EP0026735A1 - Vorrichtung zum Beschicken von Elektrolyseöfen und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Vorrichtung zum Beschicken von Elektrolyseöfen und Verfahren zu deren Betrieb Download PDF

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EP0026735A1
EP0026735A1 EP80810259A EP80810259A EP0026735A1 EP 0026735 A1 EP0026735 A1 EP 0026735A1 EP 80810259 A EP80810259 A EP 80810259A EP 80810259 A EP80810259 A EP 80810259A EP 0026735 A1 EP0026735 A1 EP 0026735A1
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EP
European Patent Office
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compressed air
alumina
pressure vessel
electrolysis
pipe
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Application number
EP80810259A
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English (en)
French (fr)
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EP0026735B1 (de
Inventor
Walter Merz
Hans Friedli
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Alcan Holdings Switzerland AG
Original Assignee
Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
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Publication date
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    • 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 device for the automatic, process-controlled charging of electrolysis furnaces for aluminum production, with a pressure vessel for alumina and flux, delivery lines to the electrolysis furnaces and an alumina bunker arranged on each electrolysis furnace.
  • the invention further relates to a method for operating the device.
  • the cell is usually operated periodically in normal operation, even if there is no anode effect. Moreover it is to each anode effect the Badkruste are turned and the T onerdekonzentration by the addition of new alumina to be raised, which corresponds to a cell operation.
  • the aluminum manufacturers have increasingly switched to central operation in the longitudinal axis of the furnace.
  • the alumina is added either locally and continuously according to the "point feeder" system or not continuously distributed over the entire longitudinal axis of the furnace.
  • a storage hopper for the alumina is arranged on the electrolysis cell. The same applies to the transverse operation of the electrolysis furnaces recently proposed by the applicant (DE Patent No. 2731908.0).
  • alumina bunkers can be refilled from a silo that is arranged on an indoor vehicle or an oven manipulator.
  • the inventor has therefore set himself the task of creating a device for the automatic, process-controlled charging of electrolysis furnaces for aluminum production and a method for their operation which, with minimal energy expenditure, have such low wear on pipe material that the delivery pipes reach the service life of the electrolysis cell or surpass. Furthermore, the fast and precise supply of flux to a particular furnace should be guaranteed.
  • At least parts of the round conveyor tube which is preferably made of steel, are made of porous material, e.g. Sintered bronze, sintered iron or sintered aluminum oxide, wherein the porous material can also be formed as a wire mesh. If the porous materials form only a small part of the side surface of the conveyor tube, they can be fastened in recesses using suitable means, e.g. by shrinking or gluing, in the case of steel pipes and metallic porous materials also by soldering.
  • suitable means e.g. by shrinking or gluing, in the case of steel pipes and metallic porous materials also by soldering.
  • the cross section of a delivery pipe can be of any design, but round cross sections have proven to be particularly favorable.
  • the compressed air pipe which runs parallel to the delivery pipe and also has any desired, but expediently round or rectangular cross section, can be arranged in or around the delivery pipe in addition to the.
  • the restrictions arranged along the entire length of the compressed air tube are fixed or variable constrictions that become smaller and smaller in the direction of conveyance. These restrictions have the effect that, by regularly reducing the cross section in the pressure pipe, the amount of compressed air entering the delivery line via the porous material is equalized. In other words, most of the compressed air no longer enters the end of the delivery pipe where the resistance is lowest.
  • Fixed constrictions can be achieved, for example, by indentations in the walls of the compressed air line or by bolts or lamellae or profile pieces fastened to the walls thereof variable constrictions, on the other hand, through screws or bolts protruding into the compressed air tube, which can be regulated with a locking screw or electromagnetically.
  • the installation of restrictions only makes sense if the delivery pipe is made of porous material in their area, otherwise the desired air passage that is regular over the entire pipe length cannot be achieved.
  • the distance between the restrictions can be, for example, 1-6 times the diameter of the delivery pipe.
  • the solution to the problem according to the invention not only brings about a variant in the course of progressing automation, but also an improvement in occupational hygiene, occupational safety and air pollution control.
  • a system has been created that meets all the requirements mentioned.
  • the energy used to carry out the method is kept to a minimum by an optimal arrangement of useful devices.
  • the essential elements of the electrolytic cell 10 are the steel tub 12, the thermal insulation 14, the carbon base 16, the cathode bars 18, the liquid aluminum 20 lying on the carbon base, which is the actual cathode, the electrolyte 22, the carbon anodes 24, and the anode rods 26 and the anode carrier 28.
