EP0062605A2 - Device for the portion-like dosage of fluidisable bulk material - Google Patents
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Classifications
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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
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- B65D90/00—Component parts, details or accessories for large containers
- B65D90/54—Gates or closures
Definitions
- the invention relates to a device for portion-wise feeding of a fluidizable bulk material from a silo, which is tapered at the bottom and provided with a closable outlet opening, to a reaction vessel, in particular alumina from a day silo, to a crust breakthrough of a melt flow electrolysis cell for the production of aluminum.
- the cell is usually operated periodically in normal operation, even if there is no anode effect. Also for each anode effect, the crust must be hammered in and the alumina concentration increased by adding new aluminum oxide, which corresponds to cell operation.
- the crust between the anodes and the side board of the electrolytic cell has been hammered in for many years and then new aluminum oxide has been added.
- This practice meets with increasing criticism because of air pollution in the electrolysis hall and the outside atmosphere.
- maximum restraint of the process gases can only be guaranteed if the operation takes place automatically.
- the alumina is either supplied locally and continuously according to the "point feeder" principle or not continuously over the entire longitudinal or transverse cell axis.
- the known storage bunkers or alumina silos arranged on the electrolysis cells are designed in the form of funnels or containers with a funnel-shaped or conically tapering lower part.
- the content of the silos arranged on the cell generally covers one to two times a day, so they are also called day silos.
- the inventors have therefore set themselves the task of creating a device for the continuous dosing of a fluidizable bulk material, which has no mechanically movable elements, and which can be installed as a compact, robust unit in a silo, the simple structure of which is inexpensive to manufacture and extensive To ensure freedom from maintenance.
- the outer walls of the siphon are formed by a base plate resting on the conical lower part of the silo and the charging shaft. These one-piece or welded outer walls surround the silo outlet opening in the form of a trough.
- the bottom plate of the charging unit lies over the entire surface on the conical lower part of the silo and is welded, riveted or preferably screwed to it.
- a screwed bottom plate has the advantage that the fasteners can be loosened at any time with a few hand movements, and the charging unit can be lifted upwards thanks to the emptied silo can be removed.
- the charging shaft and thus the outlet opening of the silo is closed with a cover plate. Its side walls protrude into the trough formed by the base plate and charging shaft and form the siphon partition.
- the fluidizable bulk material solidifies in the lower area of the siphon due to the silo pressure. In order to get into the charging shaft, the bulk material would have to flow upwards around the siphon partition.
- the height of the charging shaft is selected so that the bulk material cannot flow to the upper edge of the shaft due to the static pressure when the silo level is sufficient.
- the geometric shape of the outlet opening and the charging shaft is adapted to the impact device used.
- the opening is expediently round, square or rectangular.
- the inner wall of the charging shaft preferably corresponds exactly to the outlet opening.
- the part of the cover plate which covers the inlet opening of the charging shaft is preferably flat or slightly concave for production-related and economic reasons, although it has any practical geometric shape, such as e.g. a cone, pyramid or saddle roof.
- the inner diameter of the blow nozzles can be, for example, 4-10 mm, with an outlet opening that has the same diameter or is narrowed down to 1 mm.
- the number of blowing nozzles is expediently 3 to 6.
- elongated outlet openings for central or transverse operation there are, for example, 3 nozzles on the long sides arranged, while the end faces are without nozzles.
- the resting phase i.e. if there is no charging, but there is sufficient aluminum oxide in the silo, this increases by an amount determined by the flow properties of the filling material and the geometry of the charging unit in the space between the cover plate and the shaft.
- the flow properties can be described, for example, by the angle of repose.
- the charging system is not sensitive when bulk goods with different flow properties are used.
- the distance between the upper edge of the charging shaft and the lower edge of the cover plate is selected so that the variation in the height of the rise as a function of the bulk material properties is smaller than this distance.
- compressed air is introduced into the solidified bulk material through the blowing nozzles arranged in the siphon.
- the applied pressing pressure is - also in the following design variants with the same blowing nozzles - preferably 1-10, in particular 3-6 bar.
- the bulk material fluidized by the compressed air can now flow under the action of the silo pressure over the upper edge of the charging shaft and fall into it.
- the alumina falls into the area of the crust.
- the discharge quantities of the bulk material fluctuate by a maximum of 5%.
- the batch quantity can be kept constant much better when two single-stage charging devices are connected in series.
- the bulk material initially flows from the silo into a charging chamber located directly below the upper siphon.
- this charging room is the silo for the bulk material. If the upper blowing nozzles are switched off and the lower blowing nozzles are switched on, the bulk material located in the charging chamber can flow out through the outlet opening.
- the ventilation when filling or the ventilation when emptying the charging space can be of essential importance.
- a further improvement of the device according to the invention results in the formation of a charging space which is constantly open at the top and which merges into a siphon at the bottom. A little below the inlet opening preferably at least one blowing nozzle opens into the charging space.
- the charging room In the resting phase, the charging room is completely filled with bulk goods.
- air In the working phase, air is blown through the blower nozzle ⁇ for a certain time and with a certain pressure.
- the bulk material flows through the siphon into the charging shaft.
- the charging accuracy is surprisingly below 1%. For this reason, it is normally not necessary in practice to provide the inflow opening to the charging space with a closure system that can be activated during the working phase.
- the slope of the corresponding walls is at least 45 °.
