DE3049510C2

DE3049510C2 - Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes

Info

Publication number: DE3049510C2
Application number: DE3049510A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude 3960 Sierre Bessard; Walter 8700 Kuesnacht Merz; Hans-Joerg 1950 Sion Rebmann
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-30
Publication date: 1983-08-25
Also published as: CH650591A5; DE3049510A1; IT8125659A0; IT1142122B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes aus einem Silo zu einem Reaktionsgefäß, insbesondere Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Krustendurchbruch einer Aluminiumschmelzflußelektrolysezel-Ie, mit einem über zumindest eine Eintrittsöffnung mit dem Silo verbundenen Führungsrohr sowie einem in dessen Längsrichtung mittels Pneumatikantriebs verschiebbaren Verschlußsystem aus einem an einer Kolbenstange befestigten Verschlußkolben, an welchem über eine weitere Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ein Verschlußorgan für eine Austrittsöffnung angeordnet ist, wobei der Verschlußkolben eine Länge aufweist, welche größer ist als der Durchmesser der Eintrittsöffnung.

Zur 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 amorphen 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 970⁰C statt

Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1 bis 2 Gew.-°/o Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodenffekt, 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 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 Zelienbedienung entspricht

Zur Zeilenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der ii'lektrolysezelle eingeschlagen und anschließend neues Aluminiumoxid zugegeben worden.

jo 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 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.

■»o In neuerer Zeit sind deshalb dk.- 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 durch die DE-OS 27 31 908 vorgeschlagene Querbedienung von Elektrolysezellen.

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 schmelzfliissigen 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.

Der DE-AS 29 14 238 ist eine: Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entnehmen, die im wesentlichen aus vier Bauelementen aufgebaut ist, nämlich aus einem Tonerdesiiu. eimern ein Kolbensy-

stem beinhaltenden Führungsrohr, einem Antrieb sowie einem die Tonerde auffangenden und dem Krustendurchbruch zuführenden Abflußrohr. Obwohl diese Vorrichtung bei dem ihr vorhergehenden Stand der Technik zahlreiche Nachteile beseitigt, funktioniert sie noch nicht optimal; denn in dem horizontal unter dem Siloauslaß angeordneten Führungsrohr verdichtet sich die Tonerde und muß als eine Art von Pfropfen innerhalb des Führungsrohres verschoben werden. Dies kann in der Pra;.is zu Störungen beim Betrieb führen, da zum einen die Tonerde teilweise zwischen den Kolben an der Kolbenstange hängen bleibt und nicht in den Auslalitrichter fällt, zum anderen feinkörnige Tonerde gegebenenfalls zwischen Führungsrohr sowie Kolben gelangt und dort Schürfungen und sogar ein Verklemmen des Kolbens verursacht

Durch die GB-PS 14 35 645 isi eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes aus einem Silo bekanntgeworden, bei der die Dosierung durch Einstellen eines bestimmten Abstandes zwischen einem Meßkonus und einem Rohrstutzen erfolgt lsi der über eine Schraube eingestellte Abstand klein, so bleibt die Dosierung gering; ist der Abstand dagegen groß, so wird auch eine große Menge Schüttgut zudosiert. Auf verschiedenen Niveaus angeordnete seitliche Eintrittslöcher dienen zur Dosierung des Schüttgutes. Diese Vorrichtung ist zur Verwendung in der rauhen, korrosiven Atmosphäre der Aluminiumelektrolyse nicht geeignet, weshalb die vom Vorerfinder gedachten Anwendungsgebiete auch weit weg von der Aluminiumelektrolyse liegen.

