DE3318542C2 - Vorrichtung zur gezielten Zugabe von Tonerde in ein Elektrolysiergefäß - Google Patents

Abstract

Ein feststehender Vorratstrichter (1) ist in waagerechte Balken (2) aus Metall integriert, die wenigstens zum Teil seine Seitenwände (3) bilden. Der Vorratstrichter (1) hat eine untere Auslaßöffnung (12) für Tonerde und weist ein dichtes Führungsrohr (4) aus Metall auf, dessen oberer Abschnitt (5) offen ist und ungefähr bis auf die Höhe des oberen Abschnitts des Vorratstrichters (1) reicht, und dessen unterer Abschnitt (7) zwei ungefähr parallele Stränge (8, 9) hat, von denen der erste (8) am Ende des Vorratstrichters (1) mündet und der zweite (9) mit seinem unteren Abschnitt im Innern des Vorratstrichters (1) in unmittelbarer Nähe und in der Achse der Auslaßöffnung (12) für Tonerde mündet.

Description

den, den Trichter oder die aus dem Trichter, dem Krustenbrecher und der Dosiervorrichtung bestehende Baugruppe wegnehmbar oder auf einer in den Überbau integrierten Schiene verfahrbar auszuführen.

Das wegnehmbare Trichtersystem hat jedoch zahlreiche Nachteile. Es ist teuer in der Herstellung, denn es zwingt dazu, die Austauschbarkeit von Bauteilen großer Abmessungen sicherzustellen, woraus sich die Notwendigkeit sehr enger Fertigungstoleranzen ergibt. Es ist außerhalb der Elektrolysiergefäße die Lagerung "on Austauschtr"ehtem und der in Reparatur befindlichen Trichter vorzusehen, was entsprechende Stützgestelle notwendig macht und Raum in den Gebäuden beansprucht

Beim Austauschen eines außer Betrieb gesetzten Trichters oder beim Ausbauen eines Trichters zur Freilegung der Einstech- und Dosiervorrichtung muß die Tonerde aus dem Trichter entfernt werden und danach muß der neu montierte Trichter mit Tonerde gefüllt werden, damit er in Betrieb genommen worden kann. Durch diese Umfüllvorgänge für die Tonerde entsteht Staub, der einem einwandfreien Funktionieren der Mechanismen des Elektrolysiergefäßes und den Arbeitsbedingungen abträglich ist Sie verlängern die Wartungszeit, also die Zeit, in der das Elektrolysiergefäß nicht mit Tonerde beschickt wird.

Außerdem muß die Verbindung zwischen dem wegnehmbaren Trichter und dem Überbau des Elektrolysiergefäßes gegen die Ofengase so dicht wie möglich sein, um die Rückgewinnungsleistung zu verbessern. Diese Abdichtung ist bei Bauteilen von so großen Abmessungen schwierig herzustellen.

Schließlich führt das Konzept des wegnehmbaren Trichters unvermeidlich zur Verschleppung von Tonerde in die Reparaturwerkstatt, denn die vollkommene Entleerung der Trichter ist nicht möglich. Es müssen also besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um eine Verschmutzung mit der stark schleifend wirkenden Tonerde der Werkzeuge und Maschinen sowie der Bauteile zu verhindern, an denen Wartungsarbeiten durchgeführt werden.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Zugabe von Tonerde ist in der GB-PS 20 80 830 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung ist unabhängig von den Trägern konstruiert, welche den Überbau des Elektrolysiergefäßes bilden. Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die Stecheinrichtung und die Beschickungseinrichtung häufig zu Wartungs- und Reparaturarbeiten vom Elektrolysiergefäß entfernt werden müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung zur gezielten Zugabe von Tonerde in ein Elektrolysiergefäß derart weiterzubilden, daß sie mit möglichst geringem Materialaufwand herstellbar ist und daß die Stech- und Beschickungseinrichtungen für Wartungs- und Reparaturarbei'en leicht aus der Vorrichtung entfernbar sind.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung zur Zugabe von Tonerde ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Danach ist der Vorratstrichter derart in die den Überbau des Elektrolysiergefäß bildenden Träger integriert, daß diese zumindest teilweise seine Seitenwände bilden. Somit werden die aus anderen Gründen über dem Elektrolysiergefäß angeordneten, sehr starken Träger gleichzeitig auch dazu ausgenutzt, mit ihren Wänden zumindest teilweise den Vorratstrichter zu bilden. Die Träger dienen gewöhnlich dazu, die Anodenschienen abzustützen, von denen die schweren Anodenblöcke in das Elektrolysebad herabhängen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßei:· Vorrichtung zum Zugeben von Tonerde sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfincking wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Querschnitt durch den Vorratstrichter,

F i g. 2 einen vertikalen Schniti durch die eigentliche

ίο Dosiervorrichtung und

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Vorratstrichter mit der wegnehmbaren Vorrichtung zum Einstechen und Beschicken gemäß der Erfindung.