  • the following components are introduced individually or as a mixture into the storage bunker 30, as required: fresh clay, fluoride-enriched clay, flux and ground flux residues.
  • the alumina bunker 30 is provided on both long sides with a metering device 32, which causes the alumina to be fed into the bath in portions via the downpipe 34.
  • the impact device 36 Before the alumina is metered in, the impact device 36 is generally actuated, the electrolyte crust, for example, being impacted by a pneumatically actuated chisel.
  • the toner hopper 30 is connected to the furnace casing 38 via a connecting pipe 40.
  • the exhaust gases produced during the electrolysis process are removed together with the secondary air entering through opening 44, which is represented as representative of leaks and other leaks, the conveying air emerging from the outlet connection 46 of the pipe section 48 and the exhaust air drawn off via line 40 from the alumina bunker 30 through line 50 from the encapsulated cell dissipated.
  • the entire interior of the furnace enclosure is covered by the suction fan 52 under a slight negative pressure of a few mm WS, e.g. 10 mm.
  • the pressure vessel 54 is designed such that its underside initially contains a funnel-shaped constriction 56 with a large opening angle and then a funnel-shaped constriction 58 with a small opening angle.
  • the pressure vessel can be closed on its underside with a shut-off device, for example a ball valve.
  • the feed pipe 62 opens into the funnel-shaped narrowing with a small opening angle, separated by the ball valve. From this feed pipe forming the main channel, the feed pipes 64 branch to feed the electrical system lysis cells. As will be shown later in FIG. 6, it is not necessary with the arrangement according to the invention to provide any shut-off elements at the branching points.
  • a compressed air line 66 is arranged parallel to the delivery pipes 62 and 64, which enables the dense phase delivery in the manner described below.
  • the delivery valve 68 which is arranged in the immediate vicinity of the electrolysis cell 10, a piece of the delivery line 64 is designed as an electrical insulating piece 70 in order to prevent short circuits between the ovens, which are connected in series.
  • the pipe section 48 is nothing more than a continuation of the delivery pipe 64.
  • the compressed air line 66 also continues to the end of the pipe section 48.
  • the measuring end 72 of the alumina bunker 30 serves to indicate the minimum fill level with alumina.
  • a compressor 74 is provided to provide the compressed air.
  • the compressed air can be passed to the container 54, the delivery pipe 62 or the compressed air pipe 66 in a store (not shown), equipped with the known control devices via pressure control valves 76, switching valves 78 and adjustment valves 80.
  • a controlled valve 82 is provided for the evacuation of the pressure container 54.
  • the limit switch 84 ensures that the pressure vessel 54 is filled. With a pneumatic valve control 86, the batches in the pressure vessel can be set precisely.
  • Fig.l indicates that the bulk material in the filled pressure vessel 54 is conically limited at the top.
  • the bulk material flows in the upper and middle part of the container in the form of a stream, i.e. in the middle faster than in the peripheral zones, which is also indicated.
  • the bottom part of the tank 58 there is core flow.
  • a steel tube 30, 62, 64 with an annular cross section, in which the powdery or granular material to be conveyed 88 is transported, has an inner diameter of approximately 50-100 mm and a wall thickness of approximately 3 mm.
  • a compressed air pipe 66 with a rectangular cross section is welded onto the delivery pipe 30, 62, 64. Circular openings are recessed in the upper wall of the delivery pipe, into which porous disks 90 are soldered.
  • an adjustable adjusting screw 92 of approximately the same diameter.
  • the lower end face of this screw is formed according to the surface of the porous material, i.e. as a horizontal surface. However, this end face can also be hemispherical, dome-shaped or the like.
  • a thread carrier (nut) 94 is welded on.
  • a lock nut 96 is used to fix the adjusting screw.
  • the dimensions of the remaining free opening in the compressed air pipe and the part of the adjusting screw protruding into the compressed air pipe are of a comparable order of magnitude.
  • the resistance in the conveying tube 30, 62, 64 is the smallest at the adjusting screw C, so that most air enters there.
  • the resistance in the delivery pipe is comparatively high, meaning that only little delivery air enters. This causes material to be conveyed to the right of C to be pushed off and pushed in from the left in the direction of the arrow F.
  • FIG. 4 In contrast to the adjustable restrictions shown in FIGS. 2 and 3, a fixed restriction is shown in FIG. 4. Above the porous material 90 soldered into a recess in the steel wall of the delivery pipe 30, 62, 64, a profile piece 98 is arranged, which is fastened to the upper wall of the compressed air pipe 66.
