DE8423632U1 - Vorrichtung zum Austausch von abgenutzten Elektrolysierzellen - Google Patents

Description

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Steinsdorf etr. 10,8000 München 22 '"' * '

503-36.554P/CM-aw

G 84 23 632.9 8.9.1987

Neue Beschreibung

^Vorrichtung zum Austausch von abgenutzten Elektro-

lysierzellen >

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Zellen zur Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse nach dem Verfahren von Hall-Heroult haben eine mittlere Lebensdauer von einigen Jahren. In den meisten Fällen werden sie durch Infiltration des auf geschmolzenem Cryolith basierenden Elektrolyten und auch durch Infiltration von Metall in die seitlichen Auskleidungen und auf alle Fälle durch die die Kathode bildenden Kohleblöcke außer Betrieb gesetzt.

Das fortschreitende Durchtränken der Wärmeisolierungsauskleidung vermindert deren isolierende Eigenschaften und führt zu Verformungen des Metallkastens, was zur Folge haben kann, daß dieser aufbricht und den Elektrolyten und das Metall austreten läßt. Es ist daher notwendig, die beschädigten Zellen periodisch außer Betrieb zu setzen und sie wieder funktionsfähig zu machen. Eine Zellenserie weist häufig zwischen 150 und 200 Zellen auf, und es kommt

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häufig vor, daß zu jeder Zeit eine oder mehrere Zellen instandgesetzt werden müssen.

Es ist möglich, diese Instandsetzung vor Ort vorzunehmen. Das ist jedoch schwierig - und manchmal gefährlich - wegen der dort herrschenden Enge aufgrund der Nähe der anderen Zellen der Reihe, die weiter unter elektrischer Spannung stehen. Die Instandsetzung in der Elektrolysehalle

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win:! dariiberhinaus beeinträchtigt durch Staubanfall, Verkehr von Arbeitern und Maschinen, Lärm- und Geruchsbelästigungen, usw ... Schließlich gestaltet sich die Instandsetzung der Zelle sehr schwierig, wenn diese stark verformt ist.

Daher sucht man die abgenutzten Zellen zu entfernen, sie an einen Ort außerhalb der in Betrieb befindlichen Zellen zu bringen umJ sie sofort durch eine neue oder eine reparierte Zelle zu ersetzen. Dazu löst man die elektrischen Kathoden- und Anodenverbindungen und schließt den elektrischen Kreis der Reihe v/ieder. Man montiert den größten Teil der Anodenanordnung ab, um das Gesamtgewicht zu reduzieren. Die verschiedenen elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Schaltungen sowie die Aluminiumoxidzufuhr und die Gasabfuhrleitungen der Behälter werden abgetrennt, und die abgenutzte Zelle wird mittels eines Laufkrans so hoch angehoben, so daß es über der arbeitenden Reihe passieren kann, um es an ein Ende der Elektrolysehalle zu transportieren. Diese Vorgehensweise hat zwei Hauptnachteile: erstens erfordert sie, daß die Höhe und die mechanische Widerstandsfähigkeit der Trägerkonstruktion der Halle das Anheben ermöglichen, andererseits erfordert sie einen Laufkran, der imstande ist, große Lasten zu heben, da das Gewicht der abgenutzten Zelle, ohne die Anodenanordnung etwa 1 Tonne beträgt, wenn dieses für einen normalen Elektrolysestrom von 1000 Ampere ausgelegt ist, und mindestens 150 Tonnen beträgt, wenn das Gefäß für einen Strom von 150.000 Ampere ausgelegt ist. Außerdem ist während des Anhebens und des Transports der abgenutzten Zellen der entsprechende Bereich der Elektrolysehalle nicht mehr zugänglich für andere Rollkräne oder Halbportal kräne, mit denen der Betrieb der Zellen sichergestellt wird.

Um diese Nachteile zu vermeiden, und um die Kosten der notwendigen Ausrüstung zu verringern, werden gelegentlich selbstfahrende Portalkräne verwendet, die oberhalb der Reihe, die die abgenutzte Zelle

enthält, angeordnet werden und mit denen das Anheben und der Transport dieser Zellen ausgeführt wird, indem diese über den anderen Zellen der Reihe transportiert werden. Diese Lösung ist zwar mehr befriedigend, sie wird jedoch gelegentlich durch die nicht ausreichende Höhe des Gebäudes und durch das Vorhandensein- von Zuführschächten für Aluminiumoxid und von Abführleitungen für das während der Elektrolyse erzeugte Gas, die zu Reinigungsanlagen hinführen, beeinträchtigt.

