DE3125045C2 - Vorrichtung zum portionsweisen Zuführen von fluidisierbarem Schüttgut und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung erlaubt das portionsweise Zuführen eines fluidisierbaren Schüttgutes (24) aus einem Silo (22) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (26) zu einem Reaktionsgefäß (12). Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Zuführung von Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Krustendurchbruch in einer Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium. Unterhalb der Siloaustrittsöffnung (26) ist ein ungefähr horizontal verlaufendes Förderrohr (32) angeflanscht, das zur Aufnahme des aus dem Silo (22) ausfließenden Schüttgutes (24) geeignet ist. Auf der einen Seite ist das Förderrohr (32) mit einer Düse (42) verschlossen, auf der anderen Seite ist ein Abflußrohr (40) angeordnet. Über die Düse (42) kann mittels gesteuerter, kurzzeitiger Öffnung eines Impulsventils (46) in einstellbaren Zeitabständen Druckluft in das Förderrohr (32) gepreßt werden. Das im Förderrohr (32) befindliche Schüttgut wird um einen von der Pulsfrequenz, der Pulsdauer, dem Druck des eingeblasenen Mediums und der Düsenöffnung abhängigen Betrag vorwärts geschoben.

Description

In Bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfin-

' Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum 55 dungsgemäß gelöst durch eine Düse mit einer Bohrung, portionsweisen Zuführen von fluidisierbarem Schüttgut, die das um höchstens etwa 10° von der Horizontalen insbesondere von Tonerde, aus einem im Bereich der abweichende Förderrohr unmittelbar neben der Einlaß-Längsachse oberhalb einer Schmelzflußelektrolysezelle öffnung innen verschließt und ein von der äußeren Düzur Heistellung von Aluminium angeordneten Tagessilo senöffnung zur Druckleitung führendes Verbindungszu einem Krustendurchbruch der Zelle, über ein unter- 60 rohr, welches mit einem mittels eines Zeitrelais steuerhalb einer Siloaustrittsöffnung nach außen verlaufendes baren Impulsventil verschließbar ist.
Förderrohr mit einer der Siloaustrittsöffnung ungefähr Der Vorteil besteht nun darin:
entsprechenden Einlaßöffnung und einem vertikal oder Der Tonerdesilo ist oberhalb der Zelle angeordnet geneigt nach außen weisenden Abflußrohr, welches im Das Förderrohr verläuft horizontal von innen nach au-Bereich der verschlossenen, äußeren Stirnwand des 65 Ben und ist verhältnismäßig kurz. Weserulirh ist, daß Förderrohres angeordnet ist und die Auslaßöffnung um- jegliche Fiuidisierung unterlassen werden kann. Die gibt. Tonerdedosierung erfolgt durch Druckmittelstöße, wo· Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelz- bei im Förderrohr raupenartige Tonerdewülste vor-

wärtsgeschoben werden.

Das aus dem Tagessilo ausfließende Schüttgut bildet in Ruhestellung einen Schüttkegel mit einem von den Fließeigenschaften des Gutes abhängenden Schüttwinkel.

Die minimale Länge des Ferderrohres bzw. der minimale Abstand des Einlaßes von der Auslaßöffnung im Förderrohr muß so gewählt sein, daß der Schüttkegel des aus dem Silo ausfließenden Schüttgutes ohne die Wirkung des über die Düse zuströmenden Druckmittels die Auslaßöffnung des Förderrohres nicht erreicht Die maximale Länge des ungefähr horizontal angeordneten Förderrohres wird einerseits durch die Schubkraft des Druckmittels und andererseits durch die Verdichtung des Schüttgutes im Rohr begrenzt

Besondere Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

So kann je nach der Länge des Förderrohres bzw. des Abstandes von dessen Einlaß- und Auslaßöffnung das Förderrohr von der horizontalen Lage abweichen. Insbesondere bei exirem kurzen Rohren, bei welchen der Abstand zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung =nach Patentanspruch 2) kleiner als der dreifache Rohrdurchmesser ist, kann das Förderrohr in Richtung zur Auslaßöffnung nach oben, d. h. leicht ansteigend geneigt sein.

Lange Förderrohre — mit einem Abstand zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung, der (nach Patentanspruch 3) größer als der fünffache Rohrdurchmesser ist — dagegen sind bevorzugt in Förderrichtung nach unten geneigt d. h. leicht sinkend angeordnet, damit die Schubkraft des Druckmittels besser ausgenutzt werden kann. Die Neigung des Förderrohres gegenüber der Horizontalen ist jedoch immer klein, höchstens etwa 10°, damit das Schüttgut keinesfalls blockiert oder von selbst gleitet

Je nach der konstruktiven Gestaltung des Aufbaus kann (nach Patentanspruch 4) zwischen Silo und Förderrohr, anstelle einer direkten Anflanschung, auch ein Fallrohr angeordnet sein. Dieses Fallrohr ist zweckmäßig vertikal angeordnet oder soll nur wenig von der Vertikalen abweichen, damit das Schüttgut auf jeden Fall noch gut gleiten kann.

