EP0025417A1 - Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten kruste eines Elektrolyseofens - Google Patents

Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten kruste eines Elektrolyseofens Download PDF

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EP0025417A1
EP0025417A1 EP80810284A EP80810284A EP0025417A1 EP 0025417 A1 EP0025417 A1 EP 0025417A1 EP 80810284 A EP80810284 A EP 80810284A EP 80810284 A EP80810284 A EP 80810284A EP 0025417 A1 EP0025417 A1 EP 0025417A1
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Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
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    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/02—Percussive tool bits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking

Definitions

  • the present invention relates to a chisel for a wrapping device for breaking the solidified crust of an electrolytic cell, in particular for the production of A lu- minium.
  • the cell is usually operated periodically in normal operation, even if there is no anode effect.
  • the bath crust has to be hammered in and the alumina concentration increased by adding new aluminum oxide, which corresponds to cell operation.
  • the inventors have therefore set themselves the task of creating a chisel shape for an impact device for breaking the solidified crust of an electrolysis furnace, in which the force required for impact is considerably reduced.
  • the object is achieved according to the invention in that at least parts of the edge area of the chisel underside protrude beyond the remaining areas and are designed as punched edges, and in that the chisel underside has no outwardly inclined surfaces which cause outward side forces when the crust is pierced.
  • this acts like a punching or shearing tool when the electrolyte crust is hammered in.
  • the lower expenditure of force for perforating the crust reduces the expenditure of energy and on the other hand allows the use of less massive impact devices, which also makes it possible to keep the investments lower.
  • the chisels are made of common material, preferably St 45 - 50, a hard and weldable steel poses. Chisels with rectangles elongated in cross-section, e.g. 150 x 40 mm, are particularly favorable for the central, transverse or point control, which is increasingly used for environmental protection reasons, because when converting existing furnaces, the anode distance in the longitudinal axis of the furnace (central control) or transverse axis of the furnace (Cross control) does not have to be changed or only insignificantly.
  • conical, truncated cone or dome-shaped recesses are preferred for chisels that are round in cross section, and wedge-shaped recesses for chisels that are rectangular in cross section.
  • the impact device which in principle consists of a pressure cylinder, piston rod and chisel, is attached directly or indirectly to the cell structure or is part of an operating vehicle or furnace manipulator.
  • a cylindrical chisel 10 is shown which instead of a flat lower end face a conical Has shaped recess 12.
  • the outer surface of this cone-shaped recess 12 and the outer surface of the cylinder 10 mild a circular cut surface visible from below, which represents the punched surface.
  • the surface lines of the cone-shaped recess 12 form an angle ⁇ with the horizontal, which is preferably in the range from 15 to 450. At smaller angles, the effect of the chisel used as a punching tool decreases, larger angles than 45 ° are increasingly uninteresting for economic and mechanical reasons.
  • the outer surface 14 of the truncated cone acts in the same way as the outer surface 12 of the cone of FIG force directed downwards only when the chisel has already been pressed a little into the crust.
  • a chisel 18 with a rectangular cross section is shown, which has a wedge-shaped recess 20 instead of a horizontal, flat end face.
  • the same criteria apply to the choice of the angle of inclination ⁇ of this fishtail shape as in the previous figures.
  • the recessed triangular part in the sectional plane of FIG. 5 can also be trapezoidal in a variant not shown, similar to that in FIG. 3.
  • the recess does not begin at the circumference of the chisel, but is slightly indented, as a result of which a horizontal surface 26 is formed in the edge region.
  • the recess 28 follows on the inside of this horizontal surface, preferably with the values given above for ⁇ . In this embodiment of the chisel, more force has to be applied when the crust is pressed in in the initial phase; however, the wear on chisel material is less.