Es wurde ebenso vorgeschlagen, die abgenutzten Gefäße in den Keller des Gebäudes herabzulassen. Ein solcher Keller existiert fast immer und nimmt insbesondere die Verbindungsleiter zwischen den aufeinanderfolgenden Zellen einer jeden Reihe auf und ermöglicht die Belüftung der äußeren Wandungen. Die Zelle wird herabgelassen, auf einen Wagen gestellt und anschließend an das Ende des Gebäudes transportiert. Diese in der CH-PS 341 003 beschriebene Vorgehensweise erfordert jedoch eine ausreichende Höhe des Kellers, eine angemessene Anordnung der Verbindungsleiter und das NichtVorhandensein anderer Hindernisse, wie z. B. Stützpfeiler oder Kanalisationen. Diese beiden Bedingungen werden bei den meisten derzeit arbeitenden Anlagen jedoch selten erfüllt.

In der DE-OS 31 27 859 wird vorgeschlagen, jede Zelle der Reihe mit Rollen zu versehen, die in der Lage sind, das Gesamtgewicht der arbeitenden Zelle zu tragen und die mit in dem Betonboden eingelassenen Schienen zusammenwirken, derart, daß das zu reparierende Gefäß, nachdem es von allen Verbindungen abgekoppelt wurde, durch eine Öffnung in der Gehäusewand seitlich aus der Reihe herausgenommen und auf eine niedrige Bühne geladen wird, die mit einem Gleis versehen ist, das auf derselben Höhe angeordnet ist, wie das die Zelle während des Betriebs tragende Gleis. Die Bühne kann auf einem längs des Gebäudes angeordneten Gleis verfahren werden. Diese Lösung erfordert weder einen großen Keller noch Laufkräne, es sind jedoch große Investitionen notwendig (Rollen und Gleise für jedes Gefäß der Reihe, und es werden bestimmte Anforderungen an die elektrischen Verbindungen zwischen den Zellen und an den Betrieb der Zellen gestellt.

Schließlich ist in der DE-OS 28 55 103 ein analoges Verfahren beschrieben, in dem die abgenutzte Zelle seitlich und ohne Hohenveranderung herausgeführt wird, wobei die Rollbahn unter jedem Kasten angeordnet ist und von Stützträgern getragen wird. Das Transportfahrzeug ist mit Rollen regelbarer Hohe versehen. Dieses Verfahren setzt das Vorhandensein eines Kellers unter dem Hauptboden voraus. Wie bei dem in der DE-OS 21 27 859 beschriebenen Verfahren, kann auch dieses Verfahren in dem in der Praxis häufig vorkommenden Fall nicht angewendet werden, in dem nicht entfernbare Hindernisse baulicher Art (Stromschienen usw.) das Herausführen der Zelle aus dem Gebäude, ohne daß die Höhenlage der Zelle wesentlich verändert werden muß, verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Austausch von abgenutzten Zellen anzugeben, mit der erreicht wird, daß der Betriebsablauf nicht gestört wird und die weder Rollenkräne mit einer Tragfähigkeit von 200 Tonnen oder mehr, noch eine verstärkte Metalltragerkonstruktion zum Tragen des Rollkrans, noch ein Gebäude mit außergewöhnlicher Höhe, noch größere, die Kosten einer jeden Zelle übersteigende Investitionen erfordert.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese Aufgabe gelöst, ohne daß bemerkenswerte Änderungen an den meisten der bereits bestehenden Anlagen notwendig sind.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Zellenreihen, bei denen die Zellen quer zur Achse der Reihe angeordnet sind,

was derzeit die häufigste Anordnung darstellt, und wobei die Zellen über einem Schacht angeordnet sind und auf Trägern liegen, die im Keller des Gebäudes angeordnet sind. Der Hauptboden dieses Gebäudes (Arbeitsebene) befindet sich dabei auf einer Hohe, die etwa der Hohe des Elektrolyten in der Zelle entspricht.

Die ünteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, eine abgenutzte Zelle in relativ kurzer Zeit auszutauschen, ohne den Betrieb der Reihe zu beeinträchtigen und ohne die Tragkonstruktion des Gebäudes zu sehr zu beanspruchen.

