DE69212615T2

DE69212615T2 - Verbesserte Heizelementeinrichtung zum Affinieren von Aluminium

Info

Publication number: DE69212615T2
Application number: DE69212615T
Authority: DE
Inventors: John Franklin Pelton
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2012-04-25
Also published as: RU2092600C1; ES2090405T3; CN1033823C; BR9201527A; FI104094B; AU648228B2; CA2067054A1; EP0510701A2; HUT62665A; FI921845A0; EP0510701B1; IS3838A; MX9201934A; ATE141107T1; KR920019954A; FI104094B1; JP2533035B2; TR27563A; CA2067054C; CN1066088A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gefäß zur Aufnahme und zum Raffinieren von schmelzflüssigem Aluminium. Insbesondere bezieht sie sich auf den Schutz von in solchen Gefäßen verwendeten Reizelementen.

Beschreibung des Standes der Technik

Beim Raffinieren von Aluminium stellte sich heraus, daß die Verwendung von extern beheizten, feuerfest ausgekleideten Gußeisenwannen als Raffiniergefäße durch die begrenzte und in gewisser Weise nicht vorhersagbare Lebensdauer solcher Wannen nachteilig ist. Dieser unerwünschte Umstand ergibt sich aus dem Ausfall der Gußeisenwannen aufgrund von Sprüngen, Ausbeulungen, Chloridkorrosion oder Auswaschungen. Ferner führen Beschränkungen in der Formgebung solcher Gußeisenwannen zur Verwendung von Konfigurationen, die schwierig zu reinigen sind, was einen weiteren praktischen Nachteil hinsichtlich ihrer Verwendung im kommerziellen Betrieb schafft.
Um solche Nachteile zu überwinden, wurde ein Raffiniersystem entwickelt, das aus einem feuerfest ausgekleideten Gefäß mit senkrechten röhrenförmigen Immersionsheizern bestand, wie beispielsweise Siliziumkarbidröhren mit internen wendelförmigen Widerstandsheizelementen, wobei die Heizer an der Abdeckung des Raffiniergefäßes aufgehängt waren. In diesem Fall stellte sich heraus, daß die Heizer eine begrenzte Lebensdauer hatten und in der Praxis sehr schwierig auszutauschen waren. Wenn ein Heizer aufgrund des Bruchs der Siliziumkarbidröhre ausfiel, verursachten Teile der zerbrochenen Röhre häufig einen Bruch der zum Injizieren von Gas in das schmelzflüssige Aluminium innerhalb des Gefäßes verwendeten rotierenden Düse Ferner war solch ein System aufgrund der vielen Ausnehmungen zwischen benachbarten Heizerröhren und zwischen den Heizerröhren und den Gefa.ßwänden, wo sich Ablagerungen ansammelten und nur schwierig in einer zweckmäßig Weise zu entfernen waren, sehr schwierig zu reinigen.
Als Folge solcher Probleme wurde eine verbesserte Vorrichtung für das Raffinieren von Aluminium oder anderen schmelzflüssigen Metallen entwickelt. Die Vorrichtung wies ein vollständig feuerfest ausgekleidetes System aut, in welchem zwei gegenüberliegende Seitenwände jeweils aus einem Graphitblock mit elektrischen Heizelementen bestanden, die in in den Graphitblöcken vorgesehenen senkrechten Löchern angeordnet waren, wobei die Löcher oben offen und unten geschlossen waren. Verschiedene andere Merkmale dieses Systems sind in dem US- Patent 4 040 610 von Szekely offenbart. Dieses System sorgte somit für eine interne Heizquelle, während sie die mit dem Gebrauch von Immersionsheizern verbundenen Nachteile überwand. Es stellte sich heraus, daß dieses System die Heizerlebensdauer erhöhte, die Abtragung minimierte und die Reparatur des Systems erleichterte. Zur Aufnahme von Aluminium in schmelzflüssigem Zustand wies solch ein System ein Gefäß aut, welches für die Aufnahme von Aluminium in einem schmelzflüssigen Zustand geeignet war, einen isolierten, für schmelzflüssiges Metall undurchlässigen Mantel, eine Auskleidung mit Graphitbiöcken für einen Abschnitt des Inneren des Mantels, welcher unterhalb der Oberfläche der Schmelze liegen sollte, sowie mindestens eine Heizanordnung, welche innerhalb einem oder mehreren der Blöcke angeordnet war. Zur Anwendung zum Raffinieren von Aluminium wies das System auch mindestens eine rotierende, in dem Gefäß angeordnete Gasverteilungsanordnung sowie einen Einlaß und einen Auslaß für schmelzflüssiges Metall und für Gase auf
Es stellte sich heraus, daß feuerfeste Systeme mit solchen Graphitheizerblöcken eine wünschenswerte Verbesserung darstellten, und sie wurden in vorteilhafter Weise bei kommerziellen Aluminiumraffiniervorgängen verwendet. Nichtsdestotrotz sind weitere Verbesserungen bei solchen Systemen wünschenswert, um ihre Eignung beim Überwinden von praktischen Betriebsproblemen zu verbessern, die im kommerziellen Betrieb auftreten. Das auftretende Hauptproblem stellt die relativ kurze Lebensdauer der Heizer unter gewöhnlich auftretenden Betriebsbedingungen dar. Eine Ausfallart ergibt sich aus der Oxidation des Graphitheizerblocks, gewöhnlich von dem obersten Abschnitt aus. Nach der Oxidation des Blocks von dem obersten Abschnitt aus, und nachfolgend nach unten bis unterhalb des Metallbetriebspegels in dem Raffinier- oder Aufnahmegefäß, kann