sind noch nicht alle Ofen anzubauen.

beim Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens 30 Beispielsweise können die Einstoßwerkzeuge an den in Betracht kommenden Gase und deren Wirkungs- Stirnseiten des Ofens angeordnet sein, und zwar z. B. unterschiede untersucht. Die im Einzelfall wirksamen zwei auf jeder Stirnseite. Diese Anordnung wird beGase auszuwählen ist unschwer durch variierende sonders bei öfen mit kontinuierlichen, selbstbacken-Versuche möglich. Zum Beispiel ergibt Preßluft bei den Elektroden oder bei öfen mit länglichen, in der der Aluminium-Elektrolyse gute Resultate. 35 Ofenbreite montierten, dicht aneinanderliegenden

Das gasförmige Mittel wird während mindestens vorgebrannten Anoden in Betracht kommen. In die-

5 Sekunden, vorzugsweise während mehr als 10 Se- sem Fall wird zweckmäßigerweise dafür gesorgt, daß

künden, unter einem Druck von mehr als 2 atü, vor- die Gasstrahlen so zueinander angeordnet sind, daß

zugsweise von mehr als 4 atü eingeblasen. sich ihre Einzelwirkungen addieren, d. h., daß sie

Inwieweit die günstige Wirkung der Anwendung 40 vom Ofenzentrum aus gesehen alle Teile des Bades in des erfindungsgemäßen Verfahrens der intensiven gleiche Drehbewegung versetzen,
durch die Gaszufuhr bewirkten Durchwirbelung und Mit Vorteil lassen sich die erfindungsgemäßen VerTurbulenz des Elektrolyten oder denjenigen Verände- fahren und Vorrichtungen bei den in der Einleitung rungen zuzuschreiben ist, die durch chemische Reak- erwähnten Elektrolyseöfen anwenden, deren Anoden tionen des eingeleiteten Gases oder durch physika- 45 durch einen in der Ofenlängsachse vorhandenen Zwiliche Vorgänge, wie Beseitigen der Gashaut durch schenraum in zwei Gruppen geteilt sind, indem die Mitführung (Erniedrigen des Partialdruckes der stö- Meißel mit Gasdurchlaßbohrungen beispielsweise an renden, die Spannungserhöhung bewirkenden Sub- einem an sich bekannten, über die ganze Länge des stanz), bewirkt werden oder ob noch andere Vor- Anodenbereichs reichenden, maschinell auf und ab ' gänge dabei beteiligt sind, ist auch für die bekannten 50 bewegbaren Balken befestigt werden. Gegenüber Verfahren zum Beheben des Anodeneffekts noch einer Anordnung der Werkzeuge zwischen Anoden ' nicht restlos abgeklärt. Tatsache ist die Sicherheit und Wannenrand hat die Anordnung der Werkzeuge und die quantitative Regelmäßigkeit (Spannungs- in der Längsachse des Ofens den Vorteil, daß Gas in abfall und Kürze des Zeitverbrauchs) des durch An- allen Richtungen ausgeblasen werden kann, was den wenden des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielten 55 Wirkungsbereich der einzehien Werkzeuge entspre-Effekts. chend erhöht, da keine Blasrichtungen durch Wände

Vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Vorrich- gesperrt sind,

rung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Nicht ausgeschlossen ist auch die ortsfeste Anord- ^r

fahrens, gekennzeichnet durch mindestens ein ma- nung der Meißel an den Ofenlängsseiten, doch wird ^r

schinenangetriebenes Werkzeug zum Durchstoßen der 60 vielfach für die Bedienung des Ofens, vor allem für ^r

Oberflächenkruste, welches Leitungen für die Zu- das Auswechseln von abgebrannten Anoden, ge- *

fuhr eines gasförmigen Mittels in den Elektrolyten wünscht, daß diese Ofenlängsseiten möglichst frei

enthält. seien.

Das erfindungsgemäße Werkzeug ist beispielsweise Wird aus irgendeinem Grund ein Aufwirbeln des ^r als Blasmeißel 1 ausgebildet, welcher die Leitungen 65 Grundes des Bades erwünscht, so können die Ausfür die Gaszufuhr in Form von Bohrungen oder an- blasöffnungen der Meißel nach unten gerichtet sein; gebauten Rohren enthält. Mindestens der in Längs- dadurch kann die Reinigungswirkung eines Anodenrichtung des Blasmeißels verlaufende Teil der Gas- effekts verstärkt werden, und es darf auch eine Reini-

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gungswirkung erwartet werden, wenn das Gaseinbla- Flachseiten je ein längsgeteiltes Rohr 11 aufgesen innerhalb der Zeit eines Anodeneffekts vorgenom- schweißt ist, das unten konisch abgeschlossen und

men wird. mit seitlichen Ausblasöffnungen 8 versehen ist.

