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Verfahren zum Wechseln von Anoden
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Verfahren zum Wechseln von Anoden Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Wechseln von Anoden bei der Herstellung von Aluminium.
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Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid
(A1203, Tonerde) wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst. Die Schmelze befindet
sich in einer Wanne, deren Wannenboden kathodisch geschaltet ist. In die Schmelze
tauchen Anoden ein. Aus der Schmelze wird Aluminium kathodisch abgeschieden und
sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Boden der Zelle.
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Als Anoden werden im zunehmendem Masse Blockanoden verwendet, die
hauptsächlich aus Koks, Pech und gemahlenen Anodenresten bestehen. An den Anoden
entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der
sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO und C02 verbindet. Dies bewirkt, dass
während des Elektrolyseprozesses die Anoden bis auf einen bestimmten Rest abbrennen
und kontinuierlich durch neue ersetzt werden müssen. Dabei erfolgt der Einsatz der
neuen Anoden so, dass sie ungefähr eine gleiche Interpolardistanz (= Zwischenraum
zwischen dem abgeschiedenen Aluminium und der Anode) einhalten, wie dies bei der
verbrauchten Anode der Fall war.
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Dies wurde früher oft dadurch erreicht, dass man vor dem Herausnehmen
der verbrauchten Anode deren Unterseite gegenüber einem Fixpunkt vermass und die
entsprechende Distanz auf die neue Anode übertrug. Nach diesem Vorgehen war es also
notwendig, jede Anode vor dem Wechseln einzeln auszumessen.
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Heute wendet man dieses aufwendige Verfahren meist nicht mehr an,
sondern setzt die Anoden beim Wechsel auf ein Niveau, das nach einem festen Programm
vorherbestimmt ist.
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Beide Verfahren haben erhebliche Nachteile. Sie nehmen zu wenig Rücksicht
auf die unterschiedlichen Abbrand der Anoden.
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Weiterhin ergeben die natürlichen herstellungsbedingten Streuungen
der Anodeneigenschaften (Dichte, Qualität), der Anodengeometrie (Höhe) und des Ofenzustandes
unterschiedliche Anodenrestegrössen beim Abbrand innerhalb einer tlektrolysehalle.
Im allgemeinen bestimmen aber die Anoden, welche die kleinste Resthöhe aufweisen,
die Einsatzzeit aller Anoden, weil in den Grossbetrieben, die Anoden nach einem
einheitlichen Anodenwechselschema mit einheitlicher Einsatzzeit gewechselt werden,
d.h.
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es werden z.B. in einem Arbeitsgang je eine Anode pro Elektrolysezelle
entfernt und dafür eine neue Anode eingesetzt. Aus diesem Grunde werden auch die
Anoden ausgewechselt, die für sich gesehen noch eine genügende Höhe aufweisen, um
einige Tage länger in Betrieb zu sein. Dies bedeutet eine erhebliche Unwirtschaftlichkeit.
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Die Alternative dazu wäre ein individueller Anodenwechsel, d.h.
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ein Wechsel jeder einzelnen Anode entsprechend ihrem Restzustand.
Dadurch würde zwar der Anodenverbrauch reduziert, die Kostenersparnis aber wieder
durch Arbeitsmehraufwand und organisatorische Gründe aufgewogen.
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Da der Kostenanteil der Anoden an den gesamten Herstellungskosten
von Aluminium in einem Bereich von 15 - 35% liegt, ist ein wesentliches Entwicklungsziel
die Minimierung des Anodenverbrauchs. -Der Erfinder hat sich zur Aufgabe gesetzt,
ein Verfahren zum Wechseln von Anoden zu entwickeln bei der Herstellung von Aluminium,
das diese erwähnten Nachteile nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Anodenwechsel in zumindest
zwei zeitverschobenen Tauschvorgängen stattfindet, wobei während des ersten Tauschvorganges
die Anoden , deren
Resthöhe unter einem vorgestimmten jedenfall
oberhalb des Funktionsminimums befindlichen Mass liegt, durch neue Anoden mit einer
Höhe hl ersetzt werden.
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Beim ersten Tauschvorgang werden die Anoden in den Zellen gewechselt,
die auf Grund ihres Zustandes nicht länger im Ofen bleiben dürfen und durch neue
Anoden mit der fiöhe hl ersetzt.
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Die übrigen noch brauchbaren Anoden in den anderen Zellen bleiben
noch einige Zeit länger im Ofen und werden nach einer gewissen Zeitspanne gewechselt,
wobei die nachgewechselte Gruppe durch Anoden der Höhe h2 ersetzt werden, welche
eine entsprechend der Einsatzzeitverlängerung geringere Höhe (h2 hl -x) aufweisen,
um nach vollzogenem Wechsel innerhalb der Elektrolysehalle wieder eine einheitliche
Höhe aller neugesetzten Anoden zu erreichen. Das Verhältnis der beim ersten Tauschvorgang
und der beim zweiten Tauschvorgang zu wechselnden Anoden und die Anodenhöhe h2 beim
zweiten Tauschvorgang ergeben sich aus der Verteilung der Anodenreste. Das Optimum
hängt von einer Vielzahl von Parametern ab und kann für jeden Betrieb aus der Verteilung
der Anodenreste bestimmt werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der erhöhten
Flexibilität im Arbeitsablauf des Anodenwechseln.