Die Zeichnungen stellen eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Es zeigen:

Fig. 1A, B im Schnitt auf der rechten Seite (Fig. 1A) eine Zelle in Arbeitsstellung und auf der linken Seite (Fig. 1B) eine angehobene Zelle, die auf dem Transportträger ruht;

Fig. 2 eine Seitenansicht der auf dem Transportträger liegenden Zelle;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer von dem Transportfahrzeug getragenen Zelle, die das Gebäude verlassen hat;

Pig- 4 in Draufsicht das Transportfahrzeug.

Der Kasten 1 der Zelle 2 wird von Stützträgern 3 getragen, die auf dem unteren betonierten Boden 4 aufliegen. In dem gezeigten Fall liegt der Kasten 1 auf Schienen auf, die entweder unbefestigt oder an dem Kasten 1 angeschweißt sein können. Im ersten Fall müssen diese zum Zeitpunkt des Anhebens der Zelle an dem Kasten 1 befestigt werden und im zweiten Fall tragen sie zur Versteifung des Kastens bei, erhohen jedoch auch dessen Gewicht und Kosten. Die Schienen dienen während des Bewegens der Zelle als Rollbahn 5 für Rollen 17.

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Der betonierte Hauptboden 6 bildet die Arbeitsebene, die sich im all gemeinen ungefähr auf der Höhe der Oberfläche des in der Zelle 2 befindlichen Elektrolyten befindet. In bestimmten Fällen besteht ein Höhenunterschied zwischen der Arbeitsebene, die die Zellen umgibt und den Gängen 6A, die entlang der (oder den) Reihe(n) verlaufen. Gelegentlich liegen diese Gänge etwas unterhalb der Arbeitsebene. Dieser Höhenunterschied ist jedoch relativ gering und ändert die Betriebsbedingungen für die erfindungsgemäften Maßnahmen nicht wesentlich.

Die Zelle wird mit der Verkleidung 7 geschlossen. Die Darstellung der oberen Struktur der Zelle ist in der Zeichnung vereinfacht, um diese nicht zu komplex werden zu lassen. Die (nicht sichtbaren) Anoden werden durch die Anoden-Kreuzstangen 8 gehalten und über die Verbindungsleitungen 10 mit Strom versorgt.

Bevor eine abgenutzte Zelle 2 entfernt wird, stellt man in bekannter Weise durch Kurzschließen der Zellen den Stromdurchgang durch die Reihe sicher, und man koppelt alle elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Verbindungen, sowie die Vorrichtungen für die Aluminiumoxidzufuhr, die Gasabfuhr, usw... ab. Man kann, falls dies notwendig ist, den größten Teil der Anodenanordnung abnehmen und die Kathode einer ersten Reinigung (Ablösen des Elektrolyten, des Aluminiumoxids, usw. ...) unterziehen. Es wird jedoch generell als seh·* vorteilhaft angesehen, diese Maßnahmen ausschließlich außerhalb der Reihe in einer spezialisierten Werkstatt vorzunehmen.

Nachdem diese Maßnahmen getroffen sind, hebt man die abgenutzte Zelle 2 bis oberhalb der Höhe des Hauptbodens 6 mittels Hubzylindern mit großem Hub (der Größenordnung von 3 bis 4 m ) an, die man an den Kanten des Kastens 1 anklammert, und die sich auf Fußplatten abstützen, die in die Stützträger 3 des unteren Bodens 4 eingelassen sind.

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Die Anzahl der Hubzylinder 11 wird von dem Gewicht und den Ausmaßen der Zelle 2 bestimmt.

Während die Zelle 2 sich in der oberen Stellung befindet (Fig. 1B), schiebt man unter den Kasten 1 einen Transportträger 14, der aus einem steifen Rahmen besteht, und zwei Hauptprofile 14A, 14B aufweist, die durch einen Boden 16, dessen Aufgabe weiter unten beschrieben wird, verbunden sind. Die Transportträger 14 weisen eine Reihe von Rollen 17 auf, die mit den Schienen des Kastens 1 für die Bewegung des Transportträgers 14 zusammenwirken. Diese Bewegung könnte ebenfalls durch Kufen erreicht werden, die mit einer Gleitfläche zusammenwirken, wobei gegebenenfalls eine reibungsvermindernde Vorrichtung oder ein reibungsverminderndes Material zwischen diesen angeordnet wird.