Die US-PS 28 07 393 offenbart eine Vorrichtung mit bei geschlossenem Verschlußorgan oberhalb der Eintrittsöffnung und außerhalb des Führungsrohres befindlichem Verschlußkolben. Dieser muß — nachdem er die Einfüllöffnung verschlossen hat — einen Pfropfen von feinkörnigem Schüttgut nach unten verschieben; erst dann kann das Schüttgut durch freien Fall entleert werden. Da der Verschlußkolben eine Bohrung verhältnismäßig dicht verschließen muß, sind die zu DE-AS 29 14 238 beschriebenen Klemm- und Schürfungsfolgen unumgänglich. Dies träfe vor allem dann zu, wenn das Führungsrohr einen Durchmesse? von mehr als etwa 6 cm aufweisen würde.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, bei Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art die beschriebenen Mängel zu beseitigen und die Dosierung zu verbessern. Es soll ein wirtschaftlich und störungsfrei arbeitendes Dosieren mit einer leicht mcntierbaren und wenig Platz beanspruchenden Vorricntung ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zum einen das Führungsrohr mit zumindest einer Eintrittsöffnung vertikal innerhalb des Silos angeordnet ist, wobei sich der Verschlußkolben mit seiner unteren Stirnseite bei geschlossenem Verschlußorgan oberhalb der Eintrittsöffnung befindet, und zum anderen der Verschlußkolben eine sich über seinen gesamten Umfang sowie mindestens einen Teil seiner Länge erstreckende Bürste aufweist. Zudem soll/en in Ausgestaltung der Erfindung die Eintrittsöffnung/en vorteilhafterweise in der unteren Hälfte des Führungsrohres — bevorzugt jedoch oberhalb von dessen unterem Sechstel — angeordnet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt ^b5 sich die Bürste über den gesamten Mantel des Verschlußkolbens, bei einer besonders günstigen Ausgestaltung in Form von Ringen über den den Stirnseiten

⁶⁰ benachbarten Mantelbereich des Verschlußkolbens.

Auch können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die vorzugsweise 0,15 bis 0,25 mm dicken Borsten aus Stahl oder Buntmetall hergestellt werden sowie gegebenenfalls 3 bis 10 mm lang überstehen.

Die Mangel vorbekannter Vorrichtung werden vor allem durch die vertikale Anordnung sowie durch den Besatz des Kolbens mit einer Bürste beseitigt Zudem erfolgt hier die Dosierung des Schüttgutes im Unterschied zum zitierten Stande der Technik durch Auffüllen eines bestimmten Volumens im Führungsrohr, was eine dosimetrische Funktion der Eintrittsöffnung überflüssig werden läßt; letztere bestimmen lediglich die minimale Auffüllzeit

Der bei geschlossener Austragsöffnung im oberen Bereich der Eintrittsöffnungen 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 ^:ai Silo angeordnet ist. Die sich über den gesamten Mantd des Verschlußkolbens oder sich in Form von zwei im Bereich der Stirnseiten angeordneten Ringen über einen Teil dieses Mantels ausdehnende Bürste liegt satt aui 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 dos Verschlußkolbens — geöffnet 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 das neues Schüttgut durch die Eintrittsöffnungen eindringt. Das Führungsrohr wird durch Hochziehen des Verschlußsystems dicht verschlossen.

Unterhalb der Austragsöffnung ist ein Abflußrohr oder ein das Schüttgut in mindestens zwe: 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 ⁴¹O" gedreht gezeichnetem Silo.

Der kathodisch;- Teil einer SchmelzfluSelektrolyyezelle zur Herstellung von Aluminium — wie sie in F i g. J gezeigt wird — besteht im wesentlichen aus einer Stahlwanne 10, einer Isolationsschicht 12 und eine· Kohleauskleidung 14. In der trogförmig ausgebildeten Koh|eausk|eidung 14 liegt das nicht gezeichnete Elektrolysebad, bestehend aus einer Schicht des abgeschiedenen, schmelzflüssigen Meulls und dem darüberliegenden Elektrolyten.

In den Schmelzflußelektrolyten tauchen von oben Kohleanoden 16 ein. weiche 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 Meißelführiing 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 ininiisöiinüngon

46.

icsc Dosicrvorncntiirig vvjrc! Ί"

Fig. I im Detail dargestellt. Bei geöffnetem Verschlußsystem fließt die Tonerde über einen Verteiler 48 in mittels der Einschlagvorrichtung hergestellte Durchbrüche 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.