- the alumina flowing into the charging shaft is fed to the crust breakthrough in free fall. This inflow can be made more precise if an outflow pipe is arranged below the charging shaft. However, this is an increased susceptibility to mechanical damage.
- FIG. 1 shows an interchangeable, prefabricated charging unit 10, which essentially consists of a siphon 12, a cover plate 14 and blowing nozzles 16, that is to say in one stage is formed.
- the part 18 of a silo which tapers down conically at the bottom, ends in a circular or rectangular outlet opening 20. In the present case, the bottom part of the silo merges into a drain pipe 22.
- the bottom plate 24 of the charging unit 10 lies over the entire area on the conical part 18 of the silo. Together with the charging shaft 26, the base plate 24 forms a trough surrounding the outlet opening.
- the base plate and charging shaft can be made in one piece or welded.
- a support device 28, designed as a closed or open profile, for cover plate 14 and blow nozzles 16 is supported on base plate 24.
- the vertical part of the cover plate 14, the siphon partition 30, has the distance a from the charging shaft; the distance between the lower edge of the cover plate 32 and the base plate 24 is of the same order of magnitude.
- the charging shaft 26 has the height h, the upper edge 34 of the lower edge 32 of the cover plate has a vertical distance of b. Normally, a and b are approximately the same size or b is slightly larger than a.
- the part of the cover plate 14 arranged above the opening of the charging shaft 26 is designed as a cone, pyramid or gable roof 36, this part is briefly referred to as the roof.
- the blowing nozzles 16 arranged directly outside the siphon partition 30 of the cover plate have their own compressed air connection 38 for each nozzle or a communicating connection for several or all nozzles.
- the valves for controlling the compressed air supply are preferably operated electromagnetically and triggered by an EDP program. In melt flow electrolysis for production
- the aluminum valves are arranged as far as possible in the edge area of the cell.
- the nozzle outlet openings 40 are located just above the edge 32 of the siphon partition 30.
- FIG. 3 shows a two-stage interchangeable charging unit which is “plugged” onto the charging shaft 26.
- This shaft 26 is therefore not part of the charging unit, but is welded along the outlet opening 20 to the lowermost part 18 of the silo or is formed integrally therewith.
- the lowermost horizontal region of the prism-shaped metering space 44 merges into a part of the lower siphon 12 "with a U-shaped outer wall 48.
- the siphon 12" is delimited on the inside by the lower siphon partition 30 ", formed by the vertical lower extension of the oblique side wall 52.
- the lower three blowing nozzles 16 ′′ fed by a common gas dividing tube 56 still arranged in the metering space 44, protrude into the lower siphon 12 ′′.
- the lower nozzle outlet openings 40 ′′ may be higher than lower.
- the exhaust air escapes through an opening 58 into a dust separator 60 and from there via a gas channel 62 into the space under the cell encapsulation. From there, the exhaust air, together with the furnace gases, is extracted and cleaned. On the other hand, when the dosing chamber 44 is emptied, ventilation takes place in the opposite direction.
- the dosing room is completely filled with bulk goods.
- the opening 58 is the pouring limit, in the lower siphon 12 "the pouring cone 64.
- FIGS. 4 and 5 a structurally significantly simplified embodiment of a charging unit is shown.
- the charging space 44 has the shape of a raised prism with a rhombus-shaped cross section with short, horizontally arranged side edges.
- charging rooms can have a shape of vertically arranged double pyramids or double cones, as well as cuboids or cylinders with pyramid or conical ends on both sides, etc.
- the above explanations regarding the angle of repose must be observed. For this reason, e.g. spherical charging rooms out of consideration.
- the charging space 44 is fed via a pipe socket 68 projecting vertically into the silo filled with the bulk material. This is welded to the charging space by means of a sleeve 70.
- the inlet opening 72 is dimensioned such that the charging space 44 is filled in approximately 30-90 seconds.
- the inlet opening can be provided with a closure system known per se.
- the entire lowest area of the charging space 44 is designed as a siphon 12.
- the lower edge 32 of the siphon partition 30 is so deep that the cone 64 does not reach the upper edge 34 of the U-shaped siphon outer wall 48.
- the charging shaft is indicated by the baffle 74.
- the conical lowermost part of the silo with the outlet opening is omitted for the sake of simplicity. They are designed as in the previous exemplary embodiments.
- a blowing nozzle 16 with a horizontal action is arranged on an end face of the charging space 44, just below the inlet opening 72.
- the charging space 44 In the resting phase, the charging space 44 is completely filled with bulk material, the lower limit is the cone 64.
- the charging unit shown in FIGS. 4 and 5 is not only characterized by simple construction, which results in robustness and economy, but also by surprising metering accuracy. Various series of measurements have shown deviations of less than 10 grams with a dosage of 2500 grams of aluminum oxide. The accuracy of the charging unit is well below 1% when dosing aluminum oxide.
- the present invention has been illustrated primarily by the supply of alumina to a melt flow electrolysis cell for the manufacture of aluminum. However, it is not limited to these special embodiments, but can generally be used for metering fluidizable bulk goods with homogeneous quality, such as Cryolite and cement, but also rice, grain and sugar.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum portionenweisen Zuführen eines fluidisierbaren Schüttgutes aus einem unten konisch auslaufenden, mit einer verschliessbaren Austrittsöffnung versehenem Silo zu einem Reaktionsgefäss, insbesondere von Tonerde aus einem Tagessilo zu einem Krustendurchbruch einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium.The invention relates to a device for portion-wise feeding of a fluidizable bulk material from a silo, which is tapered at the bottom and provided with a closable outlet opening, to a reaction vessel, in particular alumina from a day silo, to a crust breakthrough of a melt flow electrolysis cell for the production of aluminum.
Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse 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 Co2 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-970°C statt.For the production of aluminum by melt flow electrolysis of aluminum oxide, this is dissolved in a fluoride melt, which consists largely of cryolite. The cathodically deposited aluminum collects under the fluoride melt on the carbon bottom of the cell, the surface of the liquid aluminum forming the cathode. Anodes which consist of amorphous carbon in conventional processes are immersed in the melt. At the carbon anodes, the electrolytic decomposition of the aluminum oxide produces oxygen, which combines with the carbon of the anodes to form Co 2 and CO. The electrolysis takes place in a temperature range of approximately 940-970 ° C.
Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Erhöhung der Spannung von beispielsweise 4-5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste aus festem Elektrolytmaterial eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuer Tonerde angehoben werden.In the course of electrolysis, the electrolyte becomes poor in aluminum oxide. With a lower concentration of 1-2% by weight aluminum oxide in the electrolyte, there is an anode effect, which results in an increase in the voltage from, for example, 4-5 V to 30 V and above. Then, at the latest, the crust made of solid electrolyte material must be hammered in and the aluminum oxide concentration increased by adding new alumina.
Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Kruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.The cell is usually operated periodically in normal operation, even if there is no anode effect. Also For each anode effect, the crust must be hammered in and the alumina concentration increased by adding new aluminum oxide, which corresponds to cell operation.
Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese Praxisstösst auf zunehmende Kritik, wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Bei gekapselten Elektrolysezellen kann eine maximale Zurückhaltung der.Prozessgase jedoch nur gewährleistet werden, wenn die Bedienung automatisch erfolgt. Nach dem Einschlagen der Kruste wird die Tonerde entweder lokal und kontinuierlich nach dem "Point-Feeder"-Prinzip oder nicht kontinuierlich über die ganze Zellenlängs- bzw. Zellenquerachse zugeführt.To operate the cell, the crust between the anodes and the side board of the electrolytic cell has been hammered in for many years and then new aluminum oxide has been added. This practice meets with increasing criticism because of air pollution in the electrolysis hall and the outside atmosphere. In the case of encapsulated electrolysis cells, however, maximum restraint of the process gases can only be guaranteed if the operation takes place automatically. After the crust has been hammered in, the alumina is either supplied locally and continuously according to the "point feeder" principle or not continuously over the entire longitudinal or transverse cell axis.
Die bekannten, auf den Elektrolysezellen angeordneten Vorratsbunker bzw. Tonerdesilos sind in Form von Trichtern oder Behältern mit einem trichterförmigen bzw. konisch auslaufenden Unterteil ausgebildet. Der Inhalt der auf der Zelle angeordneten Silos deckt im allgemeinen einen einbis zweifachen Tagesbedarf, sie werden daher auch Tagessilos genannt.The known storage bunkers or alumina silos arranged on the electrolysis cells are designed in the form of funnels or containers with a funnel-shaped or conically tapering lower part. The content of the silos arranged on the cell generally covers one to two times a day, so they are also called day silos.
Die Tonerdezufuhr vom Silo zu einem Durchbruch in der den schmelzflüssigen Elektrolyten überdeckenden Kruste erfolgt bei bekannten Vorrichtungen durch Oeffnen einer Klappe, die zwecks Chargierung geschwenkt wird, oder nach anderen Systemen mit Dosierschnecken, Dosierzylindern oder dgl..The supply of alumina from the silo to a breakthrough in the crust covering the molten electrolyte takes place in known devices by opening a flap which is pivoted for charging, or according to other systems with metering screws, metering cylinders or the like.
Diese Dosiervorrichtungen haben den Nachteil, dass mechanisch bewegbare Teile in die Elektrolysezelle eingebaut sein müssen. Dadurch, sind sie den Einwirkungen der Ofenatmosphäre mit ihrer Hitze- und Staubbelastung unterworfen, was einen mehr oder weniger umfangreichen Unterhalt erfordert. In vielen Ausführungsformen besteht weiter die Gefahr mechanischer Beschädigungen, insbesondere bei Anodenwechseln.These metering devices have the disadvantage that mechanically movable parts must be installed in the electrolytic cell. As a result, they are subject to the effects of the furnace atmosphere with their heat and dust pollution, which requires more or less extensive maintenance different. In many embodiments, there is also the risk of mechanical damage, in particular when changing the anode.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung eines fluidisierbaren Schüttgutes zu schaffen, die keine mechanisch bewegbaren Elemente aufweist, und welche als kompakte, robuste Einheit in einen Silo einbaubar ist, wobei deren einfacher Aufbau eine kostengünstige Herstellung und eine weitgehende Wartungsfreiheit gewährleisten soll.The inventors have therefore set themselves the task of creating a device for the continuous dosing of a fluidizable bulk material, which has no mechanically movable elements, and which can be installed as a compact, robust unit in a silo, the simple structure of which is inexpensive to manufacture and extensive To ensure freedom from maintenance.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine unmittelbar oberhalb der Austrittsöffnung im Silo angeordnete, diese in der Ruhephase verschliessende, auswechselbare Chargiereinheit, mit mindestens
- - einem Siphon, der über einen Chargierschacht zur Austrittsöffnung führt, und
- - einer Blasdüse pro Siphon mit oberhalb des unteren Rands der Siphonscheidewand mündender Düsenaustrittsöffnung.
