EP0018326A1

EP0018326A1 - Abdeckhaube für eine Aluminiumreduktionszelle

Info

Publication number: EP0018326A1
Application number: EP80810122A
Authority: EP
Inventors: Donald R. Bradford; James E. White
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1980-04-11
Publication date: 1980-10-29
Also published as: CA1134778A; YU110580A; ZA802281B; NO154526B; NO154526C; ES8103200A1; US4202753A; BR8002440A; GR67733B; NO801140L; DE3069094D1; EP0018326B1; ES489499A0; ATE9233T1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdeckhaube für eine im Schmelzfluß arbeitende Aluminiumreduktionszelle, welche im wesentlichen eine das abgeschiedene flüssige Metall und den Elektrolyten enthaltende Wanne sowie in den schmelzflüssigen Eiektrolyten eingetauche Kohleanoden umfaßt. Ein trichterförmiger Behälter (30) aus Stahl mit einem als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand (36) deckt den Bereich zwischen den Anodenträgern (26) ab. Mehrere, insbesondere je vier, mobile Abdeckplatten (54, 56, 58 und 60) sind entlang der beiden Zellenseiten derart angeordnet, daß ein Teil der Platten (56, 58) seitlich über den andern Teil der Platten (54, 60) geschoben werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt, daß massive Abdeckplatten aus Stahl, die weder verzogen noch bucklig werden, von Hand verschoben werden können und dadurch die Zelle zur Besichtigung oder Bedienung freigelegt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abdeckhaube für eine im Schmelzfluss arbeitende Aluminiumreduktionszelle, mit einer das abgeschiedene Metall und den Elektrolyten enthaltenden Wanne und mehreren in den schmelzflüssigen Elektrolyten eingetauchten Kohleanoden.
Bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium wird eine Reduktionszelle verwendet. Die gegenwärtig in industriellen Verfahren eingesetzten Reduktionszellen variieren sowohl in bezug auf den Typ als auch auf die Grösse stark. Die meisten verwendeten Zellen können unter eine der folgenden Hauptkategorien eingeordnet werden:

- Soederbergöfen mit selbstbackenden Anoden, welche mit horizontalen oder vertikalen Kontaktspiessen ausgerüstet sind,
- Oefen mit vorgebrannten Anoden, welche seiten- oder mittelbedient sind.