F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung im Detail. Das aus Außen- 56 und Innenrohr 58 bestehende Führungsrohr 44 ist vollständig im Tonerdesilo 28 angeordnet. Das Aluminiumoxid wird durch das Tor.erdebeschiekungsrohr36 in diesen Silo geführt.

Das im Führungsrohr 44 angeordnete Verschlußsystem besteht aus einem Verschlußkolben 40, und einem kegelförmig ausgebildeten Verschlußorgan 42. Das Verschlußsystem 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 offem. Führungsrohr 44 dicht verschließende Kegelverschluß 42 ist über die untere Gabelbefesiigung 66 und die untere Kolbenstange 68 mit dem Verschlußkolben 40 verbunden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte

> Mantelfläche des Verschlußkolbcns 40 mit einer Stahlbürste versehen, die auf der Innenwandung des lniKiirohres 58 aufliegt. Nach nicht gezeichneten Ausführungsformen kann jedoch auch nur der obere und unierc. 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 runde Eintrittsöffnung haben einen Durchmesser D, der kleiner ist als L

Ist die Mantelfläche des Verschlußkolbens 40 nur im Bereich der Stirnseiten mit einer ringförmigen Bürste

VCrSCiiCn, SO iSc CiiCSC /!«VCCkiTiuuig 2 — 3 Cm b"Cit.

' Vorzugsweise 3—10 mm lang überstehende Stahl- oder Biintmeiallborsten erfüllen den Zweck, wenn sie einen Drahtdurchmesser der Größenordnung 0.15 —0.25 mm haben.

F i g. 2 zeigt eine geschlossene Dosiervorrichtung, der

■ Pneumalikzylinder 38 hat den Kegelverschluß 42 satt an den unteren Rand des Innenrohres 58 gezogen. Die untere Stirnseite 70 des mit einer Bürste versehenen VerscMußkolbens 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 Bürsie des Verschlußkolbens 40 verhindert, daß Tonerde in den oberen Teil des Führungsrohres eindringen kann.

Bei der Tonerdechargierung der Elektrolysezelle senkt der Pneumatikzylinder 38 das Verschlußsysiem 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 Verschlußsystem um weniger als H abgesenkt, z. B. um 'Z₂ H. so könnte die Tonerde kontinuierlich vom Silo 28 zum Verteiler 48 fließen. Gegen oben bleibt jedoch das Führungsrohr 44 immer geschlossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum dosierten Zuführen eines feinkörnigen, rieselfähigen Schüttgutes aus einem Silo zu einem Reaktionsgefäß, insbesondere Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Xrustendurchbruch einer Aluminiumschmelzflußelektrolysezelle, mit einem über zumindest eine Eintrittsöffnung mit dem Silo verbundenen Führungsrohr sowie einem in dessen Längsrichtung mittels Pneumatikantriebs verschiebbaren Verschlußsystem aus einem an einer Kolbenstange befestigten Verschlußkolben, an welchem über eine weitere Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ein Verschlußorgan für eine Austrittsöffnung angeordnet ist, wobei der Verschlußkolben eine Länge aufweist, welche größer ist als der Durchmesser der Eintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (44) mit zumindest einer Eintrittsöffnung (46) vertikal innerhalb des Silos (28) angeordnet ist, wobei sieb der Verschlußkolben (40) mit seiner unteren Stirnseite (70) bei geschlossenem Verschlußorgan (42) oberhalb der Eintrittsöffnung (46) befindet, und daß der Verschlußkolben (40) eine sich über seinen gesamten Umfang und mindestens einen Teil seiner Länge (L) erstreckende Bürste aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung/en (46) in der unteren Hälfte des Führungsrohres (44), vorzugsweise jedoch oberhalb von dessen unterem Sechstel, angeordnet ist/sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bürste über den gesamten Mantel öes Veiachlußkolbens (40) erstreckt.

4. Vorrichtung nach einem c..r Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bürste in Form von Ringen über den den Stirnseiten benachbarten Mantelbereich des Verschlußkolbens (40), vorzugsweise 2 bis 3 cm breit, erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten der Bürste 3 bis 10 mm lang überstehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise 0,15 bis 025 mm dicken Borsten aus Stahl oder Buntmetall bestehen.