schmelzflüssiges Aluminium durch den oxidierten Block in den Heizerhohlraum strömen, wodurch das darin angeordnete elektrische Heizelement kurzgeschlossen wird. Wenn Chlor bei dem verwendeten Prozeßgas verwendet wird, können in dem schmelzflüssigen Aluminium gebildete flüssige Chloride möglicherweise durch den Graphitblock gelangen und sich am Boden des Heizerhohlraums ansammeln, was zu einem Kurzschluß des darin angeordneten elektrischen Heizelements führt. Ferner stellte sich heraus, daß die Korrosion der Heizer und der Heizerverbindungen als Ergebnis des Eintretens von Chloriden in flüssigem oder dampftörmigem Zustand auftrat, welche während des Raffinierens von Aluminium gebildet werden, und zwar von der Raffinierkammer durch die durchgängige Porosität des Graphitblocks in die Heizerzone in dem Graphitblock. Das Überwinden solcher Gründe der relativ kurzen Lebensdauer der Heizer stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Entwicklung von Gefäßen zur Aufnahme und zum Raffinieren von Aluminium dar.
Ein geeigneter Ansatz zum Überwinden einer solchen kurzen Heizerlebensdauer ist in dem US- Patent 4 717 126 von Pelton offenbart. Die feuerfeste Systemheizanordnung, die darin gezeigt ist, ist eine Kombination aus Elementen, welche ausgelegt sind, um (1) den Graphitheizerblock vor Oxidation zu schützen und (2) das in dem Block angeordnete Heizelement vor dem Angriff von Chloriden zu schützen. In der Heizerzone wird diese doppelte Funktion mittels der Verwendung eines Metallheizelemente-Behälters 12 erzielt, der im folgenden als Heizerdose bezeichnet wird. Bei dem Ansatz von Pelton ist diese Heizerdose zu einer Trägerplatte 9 hin abgedichtet. Das in der Heizerdose angeordnete Heizelement ist Luft ausgesetzt, welche in das Innere der Heizerdose eintreten kann. Bei dieser Anordnung wirkt die Heizerdose als doppelte Barriere, um (1) Luft aus der Heizerzone innerhalb der Heizerdose an der Reaktion mit dem diese umgebenden Graphitblock und der Oxidation desselben zu hindern, und (2) Chlor und Chloride, welche in den Graphitblock eindringen, am Kontakt mit dem darin angeordneten Heizelement und der Korrosion desselben zu hindern.
Während die in dem Patent von Pelton offenbarte Heizeranordnung erfolgreich verwendet werden kann, um die Oxidation des Graphitblocks und den Angriff der Chloride auf das darin angeordnete Heizelement zu verhindern, besteht natürlich dennoch ein kontinuierlicher Bedarf und Wunsch nach weiteren Verbesserungen auf dem Gebiet der Aluminiumraffinierung. Insbesondere besteht ein Bedarf und Wunsch nach Vereinfachung, verringerten Kosten und verbesserter Leistungsfähigkeit von Systemen zur Aufnahme und zum Raffinieren von Aluminium. In Bezug auf vollständig feuerfest ausgekleidete Systeme und den Schutz von darin angeordneten Heizelementen stellen die Heizerdosen ein kostspieliges zusätzliches Element des Systems dar. Ferner neigt die Verwendung solcher Heizerdosen, obschon flir den beabsichtigten Zweck nützlich, dazu, die Heizleistung zu begrenzen, die in dem Graphitblock nützlicherweise installiert werden kann.
Es ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrisch beheizte Vorrichtung zur Aufnahme und zum Raffinieren von Aluminium zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, flir eine vereinfachte Anordnung zum Anordnen der Heizelemente innerhalb von Graphitheizerblöcken von Gefäßen zum Aufnehmen und Raffinieren von Aluminium zu schaffen.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gefäß zur Aufnahme und zum Raffinieren von Aluminium zu schaffen, in welchem der Graphitblock, in dem das elektrische Heizelement angeordnet ist, vor Oxidation geschützt ist, und in dem das Heizelement vor Chloridangriffen geschützt ist, ohne daß Heizelementdosen aus Metall verwendet werden müssen.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, wobei optionale Merkmale in den Unteransprüchen erwähnt sind.
Hinsichtlich dieser und weiterer Aufgaben wird die Erfindung im folgenden detailliert beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Heizelementanordnung selbst ist mit der Abdeckung dichtend verbunden, welche sich über dem Graphitblock befindet, in welchem die Heizelemente angeordnet sind.
Eine feuerfeste Auskleidung ist an der Innenfläche des Graphitblocks oberhalb des Pegels des schmelzflüssigen Muminiums innerhalb des Gefäßes angeordnet. Durch eine solche Kombination von Elementen können die Oxidation des Graphitblocks und der Angriff von Chloriden auf die Heizelemente effektiv verhindert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei
FIG. 1 ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt;
FIG. 2 ein detailliertes Diagramm eines Querschnitts einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