Der Transportträger 14 wird von der Seite der Zelle eingeführt, die am besten zugänglich ist. Im allgemeinen ist dies die der Seitenwand des Gebäudes 18 gegenüberliegende Seite. Der Transportträger 14 wird so eingeführt, daß die Rollen 17 in die Schienen eingreifen, die eine Rollbahn 5 bilden. Der Transportträger 14 wird so weit eingeführt, bis er an der Stelle (19) zum Anschlag kommt und auf dem Sockel 20 des oberen Bodens 6 ruht.

Zum seitlichen Entfernen der Zelle 2 benutzt man ein niedriges Fahrzeug 25, das einen eigenen Antrieb hat oder gezogen wird irad das mehrere Luftreifen oder Voll gummi räder 26 aufweist, deren Anzahl und Auflagefläche so berechnet ist, daß das Fahrzeug das Gewicht der abgenutzten Zelle 2 und des Transportträgers 14 tragen kann. Das Fahrzeug 25 wird in Richtung der Achse der zu entfernenden Zelle ausgerichtet und bewegt sich auf dem Boden 16 so vorwärts, daß es schließlich genau unterhalb Der Zelle angeordnet ist.

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In diesem Moment lädt das Fahrzeug 25 die betreffende Zelle durch eine hydraulisch herbeigeführte Aufwärtsbewegung und durch Abheben der Rollen 17 von ihrem Sitz auf der Rollbahn 5 auf. Dies erfordert, daß der äußere Durchmesser der Rollen 17 kleiner als der verfügbare Raum zwischen den oberen und unteren Profilen 5A und 5B der Rollbahn 5 ist. Diese Bev/egung wird zum Beispiel mittels hydraulischer Hubzylinder 27, die in der Mitte und an den Enden des Fahrzeugs 25 angeordnet sind, durchgeführt.

Die Hubzylinder 11, die die Zelle getragen haben, sind hochgezogen und das Fahrzeug 25, das nun die Zelle trägt, kann aus dem Arbeitsbereich der Reihe bis außerhalb des Gebäudes durch eine Öffnung zwischen zwei Stützpfeilern 28,29 zurückfahren.

Dank eines Satzes von Hilfsrädern 30 kaue <las Fahrzeug auch als "Drehscheibe" betätigt werden, die sich um ihre Achse 31 dreht. Dazu hebt man hydraulisch das die Räder 26 tragende Chassis an, oder was dasselbe bewirkt, man fährt die Hilfsräder 30 und den mittleren Hubzylinder 27 herunter, bis diese all eine auf dem Untergrund aufliegen. Eins oder mehrere der Räder 30 sind angetrieben und man führt so eine Drehung um 90° aus, so daß die Längsachse des Fahrzeugs parallel zur Längsachse der Reihe und somit parallel zum Gebäude ausgerichtet ist.

Das Fahrzeug 25 wird nun zum Instandsetzungsgebäude gefahren. In diesem Gebäude ermöglicht eine Aufnihmefläche, die mit einem Boden versehen ist, der identisch zu dem ist, der dazu gedient hat, den Schacht während des Anhebens der Zelle abzudecken, daß das Fahrzeug von der zu reparierenden Zelle gelöst werden kann, welche dann abgewrackt oder instandgesetzt wird. Das Einsetzen einer neuen Zelle erfolgt nach genau dem gleichen Verfahren in umgekehrter

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Reihenfolge: Die neue Zelle mit oder ohne Anodensystem wird auf dem Fahrzeug 25 angebracht, das sie bis zu dem Schacht fährt, anschließend wird das Fahrzeug 25 nach einer Orehung um 90° auf dem Boden 16 des Transportträgers 14 plaziert. Die Zelle wird anschließend angehoben, so daß sie nicht mehr auf dem Fahrzeug aufliegt, und anschließend wird die Zelle vom Fahrzeug gelöst, (entweder indem man die Tragfläche des Fahrzeugs absenkt oder indem man die Zelle anhebt), was ermöglicht, das Fahrzeug zurückzuziehen. Die Zelle liegt dann auf dem Transportträger 14. Man kann die Zelle zum Beispiel mittels Hubzylindern anheben und den Träger 14 seitlich entfernen und ihn auf dem Fahrzeug 25 anbringen, das somit wieder bereit ist, eingesetzt zu werden, um eine weitere abgenutzte Zelle zu entfernen. Die neue Zelle muß nur noch herabgelassen werden, bis sie auf den Stützträgern 3 des Schachtes aufliegt und es muß nur noch der Anlaufvorgang in bekannter Weise in Gang gesetzt werden.