  • This invariable, ie non-variable restriction in the form of an inverted T causes part of the compressed air F L to flow through the gap between porous material 90 and profile piece 98.
  • the resistance is increased to a greater or lesser extent, so that all Discs 90 made of porous material along the conveyor pipe in weight about the same amount of air from the compressed air pipe passes into the conveyor pipe.
  • the distance d increases in the conveying direction.
  • the compressed air tube shown is very oversized, in reality its cross-sectional dimensions can be as follows with a delivery tube diameter of 75 mm: 20 mm wide, 16 mm high.
  • a wear-resistant insert e.g. made of sintered aluminum oxide, used as the inner wall of the delivery pipe.
  • Porous material disks 90 are also used in this ceramic molded part 100.
  • the shock-sensitive insert 100 is embedded in a protective cover 102.
  • the annular gap 104 formed between the wear-resistant insert 100 and the protective cover 102 is preferably filled with a foam.
  • a reinforcement ring 106 is placed in order to compensate for the transition to the wear-resistant insert 100 with thicker walls.
  • the straight and curved tubes are screwed together by means of flanges 108, a flat seal 110 is arranged between the flanges 108.
  • FIG. 6 shows a branching of the delivery line system according to the invention, which shows that no switch or no three-way valve is necessary.
  • the ball valve 114a is open, while the ball valve 114b is closed.
  • solenoid valves 116 and 118 are open, the conveying air passing from the compressed air channels 66 provided with restrictions 112 into the delivery line 30, 62, 64 causes the material to be conveyed in a dense flow through the open ball valve 114 a.
  • Fig. 7 the lower part of the pressure vessel 54 is shown in detail.
  • the funnel-shaped constriction 56 with a large opening angle like the rest of the container in the cylindrical part, is filled with alumina.
  • the funnel-shaped constriction 58 with a small opening angle is filled with cryolite 124, milled flow 126 and aluminum fluoride 128.
  • the proportion of flux which fills the funnel-shaped constriction 58 which instead of being mixed in layers, can be filled in only a few percent of the entire batch, e.g. 0.5 - 5%. If the ball valve 60 is opened for charging an electrolysis cell, it is ensured that the fluxes flowing away in the core flow are in any case completely supplied to the cell.
  • any fine-grained bulk material can be conveyed with the device and the method according to the invention in addition to the alumina described above.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum automatischen, prozessgesteuerten Beschicken von Elektrolyseöfen zur Aluminiumherstellung. Neben geringem Verschleiß der Förderrohre (62, 64) wird die schnelle und präzise Zufuhr von Flußmitteln zu einem bestimmten Ofen (10) gewährleistet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen, prozessgesteuerten Beschicken von Elektrolyseöfen zur Aluminiumherstellung, mit einem Druckbehälter für Tonerde und Flussmittel, Förderleitungen zu den Elektrolyseöfen und einem auf jedem Elektrolyseofen angeordneten Tonerdebunker. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
  • 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 konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO und C02 verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 - 970°C statt.
  • Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei unterer Konzentration von 1 - 2 % Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von normal 4 - 4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen werden und die Aluminiumoxid-Konzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid bzw. 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 werden 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 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 die 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 Mittelbedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem "Point-Feeder"-System oder nicht kontinuierlich 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. 2731908.0).
  • Diese Tonerdebunker können aus einem Silo, der auf einem Hallenfahrzeug oder einem Ofenmanipulator angeordnet ist, nachgefüllt werden.
  • Angesichts der grossen Verbrauchsmengen von Tonerde und der bei diesen Verfahren unvermeidlichen Staubentwicklung ist auch der Einsatz von pneumatischen Fördermitteln versucht worden. Die im Dünnstrom geförderte, fluidisierte Tonerde erreicht bei solchen Fördersystemen Geschwindigkeiten von ca. 10 m/sec. Bei diesen hohen Fördergeschwindigkeiten ist jedoch das Material des Rohrleitungssystems einem ausserordentlich grossen Verschleiss unterworfen. Das häufige Auswechseln von Bestandteilen führt zu technischen und wirtschaftlichen Nachteilen. Ausserdem hat es sich als schwierig erwiesen, während dem Elektrolyseverfahren in einem bestimmten Ofen gebrauchte Flussmittel rasch und sicher an die gewünschte Stelle zu fördern.
  • Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum automatischen, prozessgesteuerten Beschicken von Elektrolyseöfen zur Aluminiumherstellung und ein Verfahren zu deren Betrieb zu schaffen, welche bei minimalem Energieaufwand einen so geringen Verschleiss an Rohrmaterial aufweisen, dass die Förderrohre die Lebensdauer der Elektrolysezelle erreichen oder übertreffen. Weiter soll die schnelle und präzise Zufuhr von Flussmitteln zu einem bestimmten Ofen gewährleistet sein.
  • Die Aufgabe wird in bezug auf die Vorrichtung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
    • - der zylinderförmige Druckbehälter für Tonerde und Flussmittel im unteren Bereich vorerst eine trichterförmige Verengung mit grossem Oeffnungswinkel und dann eine weitere Verengung mit kleinem, Kernfluss bewirkenden Oeffnungswinkel aufweist,
    • - die Förderleitungen vom Druckbehälter zu der Elektrolysezelle ein Förderrohr und ein Druckluftrohr umfassen, wobei - zur Egalisierung des über die gesamte Rohrlänge in die Förderleitung eintretenden Luftgewichtes - im Druckluftrohr Restriktionen mit in Förderrichtung abnehmender Abschirmfläche eingebaut sind, und der Uebergang vom Druckluft- zum Förderrohr mindestens im Bereich der Restriktionen aus porösem Material besteht, und
    • - das oberhalb einer Messonde liegende Füllvolumen des Tonerdebunkers einer Charge des Druckbehälters entspricht.
  • Mindestens Teile des vorzugsweise aus Stahl bestehenden, runden Förderrohres bestehen aus porösem Material, z.B. Sinterbronce, Sintereisen oder gesintertem Aluminiumoxid, wobei das poröse Material auch als Drahtgewebe ausgebildet sein kann. Falls die porösen Materialien nur einen geringen Teil der Seitenfläche des Förderrohres bilden, können sie mit geeigneten Mitteln in Aussparungen befestigt werden, z.B. durch Einschrumpfen oder Aufkleben, im Falle von Stahlrohren und metallischen porösen Materialien auch durch Löten.
  • Der Querschnitt eines Förderrohres kann beliebig ausgestaltet sein, als besonders günstig haben sich jedoch runde Querschnitte erwiesen.
  • Das parallel zum Förderrohr verlaufende Druckluftrohr von ebenfalls beliebigem, jedoch zweckmässigerweise rundem oder rechteckigem Querschnitt kann neben dem,'im oder um das Förderrohr angeordnet sein.
  • Die über die ganze Länge des Druckluftrohres in diesem angeordneten Restriktionen sind feste oder variable Verengungen, die in Förderrichtung immer kleiner werden. Diese Restriktionen bewirken, dass durch die in regelmässigen Abständen angeordneten Verkleinerungen des Querschnittes im Druckrohr die über das poröse Material in die Förderleitung eintretende Druckluftmenge egalisiert wird. Mit andern Worten tritt nicht mehr der grösste Teil der Druckluft am Ende des Förderrohres, wo der Widerstand am kleinsten ist, ein.
  • Feste Verengungen können beispielsweise durch Einbuchtungen in den Wänden der Druckluftleitung oder durch an deren Wänden befestigte Bolzen bzw. Lamellen oder Profilstücke erreicht werden, variable Verengungen dagegen durch in das Pressluftrohr hineinragende Schrauben oder Bolzen, die mit einer Feststellschraube bzw. elektromagnetisch regulierbar sein können.
  • Sowohl feste als auch variable Restriktionen liegen, um eine optimale Wirkung erzielen zu können, bezüglich ihres Querschnitts bevorzugt mindestens bei der Hälfte des Querschnitts des Druckluftrohres.
  • Der Einbau von Restriktionen hat nur einen Sinn, wenn in deren Bereich das Förderrohr aus porösem Material besteht, andernfalls kann der angestrebte, über die gesamte Rohrlänge regelmässige Luftdurchtritt nicht erzielt werden. Der Abstand der Restriktionen kann beispielsweise das 1 -6-fache des Durchmessers des Förderrohres betragen.
  • Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe, bezogen auf das Verfahren, kennzeichnet sich dadurch, dass
    • - das Erreichen des minimalen Füllstandes im Tonerdebunker von einer Messonde registriert und an die zentrale Datenverarbeitungsanlage weitergeleitet wird,
    • - von der zentralen Datenverarbeitung die für jeden Elektrolyseofen errechnete günstigste Mischung von frischer Tonerde, vorher als Adsorptionsmittel eingesetzter, mit Fluoriden angereicherter Tonerde, Flussmitteln und gemahlenen Flussmittelresten ausgelöst wird,
    • - dann vorerst der unterste Bereich des leeren Druckbehälters, der Kernflussbereich, mit Flussmitteln gefüllt und anschliessend der übrige Druckbehälter mit Tonerde chargiert wird, und
    • - der Inhalt des Druckbehälters mittels Druckluft im Dichtstrom durch die vorher nicht leergeblasene Förderleitung zum Tonerdebunker des betreffenden Elektrolyseofens transportiert wird.
  • Die Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe bringt nicht nur eine Variante im Zuge der fortschreitenden Automation, sondern auch eine Verbesserung der Arbeitshygiene, der Arbeitssicherheit und der Luftreinhaltung. In bezug auf diese grundlegenden Voraussetzungen einer industriellen Produktion ist ein System geschaffen worden, das allen genannten Anforderungen gerecht wird. Gleichzeitig wird die für die Durchführung des Verfahrens aufgewendete Energie durch eine optimale Anordnung sinnreicher Vorrichtungen minimal gehalten.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • - Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung.
    • - Fig. 2 einen Abschnitt des Förderleitungssystems, mit Einstellschrauben als veränderbare Restriktionen, im Längsschnitt.
    • - Fig. 3 einen Querschnitt durch III-III in Fig. 2.
    • - Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine als Profilstück ausgebildete Restriktion.
    • - Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Bogenstück des Förderleitungssystems.
    • - Fig. 6 eine Verzweigung im Förderleitungssystem.
    • - Fig. 7 den unteren Bereich des Druckbehälters.
  • Die wesentlichen Elemente der Elektrolysezelle 10 sind die Stahlwanne 12, die thermische Isolation 14, der Kohleboden 16, die Kathodenbarren 18, das auf dem Kohleboden liegende flüssige Aluminium 20, welches die eigentliche Kathode ist, der Elektrolyt 22, die Kohleanoden 24, die Anodenstangen 26 und der Anodenträger 28. In den Vorratsbunker 30 werden, je nach Erfordernis, einzeln oder gemischt folgende Komponenten eingebracht: Frischtonerde, mit Fluoriden angereicherte Tonerde, Flussmittel und gemahlene Flussmittelreste. Der Tonerdebunker 30 ist auf beiden Längsseiten mit einer Dosiervorrichtung 32 versehen, welche bewirkt, dass die Tonerde portionenweise über das Fallrohr 34 in das Bad geführt werden kann. Vor der Zudosierung von Tonerde wird in der Regel die Einschlagvorrichtung 36 betätigt, wobei beispielsweise die Elektrolytkruste durch einen pneumatisch betätigten Meissel eingeschlagen wird. Der Toner-3ebunker 30 ist mit der Ofenkapselung 38 über ein Verbindungsrohr 40 verbunden. Die beim Elektrolyseprozess entstehenden Abgase werden zusammen mit der durch für Lecks und andere Undichtigkeiten stellvertretend dargestellten Oeffnung 44 eintretenden Sekundärluft, der aus den Auslassstutzen 46 des Rohrstücks 48 austretenden Förderluft und der über die Leitung 40 aus dem Tonerdebunker 30 abgezogenen Abluft durch die Leitung 50 aus der gekapselten Zelle abgeführt. Der gesamte Innenraum der Ofenkapselung wird durch das Sauggebläse 52 unter leichtem Unterdruck von einigen mm WS, z.B. 10 mm, gehalten.
  • Der Druckbehälter 54 ist derart ausgebildet, dass seine Unterseite vorerst eine trichterförmige Verengung 56 mit grossem Oeffnungswinkel und dann eine trichterförmige Verengung 58 mit kleinem Oeffnungswinkel enthält. Der Druckbehälter ist auf seiner Unterseite mit einem Absperrorgan, zum Beispiel einem Kugelventil, verschliessbar. In die trichterförmige Verengung mit kleinem Oeffnungswinkel mündet, durch das Kugelventil getrennt, das Förderrohr 62. Von diesem den Hauptkanal bildenden Förderrohr zweigen die Förderrohre 64 zur Speisung der Elektrolysezellen ab. Wie später in Fig.6 gezeigt wird, ist es mit der erfindungsgemässen Anordnung nicht notwendig, an den Verzweigungsstellen irgendwelche Absperrorgane vorzusehen. Parallel.zu den Förderrohren 62 und 64 ist eine Druckluftleitung 66 angeordnet, welche in nachstehend beschriebener Weise die Dichtstromförderung ermöglicht. Nach dem in unmittelbarer Nähe der Elektrolysezelle 10 angeordneten Absperrorgan, dem Förderventil 68, ist ein Stück der Förderleitung 64 als elektrisches Isolierstück 70 ausgebildet, um Kurzschlüsse zwischen den nacheinander in Reihe geschalteten Oefen zu verhindern. Das Rohrstück 48 ist im Prinzip nichts anderes als eine Fortsetzung des Förderrohres 64. Auch die Druckluftleitung 66 setzt sich bis zum Ende des Rohrstückes 48 fort. Die Messende 72 des Tonerdebunkers 30 dient dazu, den minimalen Füllstand mit Tonerde anzuzeigen.