FIG. 3 ein detailliertes Diagramm eines Querschnitts einer weiteren Auslührungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die erwähnte Kombination von Elementen gelöst, welche dazu dienen, den Graphitheizerblock vor Oxidation und die innerhalb des Graphitblocks angeordneten Heizelemente vor Chloridangriffen zu schützen, ohne daß die Heizelementdosen aus Metall gemäß dem oben erwähnten US-Patent 4 717 126 von Pelton verwendet werden. Die Erfindung besteht in der festen Abdichtung der Heizeranordnung in Relation zu einer Tragplatte, welche an dem isolierten Mantel des Gefäßes zur Aufnahme und zum Raffinieren von schmelzflüssigem Aluminium angebracht ist und sich über den Graphitblock, in welchem die Heizeranordnung in einer Öffnung angeordnet ist, nach innen in das Gefäß erstreckt. Auf diese Weise wird Luft daran gehindert, an diesem Punkt in die Öffnung in dem Graphitblock einzutreten.
Die Heizelementdrähte, die gewöhnlich in der Heizeranordnung verwendet werden, sind aus Nichrome-V -Metall, einer Legierung aus 80 Gew.% Nickel und 20 % Chrom. Wenn solche leitende Heizelementdrähte in einer Luftatmosphäre angeordnet werden und Chloriddämpfen ausgesetzt werden, tritt gewöhnlich eine starke Korrosion der Drähte auf Es stellte sich heraus, daß eine sehr schnelle Oxidation des Metalls aufgrund der Einwirkung der Chloride auftritt, welche die normalerweise schützende Eigenschaft des Oxidfilms, der auf der Oberfläche des Drahts besteht, zerstören. Wenn kein Sauerstoff zugegen ist, kann natürlich keine Oxidation der Heizelementdrähte auftreten. Reines Chlor könnte natürlich die Drähte angreifen, um flüchtige Metallchloride zu bilden. Bei der Aluminiumraffinier-Anwendung stellte es sich jedoch heraus, daß beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein reines Chlor in die Heizeröffnung in dem Graphitblock eintritt, da das beim Raffinieren verwendete Chlor schnell innerhalb der Raffinierzone reagiert, um Metallchloride zu bilden. Solche Chloride greifen allgemein das Material des Heizelements in Abwesenheit von Sauerstoff nicht an.
Es versteht sich, daß die Erfindung sich auf ein Gefäß zur Aufnahme von schmelzflüssigem Aluminium, mit oder ohne Raffinieren des Aluminiums, bezieht, wobei das Gefäß einen isolierten Mantel mit Boden und Seitenwänden aufweist, welche für schmelzflüssiges Aluminium undurchlässig sind, sowie eine Graphitblock-Auskleidung an mindestens einer inneren Seitenwand des Mantels. Der Graphitblock erstreckt sich über den vorgesehenen Betriebspegel der Schmelze innerhalb des Gefäßes hinaus und ist so angeordnet, daß er in Kontakt mit dem schmelzflüssigen Aluminium innerhalb des Gefäßes kommt. Der Block weist eine Öffnung auf, welche sich von dessen oberem Ende in Richtung auf den Boden des Blocks hin erstreckt, diesen jedoch nicht erreicht. Ein elektrisches Heizelement, d.h. ein elektrisches Widerstandsheizelement, ist innerhalb der Öffnung des Graphitblocks angeordnet, wobei das Heizelement in der Öffnung ohne elektrischen Kontakt mit dem Graphitblock gehaltert ist. Solch ein Gefäß und eine solche Struktur waren gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik im allgemeinen zufriedenstellend, abgesehen von der relativ kurzen Lebensdauer der Heizer unter den in der kommerziellen Praxis auftretenden Betriebsbedingungen, in Abwesenheit der Kombination von Elementen, einschließlich der Verwendung von Heizerdosen, wie sie in dem oben erwähnten Patent von Pelton beschrieben sind.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht FIG. 1 eine Kombination von Elementen wie sie verwendet werden, um ohne die Notwendigkeit einer Heizerdose die Heizerlebensdauer zu vergrößern und flir einen Schutz des Heizelements vor Chloridangriffen unter Luft und den Schutz des Graphitblocks vor Oxidation zu sorgen. Der Ofenmantel ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, wobei eine feuerfeste Isolation 2 an dessen Boden und Seitenwänden befestigt ist und die Isolation undurchlässig flir schmelzflüssiges Aluminium ist. An mindestens einer Seitenwand des auf diese Weise isolierten Mantels ist ein Graphitblock 3 angeordnet, um sich über den vorgesehenen Betriebspegel 4 der Schmelze innerhalb des Gefäßes hinaus zu erstrecken. Der Graphitblock 3 ist so angeordnet, daß er in Kontakt mit dem Aluminiumkörper 5 kommt, der während Aufnahme- oder Raffiniervorgangen innerhalb des Gefäßes gehalten wird. Der Graphitblock 3 weist eine Öffnung auf, welche sich von dem oberen Ende 7 des Blocks in Richtung auf den Boden 8 des Blocks hin erstreckt, diesen jedoch nicht erreicht.
In der Praxis der Erfindung ist eine Tragplatten-Anordnung 9 an dem Mantel 1 angebracht und mit diesem dichtend verbunden und erstreckt sich an einer Stelle oberhalb des oberen Endes 7 des Graphitblocks 3 nach innen in das Gefäß. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform weist die Tragplatte 9 eine mit einem Flansch versehene Stelle 10 an ihrem am weitesten innen liegenden Ende auf, um die Kombination der Tragplatte 9 mit den anderen Elementen gemäß der Erfindung zu erleichtern.