Der Vorratstrichter 1 für Tonerde ist in den Überbau des Elektrolysiergefäßes bildende waagerechte Träger 2 integriert, wobei seine Seitenwände 3 von den beiden Innenflächen der Träger 2 gebildet sind. Die Träger 2 stützen insbesondere die Anoden und ihre Anlage zur Höhenverstellung und elektrischen Stromversorgung ab. Der Vorratstrichter 1 ist von oben nach unten von einem Führungsrohr 4 aus Stahlblech durchdrungen, das in der Nähe des Zentrums des Vorratstrichters 1 und vorzugsweise über der tiefsten Stelle angeordnet sein kann. Es kann auch auf einer der Wände abgestützt sein.

Das Führungsrohr 4 ist an seinem oberen Abschnitt 5 mit einem Rahmen 6 verbunden, der zur Befestigung auf dem Elektrolysiergefäß oder zur Handhabung als Träger für die Einstech- und die Dosiervorrichtungen und für die Steuerschieber der Arbeitszylinder dient. Er sorgt außerdem für die Abdichtung zwischen dem oberen Abschnitt 5 der Aufnahme und dem Innenraum des Vorratstrichters 1.

Der untere Abschnitt 7 verzweigt sich in zwei parallele Stränge 8 und 9. Der erste Strang 8 nimmt die Vorrichtung zum Einstechen der Elektrolytkruste auf und ist ein einfaches, gegenüber dem Vorratsbehälter 1 dichtes Rohr, das die Einführung der vollständig zusammengebauten Einstechvorrichtung 10 ermöglicht. Der zweite Strang 9 nimmt die Beschickungseinrichtung il auf und endet in unmittelbarer Nähe und in der Achse der Auslaßöffnung 12 des Vorratstrichters 1. Dieser Raum 13 von einigen Zentimetern Ausdehnung hat die Aufgabe, die Tonerde aus dem Vorratstrichter 1 zur Einlaßöffnung 14 einer Dosiervorrichtung 15 durchzulassen. An die Auslaßöffnung 16 der Dosiervorrichtung 15 ist ein Rohr 17 angeschweißt, dessen oberes Ende etwas über den Boden des Vorratstrichters 1 hinausreicht. Das untere Ende des Rohres 17 mündet in eine Rutsche 18 welche die Tonerde zu dem von der Ein-Stechvorrichtung 10 in die Krusten eingestochenen Loch lenkt.
Die Beschickungseinrichtung 11 umfaßt:

— einen pneumatischen Arbeitszylinder 19, der mit seiner Rückwand über eine Feder 20 auf dem Rahmen 6 befestigt ist; die Feder 20 stellt eine elastische Verbindung zwischen der Dosiervorrichtung 15 und dem Rahmen 6 her und ermöglicht ein Anpressen der Dosiervorrichtung 15 an den Boden des Vorratstrichters 1;

— ein Verlängerungsstück 21, das die Verschlußglieder 22 und 23 der Dosiervorrichtung 15 trägt und auch zur Entlüftung dient;

— die Dosiervorrichtung 15 für die Volumendosierung, welche von einem rohrförmigen Körper 26 gebildet ist, in welchem eine vom Arbeitszylinder 19 betätigte Stange 27 verschiebbar ist. Die Stange 27 ist mit zwei kegeligen Verschlußgliedern 22 und

23 versehen, die mit zwei kegeligen Sitzen 28 und 29 zusammenwirken, an die sie wechselweise zumindest annähernd dicht anlegbar sind.

Der rohrförmige Körper 26 und das obere Hauptteil 9 sind durch mehrere Rippen 30 gleichachsig miteinander verbunden. Zwischen den Rippen 30 sind große Zwischenräume belassen, durch welche die Tonerde von selbst unter der Wirkung der Schwerkraft abfließt, wenn das Verschlußglied 23 die obere Stellung einnimmt, derart, daß der rohrförmige Körper 26 gefüllt wird, dessen Fassungsvermögen einer Mengeneinheit an Tonerde entspricht.