  • Zur Bereitstellung der Druckluft ist ein Kompressor 74 vorgesehen. Die komprimierte Luft kann in einem nicht dargestellten Speicher, ausgerüstet mit den bekannten Regelgeräten via Druckregelventile 76, Schaltventile 78 und Einstellventile 80 zum Behälter 54, dem Förderrohr 62 oder dem Druckluftrohr 66 geleitet werden. Für die Evakuierung des Druckbehälters 54 ist ein gesteuertes Ventil 82 vorgesehen.
  • Die Füllbegrenzung des Druckbehälters 54 wird durch den Grenzschalter 84 sichergestellt. Mit einer pneumatischen Ventilsteuerung 86 können die Chargen im Druckbehälter genau eingestellt werden.
  • Fig.l deutet an, dass das Schüttgut im gefüllten Druckbehälter 54 nach oben kegelförmig begrenzt ist. Während des Entleerens fliesst das Schüttgut im oberen und mittleren Behälterteil trombenförmig, d.h. in der Mitte schneller als in den Randzonen, was ebenfalls angedeutet ist. Im untersten Behälterteil 58 findet man Kernfluss.
  • In Fig. 2 ist ein gerader Abschnitt des erfindungsgemässen Förderleitungssystems dargestellt. Ein Stahlrohr 30,62,64 mit ringförmigem Querschnitt, in welchem das pulverförmige oder körnige Fördergut 88 transportiert wird, hat einen inneren Durchmesser von ca. 50 - 100 mm und eine Wanddicke von ungefähr 3 mm. Auf das Förderrohr 30,62,64 aufgeschweisst ist ein im Querschnitt rechteckiges Druckluftrohr 66. In der oberen Wandung des Förderrohres sind kreisförmige Oeffnungen ausgespart, in welche poröse Scheiben 90 eingelötet sind. Oberhalb dieses porösen Materials befindet sich eine regulierbare Einstellschraube 92 ungefähr gleichen Durchmessers. Vorzugsweise ist die untere Stirnseite dieser Schraube entsprechend der Oberfläche des porösen Materials ausgebildet, d.h. als Horizontalfläche. Diese Stirnseite kann jedoch auch halbkugelförmig, kalottenförmig oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Da die Wandung des Druckluftrohrs 66 für das Anbringen eines Schraubengewindes zu schwach ist, wird ein Gewindeträger (Mutter) 94 aufgeschweisst. Zur Fixierung der Einstellschraube dient eine Gegenmutter 96.
  • Die Einstellschrauben haben folgende Funktionen:
    • - Regulieren der in das Förderrohr eintretenden Luftmenge
    • - Regulieren der durch das Druckluftrohr fliessenden Luftmenge.
  • Im vorliegenden Fall, wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Dimensionen der freibleibenden Oeffnung im Druckluftrohr und des in das Druckluftrohr hineinragenden Teiles der Einstellschraube von vergleichbarer Grössenordnung.
  • Der Abstand d der Einstellschraube vom porösen Material im Förderrohr wird in Funktion der folgenden Parameter eingestellt:
    • - Art des Fördermaterials
    • - Länge des Förderrohres
    • - Porosität der Sinterbronce 90.
  • Wird die Förderluft FL in Pfeilrichtung in das Druckluftrohr 66 eingeleitet, so ist der Widerstand im Förderrohr 30,62,64 bei der Einstellschraube C am kleinsten, dort tritt also am meisten Luft ein. Bei A hingegen ist der Widerstand im Förderrohr verhältnismässig gross, es tritt also nur wenig Förderluft ein. Dies bewirkt, dass rechts von C zu förderndes Material abgestossen und von links in Pfeilrichtung F nachgeschoben wird.