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Das Verhältnis der sofort und der später zu wechselnden Anoden braucht
nicht starr zu sein, sondern kann je nach Verteilung der Anodenreste von Tag zu
Tag variiert werden.
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Bei Schwierigkeiten irgend welcher Art kann von einem Tag auf den
anderen das ursprüngliche Wechselprogramm wieder eingeführt werden.
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Bei qualitativen Aenderungen der Anoden können beide Einsatzzeiten
nach oben oder unten variiert werden.
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Versuche haben ergeben, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren
der Anodenbruttoverbrauch um ca. 2% gesenkt werden kann. Dies bedeutet eine erhebliche
Erhöhung der Wirtschaftlichkeit in der Elektrolyse.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Fig.l eine schematische Darstellung
zweier gleichalter Anoden in zwei Elektrolysezellen vor dem Anodenwechsel; Fig.2
eine schematische Darstellung nach Fig.l nach dem Wechsel der einen Anode in Ofen
Nr.l; Fig.3 eine schematische Darstellung nach Fig.2 vor dem Anodenwechsel von Anode
2 in Ofen 2; Fig.4 eine schematische Darstellung nach Fig.3 nach dem Wechsel der
Anode in Ofen 2.
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Anode 1 im ersten Ofen ist nach Fig.l bereits soweit abgebrannt, dass
ein Auswechseln unumgänglich erscheint. Eine gleichalte Anode 2 in einem anderen
Ofen dagegen kann noch um einige Zeit länger in Betrieb gehalten werden. Der Abbranddifferenz
zwischen Anode 1 und Anode 2 beträgt x.
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Die verbrauchte Anode 1 wird nunmehr durch eine neue Anode 3 mit der
Höhe hl ersetzt (Fig.2). Nach einiger Zeit ist die Anode 2 um den Betrag x abgebrannt,
so dass sie ausgewechselt werden muss (Fig.3). Da sich aber auch die Anode 3 zu
der Zeit in Betrieb befunden hat, verringerte sich ihre Höhe h1
ebenfalls
um x. Anstelle der Anode 2 wird nun eine Anode 4 mit der Höhe h2 eingesetzt, wobei
h2 der Höhe hl vermindert um x entspricht, so dass die Höhe der Anode 3 und der
Anode 4 gleich sind, und beide nach ihrem Abbrand wieder gemeinsam gewechselt werden
können.
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Beispiel Beim ersten Tauschvorgang werden sämtliche auf dem Programm
stehende Anoden kontrolliert und visuell beurteilt. Dabei ergibt sich z.B. die in
Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse der Resthöhe: Tabelle 1 Resthöhe Anteil Anoden Mögliche
Einsatz-(cm) (%) zeitverlängerung Stunden 0 - 2,4 25 0 2,5 - 2,9 10 8 3,0 - 3,4
10 16 3,5 - 3,9 10 24 4,0 - 4,4 10 32 4,5 - 4,9 10 40 5,0 - 5,4 10 48 5,5 - 5,9
10 56 6,0 5 64
Spalte 3 von Tabelle 1 zeigt basierend auf dieser
visuellen Beurteilung die mögliche Einsatzzeitverlängerung. Danach ergibt sich,
dass bezogen auf die Resthöhe weniger als ein Drittel der Anoden sofort gewechselt
werden müssten. Der Prozentsatz der tatsächlich zu wechselnden Anoden wird nunmehr
anhand der Anodeneinsparung bestimmt. Bezogen auf Tabelle 1 zeigt dies Tabelle 2
ANODENWECHSELSCHEMA
| Gruppe 1 Gruppe 2 |
| Anteil Anoden- Anteil Anoden- Anodeneinsparungen |
| % höhe % höhe g/kg Al) |
| 100 hl O - 0 |
| 75 hl 25 h2=h1- 5 mm 5 |
| 65 hl 35 h2 hl 10 mm 9 |
| 55 hl 45 h2-hl-15 mm 11 |
| 45 hl 55 h2=hl-20 mm 12 |
| 35 hl 65 h2=hl-25 mm 12 |
| 25 hl 75 h2=h1-30 mm 9 |
| 15 hl 85 h2=hl-35 mm 7 |
| 5 hl 95 h2=hl-40 mm 3 |
Die grösste Einsparung ergäbe sich danach bei einer Aufteilung
von zu wechselnden Anoden von 40:60%. Das bedeutet, dass ca.
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40% der Anoden mit Anodenhöhe hl einzusetzen sind und ca.
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608 im zweiten Tauschvorgang mit einer um ca. 20 mm geringeren Anodenhöhe
Dabei ergibt sich eine Anodeneinsparung von ca. 12 g/kg erzeugtes Aluminium. Mit
dieser Einsparung sind die eventuell erforderlichen Mehrkosten, resultierend aus
dem personellen Mehraufwand, der Mehrbeanspruchung von Anodenwagen und -schlepper
u.a., bei weitem aufgewogen, da die Wirtschaftlichkeitsberechnung ergibt, dass die
Schwelle der Wirtschaftlichkeit bei ca. 4 g Anodenminderverbrauch pro kg Aluminium
liegt.