Unter der Wirkung des Arbeitszylinder 19 bringt die zentrale Stange 27 das Verschlußglied 23 in die untere Stellung auf dem Sitz 29, wogegen sich das Verschlußglied 22 von seinem Sitz 28 löst und das Abfließen der Tonerdedosis über das Rohr 17 und die Verteilerrutsche 18 direkt in das vom Einstechwerkzeug 36 in eine Elektrolytkruste eingestochene Loch ermöglicht.

Der Dosiertopf 15 hat einen Bund 31, mit dem sich die Dosiervorrichtung auf einem inneren Flansch 32 an der Auslaßöffnung 12 des Vorratstrichters 1 abstützt und der bei montierter Dosiervorrichtung ein Hindernis bildet, um den Durchlauf von Tonerde zu verhindern.

Die Stecheinrichtung 10 umfaßt:

— einen pneumatischen Arbeitszylinder 33, der mit seiner Rückwand über eine isolierende Verschraubung 34 auf dem Rahmen 6 befestigt ist;

— ein Verlängerungsstück 35 zur Stange 27, die ein Werkzeug 36 zum Einstechen der Kruste trägt;

— eine Führung für das Verlängerungsstück 35, die ein isolierendes Gleitstück 38 und einen Abstreifer 39 trägt, der beim Hochfahren des Einsteckwerkzeuges 36 an diesem eventuell haftengebliebene Elektrolytkrustenteile abzulösen vermag.

Die Druckluft-Steuerzentrale für die Arbeitszylinder 19 und 33 ist in einer im oberen Vorrichtungsteil ausgebildeten Aufnahme 40 angeordnet Die Verbindungsleitungen zwischen den Steuerschiebern und der Einstechvorrichtung 10 und der Dosiervorrichtung 15 sind im Innern der Vorrichtung verlegt Ein Bündel Verbindungsleitungen für Druckluft und elektrischen Strom zwischen der Zentrale und dem Elektrolysiergefäß ist auf der Seite des Elektrolysiergefäßes so angeordnet, daß es handhabbar ist ohne daß auf das Elektrolysiergefäß hinaufgeklettert werden muß. Für den Druckluftaustritt ist in der Aufnahme 40 ein Geräuschdämpfer 41 angeordnet Der Vorratstrichter 1 weist in seinem oberen Abschnitt eine nicht dargestellte verschließbare Füllöffnung auf, durch die er periodisch mit Tonerde aus einem zentralen Silo heraus aufgefüllt wird, entweder durch pneumatische Förderung oder Förderung in Form einer Wirbelschicht des Typs Schwebeförderbahn, oder, wie üblich, aus einem mittels Luftkran herantransportierten Behälter.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Wenn eine Einstech- und Dosiervorrichtung ausgewechselt werden soll, wird die auf dem Elektrolysiergefäß montierte Vorrichtung außer Betrieb gesetzt und danach werden die elektrischen Steuerungen unterbrochen und die Druckluftversorgung abgetrennt Nachdem ein spezielles Hubgeschirr über dem Elektrolysiergefäß über der betreffenden Vorrichtung in Stellung gebracht worden ist, wird eine automatische Verriegelungsvorrichtung mit einer auf dem als Träger dienenden Rahmen 6 ausgebildeten Öse 42 in Eingriff gebracht. Dieses Hubgeschirr trägt auch eine pneumatische Ver- und Entriegelungsvorrichtung, welche die Blockierung zwischen der Vorrichtung und dem Überbau löst.

Sodann wird durch Bedienungspersonal von der betreffenden Tonerde-Beschickungsvorrichtung eine Abdeckung des Elektrolysiergefäßes geöffnet und mittels eines Verlängerungsstückes unter der Tonerde-Rutsche 18 ein Behälter in Stellung gebracht, der mittels einer einfachen Halterung unter der Rutsche 18 gehalten werden kann.

Die Stech- und Beschickungseinrichtungen können dann entfernt werden. Die Tonerde läuft dann über die Auslaßöffnung 12 im Boden des Vorratstrichters 1 und die Rutsche 18 ab, bis der unter die Rutsche 18 gehaltene Behälter voll ist. Es entsteht dann ein Tonerdeverschluß, der auf natürliche Weise den Abgang von Tonerde stoppt. Der Tonerde-Vorratstrichter 1 bleibt ebenfalls gefüllt.

