NO312501B1 - Fremgangsmåte og digel for bruk ved tapping av smeltet metall fra aluminium-elektrolyseovner og liknende, samt b¶rekontruksjonfor opplagring av digelen - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og digel for bruk ved tapping av smeltet metall fra aluminium-elektrolyseovner og liknende, samt bærekonstruksjon for opplagring av digelen.

Ovnsanlegg for produksjon av aluminium omfatter et stort antall elektrolyseovner eller -celler som ligger på rekke ved siden av hverandre i ovnshallene. For å spare plass er avstanden mellom cellene holdt på et minimum. Tappingen fore-går ved at metallsmelten i elektrolysecellene via et tapperør suges opp i en tappedigel som ved hjelp av en transportinnretning suksessivt bringes i en tappestilling i mellomrommene mellom ovnene, og som etter fullført tappeoperasjon bringer digelen til støperi eller annet ønsket sted for tømming av metallsmelten fra digelen. Transportinnretningen kan være en kran, gaffeltruck eller liknende, men i dag benyttes som regel spesialkonstruerte tappevogner til dette formål, f.eks. som beskrevet i NO patenter nr. 132 774 og 166 066. I alle tilfeller er tappedigelen, som normalt har en sirkulærsylindrisk tverrsnittsform, opplagret i transportinnretningen med sin lengdeakse i vertikalretningen. Digelens øvre endevegg er i form av et lokk som kan fjernes fra den underliggende del av digelen, slik at denne fritt kan løftes ut fra vognen, for eksempel for utrensking av slagg som normalt frigjø-res fra digelveggen ved hjelp av et spesielt freseverktøy.

Det er et stadig økende behov for større tappekapasitet i moderne alumini-umsverk. Med tappekapasitet menes her oppnåelig volum av metallsmelte i digelen, i det følgende også kalt effektivt tappevolum. Muligheten for utvidelse av kapasiteten i slike verk er imidlertid meget begrenset. Pga. den trange plassen mellom ovnene er for eksempel tappevognens bredde, og dermed tappedigelens diameter en begrensende faktor. I praksis kan således digelens ytterdiameter ikke overskride 2 meter. En annen begrensende faktor er metallsøylens høyde i digelen. Metallet suges opp i digelen ved hjelp av vakuum ved et trykk på ca. 0,3 bar absolutt, hvilket gir en maksimal statisk sugehøyde på ca. 3 meter. Pga slike begrensninger lar det seg vanskelig gjøre å øke digelkapasiteten utover ca. 3m<3 >ved konvensjonelle tappevogn/digel-konstruksjoner av ovennevnte art. Ved tradi-sjonelle løsninger for konstruksjon av tappevogner til forskjellige smelteverk, må digeldiameter og digelhøyde tilpasses hvert enkelt verk, med tilsvarende behov for endringer i konstruksjonen av digel, digellokk, digelopplagring og selve tappevognen.

Gjennom foreliggende oppfinnelse løses ovennevnte kapasitetsproblem på en ny og overraskende enkel måte, nemlig ved å tilpasse den sylindriske tappedigelen og dens tilbehør på en slik måte at digelen er egnet til å opplagres med sin akse horisontalt i transportinnretningen, slik som angitt i de etterfølgende patentkrav der oppfinnelsen i dens forskjellige aspekter er definert. Tappevognens lengde er ikke en kritisk størrelse på linje med høyde og bredde. Basert på oppfinnelsens prinsipp kan følgelig digelens lengde og derved dens effektive tappevolum økes utover det som i praksis er mulig med konvensjonelle tappevogner. Det er realistisk mulig å doble den maksimale digel-kapasiteten ved å benytte løs-ningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Ved fremstilling av tappevogner til smelteverk med ulike kapasitetsbehov, kan de respektive tappevogner enkelt tilpasses disse behov, ved tilsvarende skalering av vogn- og digellengden, uten at det er nødvendig med spesialtilpasning av tappevognens øvrige deler.

Digelen er fortrinnsvis delt radielt i to deler som løsbart sammenholdes ved hjelp av en tett flensforbindelse. Derved kan digelen, i demontert tilstand med at-skilte digeldeler, renses for slagg med hovedsakelig samme redskap som benyttes for konvensjonelle digler.

