NO154576B - Anordnindg for punktformig tilfoersel av aluminiumoksyd og tilsatser til en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for punktformig tilførsel av aluminiumoksyd og tilsatser (punktmatingsprinsip- ■ pet) til en elektrolysecelle, for fremstilling av aluminium.

For utvinning av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløses dette oksyd i en fluoridsmelte, som for størstedelen består av kryolitt. Det katodisk utskilte aluminium samler seg under fluoridsmelten på cellens karbonbunn, således at overflaten av det flytende aluminium danner cellens katode. Ovenfra er det i smeiten neddykket anoder, som ved vanlige arbeidsprosesser består av amorft karbon. Ved karbonanodene utvikles under elektrolytiske spalting av aluminiumoksydet oksygen som forbinder seg med anodenes karbonmaterial til CC>2 og CO. Elektrolysen finner sted i et temperaturområde omkring 940 - 970°C.

I løpet av elektrolyseprosessen utarmes elektrolytten på aluminiumoksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1 - 2 vekt% aluminiumoksyd i elektrolytten oppstår det såkalt anodeeffekt, som medfører en spenningsøkning fra f.eks. 4 - 4,5 V til 30 V eller mer. Senest ved dette tidspunkt må elektrolyttens skorpe gjennombrytes og aluminiumoksydkonsentrasjonen økes ved tilsats av nytt aluminiumoksyd (oksydleire).

I normal drift betjenes vanligvis cellen periodisk, også når det ikke opptrer noen anodeeffekt. Utover dette "må badets skorpe gjennombrytes ved hver anodeeffekt og konsentrasjonen av oksydleire heves ved tilsats av nytt aluminiumoksyd, hvilket tilsvarer en cellebetjening.

Ved cellebetjening har det i mange år vært vanlig praksis å bryte igjennom skorpen av størknet smelte mellom anodene og elektrolysecellens sidekant, samt derpå tilsette nytt aluminiumoksyd. Denne praksis som enda er i utstrakt bruk, støter imidlertid på tiltagende kritikk'på grunn av at den medfører forurensning av luften i elektrolysehallen og den ytre atmos-fære .

Fordringen til innkapsling av elektrolyseovner og hensiktsmessig behandling av avgassene har i de siste år tiltatt til en tvingende nødvendighet. En maksimal tilbakeholding av elektrolysegassene ved innkapsling kan imidlertid ikke sikres ved en klassisk langsidebetjening mellom anodene og ovnens sidekant.

I den senere tid er derfor aluminiumfremstillerne i stadig større grad gått over til betjening i ovnens lengdeakse. Etter gjennomslag av skorpen følger tilsatsen av aluminium-oksydleire enten lokalt og kontinuerlig i følge punktmatnings-prinsippet eller ikke kontinuerlig fordelt over hele ovnens lengdeakse. I begge tilfeller er det på elektrolysecellen anordnet en forrådsbunker for oksydleire. Tilsvarende gjelder for den tverrbetjening av elektrolyseovner som er foreslått i den senere tid (DE-patént nr. 2.731.908).

De tallrike kjente punktmatningssystemer, som f.eks. er angitt i DE-PS 2.135.485 og US-PS 3.371.026, samt de forskjellige elementer i disse systemer er stivt montert på celleoppbyg-ningen. Dette har den ulempe at reparasjoner som må utføres på vedkommende anordning og utveksling av deler ofte blir kom-plisert og tidskrevende. Dessuten kan oksydleire ikke alltid tilføres det optimale sted i den flytende smelteelektrolyse.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frem-bringe en anordning for punktbetjening av en elektrolysecelle,' og som er lett å håndtere, men likevel sikrer tilførsel av oksydleire på de optimale steder, samt uten større arbeidsinnsats kan bygges inn i bestående ovnsanlegg.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for punktformig til-førsel av aluminiumoksyd og tilsatser til en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, hvor anordningen er innrettet for forskyvning i cellens lengdeog/ellertverretning, samt oppviser en beskikningsinnretning for oksydleire med en for rådsbunker og en doseringsinnretning såvel som en skorpebryter bestående av et trykksylindersystem og en meisel.

På bakgrunn av kjent teknikk har så anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: - beskikningsinnretningens forrådsbunker består av en stor beholder for oksydleire, og en mindre beholder for tilsatsstoffer, og doseringsinnretningen omfatter et teleskopisk forskyvbart utløpsrør som alltid er rettet mot et gjennomslagssted på elektrolyse - badets overf1 ateskorpe, og - skorpebryteren er løsbart festet på forrådsbunkeren ved hjelp av en opphengning for avhekting og fjerning i vertikal retning, og omfatter et føringshus .