- - a siphon which leads to the outlet opening via a charging shaft, and
- - One blowing nozzle per siphon with a nozzle outlet opening opening above the lower edge of the siphon partition.
Nach einer ersten, einstufigen Ausführungsform sind die Aussenwände des Siphons durch eine auf dem konischen Unterteil des Silos aufliegende Bodenplatte und den Chargierschacht gebildet. Diese einstückig ausgebildeten oder verschweissten Aussenwände umlaufen die Siloaustrittsöffnung in Form einer Mulde.According to a first, one-stage embodiment, the outer walls of the siphon are formed by a base plate resting on the conical lower part of the silo and the charging shaft. These one-piece or welded outer walls surround the silo outlet opening in the form of a trough.
Die Bodenplatte der Chargiereinheit liegt vollflächig auf dem konischen Unterteil des Silos und ist mit diesem verschweisst, vernietet oder vorzugsweise verschraubt. Eine verschraubte Bodenplatte hat den Vorteil, dass die Befestigungsmittel jederzeit mit einigen Handgriffen gelöst, und die Chargiereinheit durch den entleerten Silo nach oben entfernt werden kann.The bottom plate of the charging unit lies over the entire surface on the conical lower part of the silo and is welded, riveted or preferably screwed to it. A screwed bottom plate has the advantage that the fasteners can be loosened at any time with a few hand movements, and the charging unit can be lifted upwards thanks to the emptied silo can be removed.
Der Chargierschacht und damit die Austrittsöffnung des Silos ist mit einem Deckblech verschlossen. Dessen Seitenwände ragen in die von Bodenplatte und Chargierschacht geformte Mulde hinein und bilden die Siphonscheidewand. Durch den Silodruck verfestigt sich das fluidisierbare Schüttgut im unteren Bereich des Siphons. Um in den Chargierschacht zu gelangen, müsste das Schüttgut um die Siphonscheidewand herum nach oben fliessen. Die Höhe des Chargierschachtes ist so gewählt, dass das Schüttgut durch den statischen Druck bei genügendem Silofüllstand nicht bis zum oberen Schachtrand fliessen kann.The charging shaft and thus the outlet opening of the silo is closed with a cover plate. Its side walls protrude into the trough formed by the base plate and charging shaft and form the siphon partition. The fluidizable bulk material solidifies in the lower area of the siphon due to the silo pressure. In order to get into the charging shaft, the bulk material would have to flow upwards around the siphon partition. The height of the charging shaft is selected so that the bulk material cannot flow to the upper edge of the shaft due to the static pressure when the silo level is sufficient.
Die geometrische Form der Austrittsöffnung und des Chargierschachtes ist der eingesetzten Einschlagvorrichtung angepasst. Bei der punktförmigen Tonerdezugabe ist die Oeffnung zweckmässig rund, quadratisch oder rechteckig ausgebildet. Die Innenwandung des Chargierschachtes entspricht bevorzugt exakt der Austrittsöffnung.The geometric shape of the outlet opening and the charging shaft is adapted to the impact device used. When adding punctiform alumina, the opening is expediently round, square or rectangular. The inner wall of the charging shaft preferably corresponds exactly to the outlet opening.
Der die Eintrittsöffnung des Chargierschachtes überdachende Teil des Deckblechs ist aus fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise flach oder leicht konkav ausgestaltet, obwohl er jede zweckmässige geometrische Form, wie z.B. ein Kegel-, Pyramiden- oder ein Satteldach, annehmen kann.The part of the cover plate which covers the inlet opening of the charging shaft is preferably flat or slightly concave for production-related and economic reasons, although it has any practical geometric shape, such as e.g. a cone, pyramid or saddle roof.
Der Innendurchmesser der Blasdüsen kann beispielsweise 4-10 mm betragen, mit einer Austrittsöffnung, die denselben Durchmesser hat oder auf bis zu 1 mm verengt ist. Bei insbesondere für die punktförmige Tonerdezugabe bevorzugt angewendeten runden oder quadratischen Siloaustrittsöffnungen beträgt die Zahl der Blasdüsen zweckmässig 3 bis 6. Bei länglich ausgebildeten Austrittsöffnungen für die Mittel-oder Querbedienung sind z.B. je 3 Düsen auf den Längsseiten angeordnet, während die Stirnseiten ohne Düsen sind.The inner diameter of the blow nozzles can be, for example, 4-10 mm, with an outlet opening that has the same diameter or is narrowed down to 1 mm. In the case of round or square silo outlet openings, which are preferably used in particular for the punctiform alumina addition, the number of blowing nozzles is expediently 3 to 6. In the case of elongated outlet openings for central or transverse operation, there are, for example, 3 nozzles on the long sides arranged, while the end faces are without nozzles.
In der Ruhephase, d.h. wenn nicht chargiert wird, sich aber in ausreichendem Masse Aluminiumoxid im Silo befindet, steigt dieses um einen durch die Fliesseigenschaften des Füllgutes und die Geometrie der Chargiereinheit bestimmten Betrag im Raum zwischen Deckblech und Schacht hoch. Die Fliesseigenschaften können beispielsweise durch den Schüttwinkel beschrieben werden. Das Chargierungssystem reagiert jedoch nicht empfindlich, wenn Schüttgüter mit verschiedenem Fliessvermögen eingesetzt werden. Der Abstand des oberen Randes des Chargierschachtes zu der Unterkante des Deckblechs wird so gewählt, dass die Variation der Steighöhe in Funktion der Schüttguteigenschaften kleiner als dieser Abstand sind.In the resting phase, i.e. if there is no charging, but there is sufficient aluminum oxide in the silo, this increases by an amount determined by the flow properties of the filling material and the geometry of the charging unit in the space between the cover plate and the shaft. The flow properties can be described, for example, by the angle of repose. However, the charging system is not sensitive when bulk goods with different flow properties are used. The distance between the upper edge of the charging shaft and the lower edge of the cover plate is selected so that the variation in the height of the rise as a function of the bulk material properties is smaller than this distance.