Oppfinnelsen omfatter også en fordelaktig bærekonstruksjon der digelen er horisontalt opplagret på en slik måte at den sammen med tapperøret kan forskyves langs et skråplan parallelt med tapperørets lengdeakse, samtidig som den fortrinnsvis også kan forskyves horisontalt. Derved kan tappevognen og tapperø-ret hurtig bringes i tappeposisjon i forhold til ovnen på en enklere og mer plass-besparende måte enn hva som er mulig med konvensjonelle tappevogner.

Ovennevnte samt ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse i tilknytning til de medfølgende tegninger der enkelte konstruksjonsdeler for klarhetens skyld er utelatt i de respektive figurer, mens enkelte andre, skjulte eller forskjøvne deler bare er antydet med tynne konturlinjer, og hvor: Figur 1 viser en tappevogn med digel ifølge oppfinnelsen, sett fra siden,

Figur 2 er et oppriss, delvis i snitt, av en digel ifølge oppfinnelsen,

Figur 3 er et enderiss av samme digel,

Figur 4 er et oppriss av digelen ifølge oppfinnelsen opphengt i en bærekonstruksjon,

Figur 5 er et enderiss av samme,

Figur 6 viser tappevognen med digel sett bakfra, under posisjonering for tapping fra en elektrolysecelle, og Figur 7 og 8 er riss lik henholdsvis figur 4 og 6, men med digelen opplagret i en modifisert bærekonstruksjon i tilknytning til en kran.

Oppfinnelsen er i første rekke beregnet på bruk i tilknytning til en transportinnretning i form av en spesialkonstruert tappevogn av hovedsakelig samme art som ifølge førnevnte NO-patenter, og vil derfor først bli beskrevet i denne sam-menheng. Det vil imidlertid være klart at oppfinnelsen også er aktuell i forbindelse med andre transportinnretninger, som også nærmere forklart nedenfor.

Tappevognen vist i figur 1 er i form av et selvdrevet kjøretøy som i hoved-saken omfatter en hovedramme 2 med forhjul 4, bakhjul 6 og førerhus 8, samt en tappedigel 10 med hovedsakelig sirkulært tverrsnitt som er opplagret i en bærekonstruksjon 12 som er stivt forbundet med hovedrammen 2, mellom vognens forhjul og bakhjul. På vognen finnes også et utsvingbart tapperør 14 innrettet for tilkobling til et hovedsakelig klokkeformet tappehode 16. Tappe- og tømmeopera-sjonene skjer på kjent måte ved hjelp av henholdsvis undertrykk (vakuum) og overtrykk i digelen 10. Organer for betjening av tappe- og tømmeoperasjonene vil normalt være anordnet i førerhuset sammen med betjeningsorganer for styring av vognens bevegelser. Så langt er tappevognen i alt vesentlig i samsvar med konvensjonelle tappevogner av den innledningsvis omtalte art.

Det som i første rekke skiller tappevognen vist i fig. 1 fra teknikkens stilling, er at den sirkulærsylindriske digelen 10 er opplagret med sin akse 20 (fig. 2) liggende horisontalt i vognens lengderetning istedenfor vertikalt opprettstående, med de innledningsvis nevnte fordeler dette innebærer.

En hensiktsmessig utføringsform av en digel 10 beregnet for horisontal opplagring i henhold til oppfinnelsens prinsipp, er vist i figur 2 og 3, der førstnevn-te figur også omfatter et omsirklet detaljutsnitt.

Digelen 10 består av en langstrakt, hovedsakelig sirkulærsylindrisk sidevegg 22 forbundet med to fortrinnsvis hovedsakelig plane endevegger 24. Ifølge et fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er digelen 10 delt i to deler 10a, 10b, langs et radialplan gjennom sideveggen 22, der de to digeldeler 10a, 10b tettende sammenholdes, fortrinnsvis ved hjelp av en boltet flensforbindelse 26, 28, med tetninger 30, 32 som ved tiltrekking av flensboltene 36 blir tettende komprimert mellom henholdsvis flensdelene 26, 28 og tilstøtende flater på digelens ildfaste foring 34. Tetningene 30, 32 kan i hovedsak være i form av standard varmefaste pakninger som benyttes i kjente støpekonstruksjoner. Dersom det skulle oppstå brudd i pak-ningene vil den lange labyrintaktige lekkasjekanalen fra digelens innside til dens utside, sammen med kjøleeffekten fra den massive stålflensen, sørge for at be-gynnende utstrømning av metallsmelte straks kjøles ned og størkner og derved tetter mot videre utstrømning. Flensen utføres massiv og stiv nok til at noen få (6-8) kraftige bolter 36 holder digeldelene sammen.