Die schadhafte Vorrichtung wird zum Transport in die Reparaturwerkstatt auf ein Spezialgestell abgesetzt. Mit demselben Hubgeschirr wird eine betriebsfähige Vorrichtung aufgenommen und in die leere Aufnahme so eingesetzt, daß der untere Abschnitt der Dosiervorrichtung auf der Tonerde aufsitzt, die sich dann im unteren Teil des Vorratstrichters 1 in der Einlaßöffnung 14 der Dosiervorrichtung 15 befindet. Sodann wird der unter der Rutsche 18 gehaltene Behälter weggenommen. Die Tonerde beginnt abzufließen und gleichzeitig nimmt die Beschickungseinrichtung 11 ihre Stellung in der Auslaßöffnung 12 im unteren Teil des Vorratstrichters 1 ein. Das Gewicht der gesamten Vorrichtung drückt dann die Dosiervorrichtung 15 über die Feder 20 auf ihren Sitz 32, wodurch der Abgang von Tonerde stoppt. Es sind auf diese Weise höchstens 2 bis 5 kg Tonerde in das Elektrolysiergefäß gelangt. Sodann wird die Vorrichtung wieder verriegelt, und es werden die pneumatischen und elektrischen Verbindungen wieder hergestellt. Danach wird die Anlage wieder in Betrieb gesetzt. Die durch diese Auswechselung hervorgerufene Störung des Betriebs der Elektrolysezelle kann als unbedeutend betrachtet werden.

Es kann, beispielsweise im oberen Abschnitt des Vorratstrichters 1, eine Verengungsstelle 43 vorgesehen werden, die mit der Innenfläche 3 der waagerechten Träger 2 einen Mantel 44 bildet, der als Hauptsammler für die Ofengase benutzt werden kann. Auf diese Weise wird die Hälfte des für die Herstellung dieses Sammlers notwendigen Stahlblechs eingespart

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gezielten Zugabe von Tonerde in ein Elektrolysiergefäß für die Aluminiumgewinnung mit einem feststehenden Vorratstrichter aus Metall, der mit einer unteren Auslaß-Öffnung für den Austritt von Tonerde sowie einem bis zur Höhe seines oberen Abschnittes reichenden Führungsrohr aus Metall versehen ist, einer Einrichtung zum Einstechen eines Loches in die erstarrte Elektrolytkruste und einer Beschickungseinrichtung zum Zugeben von kontrollierten Mengen an Tonerde in das Loch, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratstrichter (1) in die Träger (2), die den Oberbau des Elektrolysiergefäßes bilden, derart integriert ist, daß die Trägerwände die Seitenwände (3) des Vorratstrichters (1) zumindest teilweise bilden, daß der obere Abschnitt (5) des Führungsrohres (4) offen ist, daß der untere Abschnitt (7) des Führungsrohres zwei sich etwa parafiel erstreckende Stränge (8, 9) aufweist, von denen der erste (8) außerhalb des Vorratstrichter (1) und der zweite (9) mit seinem unteren Abschnitt im Inneren des Vorratstrichters und in unmittelbarer Nähe und in der Achse der Auslaßöffnung (12) für Tonerde mündet, und wobei im ersten Strang die Stecheinrichtung (10, 36) und im zweiten Strang die Beschickungseinrichtung (11, 15) jeweils wegnehmbar angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stecheinrichtung (10, 36) und die Beschickungseinrichtung (11, 15) mit ihren oberen Abschnitten an einem Träger (6) befestigt sind, der sich zumindest annähernd dich;, auf der oberen Öffnung des Führungsrohres (4) abstützt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (12) des Vorratstrichters (1) ein rohrförmiges Verlängerungsstück (Rohr 17, Rutsclie 18) aufweist, welches in unmittelbarer Nähe über dem Loch in der Elektrolytkruste mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosiervorrichtung (15) für Tonerde mit Volumendosierung vorgesehen ist, welche ein rohrförmiges Hauptteil (26) mit dem Dosier-VoIumen aufweist, welches an seinem oberen und unteren Abschnitt durch Verschlußteile (22,23) abdichtbar oder zu öffnen ist und mit seinem oberen Abschnitt auf der Höhe des zwischen dem unteren Ende des zweiten Stranges (9) des Führungsrohres (4) und der Auslaßöffnung (12) des Vorratstrichters (1) gelegenen Raumes (13) sowie mit seinem unteren Abschnitt in das rohrförmige Verlängerungsstück (17, 18) mündet, wobei letzteres an der Auslaßöffnung (12) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Hauptteil (26) einen äußeren Vorsprung (31) aufweist, der durch eine elastische Vorrichtung (20, 21) auf einem inneren Flansch (32) an der Auslaßöffnung (12) des Vorratstrichters(l) in Anlage gehalten ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Vorratstrichters (1) eine Verengungsstelle (43) aufweist, die mit der Innenwand (3) der Träger (2) einen dichten Mantel (44) bildet, der als Sammler für die Abgase aus dem Elektrolysiergefäß dient.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gezielten Zugabe von Tonerde in ein Elektrolysiergefäß für die Aluminiumgewinnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Betrieb der zur Herstellung von Aluminium eingesetzten Öfen ist weitgehend automatisiert worden, sowohl um dabei die Energiebilanz zu verbessern und die Regelmäßigkeit des Betriebes zu erhöhen, als auch mit dem Ziel, den Einsatz menschlicher Arbeitskraft einzuschränken und den Wirkungsgrad bei der Rückgewinnung der fluorhaltigen Abgase zu verbessern.