In der Arbeitsphase wird durch die im Siphon angeordneten Blasdüsen Pressluft in das verfestigte Schüttgut eingeleitet. Der aufgewendete Pressdruck beträgt - auch bei den nachfolgenden Ausführungsvarianten mit gleichen Blasdüsen - vorzugsweise 1-10, insbesondere 3-6 bar. Das durch die Pressluft fluidisierte Schüttgut kann nun unter Einwirkung des Silodrucks über den oberen Rand des Chargierschachts fliessen und in diesem niederfallen. Bei einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium fällt die Tonerde in den Bereich der eingeschlagenen Kruste.In the working phase, compressed air is introduced into the solidified bulk material through the blowing nozzles arranged in the siphon. The applied pressing pressure is - also in the following design variants with the same blowing nozzles - preferably 1-10, in particular 3-6 bar. The bulk material fluidized by the compressed air can now flow under the action of the silo pressure over the upper edge of the charging shaft and fall into it. In a melt flow electrolysis cell for the production of aluminum, the alumina falls into the area of the crust.
Wird die Pressluftzufuhr unterbrochen, so verfestigt sich das fluidisierte Schüttgut sofort wieder, der Materialfluss kann durch den Silodruck nicht aufrechterhalten werden.If the compressed air supply is interrupted, the fluidized bulk solidifies immediately, the material flow cannot be maintained by the silo pressure.
Bei Verwendung einer einstufigen Chargiereinheit mit einem Siphon schwanken die Austragsmengen des Schüttgutes um höchstens 5%.When using a single-stage charging unit with a siphon, the discharge quantities of the bulk material fluctuate by a maximum of 5%.
Die Chargiermenge kann wesentlich besser konstant gehalten werden, wenn zwei einstufige Chargiervorrichtungen übereinander in Reihe geschaltet werden. In der Arbeitsphase fliesst, bei eingeschalteten oberen Blasdüsen, das Schüttgut vorerst aus dem Silo in einen unmittelbar unterhalb des oberen Siphons angeordneten Chargierraum. In bezug auf die untere, zweite Chargiereinheit ist dieser Chargierraum der Silo für das Schüttgut. Werden die oberen Blasdüsen aus-und die unteren Blasdüsen eingeschaltet, so kann das im Chargierraum befindliche Schüttgut durch die Austrittsöffnung ausfliessen.The batch quantity can be kept constant much better when two single-stage charging devices are connected in series. In the working phase, with the upper blowing nozzles switched on, the bulk material initially flows from the silo into a charging chamber located directly below the upper siphon. In relation to the lower, second charging unit, this charging room is the silo for the bulk material. If the upper blowing nozzles are switched off and the lower blowing nozzles are switched on, the bulk material located in the charging chamber can flow out through the outlet opening.
Von wesentlicher Bedeutung kann die Entlüftung beim Füllen bzw. die Belüftung beim Leeren des Chargierraumes sein.The ventilation when filling or the ventilation when emptying the charging space can be of essential importance.
Mit zwei in Reihe geschalteten Chargiereinheiten können die Schwankungen der chargierten Schüttgutmenge auf etwa 1% herabgesetzt werden, wobei eine homogene Qualität des Schüttgutes vorausgesetzt wird.With two charging units connected in series, the fluctuations in the quantity of bulk material charged can be reduced to around 1%, assuming a homogeneous quality of the bulk material.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemässen Vorrichtung, insbesondere in bezug auf die konstruktive Vereinfachung, bringt die Ausbildung eines oben ständig offenen Chargierraumes, der unten in einen Siphon übergeht. Bevorzugt wenig unterhalb der Eintrittsöffnung mündet mindestens eine Blasdüse in den Chargierraum.A further improvement of the device according to the invention, in particular with regard to the structural simplification, results in the formation of a charging space which is constantly open at the top and which merges into a siphon at the bottom. A little below the inlet opening preferably at least one blowing nozzle opens into the charging space.
In der Ruhephase ist der Chargierraum vollständig mit Schüttgut gefüllt. In der Arbeitsphase wird durch die Blasdüseα- während einer bestimmten Zeit und mit bestimmtem Druck - Luft eingeblasen. Dabei fliesst das Schüttgut durch den Siphon in den Chargierschacht. Obwohl während der ganzen Arbeitsphase Schüttgut vom Silo in den Chargierraum fliesst, liegt die Chargiergenauigkeit überraschend unter 1%. Deshalb erübrigt es sich normalerweise in der Praxis, die Zuflussöffnung zum Chargierraum mit einem während der Arbeitsphase betätigbaren Verschlussystem zu versehen.In the resting phase, the charging room is completely filled with bulk goods. In the working phase, air is blown through the blower nozzle α for a certain time and with a certain pressure. The bulk material flows through the siphon into the charging shaft. Although bulk material flows from the silo into the charging room during the entire work phase, the charging accuracy is surprisingly below 1%. For this reason, it is normally not necessary in practice to provide the inflow opening to the charging space with a closure system that can be activated during the working phase.