Die Elektrolysezellen arbeiten mit Stromstärken von 45 - 225 kA (Kiloamperes). Typische Aluminiumreduktionszellen umfassen eine Kohlewanne, welche von Isoliermaterial umgeben ist. Der Boden der Kohlewanne ist mit eingebetteten Stahlbarren versehen, durch welche der Elektrolysestrom abfliesst, die Wanne wirkt als Kathode der Reduktionszelle. Die Wanne wird teilweise mit einem Aluminiumbad gefüllt, auf welchem der im wesentlichen geschmolzenen Kryolith (Na₃A1F₆) und darin gelöste Tonerde (A1₂0₃) umfassende Elektrolyt liegt. Eine oder mehrere Kohleanoden sind in den geschmolzenen Elektrolyten eingetaucht. Beim Durchgang des Gleichstroms von den Kohleanoden zum flüssigen Aluminium wird das im Elektrolyten gelöste Al₂0₃ dissoziiert. Im Verlauf des Elektrolyseverfahrens werden in der Reduktionszelle verschiedene Gase, wie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, und feindisperse Phasen, wie z.B. metallisches Natrium, gebildet. Im heutigen Zeitalter des Umweltbewusstseins sind zehlreiche Entwicklungen zum Auffangen und zur Behandlung der oben erwähnten Emissionen gemacht worden. In den letzten Jahren sind hochwirksame Behandlungssysteme entwickelt worden, wie z.B. die Vorrichtung der US-PS 3 470 075.
Gegenwärtig liegt das grösste Problem für die weitere Verminderung oder Ausschaltung von beim Elektrolyseprozess erzeugten Emissionen bei der Konzeption einer wirksamen Abdeckhaube für das Auffangen der Gase, welche auf der Reduktionszelle angebracht werden kann. Bekannte Abdeckhauben, insbesondere solche für einen mittelbedienten Ofen, weisen den Nachteil auf, dass sie nicht genügend dicht sind, um das Entweichen eines merklichen Prozentgehaltes von umweltschädigenden Emissionen zu verhindern. Dies führt dazu, dass - obwohl aus dem Inneren der Abdeckhaube abgezogene Emissionen in hochwirksame Reinigungsanlagen überführt werden - ein merklicher Prozentanteil von Emissionen aus der Abdeckhaube entweicht und nie behandelt wird.
Die US-PS 3 948 749 zeigt eine typische Anordnung einer Abdeckhaube. In dieser Patentschrift wird eine übliche Haube gezeigt, welche eine Vielzahl von Platten aufweist, deren Grösse und Gewicht ein bequemes und leichtes Entfernen von Hand ermöglichen soll, sodass ein problemloser Zugang für das Besichtigen und die Bedienung der Zelle gewährleistet ist. Dieses Erfordernis leichter, von Hand entfernbarer Platten bedingt, dass eine grosse Anzahl von Platten eingesetzt werden muss, um die Reduktionszelle zu kapseln, was eine entsprechende Erhöhung der Anzahl von abzudichtenden Flächen und abzudichtenden Verbindungen zur Folge hat. Zusätzlich werden die Platten bezeichnenderweise aus leichtem Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt, um die Einwirkung der hohen Magnetfelder, welche mit Stahlplatten auftreten würden, zu mildern, weil diese Magnetfelder die zum Entfernen der Platten aufzuwendende Kraft erhöhen würden. Beim Einsatz von Aluminium kann deshalb das Gewicht der Platten beträchtlich erniedrigt werden.
Es ist jedoch gefunden worden, dass die Verwendung von Abdeckplatten aus Aluminium im allgemeinen nicht wünschenswert ist. Der Schmelzpunkt von Aluminiumplatten liegt unterhalb der Arbeitstemperatur der Reduktionszelle. Dies führt häufig zu einem Verziehen der Platten, was sowohl einen Verlust an Wirksamkeit der Kapselung als auch eine entsprechende Erhöhung der Unterhaltskosten zur Folge hat.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Abdeckhaube für eine im Schmelzfluss arbeitende Aluminiumzelle zu schaffen, welche einen hohen Wirkungsgrad für das Einsammeln der Gase aufweist, von Hand leicht entfernt werden kann und von den hohen Arbeitstemperaturen der Zelle nicht beschädigt wird.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist durch einen den Bereich zwischen den Anodenträgern abdeckenden trichterförmigen Behälter aus Stahl mit einem als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand, und mehrere mobile Abdeckplatten entlang der beiden Zellenlängsseiten, welche derart angeordnet sind, dass ein Teil der Platten seitlich über den andern Teil der Platte geschoben werden kann, um die Zelle zur Besichtigung oder Bedienung teilweise freizulegen, gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet mittels einer verbesserten Anordnung von Abdeckplatten eine hochwirksame Kapselung der Reduktionszelle. Die Platten können leicht von Hand bewegt werden, wodurch weniger Platten notwendig sind, was wiederum eine entsprechende Erniederung der Anzahl von abzudichtenden Verbindungen erlaubt. Die Abdeckhaube für die Reduktionszelle ist aus einem Material hergestellt, welches den Arbeitstemperaturen der Elektrolyse ohne Verwindungen, Verbeulungen oder anderen Schäden wiedersteht.
Die auf Rollen montierten, übereinanderschiebbaren Platten der Abdeckhaube für die Reduktionszelle können leicht von Hand hin- und hergeschoben werden, was einen leichten Zugang für die Besichtigung und die Bedienung der Zelle erlaubt. Diese leicht von Hand verschiebbaren, verhältnismässig grossen Platten, welche eine verminderte Anzahl von abzudichtenden Verbindungen erlauben, verhindern Emissionen weitgehend. Ueberdies kann das Material der Platten, weil diese leicht von Hand bewegbar sind, so gewählt werden, dass es den Arbeitstemperaturen der Zelle widersteht, sodass weder Verwindungen noch Verbeulungen eine Verminderung des Wirkungsgrades herbeiführen.
Damit können dank der vorliegenden Erfindung die vorher bekannten Nachteile von Abdeckhauben für Reduktionszellen überwunden werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Aluminiumreduktionszelle, welche die Anordnung der verschiebbaren Platten der Abdeckhaube veranschaulicht
- Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Aluminiumreduktionszelle
- Fig. 3 eine teilweise perspektivische Seitenansicht der Reduktionszelle von Fig. 1 mit übereinandergeschobenen Abdeckplatten
- Fig. 4 eine vergrösserte perspektivische Seitenansicht eines Details der verschiebbaren Abdeckplatten.