Fortrinnsvis er for hver elektrolyseovn to sådanne punktmat-ningsanordninger montert på en fast bjelke som er anordnet på anodebærerne. Anordningens bevegelsesfrihet i lengde- o.g/ eller tverretningen er bare begrenset av ovnsinnkapslingen.

Punktmatningsanordningene kan være forsynt med haker oventil, således at de ved hjelp av en kran lett kan avhektes og eventuelt i løpet av meget kort tid erstattes med en annen anordning. Ved behov kan også skorpebryteren fjernes eller ut-skiftes separat.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere anskueliggjort ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde skjematiske tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser en skisse av en punktmatningsanordning montert på en bærer. Fig. 2 viser en skisse av en beskikningsinnretning med et endeavsnitt av tilførselsledningen anordnet i forrådsbunkeren. Fig. 3 viser en skisse av et bevegelig utløpsrør festet i føringshuset. Fig. 4 viser delvis i snitt en skisse av et trykksylindersystem for skorpebryteren og i beredskapsstilling for arbeidsinnsats . Fig. 1 viser i sin helhet en punktmatningsanordning som senere vil bli vist mer i detalj. Denne anordning kan ved hjelp av ikke viste kroker på forrådsbunkeren 12 og en kran hektes av bæreren 10 og heises opp. En skorpebryter som består av trykksylindersystemet 24, 26, gjennomslagsmeiselen 30 og før-ingshuset 32, er ved hjelp av en opphengning 22 løsbart festet på forrådsbunkeren 12 og kan også separat heises opp ved hjelp av en krav. På undersiden av punktmatningsanordningen er det antydet karbonanoder 38, oksydleire 40 spredd utover skorpen 42, samt den flytende smelteelektrolytt 44.

Den viste forrådsbunker 12 i fig. 1 har en stor beholder 13 for oksydleire og en liten beholder 15 for tilsatsstoffer, slik som f.eks. kryolitt, aluminiumfluorid og oppmalte fluss-middelskorper. De to beholdere er innbyrdes adskilt ved hjelp av en vertikal anordnet, plan skillevegg 14. Den oksydleire-bunker 12 som er vist i fig. 2 er imidlertid på annen måte oppdelt i en stor beholder 13 og en mindre beholder 15. Denne lille beholder er nemlig her avgrenset av en rørformet vegg 54. I begge tilfeller, både med plan skillevegg og med rør-formet beholder, utgjør volumet av den lille beholder fortrinnsvis 0-25 volum%, helst 5-20 volum"/, av det totale volum av forrådsbunkeren 12.

Det utløpsspjeld 17 som avgrenser forrådsbunkeren 12 nedentil kan bestå av en eller to deler. Et utløpsspjeld 17, som i ut-førelsen i fig. 1 er oppdelt i to deler i planet for skille-veggen 14, kan også anvendes som blandeorgan, idet de to spjeldhalvdeler alt etter ønsket blandingsforhold kan trekkes ut i forskjellig grad.

På undersiden av forrådsbunkeren er det utformet en flens som er forbundet med doseringsinnretningen 16. Denne doseringsinnretning er f.eks. utført som oksydleireskuff i samsvar med en av de beskrevne utførelsesformer i DE-OS 29 14 238.9. I et avgrenset doseringsrom skyves ved hjelp av et stempel en bestemt mengde oksydleire eller tilsatsstoff, f.eks. en kilo pr. stempelslag inn i utløpsrøret 18. Gjennom den nedre skrå del av utløpsrøret faller så det utstøtte material ned på det sted av skorpen som er gjennombrutt av meiselen.

Hensiktsmessig har tilførselsledningen som anvendes for til-førsel av oksydleire og/eller tilsatsstoffer til forrådsbunkeren en forgrening kort før eller umiddelbart etter innløpet i bunkeren, som er forsynt med deksel. Den ene ende.av forgren-ede tilførselsledning befinner seg da over den store beholder for oksydleire og er forsynt med flere utløpsstusser. Den andre forgrening av tilførselsledningen ender over den lille beholder for tilsatsstoffer og er alt etter størrelsen av denne lille beholder forsynt med en eller flere utløpsstusser. De to utløp fra tilførselsledningen ligger fortrinnsvis i et og samme horisontalplan. I forgreningen eller -kort -e-t-t-er denne er det anordnet passende avlednings- eller sperreorgan-er, som tillater følgende innløpsmuligheter: Det tilførte gods flyter gjennom begge utløp inn i begge beholdere .

Det tilførte gods flyter gjennom det ene utløp inn i den store beholder.

Det tilførte gods flyter gjennom det ene utløp inn i den store eller i den lille beholder.

Begge endeavsnitt er avsperret for tilført massegods.