Bei allen Ausführungsformen der auswechselbaren Chargiereinheit muss darauf geachtet werden, dass der Schüttwinkel des am schlechtesten fluidisierbaren Materials kleiner ist als die Steigung der Wände des Chargierraumes bzw. des konischen Unterteils des Silos. Andernfalls können die gestellten Anforderungen in bezug auf die Chargiergenauigkeit nicht erfüllt werden. Deshalb liegt die Steigung der entsprechenden Wände bei mindestens 45°.In all embodiments of the exchangeable charging unit, care must be taken to ensure that the angle of repose of the material which is most difficult to fluidize is smaller than the slope of the walls of the charging space or of the conical lower part of the silo. Otherwise the requirements regarding charging accuracy cannot be met. Therefore, the slope of the corresponding walls is at least 45 °.
Die in den Chargierschacht fliessende Tonerde wird dem Krustendurchbruch in freiem Fall zugeführt. Dieser Zufluss kann präzisiert erfolgen, wenn unterhalb des Chargierschachtes ein Abflussrohr angeordnet wird. Damit wird jedoch eine erhöhte mechanische Beschädigungsanfälligkeit in Kauf genommen.The alumina flowing into the charging shaft is fed to the crust breakthrough in free fall. This inflow can be made more precise if an outflow pipe is arranged below the charging shaft. However, this is an increased susceptibility to mechanical damage.
Sämtliche erfindungsgemässe Vorrichtungen zeichnen sich durch folgende Vorteile aus:
- - Keine mechanisch oder sonstwie bewegten Elemente, daher verschleissunempfindlich in staubbelasteter Umgebung.
- - Vor Hitze und mechanischer Beschädigung weitgehend geschützt, weil im Silo eingebaut.
- - Kompakte, robuste und wartungsfreie Einheit, im Reparaturfall durch den entleerten Silo nach oben leicht ausbaubar.
- - Einfacher, kostengünstig herzustellender Aufbau.
- - Automatisierungsfreundlich.
- - Unabhängig von den Fliesseigenschaften des eingesetzten Schüttgutes.
- - Keine Undichtigkeitsprobleme in Ruhestellung.
- - No mechanically or otherwise moving elements, therefore insensitive to wear in dusty environments.
- - Largely protected against heat and mechanical damage because it is installed in the silo.
- - Compact, robust and maintenance-free unit, easily removable upwards in the event of a repair due to the emptied silo.
- - Simple, inexpensive to manufacture.
- - Automation friendly.
- - Regardless of the flow properties of the bulk material used.
- - No leakage problems at rest.
Bei der Verwendung einer-Chargiereinheit für die Zufuhr von Tonerde zu Aluminiumschmelzflusselektrolysezellen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass bestehende Mittelbedienungszellen ohne hohe Kosten auf Punktbedienung, mit vorzugsweise zwei Einheiten, umgerüstet werden können. Es ist nicht erforderlich, unter erheblichem Investitionsaufwand den gesamten anodischen Teil der Zelle zu ersetzen. Vielmehr müssen lediglich folgende Massnahmen getroffen werden:
- - Entfernung der Tonerdedosierklappen,
- - Verschliessen der Siloöffnungen bis auf die Austrittsöffnungen,
- - Einbau der Chargiereinheiten und Verlegen der Druckluftleitungen,
- - Umbau der Brechbalken zu punktförmig arbeitenden Meisselbrechern,
- - Anpassung der Pneumatiksteuerung,
- - Anschluss an Prozessrechner.
- - removal of the alumina dosing flaps,
- - closing the silo openings except for the outlet openings,
- - Installation of the charging units and laying of the compressed air lines,
- - Conversion of the crushing beams to point-operated chisel breakers,
- - adjustment of the pneumatic control,
- - Connection to process computer.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- - Fig. l und 2 aufgeschnittene Ansichten von einstufigen Chargiereinheiten;
- - Fig. 3 . einen Vertikalschnitt durch zwei übereinander in Reihe geschaltete Chargiereinheiten;
- - Fig. 4 eine aufgeschnittene Ansicht einer zweistufigen Chargiereinheit, oben offen, unten mit einem Siphon;
- - Fig. 5 eine Draufsicht der Chargiereinheit von Fig. 4.
- - Figures 1 and 2 cut views of single-stage charging units.
- - Fig. 3. a vertical section through two batching units connected in series;
- 4 shows a cut-away view of a two-stage charging unit, open at the top, with a siphon at the bottom;
- 5 is a top view of the charging unit of FIG. 4.