Wird dagegen gewünscht, daß der Badgrund mög- Die F i g. 6 zeigt schematisch ein Anwendungsbei-

lichst in Ruhe bleibt, die durch die Gasstrahlen be- 5 spiel der Erfindung an einem Aluminiumelektrolyse-

wirkte Bewegung des Elektrolyten aber möglichst ofen, dessen Anoden durch einen in der Ofenlängs-

weit reicht, so ordnet man die Ausblasöffnungen achse verlaufenden Zwischenraum mittig in zwei

zweckmäßig so an, daß sie horizontal oder annähernd Gruppen geteilt sind.

horizontal gerichtet sind und in Tiefstellung der Der Elektrolyseofen besteht im wesentlichen aus

Meißel unter die Anoden blasen. io einer Wanne 12 mit Eisenblechmantel 13 samt hohler

Es hat sich auch bei in der Ofenlängsachse ange- Randverstärkung 14 und Versteifungseisen 15 sowie

ordneten Blasmeißeln gezeigt, daß es günstiger ist, isolierender Ausmauerung 16 und kathodischer

die Ausblasöffnungen nicht parallel zu den Ofen- Kohleausfütterung 17, in welcher die kathodischen

achsen, sondern schräg dazu, z. B. in einem Winkel Stromzuführungsschienen 18 eingebettet sind. In der

von 30 bis 60°, vorzugsweise 40 bis 50°, zu richten. 15 Wanne befindet sich die geschmolzene Aluminium-

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch einige schicht 19 und die Elektrolytschicht 20, welche an

Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt ihrer Oberfläche und an den Seitenwänden zu einer

F i g. 1 einen Blasmeißel im Längsschnitt, Kruste 21 erstarrt und von der Tonerdeschicht 22 be-

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Blasmeißel deckt ist. In die Elektrolytschicht 20 tauchen zwei

nachFig. 1, 20 Reihen von dicht aneinanderliegenden, vorgebrann-

F i g. 3 den unteren Teil einer Variante des Blas- ten Anoden 23. Der Übersichtlichkeit halber sind nur

meißeis nach F i g. 1 in Ansicht, je die beiden äußeren Anoden 23 der hinteren Reihe

F i g. 4 den unteren Teil einer weiteren Variante eingezeichnet, nicht aber deren Aufhängungen an der

eines Blasmeißels in Ansicht, anodischen Stromschiene, auch nicht diese letztere

F i g. 5 einen Querschnitt durch den Blasmeißel 25 und die weiteren Einzelheiten des an sich bekannten

nach F i g. 4, anodischen Systems.

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Elektro- An den Ofenstirnseiten befinden sich die auf dem

lyseofen, der einen Zwischenraum zwischen den bei- Hallenboden 24 stehenden Tragsäulen 25 für das

den Längsanodenreihen aufweist und dort mit Blas- anodische System. An diese Tragsäulen 25 ist je eine

meißeln ausgerüstet ist, wobei in der Bildhälfte links 30 gegen die Ofenmitte gerichtete Konsole 26 montiert,

die Blasmeißel in Hochstellung und in der Bildhälfte an welcher unter Zwischenschaltung der beiden

rechts die Blasmeißel in Tiefstellung dargestellt sind. höheneinstellbaren Druckzylinder 27 ein oberhalb

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Blasmeißel 1 be- des Zwischenraumes zwischen den Anodenreihen versteht aus einem massiven zylindrischen Stück, z. B. laufender Balken 28 befestigt ist. An Stelle von aus Stahl, mit von oben her ausgearbeiteter und 35 Druckzylinder 27 kommen auch andere Stoßerzeuger nachträglich abgeschlossener axialer Bohrung 2. wie z. B. Kniehebel oder Exzenterantriebe in Be-

