NO137211B - Ovnskasse. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en ovnskasse til elektrolyse-celle for smelte-elektrolytisk fremstilling av aluminium, omfattende en bunnplate, sidevegger og endevegger av stålplater, samt en forsterkende konstruksjon som omgir disse.

Erfaring har vist at det i elektrolyseceller som drives med høye strømstyrker opptrer elektromagnetiske krefter som kan forårsake driftsforstyrrelser. Disse driftsforstyrrelser vil gjerne inntre ved strømstyrker på 40 - 50 kA. Ved enda høyere strømstyrker f.eks. 100 - 200 kA kan vanskelighetene bli så store at det ikke er mulig å oppnå tilfredsstillende driftsforhold uten å ta visse, og som regel kostbare, forholdsregler av konstruksjonsmessig art. Disse elektromagnetiske krefter oppstår når strømmen passerer magnet-feltene i elektrolysecellen og forårsaker bølger, bobler og andre bevegelser i bad og metall. Da forskjellen i spesifikk vekt av det smeltede bad og det underliggende smeltede metall er meget liten, kan dette forårsake betydelige variasjoner i avstanden mel-

lom anode og smeltet metall. For å forhindre at det smeltede me-

tall berører anoden og lager partiell kortslutning, må anode/katode-avstanden økes. Dette resulterer i større spenningsfall mellom anode og katode, varmere ovnsdrift og større kraftforbruk pr. kg metall produsert.

Horisontale elektriske strømmer i metallreserven gir sammen med vertikale magnetfelter elektromagnetiske krefter i ovnens lengde-retning. For å begrense de horisontale strømkomponenter og derved redusere de kraftigste bevegelser i metall og bad, er det vanlig at man tilsikter at det dannes et innvendig belegg av størknet bad på elektrolysecellens sideforing av kull. Dette belegg virker elektrisk isolerende og begrenser derved de horisontale strømkomponenter.

Dette belegg oppnår man ved ikke å gjøre sideforingen for tykk og

ved å sløyfe termisk isolasjon mellom sideforing og elektrolysecellens stålmantel. En annen fordel med sidebelegget er at det beskytter sideforingen mot angrep fra badet. Ikke desto mindre,:' hender det ofte at man får utsmeltninger gjennom sideforingene med påfølgende store ulemper og omkostninger. Utsmeltningene forårsakes vesentlig på grunn av høye driftstemperaturer, enten i forbindelse med bluss, eller på grunn av dårlige driftsforhold som blant annet kan skyldes sterke elektromagnetiske krefter.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å skape et kraftig og stabilt sidebelegg, samtidig som det gis muligheter for å lage en sterkere og mer holdbar ovnskasse uten å øke stålvekten. Dette blir i ovnskassen ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at det inntil sideveggene og endeveggene på utsiden av disse er anordnet vertikale avstivningselementer og at det utenpå avstivningselementene er anordnet en stort sett horisontal forsterkningsramme på slik måte at det mellom avstivningselementene dannes vertikale, frie luftpassasjer inntil sideveggene og endeveggene og slik at avstivningselementene virker som kjøleribber for varmebortføring fra side- og endeveggene.

De fordeler som denne løsning medfører, er i første rekke følgende: 1. Forsterkningsrammens plassering adskilt fra kassesiden: Gir små termiske påkjenninger på forsterkningsrammen,

dvs. unngår aldringsfenomener på styrkebærende kon-struksjoner.

Gir lav temperatur på forsterkningsrammen og små temperaturvariasjoner når omgivelsestemperaturen varierer.

Gir liten temperaturforskjell fra indre til ytre

del av forsterkningsrammen.

Styrer luftstrømmen inn mot kassesiden.

2. Vertikale avstivere i kontakt med kassesiden:

Virker som kjøleribber.

Gir liten luftmotstand.

Styrer luften vertikalt opp langs kassesiden..

Gir ikke muligheter for oksydansamlinger inntil kassesiden......

Ovnskonstruksjonen gir med andre ord høye og stabile varmeover-gangstall mellom kasseside og omgivelser. Dette er av meget stor betydning for å få kraftig og stabilt sidebelegg, som igjen beskytter sideforingen.

Stabilt sidebelegg gir stabil og gunstig katodisk strømfordeling, og dermed gode driftsforhold. Gode driftsforhold gir høyere strøm-utbytte og lenger levetid på katoden.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvis-ning til tegningen, hvor: Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom en del av en elektrolyse- celle omfattende sidevegg-konstruksjonen i denne, og figur 2 viser et horisontalt snitt gjennom en del av elektrolyse cellen i noe mindre målestokk.

