NO154173B - Fremgangsm¨te og meisel for brytning av en st¯rknet skorpe i en elektrolysecelle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for brytning

av en størknet skorpe i en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, samt en meisel for en slaginnretning for sådan skorpebrytning.

Ved utvinning av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløses denne oksyd i en fluoridsmelte, som for største delen består av kryolitt. Det katodisk utskilte aluminium samler seg da under fluoridsmelten på cellens karbonbunn, således at overflaten av det flytende aluminium danner katode. I smeiten er det ovenfra neddykket anoder, som ved vanlig fremstillings-prosesser består av amorft karbon. Ved den elektrolytiske spalting av aluminiumoksyd utvikles ved karbonanodene oksygen, som forbinder seg med anodenes karbonmaterial til CO^ og CO. Elektrolysen finner sted i et temperaturområde på ca 940 - 970°C.

I løpet av elektrolysen utarmes elektrolytten på aluminiumoksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1-2 vektprosent aluminiumoksyd i elektrolytten vil det opptre anodeeffekt, som gir seg til kjenne ved en spenningsøkning fra f.eks. 4 - 4,5 V til 30 V og høyere. Senest ved dette tidspunkt må da skorpen gjennombrytes og aluminiumoksydkonsentrasjonen økes ved tilsats av nytt aluminiumoksyd (oksydleire).

I normal drift betjenes cellen vanligvis periodisk, også når

det ikke opptrer noen anodeeffekt. Utover dette må badets skorpe gjennombrytes ved hver anodeeffekt og oksydleirekon-sentrasjonen økes ved tilsats av nytt aluminiumoksyd, hvilket tilsvarer en cellebetjening.

I mange år er smelteskorpen ved cellebetjeningen rutinemessig blitt gjennombrutt mellom anoden og elektrolysecellens sidekant, hvorpå nytt aluminiumoksyd er blitt tilsatt. Denne praksis, som enda anvendes i omfattende grad, møter imidlertid nå tiltagende kritikk på grunn av at den forurenser luften i elektrolysehallen og den ytre atmosfære. Kravet om innkapsling av elektrolyseovner og behandling av deres avgasser er i de senere år i tiltagende grad blitt til en tvingende nødven-dighet. En maksimal tilbakeholding av elektrolysegasser ved innkapsling kan imidlertid ikke sikres når det benyttes vanlig langsidebetjening mellom anoden og ovnens sidekant.

I den senere tid har derfor aluminiumsfremstillerne i stadig større grad gått over til betjening i ovnens lengdeakse. Etter gjennombrudd av skorpen følger så tilsats av oksydleire enten lokalt og kontinuerlig i henhold til punktmatnings-prinsippet eller ikke-kontinuerlig og fordelt over hele ovnens lengdeakse. I begge tilfeller er en forrådsbunker for oksydleire anordnet på elektrolysecellen. Tilsvarende gjelder for den tverrbetjening av elektrolysecellen som er foreslått i den senere tid (DE-patent nr. 2731908).

For brytning av dens størknede smelte anvendes i kjente anordninger meisler med rektangulært eller rundt tverrsnitt.

Det nederste område av meiselen som ved gjennomslag av skorpen befinner seg i umiddelbart inngrep med denne, er ved disse kjente anordninger f.eks. utformet som kjegleformet spiss eller stumpkjegleformet innsnevring. I samtidig innlevert norsk patentansøkning nr. 80.2644 beskrives en egnet meiselform for utstansing eller avskjæring.

Ved anvendelse av stasjonært innstallerte slaginnretninger danner det seg en såkalt passform i skorpen på grunn av de gjentatte cellebetjeninger med korte mellomrom og således hyppig anvendelse av meiselen, hvilket vil si at det mellom

den gjennombrutte skorpe og meiselen foreligger et meget lite spillerom. Alt etter slaginnretningens beskaffenhet og særlig meiselens utforming, foreligger således en større eller mindre latent fare for at meiselen fastklemmes i det frembragte hull.

Det er derfor et formål for oppfinnelsen å angi en fremgangsmåte for brytning av en størknet skorpe i en elektrolysecelle ved anvendelse av en slaginnretning med meisel på sådan måte at kontinuerlig varig drift sikres uten fastklemming av meiselen.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at meiselen som er utstyrt med minst en kam på den nederste del av sine vertikale sideflater, etter en gjennomtrengning av skorpen ytterligere nedsenkes inntil en nederste kam har trengt ned i den nedre halvdel av skorpens tykkelse.

I oppfinnelsen gjelder også en meisel for en slaginnretning for brytning av en størknet skorpe i en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, idet meiselen på den nederste del av sine vertikale sideflater er utstyrt med organer for å gjøre meiselens gjennombruddshull større.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har så meiselen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte organer utgjøres av minst en utragende kam som strekker seg over i det minste en del av meiselens omkrets samt har hovedsakelig rektangelformet tverrsnitt og rager ut 5-15 mm fra meiselens sideflater.