Der Innendurchmesser der in das Förderrohr eingesetzten Düse beträgt nach Patentanspruch 5 10 bis 25 mm, insbesondere 20 mm.

In bezug auf das Verfahren zum betreiben der Vorrichtung (nach Patentanspruch 6) wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß mittels gesteuerter, kurzzeitiger öffnung des Impulsventils in einstellbaren Zeitabständen Druckluft von 4 · WbisG · 10⁵Pa in das Förderrohr gepreßt wird mit einer Impulsdauer von 10 bis 100 msec sowie einer Impulsfrequenz von 5 bis 20 pro Minute.

Zur Erreichung eines reproduzierbaren, wirtschaftlich arbeitenden Verfahrens müssen folgende Parameter optimalisiert werden:

— Impulsfrequenz

— Impulsdauer

— Druck des eingeblasenen Druckmittels

— Düsenöffnung

Die Impulsdauer wird nach unten durch die Trägheit des verwendeten Impulsventils begrenzt; sie kann jedoch auf einige Miil^:sekunden gesenkt werden. Eine lange Impulsdauer grenzt an die bekannte kontinuierliche Förderung: In diesem nicht angestrebten Fall fließt dauernd Tonerde aus dem Tagessilo und wird gleich durch das Förderrohr in das Abflußrohr und damit zur Elektrolysezelle geblasen. Die Genauigkeit bei derartigem kontinuierlichem Fördern ist nicht ausreichend. Von wesentlicher Bedeutung Lst die genaue Reproduzierbarkeit der Impulsdauer. Praktische Versuche haben ergeben, daß bei der Dosierung von Aluminiumoxid eine Impulsdauer von 10 bis 100 Millisekunden optimale Resultate eirlaubt
Aus wirtschaftlichen Gründen wird bevorzugt Druckluft in das Förderrohr eingeblasen. Diese kann aus einem normalen Druckluftnetz abgezweigt und mit 4 · 10⁵MsO · ΙΟ⁵ Pa in das Förderrohr eingeblasen werden. Die untere Grenze des Druckes wird sowohl von der Länge und Neigung des Förderrohres als auch von der zu erreichenden Fördergenauigkeit bestimmt. Andererseits darf der Luftdruck nicht so hoch sein, daß das Schüttgut explosionsartig aus dem Förderrohr gefegt wird. Während der eingestellten Impulsdauer muß das im Förderrohr befindliche Schüttgut vielmehr um einen bestimmten reproduzierbaren Betraf; — normalerweise einige Zentimeter — vorwärts geschoben werden.

Die Impulsfrequenz wird gegen oben, wie die Impulsdauer gegen unten, durch die Trägheit des verwendeten Irnpulsventils bestimmt Sehr hohe Frequenzen führen zum oben erwähnten Grenzfall einer kontinuierlichen Förderung. Weiter muß das Schütgut vor dem nächsten Impuls ruhig sein, sonst wird die Fördergenauigkeit nachteilig beeinflußt Impulsfrequenzen zwischen 5 und 20 pro Minute haben zu guten Ergebnissen geführt

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die teilweise aufgeschnittene Ansicht zeigt schematisch die in Blickrichtung obere rechte Hälfte einer Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium.

Der kathodische Teil der Zelle besteht aus einer von einem Kasten 10 umgebenen Stahlwanne 11 mit einem eingebetteten Kohleblock 12 als Kohlekathode. Die zwischen Stahlwanne 11 und Kohleblock 12 befindliche thermische Isolation ist einfachheitshalber nicht eingezeichnet

/ η der Traverse 14 sind über Anodenstangen 16 die Kohleanoden 18 aufgehängt.

Das während des Elektrolyseprozesses abgeschiedene Aluminium sammelt sich auf dem Boden des Kohlebllockes 12. Nach dem periodischen Schöpfen des flüssigen Metalls muß die Traverse 14 um den entsprechenden Betrag abgesenkt werden.

Ein hochgestelltes, U-förmiges oberes Auflageprofil 20 stützt den in der Zellenlängsachse angeordneten Silo 2Z welcher die Tonerde 24 enthält. Das untere Ende des Siilos 22 ist konisch ausgebildet und mit einer Siloaustrittsöffnung 26 versehen. Der an dieser Austrittsöi*- nung fiusgebildete Stutzen wird von einem nahezu vertikal angeordneten Fallrohr 28 umschlossen. Das Fallrohr 21$ mündet seinerseits über eine Einlaßöffnung 30 in ein Förderrohr 32, welches im Ausführungsbeispiel exakt horizontal angeordnet ist und einen Durchmesser von el;wa 10 cm hat.