Tegningsfigurene viser sidevegger 1 og endevegger 11 som sammen med en bunnplate 10 danner den egentlige kasseform oppbygget av stålplater. Stålveggene 1 og 11 trenger en kraftig omgivende forsterk-ning som i dette tilfelle først og fremst omfatter vertikale avstivningselementer 2 langs sideveggene 1 og tilsvarende elementer 22 langs endeveggene 11. Disse avstivningselementer utgjør vertikale kjøleribber som tjener til å overføre varme fra kasseveggene til den omgivende og forbistrømmende luft. Avstivningselementene 2 og 22 kan hensiktsmessig være utført som I-profiler eller Om-profiler for bedre å kunne motstå de store ekspansjonskrefter fra ovnens foring 3a og 3b som er vist på figur 1.

Utenom avstivningselementene 2 og 22 er det anordnet en forsterkningsramme 4 bestående av kraftige stålbjelker 41 og 42 liggende horisontalt langs henholdsvis sideveggene og endeveggene i konstruksjonen. Denne forsterkningsramme 4 forløper fortrinnsvis sam-menhengende rundt alle ovnskassesider og kan være innrettet til å oppdeles i to ved hjelp av en laskforbindelse 44 eller lignende midt på hver ende av ovnskassen.

Med denne konstruksjon fremkommer det vertikale luftpassasjer

12 mellom avstivningselementene 2 langs sideveggene 1 og tilsvarende vertikale luftpassasjer 13 mellom avstivningselementene

22 langs endeveggene 11. Som det spesielt fremgår av figur 1

er ovnskassen innrettet til å monteres slik at luften trer inn i luftpassasjene, f.eks. passasjen 12 på figur 1, fra underetasjen i ovnshallen under gulvet 20, slik som antydet med pilene 31 og strømmer ut i selve ovnshallen over gulvet 20 fra den øvre ende av luftpassasjen 12 slik som antydet med pilen 32. Dermed utnyttes den naturlige trekk som forårsakes av de vanlig forekommende av-sugningsanordninger i slike ovnshaller. En særlig fordel i denne forbindelse er at temperaturen i underetasjen vanligvis er lavere enn i selve ovnshallen slik at den luft som strømmer gjennom luft-passas jene 12 og 13, er forholdsvis kald.

Den åpning eller spalte 7 som luften strømmer ut av ved den øvre ende av hver luftpassasje, kan hensiktsmessig være regulerbar for å gi mulighet til å variere kjølevirkningen.

Det er i forbindelse med denne oppfinnelse viktig at det langs kasseveggene ikke anbringes horisontale forsterkninger som kan hindre den beskrevne vertikale sirkulasjon eller kan forårsake at det bygger seg opp et varmeisolerende lag av alumina eller annet støv. Anbringelsen av det viktigste og mest påkjente styrkebærende element, nemlig forsterkningsrammen 4 utenpå avstivningselementene 2 og 22, har dessuten til følge at denne forsterkningsramme får lavere temperatur og små temperaturvariasjoner når omgivelsestemperaturen varierer. Faren for aldringsfenomener i forsterkningsrammen blir derved sterkt redusert.

For å hindre ansamling av alumina eller støv i luftpassasjene 12

og 13 kan, det som vist på figur 1, være anordnet en overdekning i form av en horisontal plate eller et profil 14 som tvinger luft-strømmen 32 til å tre sideveis ut fra luftpassasjen 12.

Erfaringen har vist at ved riktig valg av antall kjøleribber i form av de beskrevne avstivningselementer, og ved riktig dimensjonering av deres overflate, kan man oppnå at det på figur 1 viste sidebelegg 5 tilnærmet strekker seg inn til anodeskyggen 6. Dette an-sees for å være det ideelle da man på denne måte reduserer de horisontale strømkomponenter til et minimum, uten å redusere det effektive katodeareal for sterkt. Avhengig av årstiden eller omgivelsestemperaturen kan størrelsen av spalten 7 varieres for der-

ved å justere tykkelsen av sidebelegget 5.

Som vist på figur 1 er avstivningselementene innsatt i fotstykker 24, f.eks. ved fastkiling, slik at sideveis rettede krefter kan overføres mellom den nedre ende av avstivningselementene og bunnplaten 10 i ovnskassen. Med denne utførelse er avstivningselementene ikke sveiset eller boltet fast til ovnsveggene, men er løse og kan lett tas ut og f.eks. rettes om dette skulle være nødvendig. Forsterkningsrammen 4 er også lett demonterbar f.eks. for å kunne rettes i tilfelle av at skjevheter er oppstått. I samband med den nevnte forankring av de nedre ender av avstivningselementene er det av betydning at forsterkningsrammen 4 er plassert forholdsvis langt oppe på høyden av kasseveggene, nemlig i det minste på høyde med oversiden av katodekullet 3b. Dermed utnyttes strekkstyrken i bunnplaten 10 bedre.