Einer der wesentlichen Faktoren für die Sicherung eines regelmäßigen Betriebes eines Ofens für die Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith gelöster Tonerde ist das Tempo, mit dem die Tonerde in das Bad zugegeben wird. Herkömmlich wurde bei der Beschickung mit Tonerde so verfahren, daß die Tonerde auf die das Elektrolysiergefäß bedeckende ersurrte Schmelzkruste aufgegeben und diese Schmelzkruste periodisch mittels Krustenbrechern aufgebrochen wurde. Dadurch fiel die Tonerde in großen und schlecht kontrollierten Mengen in das Bad.

Derartige Verfahren sind beispielsweise in den französischen Patentschriften 12 45 598, 15 26 766 und 20 36 896 beschrieben, die den US-Patentschriften 32 16 918,33 72 106 und 36 79 557 entsprechen.

Es wird angestrebt, die Beschickung mit Tonerde kontrolliert nnd regelmäßig so vorzunehmen, daß die Tonerdekonzentration im Elektrolyt innerhalb eines im voraus festgelegten Bereiches gehalten wird, um die bestmögliche Leistung zu erzielen.

Hierzu wird die Tonerde in aufeinanderfolgenden Dosen von kontrolliertem Gewicht in eine oder mehrere Öffnungen zugegeben, die in der Elektrolytkruste ständig offengehalten werden (punktförmiges Beschikkungssystem).

Derartige Systeme sind insbesondere in den französischen Patentschriften 20 99 434, 22 64 098, 24 65 016, 24 83 964, 24 83 965 und 24 87 386 und in den US-Patentschriften 34 00 062 und 36 89 229 beschrieben. Sie haben gewöhnlich eine Vorrichtung zur Vorratshaltung von Tonerde und eine Vorrichtung zur Verteilung der Tonerde auf eine oder mehrere Stellen der Elektrolysiergefäße, wobei die letztgenannte Vorrichtung häufig mit der Vorrichtung zum Einstechen der erstarrten Elektrolytkruste kombiniert ist.

Die Vorrichtung zur Vorratshaltung kann zentralisiert sein, wobei die Verteilung auf jedes Elektrolysiergefäß über eine Schwebeförderbahn, durch pneumatische Förderung oder durch Förderung in Form einer Wirbelschicht vorgenommen wird. Die Vorratshaltung kann auch lokal mit einem oder mehreren Vorratstrichtern je Elektrolysiergefäß vorgesehen sein, die periodisch nachgefüllt werden.

Der Nachteil dieser Systeme, insbesondere wenn sie einen feststehenden Trichter aufweisen, besteht darin, daß die Vorrichtungen zum Einstechen der Elektrolytkruste und zum Zumessen und Verteilen der Tonerde schlecht zugänglich sind. Wegen der schleifenden Wirkung der Tonerde erfordern diese Vorrichtungen relativ häufige Wartungsarbeiten, die wegen der Hitze, des Abganges fluorhaltiger Gase und des elektrischen Potentials am Gefäßüberbau sowie wegen der starken Magnetfelder, die ein Haften der Werkzeuge hervorrufen und die Handhabung erschweren, unter sehr schwierigen Arbeitsbedingungen direkt auf dem Elektrolysiergefäß ausgeführt werden müssen.

Zur Lösung dieses Problems ist vorgeschlagen wor-