Der Meißel 1 ist mittels der übergreifenden Fas- tracht. Dieser Balken 28 ist im abgebildeten Beispiel sung 3 an der Kolbenstange 4 eines angedeuteten mit vier Blasmeißeln 1 ausgerüstet, die über eine ge-Druckzylinders5 befestigt. Unterhalb der Fassung3 sonderte Gashauptleitung29 und die Anschlüsse? weist der Meißel eine seitliche, in die Längsbohrung 2 40 gespeist werden. Diese Anordnung hat unter anderem einmündende Bohrung 6 auf, an welche die Gaszu- den Vorteil, daß alle Meißel mit nur zwei Druckführungsleitung 7 angeschlossen ist. In der Nähe der zylinder gemeinsam betätigt werden können. Der Meißelspitze verteilt sich die Längsbohrung 2 in vier Hubweg der Druckzylinder und die Länge der ein-Radialbohrungen 8, die als Auslaßöffnungen für das zelnen Blasmeißel sind so bemessen, daß sich die Gas dienen. In dem abgebildeten Ausführungsbei- 45 Meißelspitzen in Hoch- oder Ruhestellung des Baispiel sind diese Auslaßöffnungen rechtwinklig zur kens oberhalb der auf dem Elektrolyt gebildeten Längsachse des in Vertikalrichtung arbeitenden Kruste befinden (F i g. 6 links) und bei Tief stellung Meißels, also horizontal, angeordnet, doch ist es mög- des Balkens die Auslaßöffnungen 8 der Blasmeißel 1 lieh, wie bereits erwähnt, diese Öffnungen schräg nach unterhalb der Anoden 23 liegen (F i g. 6 rechts),
unten oder leicht nach oben zu richten. Die eigent- 50 Wenngleich die Art der Unterbringung (z. B. fahrliche, sich im Betrieb abnützende Meißelspitze kann bar auf einem Krustenbrecherwagen oder nichtfahrauswechselbar gestaltet sein. bar, d. h. am Ofen selbst montiert) der erfindungs-

Die Blasmeißel sind in der Lage, mittels der durch gemäßen Vorrichtung und ihr Zusammenwirken mit sie in der Kruste geschaffenen Löcher auch das Zu- dem sonstigen Betrieb der Elektrolyse verschieden gefließen der auf der Kruste des Elektrolyten liegenden 55 wählt werden kann, sei an Hand von F i g. 6, auch ein Tonerde in den Elektrolyten auszulösen. Um dies in Beispiel der Durchführung des erfindungsgemäßen ausreichender Weise zu bewirken, ist es zweckmäßig, Verfahrens und des Funktionierens der Vorrichtung, mehrere Blasmeißel gleichzeitig einzeln oder zusam- erläutert für den Fall, daß ein vollständig gewordener mengefaßt in Tätigkeit zu setzen oder Mehrfachblas- Anodeneffekt, nach einem so wie oben beschrieben meißel zu benutzen. Zwecks Verbreiterung der in der 60 vorangegangenen Turnus die Beschickung mit Ton-Oberflächenkruste des Bades zu erzielende Öffnung erde, gelöscht wird.

und Einstoßen einer größeren Menge Tonerde ist es Die Elektrolyseöfen einer Halle werden durch Be-

auch möglich, den Meißel in der Nähe seiner Spitze schicken mit Tonerde im Zusammenspiel mit üblichen

mit seitlichen Brechflügeln 9 zu versehen, wie in mechanischen Krustenbrechvorrichtungen so gefah-

F i g. 3 dargestellt. 65 ren, daß pro Ofen und Tag etwa IV» Anodeneffekte

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist der in F i g. 4 erzielt werden. Im Abstand von je etwa 4 Stunden

und 5 dargestellte Flügelblasmeißel, gefertigt aus wird die Oberflächenkruste erst der einen Längsseite

einem unten gespitzten Flachprofil 10, auf dessen der Ofenwanne 12, dann die der anderen Längsseite