I fig. 2 er det i den øvre del av forrådsbunkeren 12 som er forsynt med et deksel 52, inntegnet et utløpsavsnitt av til- førselsledningen 46 fra trykkbeholderen til den store beholder 13. Gjennom utløpsstussene 50 strømmer oksydleire inn i den store beholder. Tilførselsrørets annet utløp, som munner ut i den lille beholder, er ikke inntegnet. Hvis elektrolytten er utarmet på tilsatsstoffer og f.eks. er blitt alkalisk eller for sur, og begge beholdere er fylt med oksydleire, innstilles utløpsspjeldet 17 slik at oksydleire bare strømmer ut av den lille beholder. Rørets utløpsende for oksydleire avstenges, de nødvendige tilsatsstoffer føres over tilførselsledningen 46 og de tilsvarende utløpsstusser inn i den lille beholder 15. Ved hjelp av det åpnede utløpsspjeld 17 for den lille beholder føres tilsatsstoffene, eventuelt blandet med en andel oksydleire, over doseringsinnretningen 16 og utløpsrøret 18 ned i smeltebadet. Denne fremgangsmåte er imidlertid bare hensiktsmessig når volumet av den lille beholder er meget lite sammenlignet med forrådsbunkerens samlede volum, da det ellers kan ta for lang tid før beholderen er tømt.

Ved tilførsel av oksydleire kan derfor utløpsstussene eller innløpsåpningene i den lille beholder 15 stenges, således at all oksydleire føres inn i den store beholder. Den lille beholder 15 forblir tom og kan til enhver tid anvendes for rask tilførsel av tilsatsstoffer til badet.

Den avskrånede beholdervegg 19 må i det minste tilsvare ras-vinkelen for det minst lettflytende material som skal til-føres. Et eventuelt tilsiktet blandingsforhold mellom oksydleire og tilsatsstoffer kan ikke bare oppnås ved hjelp av et todelt utløpsspjeld 17, men også ved å heve røret 54.

Ved alle utførelsesformer av forrådsbunkeren kan de prosess-trinn som gjelder tilføres av oksydleire og tilsatsstoffer, innstilling av utløpsspjeldet 17 samt anvendelse av doseringsinnretningen 16 styres fra et sentralt EDB-anlegg.

Utførelsen av forrådsbunkeren i henhold til oppfinnelsen har den fordel at tilsatsstoffene .raskt og til enhver tid i hvilken som helst hensiktsmessig sammensetning kan tilføres badet i sluttet materialstrøm. For dette behøves verken åpning av ovnskapslingen eller en avventing av gjennomstrøm-ningen av dagssiloen, og heller ikke anordning av en separat tiIførselsledning med separat trykkbeholder.

I fig. 3 er sammenhenget vist mellom bevegelsen av arbeidssylinderen 26 og av det teleskopisk oppbygde utlopsror 18.

På den nedre flens av trykksylinderen 26 er det fortrinnsvis gasstett montert et føringshus 32 for føring av den meisel 30 som er festet til trykksylinderens stempelstang 28. På det mekanisk stabilt oppbygde føringshus 32 er det ved hjelp av en medbringer 20 opphengt en nedre bevegelig del 58 av utløps-røret. Den øvre stasjonære del 56 av røret, som er festet til doseringsinnretningen 16, har mindre diameter, således at den bevegelige del 58 kan tres utenpå denne.

I den hvilestilling av skorpebryteren er den bevegelige del 58 av utløpsrøret for oksydleire tredd helt over det stasjonære rørstykke 56. Hvis trykksylinderen 26 senkes ned til be-redskapsstillirig for arbeidsinnsats, så senkes også den medbringer 20 som er festet til føringshuset 32 og sammen med denne det bevegelige rørstykket 58 i samme grad. Takket være denne utførelsesform kan det sikres at oksydleire alltid til-føres på samme sted, og at utløpsrøret i hvilestilling, f.eks. ved anodeutskiftning, er trukket opp. I beredskapstilling for arbeidsinnsats, som er inntegnet i fig. 3, er meiselen 30 trukket inn i føringshuset. I arbeidsstilling er deriomot meiselen 30, men ikke føringshuset 32, nedsenket.

Den gjennomslagsinnretning som er vist i fig. 1 og 4 og omfatter et trykksylindersystem med to sylindere, er festet til en opphengning 22. Den stempelstang 60 som befinner seg i innstillingssylinderen 24 er løsbart forbundet med opphengningen 22 over en øvre flens, f.eks. ved fastskruing. Den nedre flens av innstillingssylinderen 24 og den øvre flens av arbeidssylinderen 16 er likeledes mekanisk, løsbart eller uløsbart forbundet med hverandre. I arbeidssylinderen 26 er det anordnet en stempelstang 28 som kan skyves ut i retning nedover og bringe meiselen 30 til gjennomslag av skorpen.

