DE2943293A1 - Meisselfuehrung fuer eine einschlagvorrichtung - Google Patents
Meisselfuehrung fuer eine einschlagvorrichtungInfo
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Description
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis
4. September 1979
H3r/eh - 136 6 -
H3r/eh - 136 6 -
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meisselführung für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten
Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium.
Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse 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 konventionnellen Verfahren aus amorphem
Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der
sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C0~ und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa
940 - 950° C statt.
Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid
im Elektrolyten kommt es plötzlich zum Anodeneffekt, der sich in einer plötzlichen 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 2elle 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.
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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 Elektrolyseöfen 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 Oefen 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 von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der
Elektrolyseöfen (CH-Pat.-Anm. 7956/77).
Für das Einschlagen des erstarrten Flusses werden in bekannten Vorrichtungen im Querschnitt rechteckige oder runde Meissel
eingesetzt.
Diese Meissel neigen zu Verdrehungen, wenn sie die harte Kruste aus erstarrter Schmelze durchstossen.
Zur Verhinderung von Verdrehungen an im Querschnitt rechteckigen Meissein sind in der Literatur spezifische Vorrichtungen
beschrieben worden:
Eine Führung im Druckzylinder, ohne Zentrierrollen, für eine Schlagvorrichtung mit kleinem Hub.
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Eine Führung im Druckzylinder und unterhalb davon, was einer sogenannten Doppelführung entspricht.
- Eine Führung der Kolbenstange.
Die bekannten Ausführungsformen haben den Nachteil, dass sowohl Führung als auch Meissel in eine gewisse Schwerfälligkeit
bewirkender, massiver Bauweise hergestellt werden müssen. Ausserdem besteht die Gefahr, dass die einer Verdrehung entgegenwirkenden
Lager durch eingedrungene Tonerdekörner erodiert und in ihrer Funktion behindert werden.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Meisselführung für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der
erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens zu schaffen, welche den Meissel, trotz einfacher und verhältnismässig leichter Bauweise,
gegen Verdrehungen sichert und bei geringer Störanfälligkeit
eine hohe Lebensdauer aufweist.
Die erfindungsgemasse Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet
durch
- einen sich von der Unterseite des Meisseis in Ruheposition
bis zur Kolbenstange erstreckenden, mechanisch stabilen Führungskasten,
einen Meissel, der wenigstens eine ebene, vertikal verlaufende Führungsfläche aufweist,
- mindestens eine, über Rollenlager am Führungskasten befestigte Führungsrolle, die mit der Führungsfläche
in Eingriff steht, und
einen am Führungskasten befestigten, sich unterhalb der
Führungsrollen über die gesamte Breite der Führungsfläche (n) erstreckenden Flussabstreifer.
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Der Führungskasten ist aus soliden Stahlblechen, die beispielsweise
eine Dicke von 2 - 3 mm haben, hergestellt und erfüllt daher die Anforderungen bezüglich der mechanischen
Stabilität.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Führungskasten, abgesehen von seiner Unterseite mit der Meisselaustrittsöffnung,
gasdicht ausgestaltet werden. Bei gekapselten Oefen durchgreift der Führungskasten nach einer ersten Variante
die Ofenabdeckung so, dass nur dessen gasdichter Teil herausschaut.
Das Deckblech des Führungskastens wird seinerseits von der Kolbenstange, die den Meissel beim Einschlagen der Kruste
nach unten drückt, gasdicht durchgriffen. Nach einer zweiten Variante ist der Führungskasten, auch Führungsgehäuse genannt,
an der Unterseite des Druckzylinders angeflanscht. Nach einer
weiteren Variante kann die Ofenabdeckung auch das Deckblech des Führungskasten sein.
Die Führungsrollen bestehen vorzugsweise aus einem verschleissfesten
metallischen Gussteil, z.B. Stahlguss oder Grauguss. Sie sind ohne Kugellager oder dergleichen auf
einem Rollenführungslager angeordnet. Die Führungsrollen, die bevorzugt einen Durchmesser von einigen cm haben, liegen nicht
direkt auf einer Führungsfläche des Meisseis auf, sie haben ein wenig Spiel, jedoch
<£. 1 mm.
Im Prinzip können die konstruktive Gestaltung und die Anordnung der Führungsrolle(n), je nach zu führendem Meissel, nach Gutdünken
konzipiert werden.
Weist ein Meissel nur eine vertikale Führungsfläche auf, wie
dies z.B. bei einem im Querschnitt halbkreisförmigen Meissel der Fall ist, so kann eine sich über einen Teil der oder
über die ganze Führungsfläche erstreckende Rolle bzw. zwei kleinere, an den Enden dieser Führungsfläche angeordnete Rollen
eingesetzt werden. Auf diese Weise kann jedoch nur ein Verdrehen des Meisseis, nicht aber sein seitliches Ausweichen
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verhindert werden.
Es ist deshalb, - insbesondere bei Meissein mit schmalem Querschnitt - zweckmässig, zwei parallele ebene Führungsflächen in vertikaler Richtung vorzusehen, sodass ein Paar von
gegenüberliegenden Rollen- bzw. zwei an den Enden der Führungsflächen liegende Rollenpaare ein Verdrehen und ein
seitliches Ausweichen verhindern können. Falls ein Rollenpaar in der Mitte der Führungsflächen angeordnet ist, erstrecken
sich diese über den grösseren Teil der Breite der Führungsflächen.
Unabhängig von der Anzahl und der Anordnung der Führungsrollen verlaufen deren Längsachsen immer horizontal. Vorzugsweise
liegen diese Längsachsen in derselben Horizontalebene, im untersten Bereich des Führungskastens.