Die Reduktionszelle 10 umfasst in eine Stahlwanne eingelegtes Isolationsmaterial 12, welches eine Kohlewanne 14 umhüllt. Die Kohlewanne ist die Kathode der Reduktionszelle. Eine elektrische Verbindung zu der Kohlewanne 14 wird mittels eingebetteter Kathodenbarren 16 erreicht. Die Kohlewanne 14 enthält ein Bad 18 von geschmolzenem Metall, welches durch Reduktion von Tonerde gebildet wird. Auf diedem Metallbad 18 ist der schmelzflüssige Elektrolyt 20 angeordnet.
Die Reduktionszelle 10 ist mit einer Vielzahl von Kohleanoden 22 versehen, welche in den schmelzflüssigen Elektrolyten 20 eintauchen. Die Anoden 22 sind an Anodenstangen 24 aufgehängt, welche mittels eines Klemmschlosses 28 an Anodenträgern 26 befestigt sind. Das Klemmschloss 28 gewährleistet eine gute elektrische Verbindung der an den Anodenstangen aufgehängten Anoden mit dem Anodenträger und erlaubt überdies ein individuelles Einstellen der Höhe von jeder Anode. Jedes geeignete, nicht dargestellte Mittel, wie z.B. Schraubengewinde, kann für das Heben und Senken der Anodenträger 26 und damit der Anoden 22 verwendet werden. Ueber der Reduktionszelle 10 ist ein trichterförmiger Behälter 30 angeordnet und mit irgend einem geeigneten Mittel an Schienen 32 befestigt, die ihrerseits zum Befestigen des trichterförmigen Behälters 30 über der Reduktionszelle 10 mit einem Träger 34 verbunden sind. Der trichterförmige Behälter 30 ist mit einem als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand 36 versehen, welcher unterhalb des Anodenträgers angeordnet und starr am Behälter 30 befestigt oder einstückig damit ausgebildet ist, aus Gründen die später im Detail erläutert werden. Der trichterförmige Behälter 30 wird für die Tonerdezufuhr zu der Zelle durch eine Oeffnung 38 verwendet. Beidseits der Behälteröffnung 38 sind Kanäle 40 angeordnet, welche zum Abziehen der während des Elektrolyseverfahrens entwickelten Anodengase dienen.
Die obenstehende Beschreibung dient dazu, die allgemeine Bauweise der Aluminiumreduktionszelle zu zeigen, damit der Aufbau der erfindungsgemässen Abdeckhaube erläutert werden kann.
An den stirnförmigen Enden der Kohlewanne 12 werden Stahlplatten 42 mit als hochklappbare Besichtigungstüren ausgebildeten Schrägflächen 44 ortsfest angeordnet. Der als Tragfläche ausgebildete untere Rand 36 wird starr am trichterförmigen Behälter 30 befestigt und unter den bewegbaren Anodenträgern 26 so angeordnet, dass er sich über den ganzen Bereich zwischen den ortsfesten Abdeckplatten 42 erstreckt. Wie am besten aus Figur 3 ersehen werden kann, ist der als Tragfläche ausgebildete untere Rand 36 mit zahlreichen eingekerbten Vertiefungen versehen, welche von den Anodenträgern 24 durchgriffen werden. Auf dem auch aus Stahl bestehenden unteren Rand 36, zwischen den Anodenträgern 24, befinden sich Rollenpaare 46 und 46', wobei sich die einen Rollen in einer Ebene oberhalb des unteren Randes, und die andern Rollen in einer Ebene unterhalb des unteren Randes befinden. Die Achsen der Rollenpaare liegen in einer ungefähr zum unteren Rand 36 senkrechten Ebene.
Auf beiden Längsseiten der Kathodenwanne 14 der Reduktionszelle 10, über den ganzen Bereich zwischen den endständigen ortsfesten Abdeckplatten 42, ist - wie am besten aus Fig. 4 ersehen werden kann - ein sich über die ganze Zellenlänge erstreckendes Stahlprofil 48, welches eine innere Schiene 50 und eine äussere Schiene 52 umfasst, montiert. Auf jeder Längsseite der Zelle sind vier Stahlplatten 54, 56, 58 und 60 angeordnet. Zwei der Platten, 54 und 60, sind auf ihrer Unterseite mit einem Paar von Nutrollen 62 versehen, welche auf den Platten 54 und 60 mittels elektrisch isolierender Träger 63 befestigt und derart angepasst sind, dass sie auf der inneren Schiene 50 des Profils 48 rollen können. Fig.2 zeigt, dass am oberen Ende der Stahlplatten 54 und 60 je ein Aluminiumwinkelprofil 64 befestigt ist, welches derart .gestaltet ist, dass es auf den unteren Rollen 46', welche am als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand 36 des trichterförmigen Behälters 30 befestigt sind, gleiten kann. Die Stahlplatten 56 und 58 sind, wie in bezug auf die Platten 54 und 60 beschrieben, mit Nutrollen 62 versehen, welche derart gestaltet sind, dass sie auf die äussere Schiene 52 des Profils 48 passen. Ebenso ist an jedem oberen Ende der Platten 56 und 58 je ein Aluminiumwinkelprofil 66 befestigt, welches auf den oberen, am als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand 36 des trichterförmigen Behälters 30 befestigten Rollen 46 verschoben werden kann.