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Abstract

Ein Meissei (10) für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite (12) deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind. Die Meisselunterseite weist weiter keine nach außen geneigte, beim Durchstoßen der Kruste nach außen gerichtete Seitenkräfte bewirkende Flächen auf. Mit der vorliegenden Meisselform können Energie- und Investitionskosten gesenkt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meissel für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Alu- minium.
  • Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionnellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C02 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 - 970° C statt.
  • Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von l - 2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4 - 4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.
  • Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.
  • Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stösst auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolyseöfen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Oefen erfolgt.
  • In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nachdem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem "Point-Feeder"-Prinzip oder nichtkontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonerde angeordnet. Entsprechendes gilt für die von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der Elektrolyseöfen ( DE-Patent Nr. 27 31 908).
  • Für das Einschlagen des erstarrten Flusses werden in bekannten Vorrichtungen im Querschnitt rechteckige oder runde Meissel eingesetzt.
  • Der untere, beim Einschlagen mit der Kruste unmittelbar in Eingriff stehende Bereich des Meissels ist bei diesen bekannten Vorrichtungen folgendermassen ausgebildet:
    • - Ebene, zu den Seitenflächen der Meissel vertikal angeordnete Stirnfläche (CH-PS 520 778). Diese Ausführungsform des Meissels kann als Normalfall bezeichnet werden.
    • - Runder Meissel mit einer kegelförmigen Spitze (DE-PS 2 135 485)
    • - Kegelstumpfförmige Einengung eines runden Meissels (US-PS 3 371 026).
  • Ebene untere Stirnflächen von Meisseln weisen jedoch den Nachteil auf, dass die verhältnismässig harte und dicke Elektrolytkruste gleichzeitig über die ganze Querschnittsfläche eingedrückt werden muss. Beim Einsatz von sich im untersten Bereich verjüngenden Meisseln wird wohl die anzuwendende Vertikalkraft kleiner, es sind jedoch infolge der Keilwirkung der Schrägseiten noch beachtliche, seitwärts gerichtete Kräfte zu überwinden. Dies erhöht nicht nur den Energieaufwand, sondern auch die Investitionskosten in beträchtlichem Masse.
  • Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Meisselform für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens zu schaffen, bei welcher der für das Einschlagen erforderliche Kraftaufwand erheblich vermindert wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind, und dass die Meisselunterseite keine nach aussen geneigte, beim Durchstossen der Kruste nach aussen gerichtete Seitenkräfte bewirkende Flächen aufweist.
  • Beim Einsatz eines Meissels mit erfindungsgemäss ausgesparter Unterseite wirkt dieser beim Einschlagen der Elektrolytkruste wie ein Stanz- bzw. Abscherwerkzeug. Der geringere Kraftaufwand zum Durchlöchern der Kruste vermindert einerseits den Energieaufwand und erlaubt andererseits, mit weniger massiv gebauten Schlagvorrichtungen auszukommen, was auch die Investitionen niedriger zu halten ermöglicht.
  • Die Meissel werden aus üblichem Material, vorzugweise aus St 45 - 50, einem harten und schweissbaren Stahl, hergestellt. Für die aus den aus Umweltschützgründen zunehmend häufiger angewandte Mittel-, Quer- oder Punktbedienung sind Meissel mit im Querschnitt länglichen Rechtecke, z.B. 150 x 40 mm, besonders günstig, weil beim Umrüsten von bestehenden Oefen der Anodenabstand in der Ofenlängsachse (Mittelbedienung) bzw. Ofenquerachse (Querbedienung) nicht oder nur unwesentlich verändert werden muss.
  • Aus fertigungstechnischen Gründen sind bei im Querschnitt runden Meisseln kegel-,-kegelstumpf- oder kalottenförmige Aussparungen, bei im Querschnitt rechteckigen-Meisseln keilförmige Aussparungen bevorzugt.
  • Die Einschlagvorrichtung, welche im Prinzip aus Druckzylinder, Kolbenstange und Meissel besteht, ist direkt oder indirekt am Zellenaufbau befestigt oder Bestandteil eines Bedienungsfahrzeuges bzw. Ofenmanipulators.
  • Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • - Fig. 1 und 2 einen Glockenmeissel mit kegelförmiger Aussparung, Ansicht bzw. von unten
    • - Fig. 3 und 4 einen Glockenmeissel mit kegelstumpfförmiger Aussparung, Ansicht bzw. von unten
    • - Fig. 5 und 6 einen fischschwanzförmig ausgebildeten Meissel, Ansicht bzw. von unten