und alsdann die der beiden Breitseiten durch fahrbare, konventionelle Preßlufthämmer aufgebrochen und dabei Tonerde ins Bad eingestoßen, worauf nach Erstarren der neuen Kruste auf die letztere frische Tonerde aufgehäuft wird. Durch geeignete Dosierung dieser Tonerdezugabe kann täglich ein Anodeneffekt pro Ofen erzielt werden. Sobald ein Ofen den kommenden Anodeneffekt anzeigt, wird, wenn die steigende Spannung einen Wert von 10 bis 20 V erreicht hat, die über dem Zwischenraum zwischen den beiden Anodenreihen befindliche Blasmeißelvorrichtung in Tätigkeit gesetzt, d. h unter Wirkung des Druckzylinders 27 der Balken 28 mit seinen Meißeln 1 nach unten gedrückt, wobei zunächst mit einem geringen Teil des später angewandten Preßluftdrucks die Gaszuleitung der Meißel mit Preßluft beschickt wird. Mit dem Tiefgehen des Balkens wird durch die Meißel die Kruste örtlich durchstoßen, die darauf liegende Tonerde in die Schmelze und die Blaslöcher der Meißel unterhalb der Anoden gebracht. Nun wird das Leitungssystem der Blasmeißel mit höherem Preßluftdruck, beispielsweise während 10 bis 20 Sekunden mit etwa 5 atü beschickt, was eine entsprechende Durchwallung und Strömung des Bades bewirkt. Der Luftverbrauch liegt zwischen 2 und 4 Nm³/min. Rechnet man die Zeit für das Ansprechen der Steuerung und das Abwärtsbewegen der Vorrichtung hinzu (3 bis 5 see), so bleibt der Anodeneffekt etwa 10 bis 25 Sekunden voll bestehen. Diese Zeit hat sich bei den Versuchen als voll ausreichend für die Reinigung des Bades herausgestellt. Vor dem Auffahren der Vorrichtung wird der Preßluftdruck wieder so weit verringert, daß er ausreicht, mit Sicherheit ein Eintreten von Schmelze in die Blaslöcher zu vermeiden. Zwecks ausreichender Al₂O-₃-Chargierung wird dafür gesorgt, daß auf die Kruste des Zwischenraumes eine genügend dicke Tonerdeschicht vorchargiert wird. Nötigenfalls kann noch 2- bis 3mal mittels der Vorrichtung nachgestoßen werden, um an den aufgebrochenen Stellen noch mehr von der auf den festgebliebenen Teilen der Kruste liegenden Tonerde zum Nachfließen in den Elektrolyten zu bringen. Auch ist es möglich, um ein ausgiebigeres Aufbrechen und rascheres Einfließen der Tonerde zu bewirken, Blasmeißel mit breiterer Einstoßfläche, z. B. nach F i g. 3 oder den F i g. 4 und 5, zu verwenden.

Es wird bei dem geschilderten, nach dem Anodeneffekt durchgeführten Einstoßen zweckmäßigerweise so viel Tonerde ins Bad gebracht, daß diese bis zum nächsten programmäßigen Krustenbrechen ausreicht, was durch entsprechende Wahl der Axt und Anzahl der Einstoßwerkzeuge bewirkt werden kann. Nachdem sich wieder eine feste Badkruste gebildet hat, wird auf dieselbe wieder eine genügend dicke Schicht Tonerde zur Wärmeabdämmung und Vorbereitung des nächsten Löschvorganges aufgebracht.

Wie aus dem Beispiel zu erkennen, ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Aufgabe gelöst, das Beheben von Anodeneffekten bzw. ein Reinigen des Badinhalts rasch, sicher und ohne manuelles oder mechanisches Rühren in strörungsfreiem Zusammenspiel mit der üblichen sonstigen Führung eines Ofens, insbesondere mit der Tonerdezufuhr, zu bewirken. Es ist sogar möglich, das Zuführen der Tonerde und das Löschen des Anodeneffektes in einem und demselben Arbeitsgang und annähernd gleichzeitig durchzuführen.
Auch kann mittels der beschriebenen Blasmeißel Tonerde während des Normalbetriebs, d. h. in den Zeiträumen zwischen den Anodeneffekten, ins Bad gebracht werden, so daß sich eine zusätzliche gesonderte Krustenbrechereinrichtung und Krustenbrecherbedienung oder sonstige an sich bekannte Einrichtungen für das Zuführen von Tonerde ins Bad erübrigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das Betätigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich mit Vorteil automatisieren, indem z. B. durch die beim Eintritt des vollständigen Anodeneffekts erhöhte Spannung oder auch schon früher durch den den Anodeneffekten vorangehenden Spannungsanstieg, so z. B. bei 15 bis 20 V Zellenspannung oder noch früher, ein Programmschaltwerk eingeschaltet wird, welches die einzelnen Schritte des Aufbrechens, des unmittelbar anschließenden Einblasens und so weiter steuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert auch die anzustrebende, volle Automatisierung der Aluminium-Elektrolyse. Es sind bereits an der Ofenserie entlangfahrende, portalartige Rahmen bekannt, welche mit Krustenbrechern und Tonerdebeschickern für die Bedienung an den Ofenseiten ausgerüstet sind. Solche Konstruktionen sind automatisierbar, können jedoch nur für die periodische Bedienung eingesetzt werden, da sie zu schwer sind, um rasch an einen den Anodeneffekt zeigenden Ofen gefahren zu werden. Für solche Fälle ist eine am Ofen vorhandene erfindungsgemäße und automatisierbare Vorrichtung am besten dazu geeignet, ohne Zeitverlust einzugreifen, und zwar auch, wenn bei mehreren öfen Anodeneffekte gleichzeitig auftreten.