Auf den Platten 54 und 60 ist in Richtung der Zellenaussenseite je ein Handgriff 68 vorgesehen, während auf den Platten 56 und 58 je zwei Handgriffe 68 angeordnet sind.
Unabhängig von der Grösse der Reduktionszelle müssen auf jeder Zellenlängsseite nur je vier Abdeckplatten 54, 56, 58 und 60 angeordnet werden. Weil die Platten für die Zellenbedienung seitwärts verschoben werden und nicht von Hand entfernt werden müssen, spielt das Gewicht der Platten nur eine geringe Rolle. Weiter haben die Magnetfelder zwischen den Platten - weil diese nicht von der Zelle entfernt werden müssen, sondern nur seitwärts gerollt werden können - und der Zelle während des Verschiebens nur einen geringen Einfluss, weshalb die Platten aus einer schweren und starken Stahlkonstruktion bestehen können. Die Anordnung von zwei inneren Platten 54 und 60 und zwei äusseren Platten 56 und 58 erlaubt, dass bis bis zu 50% jeder Längsseite der Reduktionszelle jederzeit für die Bedienung freigelegt werden können.
Die übereinanderschiebbare Anordnung der inneren und äusseren Platten, z.B. 58 und 60, erlaubt, wie in Fig. 4 dargestellt, eine problemlose Dichtverbindung. Die äussere Platte 58 ist an deren Ende mit einem flexiblen Dichtungsmaterial 70, wie z.B. Siliziumgummi oder einem Gewebe aus Siliziumfibernversehen. Die flexiblen Dichtungen auf den äussern Platten 56 bzw. 58 liegen dichtend auf den inneren Platten 54 und 60 auf. Zusätzlich sind die inneren Platten 54 und 60 mit einem Flanschbauteil 72 versehen, auf welchem eine zweite flexible Dichtung 74, die an den äussern Platten 56 und 58 befestigt ist, aufliegt. Weiter sind die unteren Abschlusswinkel der Platten 54, 56, 58 und 60, auf welchen die Nutrollen 62 befestigt sind, mit zusätzlichen flexiblem Dichtungsmaterial 76 versehen, welches auf diesen Winkeln befestigt ist und dichtend auf der betreffenden inneren und äusseren Schiene 50 und 52 des Profils 48 aufliegt. Daraus kann ersehen werden, dass die seitlich verschiebbaren Platten der erfindungsgemässen Abdeckhaube sowohl an ihren überlappenden Verbindungen als auch gegenüber dem die inneren und äusseren Schienen bildenden Profil 48 wirkungsvoll abgedichtet sind.
Die Stossverbindung zwischen den äusseren Platten 56 und 58 und die Stossverbindungen zwischen den inneren Platten 54 und 60 und den ortsfesten endständigen Stahlplatten 42 werden durch den in den Stahlplatten erzeugten Magnetfeldeffekt undurchlässig abgedichtet. Schliesslich sollte noch erwähnt werden, dass die Kraft der metallischen Anziehung zwischen den Platten der oben erwähnten Stossverbindungen dadurch eingestellt werden kann, dass ein kontinuierlicher dünner Streifen - welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist - von nicht magnetischem Material, wie z.B. Aluminium, Messing oder rostfreiem Stahl, zwischen den Stossverbindungen angebracht wird. Dadurch ist die Anziehungskraft zwischen den eine Stossverbindung bildenden Platten genügend stark, um eine undurchlässige Dichtung zu bilden, aber nicht zu stark, um ein Trennen der beiden Platten durch ein menschliches Individuum zu verhindern.
Aus dieser Beschreibung ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine hochwirksame Abdeckhaube für eine Aluminiumreduktionszelle zur Verfügung stellt, bei welcher eine verbesserte Anordnung von Abdeckplatten, welche leicht von Hand verschiebbar sind, verwendet wird. Dadurch wird es möglich, eine geringere Anzahl von Platten einzusetzen, was sich in einer entsprechenden Verminderung der Anzahl von Dichtungen, welche die Zwischenräume undurchlässig abschliessen müssen, ausdrückt. Weiter kann die erfindungsgemässe Abdeckhaube für eine Aluminiumreduktionszelle aus Stahl, welche den Arbeitstemperaturen des Elektrolyseverfahrens ohne Verwindungen, Verbeulungen oder andere Beschädigungen der Platten widerstehen kann, hergestellt werden.