Den ene, fortrinnsvis fremre (på tappevognen), digeldelen 10a har en

tappeåpning eller -luke 38 nær toppen av sylinderveggen 22 innrettet til å samvirke med tappehodet 16, som nærmere forklart nedenfor. En ytterligere åpning 40 er utformet nær digeldelens 10a endevegg for montering av en rørstuss 18 (fig. 1) i forbindelse med et innvendig tømmerør (ikke vist) i digelen.

Som før nevnt kan ønsket maksimal digelkapasitet oppnås ifølge oppfinnelsen, ved å gi den horisontalt liggende digelen en effektiv lengde som til tross for førnevnte begrensninger på digeldiameteren gjør det mulig å tilfredsstille selv meget høye kapasitetskrav. I tråd med oppfinnelsestanken vil det således være mulig å benytte tappevogner med digelkapasiteter som kan varieres innenfor en skala fra ca. 3m<3> til 6m<3> eller mer, basert på en maksimal digeldiameter på 2m.

Ved fremstilling av digler med forskjellig kapasitet, vil det normalt være lengden (eller dybden) til den bakre digeldelen 10b, med ubrutt sylindervegg 22, som tilpasses ønsket kapasitet, slik som antydet med piler A i figur 4, mens den fremre digeldelen 10a, med tappe- og tømmeåpningene, fortrinnsvis vil ha en stort sett fast eller "standard" lengde. Denne standardlengden kan for eksempel utgjøre ca. halve lengden av en digel i øvre del av kapasitetsskalaen, slik at digelen vil få to hovedsakelig like lange digelhalvdeler 10a, 10b. I figur 2 er imidlertid den bakre digeldelen 10b vist med kortere lengde enn den fremre digeldelen 10a, slik at denne digeldelen er beregnet for en digel som hører hjemme i nedre del av kapasitetsskalaen.

For opplagring av digelen 10 i tappevognen er hver av dens endevegger 24 utstyrt med et par utstikkende, nedadvendte lagertapper 44 som er innrettet til å opptas i motsvarende lagertappseter 46 (figur 5) i digelens 10 bærekonstruksjon. Endeveggene 24 er videre utformet med avstivningsribber 48 for fordeling av opplagringskraften over endeveggene. Lagertappene 44 er fortrinnsvis anordnet i øvre del av endeveggene, med innbyrdes horisontal og vertikal avstand, som vist i figur 3.

En fordelaktig utføringsform av digel-bærekonstruksjonen 12 fremgår av figur 4. Her er setene 46 for lagertappene 44 i hver ende av digelen 10 anordnet i respektive opphengselementer 50 som, med innbyrdes avstand tilsvarende avstanden mellom lagertapp-parene i digelens endevegger 24, via hjul 52 hviler horisontalt forskyvbart på hvert sitt bæreelement 54 som i sin tur via hjul 56 er forskyvbart opplagret i hver sin av to parallelt skråttløpende føringer 58 som i sine øvre og nedre ender er fastgjort til tappevognens hovedramme 2. Opphengsele-mentenes 50 horisontalbevegelse avstedkommes vha. respektive kraftsylindere 59, mens bæreelementenes 54 bevegelse langs føringene 58 avstedkommes ved hjelp av respektive kraftsylindere 61 (figur 6).

Lastavkjennende midler, så som veieceller 60, kan hensiktsmessig være anordnet i tilknytning til digelopphenget, for enkel bestemmelse av tappet smelte-vekt.