En sådan kam er hensiktsmessig av langstrakt form og strekker seg i horisontal retning over i det minste en del av meiselens omkrets. Det kan imidlertid også være anordnet to eller flere kammer i forskjellige plan over hverandre, idet kammenes av-stand fra meiselens nedre ende såvel som deres innbyrdes av-stand kan varieres alt etter de foreliggende driftsforhold. Kammene består fortrinnsvis av samme material som meiselen, og helst av et hardt og sveisbart stål, f.eks. ST 45-50. Ved hjelp av en passende påføringsprosess, slik som f.eks. sveising eller fastskruing, kan forut utformede kammer festes på meiselens vertikale sideflater. Kammene kan også være på-ført i form av sveisestrenger, som ved en egnet bearbeidings-prosess bringes i tilsiktet form. Videre kan meisel og kammer være utført i ett stykke, idet kammene f .eks. freses ut. Kammene har vanligvis rektangelformet, fortrinnsvis kvadratisk tverrsnitt og er ofte lett underskåret på undersiden. Kammenes dimensjonering er av vesentlig betydning. Kammer som rager for langt ut fra meiselen er utsatt for deformasjons-fare, mens for korte utragende kammer er for lite effektive, og av disse grunner er det valgt et kamfremspring på 5 - 15 mm.

Under nedtrykning av kammene i den størknede smelte bryter disse ut en åpen spalt langs meiselen, således at meiselen ikke danner en eksakt "sittende" passform i skorpen. I tilfelle det er ønskelig at kammene ved nedsenkning av meiselen fullstendig trenger igjennom skorpen, festes de tilsvarende langt nede på meiselen, hvilket vil si nær dens ytterende. Hvis det derimot ønskes at kammene bare trenger igjennom den øvre halvdel av skorpen, festes kammene tilsvarende langt over ytterenden. Det er naturligvis også mulig, men lite hensiktsmessig, å feste kammene enda lenger fra ytterenden, hvilket vil si høyere opp. De nedenfor angitte fordeler vil imidlertid da bare delvis kunne oppnås ved den neste nedsenkning av meiselen:

Meiselen fastklemmes ikke.

Meiselen kan uten problemer trekkes ut, kreftene på slaginnretningens stempelstang kan nedsettes.

Slaginnretningen som i prinsipp består av trykksylinder, stempelstang og meisel, er festet direkte eller indirekte celleoverbygningen eller utgjør en bestanddel av et betjen-ingskjøretøy eller ovnsmanipulator.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utfør-elseseksempler og under henvisning til de vedføyde skjemat-sike tenginger, hvorpå: Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en meisel med rektangelformet tverrsnitt og utstyrt med kammer på smalsidene, idet meiselen er vist i sin nederste arbeidsstilling.

Fig. 2 viser meiselen i fig. 1 sett fra smalsiden..

Fig. 3 viser, sett fra siden, en meisel med rundt tverrsnitt og utstyrt med to kampar anordnet over hverandre.

Fig. 4 viser et tverrsnitt langs linjen IV - IV i fig. 3.

Fig. 5 viser en del av et lengdesnitt gjennom en meisel med kammer av forskjellig størrelse.

I fig. 1 er det vist en meisel som er utført med tverrsnitt i form av et langstrakt rektangel, nemlig i foreliggende tilfelle 150 x 40 mm. Den nederste del av denne meisel 10 er neddykket i den flytende smelte og har således helt trengt igjennom den størknede skorpe 16. Denne nedre del er vist å ha fiskehaleform. Skjønt denne form er fordelaktig, kan det også benyttes enhver annen velegnet utforming av meiselens nederste ende.

Det nederste kampar 12 er anordnet på smalsiden, har nesten helt trengt gjennom skorpen 16. Derved er det mellom meiselen 10 og den størknede skorpe 16 frembragt et nesten gjennom-gående mellomrom 18. Som antydet i fig. 1 vil den oksydleire 20 som befinner seg ovenpå skorpen 16 etterfylles i dette mellomrom. Dette klemmer imidlertid ikke fast meiselen 44 og denne kan etter gjennomtrengning av skorpen uten problemer atter trekkes opp. Ved den neste ovnsbetjening, som ved automatiske systemer finner sted etter kort tidsintervall, kan meiselen uten vanskeligheter føres inn i det hull som er utvidet ved hjelp av kammene. Hvis meiselen ikke er nøyaktig sentrert, vil den uten problemer og anvendelse av stor kraft støte bort de gjenværende fremspring 17 av størknet smelte 16 etter den forutgående betjeningsprosess.