Fig. 1 zeigt eine auswechselbare, vorfabrizierte Chargiereinheit 10, die im wesentlichen aus einem Siphon 12, einem Deckblech 14 und Blasdüsen 16 besteht, also einstufig ausgebildet ist. Der unten konisch auslaufende Teil 18 eines Silos endet in einer kreisförmigen oder rechteckigen Austrittsöffnung 20. Im vorliegenden Fall geht der unterste Teil des Silos in ein Abflussrohr 22 über.1 shows an interchangeable, prefabricated charging
Die Bodenplatte 24 der Chargiereinheit 10 liegt vollflächig auf dem konischen Teil 18 des Silos. Zusammen mit dem Chargierschacht 26 bildet die Bodenplatte 24 eine die Austrittsöffnung umlaufende Mulde. Bodenplatte und Chargierschacht können einstückig oder verschweisst ausgebildet sein.The
Eine als geschlossenes oder offenes Profil ausgebildete Tragvorrichtung 28 für Deckblech 14 und Blasdüsen 16 ist auf der Bodenplatte 24 abgestützt.A
Der Vertikalteil des Deckblechs 14, die Siphonscheidewand 30, hat vom Chargierschacht den Abstand a; der Abstand des unteren Deckblechrandes 32 von der Bodenplatte 24 ist von der gleichen Grössenordnung. Der Chargierschacht 26 hat die Höhe h, dessen oberer Rand 34 hat vom unteren Rand 32 des Deckbleches einen vertikalen Abstand von b. Im Normalfall sind a und b ungefähr gleichgross oder b ist etwas grösser als a.The vertical part of the
Der über der Oeffnung des Chargierschachtes 26 angeordnete Teil des Deckblechs 14 ist als Kegel, Pyramide oder Satteldach 36 ausgebildet, dieser Teil wird kurz als Dach bezeichnet.The part of the
Die unmittelbar ausserhalb der Siphonscheidewand 30 des Deckblechs angeordneten Blasdüsen 16 haben einen eigenen Druckluftanschluss 38 für jede Düse oder einen kommunizierenden Anschluss für mehrere oder alle Düsen. Die Ventile für die Steuerung der Druckluftzufuhr werden bevorzugt elektromagnetisch betätigt und von einem EDV-Programm ausgelöst. Bei der Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung von Aluminium sind die Ventile möglichst im Randbereich der Zelle angeordnet. Die Düsenaustrittsöffnungen 40 befinden sich knapp oberhalb des Randes 32 der Siphonscheidewand 30.The blowing
Die in Fig. 2 dargestellte, ebenfalls einstufige Chargiereinheit ist im Prinzip wie diejenige in Fig. 1 ausgestaltet und weist lediglich zwei wesentliche Unterschiede auf (der Silounterteil ist nicht dargestellt):
- -
Das Dach 42 desDeckblechs 14 ist flach. - -
Die Austrittsöffnungen 40 der kommunizierend angeschlossenen Blasdüsen 16 sind deutlich weiter oberhalb des Randes 32der Siphonscheidewand 30 angeordnet.
- - The
roof 42 of thecover plate 14 is flat. - - The
outlet openings 40 of the communicatingblow nozzles 16 are arranged significantly further above theedge 32 of the siphonpartition 30.
Fig. 3 zeigt eine zweistufige auswechselbare Chargiereinheit, die auf den Chargierschacht 26 "aufgesteckt" ist. Dieser Schacht 26 ist also nicht Bestandteil der Chargiereinheit, sondern ist entlang der Austrittsöffnung 20 mit dem untersten Teil 18 des Silos verschweisst oder einstückig mit diesem ausgebildet.3 shows a two-stage interchangeable charging unit which is “plugged” onto the charging
Der im wesentlichen prismatisch mit rechteckigem Querschnitt ausgebildete Dosierraum 44 hat folgende Seitenflächen:
- - Ein horizontales, auf der linken Seite zur oberen Siphonwand 30' abgewinkeltes Deckblech 14',
- - eine im Abstand a' von der Siphonscheidewand 30' vertikal angeordnete Seitenwand 46, welche im unteren Teil in
die U-förmige Aussenwand 48 des unteren Siphons 12" übergeht, und - - eine steiler als der grösste Schüttwinkel der dosierten Materialien angeordnete Seitenwand 52.
- - A horizontal cover plate 14 ', angled on the left side to the upper siphon wall 30',
- a vertically arranged side wall 46 at a distance a 'from the siphon partition 30', which merges in the lower part into the U-shaped
outer wall 48 of the lower siphon 12 ", and - a
side wall 52 arranged steeper than the largest angle of repose of the metered materials.
Unmittelbar ausserhalb der oberen Siphonscheidewand 30' sind drei obere Blasdüsen 16' angeordnet, die von einem gemeinsamen Gasleitungsrohr 54 gespeist werden. Die Blasdüsen- öffnungen 40' sind im Bereich des Randes 32' der Siphonscheidewand 30'.Immediately outside the upper siphon partition 30 ' three upper blowing nozzles 16 'arranged, which are fed by a
Der unterste Horizontalbereich des prismenförmigen Dosierraumes 44 geht in einen Teil des unteren Siphons 12" mit U-förmiger Aussenwand 48 über. Der Siphon 12" ist innen durch die untere Siphonscheidewand 30", gebildet durch die vertikale untere Verlängerung der schrägen Seitenwand 52, begrenzt. Die unteren drei Blasdüsen 16" ragen, von einem noch im Dosierraum 44 angeordneten gemeinsamen Gasteilungsrohr 56 gespeist, in den unteren Siphon 12" hinein. Die unteren Düsenaustrittsöffnungen 40" können, je nach Fliesseigenschaften des dosierten Materials, eher höher als tiefer liegen.The lowermost horizontal region of the prism-shaped
Beim Füllen des Dosierraumes 44 entweicht die Abluft durch eine Oeffnung 58 in-einen Staubabscheider 60 und von dort über einen Gaskanal 62 in den Raum unter der Zellenkapselung. Von dort wird die Abluft, gemeinsam mit den Ofengasen, abgesaugt und gereinigt. Beim Entleeren des Dosierraumes 44 dagegen erfolgt die Belüftung in entgegengesetzter Richtung.When the
In der Ruhephase ist der Dosierraum vollständig mit Schüttgut gefüllt. Gegenüber dem Staubabscheider 60 ist die Oeffnung 58 die Schüttgrenze, im unteren Siphon 12" der Schüttkegel 64.In the resting phase, the dosing room is completely filled with bulk goods. Compared to the
In der Arbeitsphase werden vorerst die unteren Blasdüsen 16" eingeschaltet, bis der Dosierraum 44 und der untere Siphon 12" vollständig entleert sind. Im oberen Siphon 12' bildet sich ein Schüttkegel 66.In the working phase, the
Unmittelbar nach. dem Ausschalten der unteren Blasdüsen 16" werden die oberen Blasdüsen 16' eingeschaltet, bis der Dosierraum 44 wieder vollständig gefüllt ist.Immediately after. switching off the
In der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 ist eine konstruktiv wesentlich vereinfachte Ausführungsform einer Chargiereinheit dargestellt.In the embodiment according to FIGS. 4 and 5, a structurally significantly simplified embodiment of a charging unit is shown.