Da die geschilderte Automatisierung der periodisch unabhängig von den Anodeneffekten arbeitenden üblichen Krustenbrecher und Rohstoffzuführer vergrößerte Unfallgefahr für diejenigen Personen bedeutet, welche das bisher meist gebräuchliche manuelle Behandeln der Schmelze beim Beheben des Anodeneffekts daneben weiterhin auszuführen hätten, schafft die Verwendung der erfindungsgemäßen, ebenfalls automatisierbaren Vorrichtung auch in dieser Hinsicht schätzenswerte Abhilfe.

Ein besonders günstiges Verfahren zum Betreiben eines Aluminiumelektrolyseofens besteht also darin, daß man in Kombination die Anodeneffekte unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens behebt und zwischen den Anodeneffekten den Ofen mit Rohstoffen nach bekannten Methoden beschickt.

Son kann man vorteilhaft den Ofen unabhängig vom Anodeneffekt periodisch durch Einstoßen der Kruste mit auf letzterer liegender Tonerde ohne Gaszufuhr beschicken, durch Ausfallenlassen einer periodischen Beschickung einen Anodeneffekt herbeiführen, worauf man den letzteren durch stellenweises Einstoßen der Kruste und unmittelbar anschließendes Gaseinblasen an den eingestoßenen Stellen unter Einsatz von maschinenangetriebenen gasleitungsführenden Durchstoßwerkzeugen löscht. Wenn dabei die periodische Beschickung und die Operationen zum Beheben des Anodeneffektes automatisiert sind, ist es zweckmäßig, sie getrennt voneinander zu steuern, derart, daß die letzeren auf das Auftreten des Anodeneffekts, d. h. auf eine Erhöhung der Ofenspannung ansprechen, wogegen die erstere in einem vorgeschriebenen Turnus und in vorgeschriebenen Zeitabständen durchgeführt wird So sind die wesentlichen Voraussetzungen für eine volle Automatisierung der

Ofenspannung ansprechen, wogegen die erstere in einem vorgeschriebenen Turnus und in vorgeschriebenen Zeitabständen durchgeführt wird. So sind die wesentlichen Voraussetzungen für eine volle Automatisierung der Ofenbeschickung, einschließlich Herbeiführen der Anodeneffekte, erfüllt.

Es ist möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit konventionellen Krustenbrechern zu kombinieren, in dem Sinne, daß beide für eine Ofenbedienung eingesetzt werden. Zum Beispiel in der Ausführung nach F i g. 6 können zwischen die Blasmeißel auch volle Meißel (ohne Gasleitungen) eingebaut werden, um eine größere Krustenfläche einzustoßen.

Die Zufuhr der Rohstoffe, insbesondere Tonerde, sei es beim Zeitpunkt eines Anodeneffekts oder auch außerhalb davon, kann auf an sich bekannte Weise wie durch Aufbringen auf die Badkruste und Einstoßen der Kruste, durch Zuführen und Eindrücken mittels Schnecken, aber auch durch pneumatisches »Drücken« (Fördern) mittels rasch strömenden Gasen