Die Erfindung schließt eine feuerfeste Verkleidung 11 ein, die an der Innenfläche des Graphitblocks 3 angeordnet ist. Die feuerfeste Verkleidung erstreckt sich in vertikaler Richtung so, daß sie den Graphitblock 3 vor einem Kontakt mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb des Pegels des schmelzflüssigen Aluminiums 5 innerhalb des Gefäßes schützt. Zu diesem Zweck erstreckt sich das untere Ende der feuerfesten Verkleidung 11 nicht nur bis unterhalb des vorgesehenen Betriebspegels 4 des schmelzflüssigen Aluminiums, sondern noch weiter nach unten bis unterhalb des vorgesehenen Leerlaufpegels 12 innerhalb des Gefäßes. Das untere Ende der feuerfesten Verkleidung 11 ist vorzugsweise innerhalb einer Nut 13 in dem Graphitblock 3 aufgenommen. Es versteht sich, daß sich die feuerfeste Verkleidung 11 in horizontaler Richtung im wesentlichen zu beiden Seiten des Mantels 1 hin erstreckt, um den Graphitblock 3 vollständig zu schützen.
An ihrem oberen Ende ist die feuerfeste Verkleidung 11 zwischen der Flanschstelle 10 der Tragplatte und einer Platte 14 angeordnet, welche einen Teil des Gesamtmantels 1 des Gefäßes darstellt, und die feuerfeste Verkleidung 11 ist an der Flanschstelle 10 befestigt. Vorzugsweise werden Bolzen 15 verwendet, um die feuerfeste Verkleidung 11 an der Tragplatte 9 und dem Gefäßmantel zu befestigen.
Bei einer zweckmäßig Ausführungsform der Erfindung weist die Gefäßabdeckung eine elektrische Abdeckung 16 und eine getrennte Abdeckung 17 über dem Körper des schmelzflüssigen Aluminiums 5 in dem Gefäß auf Die elektrische Abdeckung 16 ist vorzugsweise mit dem Flanschabschnitt 10 der Tragplatte 9 und dem Mantel 1 verbunden. Die Abdeckung 17 ist mit der Mantelplatte 14 dichtend verbunden. Für den Fachmann versteht es sich, daß die Abdeckung 17 auch als Träger für eine nicht gezeigte herkömmliche Gasverteilungsanordnung dienen kann, welche für das Einbringen von Gas in das schmelzflüssige Aluminium während Raffiniervorgängen verwendet wird.
Der Heizabschnitt der Heizelementanordnung ist mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet, und er ist innerhalb der Öffnung 6 in dem Graphitblock 3 zur Verwendung bei Aufnahme- und Raffiniervorgängen von Aluminium angeordnet. Ein isolierter Abschnitt 19 der Heizelementanordnung ist oberhalb des Heizabschnitts 18 angeordnet, wobei der isolierte Abschnitt 19 in der bevorzugten Form von Ringen aus isoliertem Material veranschaulicht ist, wobei ein Ring über dem anderen angeordnet ist und die Ringe sich zu der oberen Stelle der Heizelementanordnung hin erstrecken. Eine Öffnung 20 ist in dem isolierten Abschnitt 19 zur Durchführung von elektrischen Leitern durch sie hindurch zur Verbindung mit dem Heizabschnitt 18 vorgesehen. Es versteht sich, daß die Tragplatte 9 eine Öffnung für die zweckmäßige Durchführung der Heizelementanordnung, d.h. dem Heizabschnitt 18 und dem isolierten Abschnitt 19, nach unten durch die Öffnung hindurch in die Betriebsstellung innerhalb des Gefäßes aufweist. Es ist wünschenswert, eine zusätzliche Isolation 21 unterhalb der Tragplatte 9 und oberhalb des Graphitblocks 3 vorzusehen, und eine solche Isolation auch an anderen Stellen, wie beispielsweise unter der Abdeckung 17, vorzusehen.
Eine Befestigungsplatte 22 für die Heizelementanordnung ist oberhalb der Tragplatte 9 angeordnet und mit dieser dichtend verbunden. Elektrische Zuleitungen 23 und 24 erstrecken sich von oberhalb der Heizelement-Befestigungsplatte 22 durch darin vorgesehene Öffnungen in den isolierten Abschnitt 19 der Heizelementanordnung, um eine Verbindung mit dem Heizabschnitt 18 der Anordnung zu schaffen. Die elektrischen Zuleitungen 23 und 24 sind mittels einer geeigneten Dichtanordnung abgedichtet, so daß Luft aus der Atmosphäre nicht durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen den Öffnungen in der Befestigungsplatte und den elektrischen Zuleitungen hindurchtreten kann, welche darin angeordnet sind, um durch einen solchen Raum innerhalb des isolierten Abschnitts 19 zu dem Heizabschnitt 18 der Heizelementanordnung zu gelangen.
Für die Dichtzwecke gemäß der Erfindung, z.B. der dichtenden Verbindung der Heizanordnungs-Befestigungsplatte 22 mit der Tragplatte 9 und der dichtenden Verbindung der Tragplatte 9 mit dem Mantel 1, kann ein geeignetes Hochtemperatur-Silikondichtmittel, wie beispielsweise das RTV-Dichtmittel von Dow-Corning, oder eine andere solche kommerziell erhältliche Dichtmittelkomposition verwendet werden.
FIG. 2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der dichtenden Verbindung der Heiz elementanordnung mit dem Heizerabdeckabschnitt ohne die Verwendung einer Heizerdose. Die Tragplatte 9 ist über dem obersten Bereich der feuerfesten Isolation 21 angeordnet. Die Befestigungsplatte 22 für die Heizelementanordnung ist mittels Bolzen 26 an der Tragplatte 9 angebracht und mit dieser dichtend verbunden.