Die Tonerde hütet im Förderrohr 32 einen Schüttkegel 34, der in Ruhestellung das Fallrohr 28 verschließt und den Austritt weiterer Tonerde verhindert. Bis zur 40 cm von der Einlaßöffnung 30 entfernten Auslaßöffmung 36 des Förderrohres 32, welche in das Abflußrohr 40 übergeht, sind einige Zentimeter lange, raupenförmige Tonerdewülste 4S ausgebildet.

Das Förderrohr 32 ist, in der Figur gesehen rechts, dicht verschlossen. Der im Ausführungsbeispiel dargestellte blinde Stutzen auf der rechten Seite des Förder-

rohres 32 kann auch weggelassen werden, indem das Förderrohr 32 unmittelbar nach der Auslaßöffnung 36 verschlossen wird.

Auf der in der Figur gesehen linken Seite, unmittelbar neben der Einlaßöffnung 30, ist eine Düse 42 angeordnet. Die 20-mm-Bohrung der Düse 42 ist über ein Verbindungsrohr 48 an eine Druckleitung 44 angeschlossen. Ein elektromagnetisch steuerbares Impulsventil 46 öffnet und schließt das Verbindungsrohr 48. Das Impulsventil 46 wird von einem unteren Auflageprofil 50 getra- gen.

Über eine Aufhängung 52 ist ein Druckzylinder 54 am Silo 22 befestigt Der mittels des Druckzylinders 54 pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Meißel 56 dient zum Einschlagen der Kruste aus erstarrtem Elektrolytmaterial.

Sowohl das Impulsventil 46 als auch die den Druckzylinder 54 betätigende Hydraulik bzw. Pneumatik sind zentral gesteuert, was einen koordinierte» Einsatz erlaubt

Im Zuge des Umweltschutzes ist die Elektrolysezelle mit einer aufgehängten, an ein Winkelprofil 58 angelenkte Seitenabdeckung 60 und einer Horizontalabdekkung 62 versehen.

Vor der Inbetriebnahme der Elektrolysezelle wird Tonerde 24 in den Tagessilo 22 eingefüllt, von wo sie über das Fallrohr 28 in das Förderrohr 32 gelangt und dort einen Schüttkegel 34 bildet. Durch kurzzeitiges öffnen des Impulsventils 46 wird Druckmittel in das Förderrohr 32 gepreßt und aus dem Schüttkegel 34 in Ruhelage seitlich verschobene raupenförmige Tonerdewülste 43 gebildet Nach mehrmaligem öffnen des Impulsventils 46 entsteht eine entsprechende Anzahl solcher Tonerdewülste 43, bis der vorderste die Auslaßöffnung 36 erreicht hat. Nun ist die Dosiervorrichtung ein- 3s satzbereit

Während des Betriebs der Elektrolysezelle wird das Impulsventil 46 in regelmäßigen Zeitabständen kurzzeitig geöffnet, so daß Druckmittel in das Förderrohr 32 gepreßt wird. Gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem öffnen des Impulsventils 46 wird der Druckzylinder 54 betätigt wobei der Meißel 56 die Elektrolytkruste durchstößt Das auf die Durchstoßöffnung gerichtete Abflußrohr 40 führt eine Portion Tonerde zu, welche volumenmäßig einem raupenförmigen Tonerdewulst 43 im Förderrohr 32 entspricht

Sofort nach dem Schließen des mit einem Zeitrelais gesteuerten Impulsventils 46 kann aus dem Fallrohr 28 Tonerde nachfließen, bis der sich bildende Schüttkegel 34 die Einlaßöffnung 30 aufs neue verschließt

Wenn beispielsweise zwei Kilogramm Tonerde pro Minute zugeführt werden müssen, können 10 Druckluftimpulse von 50 msec Dauer bei einem Druck von 5 bar erzeugt werden. Damit werden pro Schub 200 g Tonerde gefördert Die in diesem Beispiel gemessenen Abwei- chungen der bei einem Impuls geförderten Tonerdemengen liegen unter 1%. Es ergibt sich somit eine außerordentlich hohe Dosiergenauigkeit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 flußelektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Patentansprüche: Fluoridschmelze gelöst, die zum größten Teil aus Kryolith besteht Das kathodisch abgeschiedene Aluminium