Claims

1. Abdeckhaube für eine im Schmelzfluss arbeitende Aluminiumreduktionszelle mit einer das abgeschiedene flüssige Metall und den Elektrolyten enthaltenden Wanne und mehreren, in den schmelzflüssigen Elektrolyten eingetauchten Kohleanoden,
gekennzeichnet durch
einen den Bereich zwischen den Anodenträgern (26) abdeckenden trichterförmigen Behälter (30) aus Stahl mit einem als Tragfläche ausgebildeten unteren Rand (36), und mehrere mobile Abdeckplatten (54, 56, 58, 60) entlang der beiden Zellenlängsseiten, welche derart angeordnet sind, dass ein Teil der Platten (56,58) seitlich über den andern Teil der Platten (54,60) geschoben werden kann, um die Zelle zur Besichtigung oder Bedienung teilweise freizulegen.

2. Abdeckhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den gesamten Längsseiten der Kohleauskleidung (14) der Elektrolysewanne (10) aus den Schenkeln eines Profiles (48) gebildete innere und äussere Schienen (50,52) angeordnet sind, auf welchen je ein Teil, vorzugsweise je die Hälfte, der mittels Winkelflanschen an den Abdeckplatten befestigten Nutrollen (62) auf verschiedener Höhe seitlich verschiebbar ist, wobei die auf der äusseren Schiene (52) angeordneten Platten (54,56) über die auf der inneren Schiene (50) angeordneten Platten (54,60) gleiten.

3. Abdeckhaube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gesamten Länge des als Tragfläche ausgebildeten unteren Randes (36) des trichterförmigen Behälters (30), vorzugsweise jeweils zwischen den Anodenstangen (24), untere Rollen (46'), auf welchen die mit Winkelflanschen (64) versehenen, entlang der inneren Schienen (50) gleitenden Deckplatten (54,60) aufliegen, und obere Rollen (46), auf welchen die mit Winkelflanschen (66) versehenen, entlang der äusseren Schienen (52) gleitenden Deckplatten (56,58) aufliegen, ausgebildet sind.

4. Abdeckhaube nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den als Tragflächen ausgebildeten unteren Rändern (36) des trichterförmigen Behälters (30) und der Kohlewanne (14) angeordneten Abdeckplatten (54,56,58,60) aus Stahl und deren Winkelflansche aus Aluminium hergestellt sind.

5. Abdeckhaube nach Ansprurch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Längsseite der Zelle vier Abdeckplatten (54,56,58,60) angeordnet sind.

6. Abdeckhaube nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatten (54,56,58,60) parallele Stirnseiten aufweisen, wobei die auf den äusseren Schienen (52) und den oberen Rollen (66) aufliegenden Platten (56,58) an ihren äusseren Stirnseiten flexible Dichtungen (70,74) haben, welche die Lücke zwischen den auf den inneren Schienen (50) und den unteren Rollen (46') aufliegenden Platten (54,60) schliessen.

7. Abdeckhaube nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Platten (54,60) mit die Lücke zwischen ihnen und den inneren Schienen (50) sowie die darüber schiebbaren, oberen Platten (56,58) mit die Lücke zwischen ihnen und den äusseren Schienen (52) schliessendem Dichtungsmaterial (76) versehen sind.

8. Abdeckhaube nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den äusseren Schienen (52) und den oberen Rollen (46) aufliegenden oberen Abdeckplatten (56,58) mit ihren inneren Stirnseiten sowie die auf den inneren Schienen (50) und den unteren Rollen (46') aufliegenden unteren Abdeckplatten (54,60) mit den ortfesten endständigen Stahlplatten (42) durch magnetische Kräfte zusammengehaltene Stossverbindungen bilden.