Ved ikke viste utførelsesformer kan ytterligere kammer være anordnet på meiselens bredside .

Videre kan meiselen også med fordel trykkes lenger nedover, således at det nederste kampar 12 fullstendig trenger igjennom skorpen.

Den sideflate av kammene som vender mot badet og meiselens nedre ende, samt har en tverrsnittsflate på omtrent 1 cm2 , er underskåret, fortrinnsvis i en skjærevinkel på høyst 20°.

På grunn av denne oppover-rettede underside i retning mot meiselen virker kammene som gnagetenner.

Skorpebruddstykker og den oksydleire som støtes ned i smelte-elektrolytten 14 av meiselens nedre ende er for oversiktens skyld ikke inntegnet. I fig. 3 og 4 er det vist en meisel 22 med rundt tverrsnitt. Også i dette tilfelle gjelder det at det inntegnede kileformede nedre området av meiselen også kan ha enhver annen egnet form.

Et nedre kampar 24 omslutter størstedelen av meiselens omkrets, slik det særlig fremgår av fig. 4, som viser et hori-sontalsnitt gjennom fig. 3. Et kampar 26 som ligger i et høyere plan omslutter imidlertid bare en forholdsvis liten del av meiselens omkrets. Mens de kammer som er vist i fig. 1-4 ved siden av sin langstrakte form og horisontale forløp også er kjennetegnet ved at de har samme bredde, viser fig. 5 en del av et lengdesnitt gjennom en meisel med kammer av forskjellig bredde. Den nederste kam 30 som først påvirker den størknede skorpe, er ganske smal, mens den kam 32 som er anordnet høyere opp er bredere og den øverste anordnede kam 34 er bredest. På denne måte utvides mellomrommet mellom meisel og skorpe trinnvis nedenfra og oppover ved anvendelse av en sådan kamstruktur.

Det vil si uten videre forstås at kammer i henhold til oppfinnelsen også i ytterligere utførelsesformer kan være anordnet på den nederste del av meiselen og ha samme arbeidsfunksjon samt gi samme resultat som ovenfor angitt. Meiselens nederste del, som bærer eller danner kammene, kan også være utført som

utskiftbar enhet, som er løsbart festet til meiselskaftet.

Disse utførelsesformer har den fordel at ikke meiselen i sin

helhet, men bare dens nederste del behøver å utskiftes etter en viss slitasje eller ved reparasjonsarbeide.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for bryting av en størknet skorpe (16) .1 >en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium ved anvendelse av en slaginnretning utstyrt med meisel, karakterisert ved at meiselen (10, 22, 28), som er utstyrt med minst en kam (12, 24, 26) på den nederste del av sine vertikale sideflater, etter en gjennomtrengning av skorpen (16) ytterligere nedsenkes inntil en nederste kam (24,

30) har trengt ned i den nedre halvdel av skorpens tykkelse.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at meiselen (10, 22, 28) ytterligere nedsenkes inntil den nederste kam (24, 30) har trengt fullstendig igjennom skorpen (16).

3. Meisel for en slaginnretning for brytning av størknet skorpe (16) i en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, idet meiselen (10, 22, 28) på den nederste del av sin vertikale sideflater er utstyrt med organer for å gjøre meiselens gjennombruddshull større, karakterisert ved at nevnte organer utgjøres av minst en utragende kam (12, 24, 26) som strekker seg over i det minste en del av meiselens omkrets samt har hovedsakelig" rektangelformet tverrsnitt og rager ut 5-15 mm fra meiselens sideflater.

4. Meisel som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte kam (12, 24/26) har kvadratisk tverrsnitt.

5. Meisel som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at forut utformede kammer (12, 24, 26) er festet ved hjelp av sveising eller fastskruing i horisontal stilling på sideflatene av meiselen (10, 22, 28).

6. Meisel som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at nevnte kammer (12, 24,

26) utgjøres av påførte sveisestrenger.

7. Meisel som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at nevnte kammer (12, 24,

26) og meiselen (10, 22) er utført i ett stykke.

8. Meisel som angitt i krav 3-7, karakterisert ved at den sideflate av meisel-kammene (12, 24, 26) som vender mot meiselens nedre ende er underskåret, fortrinnsvis i en vinkel på høyst 20°.

9. Meisel som angitt i krav 3-8, karakterisert ved at flere kammer (12, 24, 26) som er anordnet i forskjellige plan over hverandre, rager ut like langt fra meiselens sideflater.

10. Meisel som angitt i krav 3-8, karakterisert ved at flere kammer (30, 32, 34) som er anordnet i forskjellige plan over hverandre, rager ut fra meiselens sideflater i tiltagende grad nedenfra og oppover .