Die Heizanordnung weist runde Zuleitungen 23 und 24 auf, die sich durch Löcher 27 und 28 in der Befestigungsplatte 22 erstrecken können, um einen Kontakt mit dem Heizabschnitt der in dem Graphitheizerblock (nicht gezeigt). angeordneten Heizelementanordnung zu bilden. Runde Zuleitungen 23 und 24 können sich auch durch koaxiale Öffnungen 29 bzw. 30 in dem isolierten Abschnitt 19 der Heizelementanordnung erstrecken. Die Heizerzuleitungen 23 und 24 weisen vorzugsweise untere Metallkrägen 31 und 32 auf, welche mittels Schweißnähten 33 und 34 daran angeschweißt sind.
Für die Dichtzwecke der Erfindung sind Ösen 35 und 36 aus einem Hochtemperatur-Elastomer, wie beispielsweise Silikongummi, in die Löcher 27 bzw. 28 in der Befestigungsplatte 22 eingesetzt. Runde Zuleitungen 23 und 24 mit Krägen 31 und 32, welche daran angeschweißt sind, werden durch Löcher in den Ösen 35 und 36 gedrückt, bis die unteren Krägen 31 und 32 diese Löcher passiert haben und gegen die Bodenfläche der Ösen gedrückt werden. Obere Krägen 37 und 38 werden dann an den runden Zuleitungen 23 bzw. 24 oberhalb der Ösen 35 und 36 angebracht, und sie werden vorzugsweise ein bißchen nach unten gedrückt, um die Ösen leicht zusammenzudrücken Elektrische Kontaktfahnen oder Kabelschuhe 39 und 40 werden dann mittels Schweißnähten 41 bzw. 42 an den runden Zuleitungen 23 und 24 angeschweißt, während die Kontaktfahnen gegen die obere Fläche der oberen Krägen 37 und 38 angeordnet sind.
Nachdem die Heizeranordnung auf diese Weise fest abgedichtet wurde, wird Luft effektiv daran gehindert, in das Innere der Heizeranordnung unterhalb der Tragplatte 9, die über dem Graphitheizerblock-Bereich der Anordnung angeordnet ist, einzutreten. Somit kann keine Oxidation des Heizabschnitts der Heizelementanordnung mit der Zeit auftreten, selbst wenn der Kontakt des Heizabschnitts mit Chloriddämpfen, welche durch den Graphitheizerblock gelangen, die Zerstörung des normalerweise schützenden Oxidfilms auf den Heizelementen bewirkt.
Es versteht sich, daß die effektiven Abdichtzwecke der Erfindung von der Verfügbarkeit eines Materials abhängen, welches die Elemente unter den Betriebsbedingungen der Aluminiumaufnahme und -raffinierung abdichten kann. Die Temperatur in dem Bereich, in welchem die Zuführungen durch die Befestigungsplatte hindurchgeführt sind, wurde in einem herkömmlichen Gefäß unter der Verwendung des oben beschriebenen vorteilhaften Heizdrahtmaterials und bei Betrieb des Heizersystems bei maximaler Leistung gemessen. Die Betriebstemperatur betrug 140ºC. Dies liegt weit innerhalb der maximalen Betriebstemperaturen von 260ºC von bereits bestehenden kommerziell verfügbaren Silikongummis mit geringer Verdichtung, welche vorzugsweise als die Hochtemperatur-Elastomere verwendet werden, aus welchen die Dichtösen hergestellt sind.
Um das Einsetzen und Entfernen der Heizerelemente zu erleichtern und um Schäden an der Isolation, durch welche die Heizelemente eingeführt sind, zu verhindern, ist es wünschenswert, eine Durchführungshülse, wie sie in FIG. 3 veranschaulicht ist, vorzusehen. Der Graphitheizerblock 3, über dem die Isolation 21 und die Tragplatte 9 angeordnet sind, und die Befestigungsplatte 22 für die Heizeranordnung sowie der Rest der Heizeranordnung sind so ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß FIG. 2. Eine Durchführungshülse 43 und ein daran mittels einer Schweißnaht 45 angeschweißter Flansch 44 sind an der Tragplatte 9 angebracht und mit dieser dichtend verbunden. Die Befestigungsplatte 22, an welcher das Heizelement angebracht und mit dieser dichtend verbunden ist, ist an dem Flansch 44 befestigt und mit diesem dichtend verbunden. Die Durchführungshülse 43 erstreckt sich nach unten und sorgt für eine innere Abdeckung für die Isolation 21, vorzugsweise über deren gesamte Dicke. Wie in FIG. 3 gezeigt ist, erstreckt sich die Durchführungshülse 43 vorzugsweise nach unten über den obersten Abschnitt des Graphitblocks hinaus, so daß sie in einer Ausnehmung 47 darin angeordnet ist. Nach dem Einsetzen oder dem Entfernen der Heizeranordnung aus dem Gefäß dient die Durchführungshülse 43 somit dazu, es zu ermöglichen, daß die Heizeranordnung durch die isolierte Zone ohne jeglichen Kontakt des Heizelements mit der Innenwand der Isolation 21 bewegt werden kann, so daß die Isolation vor Schäden während dem Einsetzen oder dem Entfernen der Heizelemente während einer Servicephase oder während dem Austauschen geschützt ist.