Som ovenfor nevnt er digelens tappeåpning 38 innrettet til å samvirke med et tappehode 16. Tappehodet 16 har en noe langstrakt form tilpasset tappeåpnin-gens 38 form og er, nær sitt ene endeparti, ved 61 forbundet med en overliggende, horisontalt i digelens 10 lengderetning forløpende bro 62 som nær hver ende er forbundet med øvre ende av en svingarm 64 som i sin nedre ende er svingbart forbundet med den øvre ende av bærekonstruksjonens 12 opphengselement 50. Broen 62 er i hver ytterende også forbundet med stempelstangen til en kraftsylinder 66 som i sin nedre ende er dreibart opplagret i hvert sitt av opphengselementene 50. Ved hjelp av sylindrene 66 kan broen 62 med tappehodet 16 svinges fra en tappestilling der tappehodets omkretskant presses til tettende anlegg rundt tappeåpningen 38, til en oppsvingt stilling som antydet med tynne konturlinjer i fig. 5, der digelen 10 fritt kan demonteres for utskifting, f.eks. i forbindelse med slaggrensing.

Tapperøret 14 er innrettet til å svinges, som antydet med piler B i fig. 4, ut fra sin i figur 1 viste hvilestilling langs digelen 10 parallelt med dens lengdeakse, til en nedad og utad forløpende skråstilling til side for vognen, som vist i figur 6, i alt vesentlig på samme måte som tapperøret til tappevognen ifølge førnevnte NO 132 774. Tapperøret 14 er således, via en vugge 70, opplagret på en skråstilt svingtapp 68 i en brakett 69 som er festet til tappehodet. Braketten 69 bærer også en skråstilt kraftsylinder 71 (i fig. 4 bare antydet ved dens senterlinje), for tapperø-rets svingebevegelse. Tappehodet 16 har i sin endevegg 68, motsatt dets ende-forbindelse 61 med broen 62, en åpning omgitt av en setering som tettende samvirker med et motsvarende utformet endeparti av tapperøret 14 når dette er svingt ned til sin tappestilling. Disse detaljene ved tapperørets forbindelse med tappehodet er ikke nærmere vist og beskrevet her, ettersom de tydelig fremgår av NO 132 774.

I figur 6 er tappevognen ifølge oppfinnelsen vist i posisjon ved siden av en elektrolysecelle 80, med tapperøret 14 i utsvingt tappestilling. Det fremgår av figuren at digelen 10, for enkel og hurtig posisjonering av tapperøret 14 i forhold til elektrolyseovnen, kan manøvreres horisontalt mellom to ytterstillinger som antydet med piler C, ved horisontal forskyvning av opphengselementene 50 på bæreelementene 54 i vognens tverretning, samtidig som bæreelementene kan beveges opp og ned langs de skråttløpende føringene parallelt med tapperørets lengdeakse, som antydet ved piler C. På figuren er digelen 10 med tilbehør vist i sin øvre, "bakre" (dvs. lengst fra elektrolyseovnen) ytterstilling, mens hhv. digelens 10 og tapperørets 14 øvrige ytterstillinger er antydet med konturlinjer. Med digelen i sin øvre, tilbaketrukne posisjon kan tappevognen bringes ca. 1m nærmere elektrolyseovnen enn hva som er mulig med konvensjonelle tappevogner med utsvingt tapperør. Løsningen innebærer derved verdifull plassbesparelse i tverretningen mellom elektrolysecellene. Samtidig blir posisjoneringen av tapperøret i ovnen enklere ved at digelen med tapperøret senkes parallelt med tapperørets lengdeakse.

Når digelen skal fjernes fra bærekonstruksjonen i transportinnretningen, kan den enkelt frigjøres fra tappehodet og tapperøret ved at disse, ved hjelp av bærekonstruksjonens bro 62 og kraftsylindere 66, svinges opp fra sin forbindelse med digel-tappeåpningen 38, hvoretter digelen fritt kan løftes ut fra bæreinnret-ningen.

Selv om bærekonstruksjonen 12 er vist og beskrevet i forbindelse med en transportinnretning i form av en tappevogn, kan den med enkle midler tilpasses for bruk i forbindelse med andre former for egnet transportinnretning. I figur 7 - 8 er det vist en modifisert bærekonstruksjon 112 for bruk i forbindelse med en kran som transportinnretning. Bærekonstruksjonen 112 er her i form av et åk med bærearmer 154 forbundet med et krokformet, nedre opphengsparti 150 utstyrt med seter 146 for digelens 10 lagertapper 44. I den viste utføringsform er åket 112 via en teleskopisk lengderegulerbar forbindelse 113 og svingkrans 115 forbundet med en overliggende transportinnretning antydet ved linjen 117, f.eks. løpekatten til en traverskran. Om ønskelig kan imidlertid åket 112 enkelt tilpasses for opphengning i en krankrok eller liknende.