  • In einem Modell der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Förderrohr aus Glas kann diese paketweise Förderung sehr gut beobachtet werden.
  • Im Gegensatz zu den in Fig. 2 und 3 gezeigten verstellbaren Restriktionen wird in Fig. 4 eine feste Restriktion gezeigt. Oberhalb des in eine Aussparung der Stahlwandung des Förderrohres 30,62,64 eingelöteten porösen Materials 90 ist ein Profilstück 98 angeordnet, welches an der oberen Wandung des Druckluftrohres 66 befestigt ist. Diese unveränderliche, d.h. nicht variable Restriktion in Form eines umgekehrten T bewirkt, dass ein Teil der Druckluft FL durch den Spalt zwischen porösem Material 90 und Profilstück 98 fliessen muss.Je nach Abstand d ist der Widerstand mehr oder weniger erhöht, so dass durch alle Scheiben 90 aus porösem Material entlang des Förderrohres gewichtsmässig ungefähr die gleiche Luftmenge vom Druckluftrohr in das Förderrohr übertritt.
  • Für alle Anordnungen nach Fig. 2 bis 4 nimmt der Abstand d in der Förderrichtung zu. Das eingezeichnete Druckluftrohr ist stark überdimensioniert, in Wirklichkeit können seine Querschnittsdimensionen bei einem Förderrohrdurchmesser von 75 mm folgende sein: 20 mm breit, 16 mm hoch.
  • In Fig. 5 ist ein Bogenstück eines Förderleitungssystems sowie sein Uebergang in ein gerades Stück gezeichnet. In einem Bogenstück ist das Material des Bogenstücks selbst bei verhältnismässig langsamer Dichtstromförderung einem verhältnismässig hohen Verschleiss unterworfen. Nach einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird deshalb in diesem Bogenstück ein verschleissfester Einsatz, z.B. aus gesintertem Aluminiumoxid, als Innenwandung des Förderrohres verwendet. Auch in diesem keramischen Formteil 100 sind poröse Materialscheiben 90 eingesetzt. Der stossempfindliche Einsatz 100 ist in eine Schutzhülle 102 eingebettet. Der zwischen dem verschleissfesten Einsatz 100 und der Schutzhülle 102 gebildete ringförmige Spalt 104 wird vorzugsweise mit einem Schaumstoff gefüllt. Am Ende des Förderrohres 30,62,64 ist ein Verstärkungsring 106 aufgesetzt, um den Uebergang zum wandstärkeren verschleissfesten Einsatz 100 auszugleichen. Die geraden und gebogenen Rohre sind mittels Flanschen 108 miteinander verschraubt, zwischen den Flanschen 108 ist eine Flachdichtung 110 angeordnet.
  • In Fig. 6 ist eine Verzweigung des erfindungsgemässen Förderleitungssystems dargestellt, welche zeigt, dass keine Weiche bzw. kein Dreiweghahn notwendig ist. Im vorliegenden Fall ist der Kugelhahn 114a offen, während der Kugelhahn 114b geschlossen ist. Bei geöffneten Magnetventilen 116 und 118 bewirkt die aus den mit Restriktionen 112 versehenen Druckluftkanälen 66 in die Förderleitung 30,62,64 übertretende Förderluft, dass das Gut im Dichtstrom durch den geöffneten Kugelhahn 114a gefördert wird.
  • Wenn das Magnetventil 120 die Druckluftleitung 66 schliesst, so wird das Schüttgut nur ein kleines Stück über die Verzweigung hinausgefördert, dann bildet sich ein Pfropfen 122. Soll dieser Füllgutpfropfen wieder ausgelöst werden, so muss das Magnetventil 120 und der Kugelhahn 114b geöffnet werden. Die bei den Restriktionen ausströmende Förderluft setzt die Dichtstromförderung in Gang.
  • In Fig. 7 ist der untere Teil des Druckbehälters 54 im Detail dargestellt. Die trichterförmige Verengung 56 mit grossem Oeffnungswinkel ist, wie der übrige Behälter im zylinderförmigen Teil, mit Tonerde gefüllt. Nur der unterste Teil des Druckbehälters, die trichterförmige Verengung 58 mit kleinem Oeffnungswinkel, ist mit Kryolith 124, gemahlenem Fluss 126 und Aluminiumfluorid 128 gefüllt. Der die trichterförmige Verengung 58 füllende Anteil an Flussmitteln, der statt schichtweise auch gemischt eingefüllt sein kann, beträgt jedoch nur einige Prozente der gesamten Charge, z.B. 0,5 - 5 %. Wird der Kugelhahn 60 zwecks Chargierung einer Elektrolysezelle geöffnet, so ist sichergestellt, dass die im Kernfluss abfliessenden Flussmittel auf jeden Fall vollständig der Zelle zugeführt werden.