Die Eliminierung der Heizerdose in der Praxis der Erfindung hat zwei Vorteile. Der offensichtlichste Vorteil besteht in dem oben beschriebenen Vorteil, nämlich dem Vermeiden der relativ hohen Kosten einer Heizerdose. Ein noch wichtigerer Vorteil besteht in der Möglichkeit, daß in der Praxis der Erfindung Heizer mit höherer Leistung verwendet werden können. Bei einer vorgegebenen maximalen Heizdrahttemperatur kann aufgrund der Eliminierung eines Strahlungsschilds zwischen dem Heizelement und dem Graphitblock, was ein Ergebnis des Entfernens der Heizerdose ist, mehr Leistung zugeführt werden. Somit existiert nur ein strahlender Wärmeübertrag, d.h. vom Heizer zum Block, an Stelle von zwei strahlenden Wärmeübergängen, d.h. von dem Heizer zu der Heizerdose und von der Heizerdose zu dem Graphitblock.
Es versteht sich, daß, falls sich flüssige Chloride über eine bestimmte Betriebsdauer in dem Boden der Heizeröffnung in dem Graphitblock ansammeln würden, solche Chloride mit den Heizelementen in Kontakt kommen würden und die Heizelemente kurzschließen würden, da die flüssigen Chloride elektrisch leitend sind. Für den Fachmann versteht es sich, daß die Erfindung unter diesen Umständen nicht verwendet werden kann. Während es unwahrscheinlich ist, daß dieser unerwünschte Vorgang bei den meisten Aluminiumraffiniervorgängen auftritt, ist sein Auftreten höchstwahrscheinlich, wenn eine beträchtliche Menge Chlor verwendet wird, wenn Mkalimetalle, insbesondere bei lang andauernden kontinuierlichen Gießvorgängen, verwendet werden.
Für den Fachmann versteht es sich, daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen bei den Details der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß von dem Rahmen der Erfindung, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird. Während eine bestimmte Nickel-Chrom-Legierung oben für die bevorzugte Verwendung als das Heizelementmaterial offenbart wurde, können auch andere auf Nickel basierende Legierungen oder andere spezielle Hochtemperatur-Legierungen, einschließlich auf Eisen basierende Legierungen, verwendet werden. Wie oben beschrieben wurde, bilden solche Materialien eine Oxidschutzschicht auf der Oberfläche der Heizelemente. Während Chloriddämpfe normalerweise die schützende Eigenschaft der Oxidfilme zerstören und somit das Auftreten einer sehr schnellen Oxidation ermöglichen, wird die gravierende Erosion, die ansonsten auf den Heizdrähten auftreten kann, wenn sie Chloriddämpfen unter Luft ausgesetzt werden, mittels der Dichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden, welche es verhindert, daß Sauerstoff die Heizelemente erreichen kann, und sie verhindert somit das Auftreten einer solchen Oxidation.
Es versteht sich, daß für Raffiniervorgänge die verwendete Gasverteilungsanordnung jegliche bekannte Anordnung sein kann, die für die Verwendung bei einer vorgegebenen Anwendung geeignet ist. Eine rotierende Gasverteilungsanordnung, wie beispielsweise die Verwendung eines wellengetriebenen rotierenden Rotors, wird gewöhnlich für diesen Zweck verwendet.
Während jegliche geeignete Konstruktionsmaterialien bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sei angemerkt, daß die feuerfeste Verkleidung vorzugsweise ein mit Keramikfasern verstärktes strukturelles Aluminiumoxid ist, welches in Plattenform erhältlich ist, was zur Verwendung in der Praxis der Erfindung geeignet ist. Solch ein kommerziell erhältliches Verkleidungsmaterial ist eine ZIRCAR feuerfeste Verkleidung vom Typ 100, welche günstige Eigenschaften bis zu 2400ºF aufiveist und von der Firma Zircar Products, Inc. erhältlich ist. Solche Verkleidungen, die etwa 75 % Muminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), 16 % Siliziumoxid und 9 % anderer Metalloxide enthalten, weisen höchst wünschenswerte Biegefestigkeiten und Druckfestigkeiten im Bereich von Hochtemperatur-Kunststoffen auf, erhalten jedoch die Festigkeit und die Verwendbarkeit bis zu Temperaturwerten, die weit oberhalb der maximalen Verwendungstemperaturen von gewöhnlichen Kunststoffen liegen.
Es sei bemerkt, daß beim Auswechseln der Heizelemente Luft für eine kurze Zeit in Kontakt mit dem Heizerblock und den Heizelementen treten kann. Längere Heizerlebensdauern können vernünftigerweise beispielsweise mittels der Verwendung von niedrigeren Heizelement-Temperaturen bei einem vorgegebenen Leistungspegel vorgesehen werden, was zu einer geringeren Heizelement-Austauschrate führt. Es ist in der Praxis der Erfindung nicht unvernünftig, zu erwarten, daß während der typischen Lebensdauer eines feuerfesten Systems zur Aufnahme und zum Raffinieren von Aluminium kein Heizelement-Wechsel erforderlich ist.
Die Erfindung dient dem Fortschritt im Bereich der Muminiumraffinierung. Mit der höchst wünschenswerten Verwendung von Graphitheizerblöcken sorgt die Erfindung in einer bequemen, effizienten und effektiven Weise für den Schutz der darin angeordneten Heizer. Dadurch verbessert die Erfindung den höchst wünschenswerten Ansatz der Graphitheizerblock-Verwendung bei praktischen kommerziellen Aluminiumraffiniervorgängen.