Foruten de nevnte fordeler med hensyn til termiske forhold og mekanisk styrke er den beskrevne utførelse ifølge oppfinnelsen fordelaktig også på den måte at den er enkel og rasjonell å frem-stille. Således er behovet for innsats av verktøymaskiner minimalt. Bortsett fra sveisearbeidet er det ikke behov for faglært arbeids-kraft. Videre er det av ikke uvesentlig betydning at den beskrevne oppbygning av konstruksjonen gjør at det er enkelt og billig å ut-føre vedlikehold og eventuelle reparasjoner, f.eks. ved hel eller delvis demontering av elektrolysecellen.

Endelig skal det vedrørende de termiske forhold tilføyes at den her angitte nye ovnskassekonstruksjon medfører et meget stabilt sidebelegg og har en stabil varmebalanse, dvs. den kan betraktes som "selvregulerende". Denne nye kassekonstruksj.on får i praksis meget sjelden sideutrenning ved utsmeltning gjennom sideforingen. Dette er en fordel av meget stor viktighet slik som forklart innlednings-vis. Med de forbedrede varmetapsforhold sideveis gjennom kasseveggene fremkommer også et gunstigere forhold mellom varmetap gjennom henholdsvis side og bunn, idet en samtidig forbedret bunnisolasjon samvirker med den gode avkjøling av side- og endeveggene til å danne et sidebelegg som har riktig form og som er mer stabilt enn i tidligere kjente ovnskassetyper. Dette forbedrer og stabiliserer strømfordelingen i metallet i elektrolysecellen.

Det er klart at den beskrevne konstruksjon kan modifiseres på for- skjellige måter innenfor rammen av denne oppfinnelse, f.eks. ved en annen eller ingen oppdeling av forsterkningsrammen, bruk av avstivningselementer med andre profiler enn de eksempelvis nevnte, andre former for sammenføyning"av hovedkomponentene i kassen osv.

Claims (8)

1. Ovnskasse til elektrolyse-celle for smelte-elektrolytisk fremstilling av aluminium, omfattende en bunnplate (10), sidevegger (1) og endevegger (11) av stålplater, samt en forsterkende konstruksjon (2, 22, 4) som omgir disse,karakterisertved at det inntil sideveggene (1) og endeveggene (11) på utsiden av disse er anordnet vertikale avstivningselementer (2, 22) og at det utenpå avstivningselementene er anordnet en stort sett horisontal forsterkningsramme (4) på slik måte at det mellom avstivningselementene (2, 22) dannes vertikale, frie luftpassasjer (12, 13) inntil sideveggene (1) og endeveggene (11) og slik at avstivningselementene (2, 22) virker som kjøleribber for varmebortføring fra side- og endeveggene.

2. Ovnskasse ifølge krav 1, karaktérisert ved at den er innrettet til å monteres slik i ovnshallen at den nedre del av luftpassasjene (12) befinner seg under gulvet (20) i ovnshallen og den øvre ende (7) av luftpassasjene befinner seg over gulvet (20) .

3. Ovnskasse ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den,øvre ende av luftpassasjene (12) er utført med en regulerbar spalte (7).

4..Ovnskasse ifølge krav 1, .2 eller 3,karakterisertved at det er,anordnet en overdekning (14) ved den øvre ende av luftpassasjene (12), slik at luftstrømmen (32) trer ut.av disse i sideveis retning.

5. Ovnskasse ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat avstivningselementene (1) ved sin nedre ende er forbundet (24) med bunnplaten (10)dg åt forsterkningsrammen. (4) er plassert på høyde med oversiden av katodekullet.(3b) eller høyere.

6. Ovnskasse ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat forsterkningsrammen (4) forløper rundt samtlige sidevegger (1) og endevegger (11) og er innrettet til å kunne oppdeles (44) i det minste i to deler.

7. Ovnskasse ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat de vertikale avstivningselementer (2, 22) ikke er fast forbundet, f.eks. sveiset eller boltet, til sideveggene (1) henholdsvis endeveggene (11).

8. Ovnskasse ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat de vertikale avstivningselementer (2, 22) har form av stålprofiler, f.eks. I-profiler eller T-profiler.