I likhet med den ovenfor beskrevne bærekonstruksjonen 12, er bærekonstruksjonen eller åket 112 ifølge fig. 7-8 utstyrt med tappehode 16 forbundet med bro 62, svingarmer 64 og kraftsylindere 66 forbundet med åk-opphengspartiet 150. Bærekonstruksjonen 112 er imidlertid ikke utstyrt med organer for posisjonering av tapperøret i smelteovnen, så som skråføringene 58 i bærekonstruksjonen 12, idet de nødvendige posisjoneringsbevegelser ivaretas av kranen og eventuelt teleskopforbindelsen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for bruk ved tapping av smeltet metall fra aluminium-elektrolyseovner og liknende til en tappedigel med hovedsakelig sirkulærsylindrisk tverrsnittsform, hvor digelen (10) under en tappeoperasjon er opplagret i en transportinnretning, karakterisert ved at tappedigelen (10) opplagres i transportinnretningen liggende med sin akse (20) hovedsakelig horisontalt.

2. Digel for tapping av smeltet metall fra aluminium-elektrolyseovner og liknende til digelen (10) via et tapperør (14) og tappehode (16), med digelen opplagret i en transportinnretning (12;112), hvilken digel omfatter en hovedsakelig sirkulærsylindrisk sidevegg (22) med tappeåpning (38) samt endevegger (24), karakterisert ved at digelen (10) er innrettet til å opplagres i transportinnretningen liggende med sin akse (20) hovedsakelig horisontalt.

3. Digel ifølge krav 2, karakterisert ved at digelens endevegger (24) er utstyrt med organer (44) for opphenging av digelen i transportinnretningen via en bærekonstruksjon (12; 112).

4. Digel ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at digelen (10) langs et radialplan er delt i to deler (10a, 10b) som tettende sammenholdes ved hjelp av en flensforbindelse (26, 28) med tetninger (30, 32).

5. Bærekonstruksjon for opplagring av en tappedigel (10) med hovedsakelig sirkulærsylindrisk sidevegg (22) og endevegger (24), for bruk ved tapping av smeltet metall fra aluminium-elektrolyseovner og liknende til digelen ved hjelp av et tapperør (14) som under en tappeoperasjon via et tappehode (16) kommuniserer med en tappeåpning (38) i digelens (10) sidevegg (22), karakterisert ved at bærekonstruksjonen er innrettet for opplagring av digelen (10) liggende med sin akse (20) hovedsakelig horisontalt, og ved at tapperøret (14) og tappehodet (16) er svingbart opplagret på bærekonstruksjonen, for bevegelse mellom en fra digelen oppsvingt stilling der de ikke kommuniserer med digelens (10) tappeåpning (38), til en tappestilling der tapperøret kommuniserer med tappehodet og tappehodet kommuniserer med digelens tappeåpning (38).

6. Bærekonstruksjon ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter opphengselementer (50; 150) utformet med seteorganer (46; 146) innrettet til å samvirke med respektive lagerorganer (44) i hver av digelens (10) endevegger (24).

7. Bærekonstruksjon ifølge krav 6, karakterisert ved at tapperøret (14) og tappehodet (16) er forbundet med en bro (62) som er svingbart forbundet med opphengselementene (50; 150).

8. Bærekonstruksjon ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter to parallelle, med innbyrdes avstand anordnete føringer (58) som er innrettet til å monteres i en digel-transportinnretning langs et skråplan med hovedsakelig samme vinkel som tapperørets (14) skråvinkel under tappeoperasjonen, samt to digel- bæreelementer (54) som er forskyvbart opptatt i hver sin av de to føringer.

9. Bærekonstruksjon ifølge krav 6-8. karakterisert ved at opphengselementene (50) er anordnet horisontalt forskyvbart på bæreelementene (54).

10. Bærekonstruksjon ifølge krav 7, karakterisert ved at den er i form av et åk (112) med bærearmer (154) forbundet med opphengselementene (150).