Claims

1.Gefäß, das zur Aufnahme von schmelzflüssigem Aluminium, mit oder ohne Raffinieren, geeignet und versehen ist mit

einem isolierten Mantel (1, 2), der Boden- und Seitenwände aufiveist, die für schmelzflüssiges Aluminium undurchlässig sind;

einer Graphitblock-Auskleidung (3) auf mindestens einer inneren Seitenwand des Mantels, wobei der Graphitblock innerhalb des Gefäßes bis über den Normalbetriebs- Schmelzpegel (4) reicht und so angeordnet ist, daß er mit dem schmelzflüssigen Aluminium (5) in dem Gefäß in Kontakt kommt, und wobei in dem Graphitblock eine Öffnung (6) vorgesehen ist, die sich von dem oberen Blockende in Richtung auf den Boden (8) des Blocks erstreckt, diesen jedoch nicht erreicht;

einer an dem Mantel (1, 2) angebrachten Traganordnung in Form einer Platte (9), die sich an einer über dem Graphitblock (3) befindlichen Stelle nach innen in das Gefäß hinein erstreckt;

einer innerhalb der Öffnung (6) in dem Graphitblock (3) befindlichen Heizelementanordnung, wobei das Heizelement in der Öffnung von der Tragplatte (9) ohne elektrischen Kontakt mit dem Graphitblock abgestützt ist;

elektrischen Zuleitungen (23, 24), die sich an dem Heizteil (18) der Heizelementanordnung anschließen lassen; und