Der Chargierraum 44 hat die Form eines hochgestellten, im Querschnitt rhombusförmigen Prismas mit kurzen, horizontal angeordneten Seitenkanten. Selbstverständlich können als Varianten dieser Ausführungsform Chargierräume eine Form von vertikal angeordneten Doppelpyramiden oder Doppelkegeln, sowie Quadern oder Zylindern mit beidseitigem pyramiden- bzw. kegelförmigem Abschluss, etc. aufweisen. Als wesentliche Anforderung sind dabei jedoch die obenstehenden Ausführungen bezüglich des Schüttwinkels zu beachten. Aus diesem Grunde fallen z.B. kugelförmige Chargierräume ausser Betracht.The charging
Der Chargierraum 44 wird über einen vertikal in den mit dem Schüttgut gefüllten Silo hineinragenden Rohrstutzen 68 gespeist. Dieser ist mittels einer Muffe 70 an den Chargierraum geschweisst. Die Eintrittsöffnung 72 ist so dimensioniert, dass der Chargierraum 44 in ca. 30-90 sec gefüllt ist. Die Eintrittsöffnung kann mit einem an sich bekannten Verschlussystem versehen sein.The charging
Der gesamte unterste Bereich des Chargierraumes 44 ist als Siphon 12 ausgebildet. Der untere Rand 32 der Siphonscheidewand 30 liegt so tief, dass der Schüttkegel 64 den oberen Rand 34 der U-förmigen Siphonaussenwand 48 nicht erreicht. Der Chargierschacht ist durch das Umlenkblech 74 angedeutet. Der konische unterste Teil des Silos mit der Austrittsöffnung ist einfachheitshalber weggelassen. Sie sind wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet.The entire lowest area of the charging
Auf einer Stirnseite des Chargierraumes 44, wenig unterhalb der Eintrittsöffnung 72, ist eine Blasdüse 16 mit horizontaler Einwirkung angeordnet.A blowing
In der Ruhephase ist der Chargierraum 44 vollständig mit Schüttgut gefüllt, die untere Begrenzung ist der Schüttkegel 64.In the resting phase, the charging
In der Arbeitsphase wird Luft durch die Düse 16 geblasen. Das fluidisierte Schüttgut fliesst innerhalb von wenigen Sekunden durch den Siphon 12. Während der gesamten Entleerzeit fliesst Schüttgut nach. Nach dem Abschalten der Blasdüse 16 wird der Chargierraum wieder vollständig gefüllt.In the working phase, air is blown through the
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Chargiereinheit zeichnet sich nicht nur durch einfache Konstruktion aus, was Robustheit und Wirtschaftlichkeit zur Folge hat, sondern auch durch eine überraschende Dosiergenauigkeit. Verschiedene Messreihen haben bei einer Dosiermenge von 2500 Gramm Aluminiumoxid Abweichungen von weniger als 10 Gramm ergeben. Die Genauigkeit der Chargiereinheit liegt also bei der Dosierung von Aluminiumoxid weit unter 1%.The charging unit shown in FIGS. 4 and 5 is not only characterized by simple construction, which results in robustness and economy, but also by surprising metering accuracy. Various series of measurements have shown deviations of less than 10 grams with a dosage of 2500 grams of aluminum oxide. The accuracy of the charging unit is well below 1% when dosing aluminum oxide.
Die vorliegende Erfindung ist vorwiegend anhand der Zufuhr von Aluminiumoxid zu einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium dargestellt worden. Sie beschränkt sich jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungsformen, sondern ist allgemein zur Dosierung von fluidisierbaren Schüttgütern mit homogener Qualität verwendbar, wie z.B. Kryolith und Zement, aber auch Reis, Getreide und Zucker.The present invention has been illustrated primarily by the supply of alumina to a melt flow electrolysis cell for the manufacture of aluminum. However, it is not limited to these special embodiments, but can generally be used for metering fluidizable bulk goods with homogeneous quality, such as Cryolite and cement, but also rice, grain and sugar.
Claims (10)
gekennzeichnet durch
eine unmittelbar oberhalb der Austrittsöffnung (20) im Silo angeordnete, diese in der Ruhephase verschliessende, auswechselbare Chargiereinheit (10), mit mindestens
marked by
an interchangeable charging unit (10) arranged directly above the outlet opening (20) in the silo and closing it in the resting phase, with at least
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