Beim Zurückfahren des Meisseis von der Arbeits- in die Ruheposition
wird am Meissel erstarrter Elektrolyt hochgezGgen. Um zu vermeiden, dass diese Kruste zwischen Meissel und Führungsrolle
(n) gerät, wird an der Unterseite des Führungskastens ein sich über die gesamte Breite der Fuhrungsflache(n)
erstrecJceuder FlussaJbstreifer angeordnet, Die untere, mit
weniger Spiel als die Führungsrollen an der (den) Führungsfläche (n) anliegenden Kante des Abstreifers ist bevorzugt
nicht horizontal ausgebildet, sondern z.B. schräg oder V-förmig.
Die Verhinderung des Verdrehens oder seitlichen Ausweichens bei im Querschnitt schmalen Meissein, welche bei grossem Kolbenhub
nur eingesetzt werden können, wenn sie erfindungsgemäss stabil positioniert sind, ist von wesentlicher Bedeutung,
weil dies bei bestehenden Oefen die Umstellung auf Mittelbedienung oder die punktförmige Tonerdezugabe erlaubt, ohne
dass beim Umrüsten der Anodenabstand in der Ofenlängsachse wesentlich verändert werden muss.
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Die Einschlagvorrichtung, welche im Prinzip aus Druckzylinder, Kolbenstange, Meissel und Führungskasten besteht, ist direkt
oder indirekt am Zellenaufbau befestigt oder Bestandteil eines Bedienungsfahrzeuges bzw. Ofenmanipulators. Die durch
die erfindungsgemässe Meisselführung mit Führungskasten und
-rollen erreichte Stabilität ist, verglichen mit den bekannten Kolbenführungen, erheblich weniger aufwendig und dennoch
wirkungsvoller.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikal Längsschnitt mit Teilansicht
durch den unteren Teil einer Einschlagvorrichtung in Ruheposition, mit einer Meisselführung.
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch II - II von Fig.
In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Führungskasten 10 aus Stahlblech
dargestellt. Durch diesen Führungskasten wird der Meissel 12, im vorliegenden Fall fischschwanzförmig ausgebildet,
geführt. Zwei gegenüberliegende, parallel verlaufende Führungsflächen 13, Breitseiten des im Querschnitt rechtwinkligen
Meisseis, stehen in Eingriff mit einem seitlich angeordneten Paar von Führungsrollen 14. Durch die verhältnismässig massive
Bauart des Meisseis 12 wird verhindert, dass die andere, nicht mit den Führungsrollen 14 in Eingriff stehende Seite des
Meisseis abgelenkt wird. Nach anderen, nicht dargestellten Varianten kann auf der anderen Seite ein weiteres Paar von
Führungsrollen vorgesehen werden, oder die Führungsrollen erstrecken sich, vorzugsweise in der Mitte angeordnet, über
einen grösseren Bereich der Meisselbreite.
Die Rollenführungslager 16 sind auf der oberen Seite des Bodenblechs des Führungskastens befestigt, z.B. durch Schweissen.
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Auf der unteren Seite des Bodenblechs ist der Flussabstreifer
18 angeordnet. Diese sich über die ganze Breite der Führungsflächen erstreckende Abstreifvorrichtung verhindert, dass beim
Hochziehen des Meisseis erstarrte Flussreste unter die Führungsrollen gelangen. Auf den Schmalseiten des Meisseis 12
ist kein Abstreifer vorgesehen.
Im Längsschnitt ist der Flussabstreifer 18 V-förmig ausgebildet,
wobei der Winkel c/. zweckmässig zwischen 90 und 150
liegt.
Der Führungskasten 10 durchgreift die Ofenabdeckung 20, wobei zur Erreichung einer wirkungsvolleren Kapselung noch Abdichtungsplatten
22 angeordnet sind.
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Claims (8)
1. Meisselführung für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen
der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium,
gekennzeichnet durch
einen sich von der Unterseite des Meisseis (12) in Ruheposition bis zur Kolbenstange erstreckenden, mechanisch
stabilen Führungskasten (10),
einen Meissel (12), der wenigstens eine, vertikal verlaufende Führungsfläche (13) aufweist,
mindestens eine, über Rollenlager (16) am Führungskasten (10) befestigte Führungsrolle (14), die mit der
Führungsfläche in Eingriff steht, und
einen am Führungskasten (10) befestigten, sich unterhalb der Führungsrollen (14) über die gesamte
Breite der Führungsfläche(n) erstreckenden Flussabstreifer
(18).
2. Meisselführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Mantel und das von der Kolbenstange des Druckzylinders durchgriffene Deckblech des Führungskastens (10)
gasdicht ausgestaltet sind, und auch der verschiebbare Gehäusemantel mittels einer Abdichtplatte (22) , gasdicht
durch die Ofenabdeckung (20) hindurch geführt ist.
3. Meisselführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Meissel (12) zwei parallel verlaufende Führungsflächen (13) aufweist, und - mit einem Zwischenraum von
mm - mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Führungsrollen (14) mit diesen Führungsflächen (13) in Eingriff
steht.
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4. Meisselführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass auf einer Seite der Führungsflächen (13) ein Paar von Führungsrollen (14) angeordnet ist.
5. Meisselführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Führungsflächen (13) je ein
Paar von Führungsrollen (14) angeordnet ist.
6. Meisselführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte der Führungsflächen (13) ein Paar von
sich über den grösseren Teil der Breite erstreckenden Führungsrollen (14) angeordnet ist.
7. Meisselführung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, dass die untere Kante des Flussabstreifers (18) schräg ausgebildet ist.
8. Meisselführung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Flussabstreifers
(18) V-förmig, vorzugsweise mit einem Winkel («O von
90 - 150°, ausgebildet ist.
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