einer an der Innenfläche des Graphitblocks (3) angeordneten feuerfesten Verkleidung (11), die sich in senkrechter Richtung und in Umfangsrichtung erstreckt, um den Graphitblock gegen Kontakt mit Sauerstoff in der Gasphase oberhalb des Leerlaufpegels (12) der Schmelze innerhalb des Gefäßes zu schützen, wobei das obere Ende der feuerfesten Verkleidung an der Tragplatte (9) befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Heizelementanordnung in der Graphitblock-Öffnung (6) ohne Verwendung eines Heizvorrichtungsbehälters montiert ist und eine Heizelementanordnung-Montageplatte (22) aufiveist, die an der Tragplatte (9) angebracht und mit dieser dichtend verbunden ist und die mit einer Öffnungsanordnung (27, 28) zum Hindurchführen der elektrischen Zuleitungen (23, 24) versehen ist, die von oberhalb der Heizelementanordnung-Montageplatte (22) heranreichen; und

daß das Gefäß ferner mit einer Dichtungsanordnung (25, 35, 36) versehen ist, die den Durchtritt von Luft durch den nngförmigen Raum zwischen den elektrischen Zuleitungen (23, 24) und der Wand der Öffnungsanordnung (27, 28) nach dem Positionieren der elektrischen Zuleitungen in der Öffnungsanordnung verhindern kann, wodurch Oxidation des Graphitblocks (3) und Korrosion des Heizelements durch die kombinierte Einwirkung von Luft und Chloriddämpfen effektiv ausgeschlossen werden.

2. Gefäß nach Anspruch 1, bei dem die elektrischen Zuleitungen zwei gesonderte Zuleitungen (23, 24) aufweisen und die Öffnungsanordnung in der Heizelementanordnung- Montageplatte gesonderte Öffnungen (27, 28) für jede der elektrischen Zuleitungen um-

3. Gefäß nach Anspruch 2, versehen mit einer unteren Kragenanordnung (31, 32), die auf die Zuleitungsanordnung (23, 24) aufgebracht und unterhalb der Heizelementanordnung- Montageplatte (22) so positioniert ist, daß sie mit der Unterseite der Dichtungsanordnung (35, 36) und dem obersten isolierten Teil der Heizelementanordnung in Berührung steht, wobei die untere Kragenanordnung mit einer Öffnungsanordnung zum Durchführen der Zuleitungen versehen ist.

4. Gefäß nach Anspruch 3, versehen mit einer oberen Kragenanordnung (37, 38), die oberhalb der Heizelementanordnung-Montageplatte (22) so positioniert ist, daß sie mit der Oberseite der Dichtungsanordnung (35, 36) in Berührung steht, wobei die obere Kragenanordnung mit einer Öffnungsanordnung zum Durchführen der Zuleitungen (23, 24) ausgestattet ist.

5. Gefäß nach Anspruch 4, versehen mit elektrischen Anschlußfahnen (39, 40), die mit den Zuleitungen (23, 24) oberhalb der oberen Kragenanordnung (37, 38) verbunden sind.

6. Gefäß nach Anspruch 5, bei dem die elektrischen Anschlußfahnen (39, 40) in einer solchen Position angeschlossen sind, daß sie die Dichtanordnung (35, 36) geringfügig zusammendrücken

7. Gefäß nach Anspruch 2, bei dem die Dichtungsanordnung Durchführungsdichtungen (35, 36) aus Hochtemperatur-Elastomer aufweist.

8. Gefäß nach Anspruch 1, bei dem die feuerfeste Verkleidung (11) an ihrem oberen Ende zwischen der Traganordnung (9) und einer einen Teil des Mantels bildenden Metallplatte (14) befestigt ist, wobei sich das untere Ende der feuerfesten Auskleidung bis unter den unteren Leerlaufpegel (12) der Schmelze innerhalb des Gefäßes erstreckt.

9. Gefäß nach Anspruch 8, bei dem das untere Ende der feuerfesten Auskleidung (11) innerhalb einer Nut (13) in dem Graphitblock (3) angeordnet ist.

10. Gefäß nach Anspruch 1, versehen mit einer zwischen der Traganordnung (9) und dem oberen Ende des Graphitblocks (3) positionierten Isolationsanordnung (21), in der eine Öffnungsanordnung ausgebildet ist.

11. Gefäß nach Anspruch 8, bei dem die Traganordnung (9) an ihrem innenliegenden Ende ein sich nach oben erstreckendes Flanschteil (10) aufweist, wobei das Flanschteil und eine Metallplatte (14), die einen Teil des Mantels bildet, miteinander verbunden sind, und wobei das obere Ende der feuerfesten Auskleidung zwischen beiden angeordnet ist.

12. Gefäß nach Anspruch 1, versehen mit einer Gasverteileranordnung zum Einbringen von Gas in schmelzflüssiges Aluminium innerhalb des Gefäßes.

13. Gefäß nach Anspruch 10, versehen mit einer Hülsenanordnung (43), die an der Innenseite der Öffnungsanordnung so positioniert ist, daß sie die Isolationsanordnung (21) beim Durchtritt der Heizanordnung in die Öffnung (6) in dem Graphitblock (3) oder aus dieser Öffnung heraus schützt.

14. Gefäß nach Anspruch 13, versehen mit einer Flanschanordnung (44) zum Befestigen der Hülsenanordnung (43) an der Traganordnung (9).