1. Vorrichtung zum portionenweisen Zuführen sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohlevon fluidisierbarem Schüttgut, insbesondere von 5 block der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Alu-Tonerde, aus einem im Bereich der Längsachse miniums die Kathode bildet In die Schmelze tauchen oberhalb einer Schmelzflußelektrolysezelle zur Her- von oben Anoden ein, die bei konventioneilen Verfahstellung von Aluminium angeordneten Tagessilo zu ren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Koheinem Krustendurchbruch der Zelle, über ein unter- leanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung halb einer Siloaustrittsöffnung nach außen verlauf- 10 des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohendes Förderrohr mit einer der Siloaustrittsöffnung lenstoff der Anoden zu CO₂ und CO verbindet Die Elekungefähr entsprechenden Einlaßöffnung und einem trolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 vertikal oder geneigt nach außen weisenden Abfluß- bis 970° C statt

rohr, welches im Bereich der verschlossenen, äuße- Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an

ren Stirnwand des Förderrohres angeordnet ist und 15 Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1

die Auslaßöffnung umgibt, gekennzeichnet bis 2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es

durch eine Düse (42) mit einer Bohrung, die das zum Anodeneffekt der sich in einer Erhöhung der Span-

um höchstens etwa 10° von der Horizontalen abwei- nung von beispielsweise 4 bis 5 V auf 30 V und darüber

chende Förderrohr (32) unmittelbar neben der Ein- auswirkt Spätestens dann muß die Kruste aus festem

laßöffnuftK (30) innen verschließt und ein von der 20 Elektrolytmaterial eingeschlagen und die Aluminium-

äuüeren Düsenöffnung zur Druckleitung (44) füh- cxidkoRzentration durch Zugabe von neuer Tonerde

rendes Verbindungsrohr (48), welches mit einem angehoben werden.

mitteis eines Zeitrelais steuerbaren Impulsventil (46) Die Zelle wird üblicherweise periodisch bedient auch

verschließbar ist wenn kein Anodeneffekt auftritt Außerdem muß bei

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 jedem Anodeneffekt die Kruste eingeschlagen und die 1 zeichnet, daß das Förderrohr (32) mit einem Abstand Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem AIu- £ zwischen Einlaß- (30) und Auslaßöffnung (36) kleiner miniumoxid angehaben werden.

ä als dem dreifachen Rohrdurchmesser in Richtung Die auf den Schmelzflußelektrolysezellen angeordne-

Jf zur Auslaßöffnung (36) nach oben geneigt ist ten Vorratsbunker bzw. Tonerdesilos sind in Form von

-|

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 Behältern mit einem trichterförmigen Unterteil ausge-

S zeichnet cLß das Förderrohr (32) mit einem Abstand bildet Der Inhalt der Silos deckt im allgemeinen einen

H zwischen Einlaß- (30) und Aiislaßöffnung (36) größer ein- bis zweifachen Tagesbedarf, sie werden daher auch

|2 als dem Yünffachen Rohrdurchmesser in Richtung Tagessilos genannt

0 zur Auslaßöffnung (36) nach unten geneigt ist Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art i·

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 35 (DE-AS 21 35 485) erfolgt die Tonerdezufuhr aus einem H dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aus- Tagessilo, der außerhalb des Grundrisses der Schmelztrittsöffnung (26) des Silos (22) und der Einlaßöff- flußelektrolysezelle angeordnet ist Die Tonerde muß j.i nung (30) des Förderrohres (32) ein Fallrohr (28) zum Transport in einer Förderrinne fluidisiert werden, % angeordnet ist was mittels eines porösen Schlauches erfolgt; dieser ist if_t

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 40 mit einem Rohrfüllstück mechanisch stabilisiert Die f; dadurch gekennzeichnet daß der Innendurchmesser Fluidisierung der Tonerde ist erforderlich, weil diese $ der Düse (42) 10 bis 25 mm beträgt über eine verhältnismäßig große Distanz in Zellenlängs-P

6. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach richtung transportiert werden muß.
JS einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- Die Tonerdedosierung erfolgt mittels einer Meßvor- Jj net. daß mittels gesteuerter, kurzzeitiger öffnung 45 richtung voluminometrisch.

fi des Impulsventils (46) in einstellbaren Zeitabständen Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt eine

tfv Druckluft von 4 · 10⁵ bis 6 · ΙΟ⁵ Pa in das Förder- Vorrichtung zum portionsweisen Zuführen von fluidi-

,i rohr (32) gepreßt wird mit einer Impulsdauer von 10 sierbarem Schüttgut zu schaffen, die keine mechanisch

; bis 100 msec sowie einer Impulsfrequenz von 5 bis bewegbaren Elemente aufweist wobei deren einfacher

20 pro Minute. 50 Aufbau eine kostengünstige Herstellung und eine weitgehende Wartungsfreiheit gewährleisten soll. Weiter

soll ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung geschaffen werden.