  • Es versteht sich von selbst, dass mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem erfindungsgemässen Verfahren ausser der oben beschriebenen Tonerde beliebige feinkörnige Schüttgüter gefördert werden können.

Claims (10)

1.Vorrichtung zum automatischen, prozessgesteuerten Beschikken von Elektrolyseöfen zur Aluminiumherstellung, mit einem Druckbehälter für Tonerde und Flussmittel, Förderleitungen zu den Elektrolyseöfen und einem auf jedem Elektrolyseofen angeordneten Tonerdebunker, dadurch gekennzeichnet, dass
- der zylinderförmige Druckbehälter (54) für Tonerde und Flussmittel im unteren Bereich vorerst eine trichterförmige Verengung (56) mit grossem Oeffnungswinkel und dann eine weitere Verengung (58) mit kleinem, Kernfluss bewirkendem Oeffnungswinkel aufweist,
- die Förderleitungen vom Druckbehälter (54) zu der Elektrolysezelle (10) ein Förderrohr (62,64) und ein Druckluftrohr (66) umfassen, wobei - zur Egalisierung des über die gesamte Rohrlänge in die Förderleitung eintretenden Luftgewichtes - im Druckluftrohr (66) Restriktionen (92) mit in Förderrichtung abnehmender Abschirmfläche eingebaut sind, und der Uebergang vom Druckluftzum Förderrohr mindestens im Bereich der Restriktionen aus porösem Material (90) besteht, und
- das oberhalb einer Messonde (72) liegende Füllvolumen des Tonerdebunkers (30) einer Charge des Druckbehälters (54) entspricht.
2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der trichterförmigen Verengung (58) mit kleinem Oeffnungswinkel, der Kernflusszone, 0,5 - 5 % desjenigen des Druckbehälters entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restriktionen (92) im Förderleitungssystem variabel als in das Pressluftrohr hineinragende, verstellbare Schrauben oder Bolzen ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restriktionen (92) des Förderleitungssystems durch Einbuchtungen in den Wänden der Druckluftleitung oder an deren Wänden befestigte Bolzen, Lamellen bzw. Profilstücke ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckluftrohr (66) auf das Förderrohr (30,62,64) aufgesetzt ist, wobei beide Rohre auf der gesamten Länge eine gemeinsame Wand, diejenige des Förderrohres, haben.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Restriktionen (92) und die ihnen zugewandten Oberflächen des porösen Materials (90) gleichgross ausgestaltet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (90) aus Sinterbronce, Sintereisen oder gesintertem Aluminiumoxid besteht oder aus einem Drahtgeflecht gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Restriktionen (92) gebildeten Verengungen mindestens die Hälfte des Querschnitts des Druckluftrohres ausmachen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen einer Restriktion (92) und der entsprechenden zugewandten Oberfläche des porösen Materials (90) in Förderrichtung zunimmt.
10. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum automatischen, prozessgesteuerten Beschicken von Elektrolyseöfen zur Aluminiumherstellung mit einem Druckbehälter für Tonerde und Flussmittel, Förderleitungen zu den Elektrolyseöfen und einem auf jedem Elektrolyseofen angeordneten Tonerdebunker, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Erreichen des minimalen Füllstandes im Tonerdebunker (30) von einer Messonde (72) registriert und an die zentrale Datenverarbeitungsanlage weitergeleitet wird,
- von der zentralen Datenverarbeitung die für jeden Elektrolyseofen (10) errechnete günstige Mischung von frischer Tonerde, vorher als Adsorptionsmittel eingesetzter, mit Fluoriden angereicherter Tonerde, Flussmitteln und gemahlenen Flussmittelresten ausgelöst wird,
- dann vorerst der unterste Bereich (58) des leeren Druckbehälters, der Kernflussbereich, mit Flussmitteln gefüllt und anschliessend der übrige Druckbehälter (54) mit Tonerde chargiert wird, und
- der Inhalt des Druckbehälters mittels Druckluft im Dichtstrom durch die vorher nicht leergeblasene Förderleitung zum Tonerdebunker (30) des betreffenden Elektrolyseofens (10) transportiert wird.
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