durchgeführt werden. So ist es z. B. möglich, mittels der beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur Gase, sondern gleichzeitig auch Tonerde oder andere Stoffe, mit denen die Elektrolyse versorgt werden soll, einzublasen, indem man die Vorrichtung mit entsprechenden Zuleitungen für Rohstoffe oder Rohstoff-Gasmischungen versieht und die Gesamteinrichtung an diesen Zweck nach fachmännischen Gesichtspunkten anpaßt. Gleichgültig, ob die Rohstoffe (Tonerde und andere Zusätze) durch Einstoßen oder pneumatisch eingeführt werden, weist die erfindungsgemäße Arbeitsweise auch den Vorteil auf, daß dank der der durch das miteingeblasene Gas bewirkten lebhaften Durchwallung und Feinverteilung der zugeführten Rohstoffe in der Schmelze eine rasche Auflösung dieser Rohstoffe erzielt und einem raschen Niedersinken derselben und der unerwünschten Bildung ungelöster kompakter Al₂O₃-Krusten auf dem Boden und an den Wänden des Bades dadurch entgegengewirkt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Ofens für die schmelzelektrolytische Gewinnung von Aluminium, insbesondere zum Beheben des Anodeneffektes, unter Einleitung von gasförmigen Mitteln in den Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenkruste des Elektrolyten mit mindestens einem maschinenangetriebenen Werkzeug durchstößt und das gasförmige Mittel durch in dem Durchstoßwerkzeug befindliche Leitungen dem Elektrolyten zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gasleitungsführende Durchstoßwerkzeug zunächst mit geringem Gasdruck durch die Kruste hindurchtreibt und dabei Tonerde in das Elektrolytbad einstößt, worauf man nach Erreichen der Tiefstellung des Werkzeuges Gas unter höherem Druck während mindestens 2 see unter die Anoden bläst und alsdann das Werkzeug unter vermindertem Gasdruck aus dem Bad hebt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Tiefstellung des Werkzeuges die Gasleitung mit einem Druck von mehr als 2 atü, vorzugsweise von mehr als 4 atü, beschickt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Tiefstellung des Werkzeuges Gas während mindestens 5 see unter die Anoden bläst.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem einzublasenden gasförmigen Mittel durch die Elektrolyse verbrauchbare pulverförmige Rohstoffe zumischt.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Ansteigen der Ofenspannung auf 10 bis 20 Volt die Oberflächenkruste durchstößt und das gasförmige Mittel dem Elektrolyten zuführt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Einsetzen und Aufhören der einzelnen Vorgänge automatisiert.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den Anodeneffekten den Ofen mit Rohstoffen nach bekannten Methoden beschickt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ofen unabhängig vom Anodeneffekt periodisch durch Einstoßen der Kruste mit auf letzterer liegender Tonerde ohne Gaszufuhr beschickt, durch Ausfallenlassen einer periodischen Tonerdebeschickung einen Anodeneffekt herbeiführt, worauf man den letzteren durch stellenweises Einstoßen der Kruste und unmittelbar anschließendes Gaseinblasen an den eingestoßenen Stellen unter Einsatz von maschinenangetriebenen gasleitungsführenden Durchstoßwerkzeugen löscht.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgänge zum Beheben des Anodeneffekts und die Vorgänge zum Beschicken des Ofens zwischen den Anodeneffekten automatisiert sind, jedoch getrennt voneinander gesteuert werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-

rens nach Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens ein maschinenangetriebenes Werkzeug (1) zum Durchstoßen der Oberflächenkruste des Elektrolyten, welches Leitungen (2, 8) für die Zufuhr eines gasförmigen Mittels in den Elektrolyten enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (2) für das gasförmige Mittel durch Bohrungen gebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der in Längsrichtung des Werkzeuges verlaufende Teil der Gasleitungen durch Zusammensetzen von entsprechend vorgeformten Teilen des Werkzeuges gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) mit seitlichen Brechflügeln (9) versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (8) der Gasleitungen (2) im unteren Teil des Werkzeuges (1) annähernd horizontal gerichtet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Tiefstellung des Werkzeuges (1) die Auslaßöffnungen (8) der Gasleitungen (2) sich unterhalb der Unterkante der Anoden (23) befinden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (8) der Gasleitungen (2) schräg zur Elektrolyseofenlängsachse gerichtet sind.

18. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (1) an Druckkolben (5) gekoppelt sind.

19. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem zu betreibenden Ofen fest eingebaut ist.

20. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa in der Mittellängsachse eines Elektrolyseofens fest montiert ist.

21. Vorrichtung nach Ansprüchen 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brechblaswerkzeuge (1) an einem Balken (28) befestigt sind, der als Ganzes samt den Werkzeugen (1) maschinell in vertikaler Richtung bewegt werden kann.

22. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer Brechblaswerkzeugen (1) auch maschinenangetriebene Meißel, welche keine Gaszuleitungen aufweisen, enthält.

23. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einen Programmschalter angeschlossen ist, welcher das Arbeiten des Werkzeuges durch Ansprechen auf die im Zusammenhang mit dem Entstehen des Anodeneffekts auftretende erhöhte Ofenspannung auslöst.