    • - Fig. 7 und 8 Varianten der Ausbildung des Randbereichs bei A von Fig. 1, 3 und 5.
  • In den Fig. 1 und 2 wird ein zylinderförmiger Meissel 10 dargestellt, der statt einer ebenen unteren Stirnseite eine kegel-Eörmige Aussparung 12 aufweist. Die Mantelfläche dieser kegel-Eörmigen Aussparung 12 und die Mantelfläche des Zylinders 10 milden eine von unten sichtbare kreisförmige Schnittfläche, welche die Stanzfläche darstellt. Die Mantellinien der kegel-Eörmigen Aussparung 12 bilden mit der Horizontalen einen Winkel α, welcher vorzugsweise im Bereich von 15 - 450 liegt. Bei kleineren Winkeln nimmt die Wirkung des als Stanzwerkzeug eingesetzten Meissels zunehmend ab, grössere Winkel als 45° sind aus wirtschaftlichen und mechanischen Gründen zunehmend uninteressanter.
  • Beim Niederdrücken des Meissels 10 wird aus der erstarrten Kruste des Elektrolyten ein kreisförmiges Loch ausgestanzt. Beim Durchgreifen der Kruste bilden sich keine nach aussen gerichtete Kraftkomponenten aus. Die von der Mantelfläche des Kegels 12 ausgeübten Seitenkräfte sind nach innen gerichtet und wirken deshalb auf denjenigen Teil der Kruste, der durchgestossen werden muss.
  • Falls die Aussparung eines zylinderförmig ausgestalteten Meissels 10, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wirkt die Mantelfläche 14 des Kegelstumpfs in gleicher Weise wie die Mantelfläche 12 des Kegels von Fig. 1. Die Horizontalfläche 16 übt ihre ausschliesslich nach unten gerichtete Kraft erst aus, wenn der Meissel schon ein Stück weit in die Kruste hineingedrückt worden ist.
  • In den Fig. 5 und 6 ist ein im Querschnitt rechtwinkliger Meissel 18 dargestellt, welcher statt einer horizontalen ebenen Stirnfläche eine keilförmige Aussparung 20 aufweist. Für die Wahl des Neigungswinkels α dieser Fischschwanzform gelten dieselben Kriterien wie in den vorhergehenden Figuren. Der in der Schnittebene von Fig. 5 ausgesparte dreieckige Teil kann nach einer nicht dargestellten Variante auch trapezförmig sein, ähnlich wie in Fig. 3.
  • In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante der Stanzkante in vergrösserter Massstab dargestellt. Die Aussparung, gleichgültig ob sie kegel- oder keilförmig ist, verläuft vorerst in einem steileren Winkel 22 und geht dann in einen flacheren Winkel 24 über. Dies hat den Vorteil, dass der Meissel mit weniger Kraft in die Kruste hineingestanzt werden kann. Für diese Variante ist jedoch nur sehr hartes und verschleissfestes Meisselmaterial geeignet.
  • In Fig. 8 wird eine weitere Ausführungsvariante der Stanzkante des Meissels gezeigt. Die Aussparung beginnt nicht am Umfang des Meissels, sondern ist etwas eingerückt, wodurch im Randbereich eine Horizontalfläche 26 gebildet wird. Auf der Innenseite dieser Horizontalfläche folgt die Aussparung 28, vorzugsweise mit den oben für α angegebenen Werten. Bei dieser Ausführungsform des Meissels muss beim Eindrücken der Kruste in der Anfangsphase mehr Kraft aufgewendet werden; dafür ist jedoch der Verschleiss an Meisselmaterial geringer.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Vorteile der Erfindung auch mit anderen Formen der Aussparung an der Unterseite des Meissels erreicht werden können, falls keine nach aussen gerichteten Seitenkräfte erzeugt werden.

Claims (6)

1. Meissel für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der er- f starrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium,
dadurch gekennzeichnet, dass g
mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind, und dass die Meisselunterseite keine;nach aussen geneigte, beim Durchstossen der Kruste nach aussengerichtete Seitenkräfte bewirkenden Flächen aufweist.
2. Meissel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ; dieser zylinderförmig ausgebildet ist und auf der Unter- - : seite eine sich bis in den Randbereich erstreckende kegelförmige, kegelstumpfförmige oder kalottenförmige Aussparung (12, 14, 16) aufweist.
3. Meissel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und auf der Unterseite eine sich bis in den Randbereich erstrekkende keilförmige Aussparung (20) aufweist.
4. Meissel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Aussparung zwischen 15 und 45° liegt.
5. Meissel nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stanzkante vorerst eine Aussparung (22) mit grossem Neigungswinkel und innerhalb davon eine Aussparung (24) mit kleinerem Neigungswinkel ausgebildet ist.
6. Meissel nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stanzkante eine horizontale Randfläche (26) und eine innen anschliessende Aussparung (28) ausgebildet ist.
EP80810284A 1979-09-10 1980-09-09 Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten kruste eines Elektrolyseofens Expired EP0025417B1 (de)

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