Da eine neue Zelle etwas leichter als eine gebrauchte Zelle ist, ist es in bestimmten Fällen möglich, sie mit anderen Mitteln an ihren Platz zu bringen, z. B. mit einem Laufkran oder mit einem Portalkran, wenn deren Eigenschaften dies erlauben und nachdem man vorher den Transportträger entfernt hat. Die Lauffläche kann z. B. bereichsweise verstärkt sein, um der Oberbelastung Rechnung zu tragen. Das Fahrzeug 25 kann von einer eigenständigen Maschine angetrieben werden oder es kann einen Eigenantrieb aufweisen» der z. B. eine Gruppe hydraulischer Generatoren aufweist, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und die die Translationsbewegung und die Drehung des Fahrzeugs als "Drehscheibe" zum Beispiel mittels des Motors 32 und der Kraftübertragung 33 gewährleistet und Mittel für das Anziehen oder Schieben zum Positionieren des Bodens 16, zum Verschieben der Zelle auf den Rollen 17 sowie die Versorgung und Steuerung der verschiedenen Stellzylinder liefert.

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Außerdem kann die Drehung der Räder 26 für das Anbringen und Zurückziehen des Transportträgers 14 benutzt werden. Wenn nämlich das Fahrzeug 25 der zu entfernenden Zelle gegenübergestellt und mit dem Transportträger 14 beladen wurde, kann man das die Räder 26 tragende Chassis anheben, so daß diese Räder nicht mehr in Kontakt mit dem Boden stehen (dabei stützt sich das Fahrzeug auf die Hilfsräder 30), und die Räder 26 können in Drehung versetzt werden. Sie befinden sich in Kontakt mit der Unterseite des Bodens 16, wodurch über die Reibungskräfte der Transportträger 14 in Richtung auf die Zelle 2 bewegt wird und so das Greifen der Rollen 17 auf der Rollbahn 5 der Zelle sichergestellt wird.

Das umgekehrte Vorgehen ermöglicht während des Wiederanbringens einer neuen oder reparierten Zelle den Transportträger 14 zu entfernen.

Obwohl nach der obenstehenden Beschreibung die Fortbev/egungsmittel des Fahrzeugs Räder sind, ist es nicht ausgeschlossen, diese durch äquivalente Mittel zu ersetzen, wie z. B. einem "Luftkissen", wobei es allerdings erforderlich ist, daß die Oberfläche.der Verkehrsbahnen dafür ausgelegt sind.

Claims (3)

Patentanwälte "','.'.' . .: : '.. BEETZ & PARTNER Stelnsdorfstr. 10,8000 München 22 &bull; · 503-36.554P/CM--aw G 84 23 632.9 8.9.1987 Neue Ansprüche 1-3

1. Vorrichtung zum Austausch von abgenutzten Zellen für di© Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse mit einer Hebeeinrichtung und einem Transportfahrzeug, wobei die Zellen einen selbsttragenden Metallkasten aufweisen, der von Stützträgern getragen wird und wobei nach Sicherstellung des Stromdurchganges durch die Reihe die verschiedenen Anschlüsse der Zelle abgetrennt si**d und zumindest der größte Teil der Anodenanordnung abmontiert ist,
gekennzeichnet durch einen Transportträger (14), der zwei Hauptprofile (14A, 14B) und einen Boden (16) aufweist, wobei die beiden Hauptprofile (14A, 14B) mohrere Rollen (17) tragen, die mit einer an dem Kasten (1) der Zelle (2) befestigten Rollbahn (5) zusammenwirken, und durch ein Transportfahrzeug (25) mit in wenigstens zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordneten Rädern (26).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollbahn (5) durch Profile (5A, 5B) gebildet ist, die am Boden des Kastens (1) befestigt sind·

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, i dadurch gekennzeichnet,

daß das Fahrzeug (25) einerseits für seine Fortbewegung \ mehrere Räder (26) mit Luftreifen oder Vollgummireifen

und andererseits für dessen Betrieb als "Drehscheibe"

einen Satz Hilfsräder (30) aufweist.

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