Arbeidsforløpet for skorpebrytingen, som drives av trykksylindersystemet, kan skjematisk beskrives på følgende måte: 1. Stempelstengene 60, 28 for henholdsvis innstillingssylinderen 24 og arbeidssylinderen 26 er trukket inn, og skorpebryteren befinner seg da i hvilestilling. Denne stilling er nødvendig å innta ved anodeutskifting, idet meiselen 30 av mekaniske og arbeidssylinderen 26 av ter-miske grunner da bør befinne seg lengst mulig bort fra anodene, samt ved montering av skorpebryteren, hvilket vil si når opphengningen 22 er løst fra bæreren. Denne hvilestilling er angitt i fig. 1. 2. Fig. 4 viser derimot den utdrevne stempelstang 60 for innstillingssylinderen 24 når skorpebryteren befinner seg i arbeidsberedskap. Stempelstangen 28 i arbeidssylinderen 26 er fremdeles inntrukket, men beredt til arbeidsinnsats. Stilling A i fig. 4 viser denne utgangs-stilling for å holde åpningen for oksydleirebeskikning åpen. 3. I fig. 4, stilling B, er den utdrevne stempelstang 28 for arbeidssylinderen 26 antydet, idet skorpen er gjennom-brudt ved hjelp av meiselen 30 som er trykket ned til sin nedre grensestilling. I denne arbeidsstilling omstyres meiselen etter at den har slått igjennom skorpen. Denne omstilling av meiselen og stempelet i den nedre grensestilling utføres pneumatisk eller ved hjelp av en posi-sjonsgiver. Denne arbeidsoperasjon gjentas etter et bestemt program. I tilfelle stempelet ikke når endestil-lingen, trekkes det likevel tilbake etter en gitt puls-tid.

Ved en annen, ikke vist utførelsesvariant av skorpebryterens feste, og hvor den øvre flens av innstillingssylinderen 24 er løsbart forbundet med opphengningen 22, er arbeidsfor løpet ved skorpebrytningen prinsippielt det samme. Den eneste forskjell ligger i at det ikke er innstillingssylinderen 24 som nedsen-kes, slik som vist i fig. 4, men i stedet den tilsvarende stempelstang 60.

Det samlede bevegelseområdet mellom den nederste arbeidsstilling og hvilestillingen for den meisel 30 som er festet på stempelstangen 28 for arbeidssylinderen 26, fordeles alt etter den geometriske utformning av elektrolysecellen på forskjellig måte mellom innstillings- og arbeidssylindere. Hvis det samlede bevegelseområdet f.eks. utgjør ca. 900 mm, kan innstillingssylinderen ha et slagområde på 300 - 500 mm, mens arbeidssylinderen har en slaglengde på 400 - 600 mm.

Claims (5)

1.Anordning for punktformig tilførsel av aluminiumoksyd og tilsatser til en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, hvor anordningen er innrettet for forskyvning i cellens lengde- og/eller tverretning, samt oppviser en beskikningsinnretning for oksydleire med en forrådsbunker (12) og en doseringsinnretning (16) såvel som en skorpebryter bestående av et trykksylindersystem og en meisel (30),karakterisert vedat: - beskikningsinnretningens forrådsbunker (12) består av en stor beholder (13) for oksydleire, og en mindre beholder (15) for tilsatsstoffer, og doseringsinnretningen (16) omfatter et teleskopisk forskyvbart utløpsrør (18) som alltid er rettet mot et gjennomslagssted på elektrolyse-badets overflateskorpe (42), og - skorpebryteren er løsbart festet på forrådsbunkeren (12) ved hjelp av en opphengning (22) for avhekting og fjerning i vertikal retning, og omfatter et føringshus (32).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat utløpsrøret (18) er forbundet med føringshuset (32).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat forrådsbunkerens store og lille beholder (13, 15) er innbyrdes adskilt ved en vertikal plan skillevegg (14), som er anordnet for å trekkes opp.

4. Anordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den lille beholder (15) er utført i form av et opptrekkbart rør (54) som er satt ned i forrådsbunkeren (12).

5. Anordning som angitt i krav 1-4,karakterisert vedat forrådsbunkeren (12) er tildekket med et deksel (52), og på undersiden av dette er en tilførselsledning (46) for oksydleire og tilsatsstoffer ført fra en forgrening umiddelbart før eller etter innløpet i forrådsbunkeren (12) til to rørstykker som ender blindt i henholdsvis den store og den lille beholder (13, 15) samt er forsynt med utløpsstusser, idet minst en utløpsstuss på det ene rørstykket befinner seg i den lille beholder (15) og flere utløpsstusser (50) på det annet rørstykke befinner seg i den store beholder (13).