NO325867B1 - Apparat for retting av anodenipler for elektrolyseovner - Google Patents

Abstract

Apparat for retting av anodeniplar 15-1 8 for elektrolyseomnar, særleg til aluminiumsindustrien, der anodeniplane vert gjenbrukt og er blitt deformert ved bøying på grunn av fleire gonger oppvarming og nedkjøling. Apparatet omfattar gripeelement 36, 37 for å gripe ein anodenippel og et trykkorgan 38 for å tilføre rettekraft med eit kraftorgan, så som ein hydraulisk sylinder 30. Gripeelementa 36, 37 og trykkorganet 38 er plassert på to innbyrdes svingbare bærestrukturar 25, 28 med kraftorganet 30 som mellomledd. Gripeelementa kan omfatte to gripelabbar 36, 37 som avgrensar ei opning 35 for anodenippelen mellom seg.

Description

Apparat for retting av anodeniplar for elektrolyseomnar

Oppfinninga gjeld eit apparat som beskrive i innleiinga til patentkrav 1, for retting av anodeniplar for elektrolyseomnar.

Bakgrunn

I elektrolyseomnane i eit aluminiumsverk vert straumen tilført med anodar. Anodane omfattar ein aluminiumsstav som via eit stålåk med stålpinnar vert støypt fast i ei anodeblokk. Desse pinnane vert kalla niplar. Aluminiumsverka strevar etter å auke straumstyrken på elektrolyseomnane, for å oppnå større produksjon og effektivitet. Eit av tiltaka for å kunne gjere dette er å auke tverrsnittet på niplane, for å kunne køyre meir straum gjennom desse samt å føre vekk meir varme. Etter ei tid i elektrolyseomnen, vert anoden teken ut, resten av anodeblokka vert fjerna og det vert sett på ny anodeblokk.

På grunn av at den termiske utvidinga av stål og karbon er forskjellig vil niplane over tid verte bøygde inn mot senter av anodeblokka. Dei bøyer seg 1-2 mm for kvar periode anoden er i omnane. Pinnane vert då ståande hjulbeint og det vert kalla "cowboyeffekt."

Etter nokre gongers bruk er niplane bøygde så mykje at dei ikkje passar ned i anodeblokka. Det er og avgrensa kor store hol ein kan lage i blokka før det vert dårleg samband mellom stål og karbon samt at støypejernsmengda vert svært stor. For å auke straumstyrken vert nippeldiameteren auka, for eksempel 140 mm til 180 mm. Ingen av dei kjende nippelrettarane kan nyttast for så kraftige niplar. Ved å auke niplane frå ein diameter på 140mm til 180mm må ein auke kreftene for å rette nippelen, for eksempel frå 36 tonn til 72 tonn, sjølv etter at niplane er varma opp til 600 grader.

Det finst fleire maskiner som kan rette niplar. Frå US-patentskrift 5,471,860 er det kjend ei maskin for å rette niplar på ein anodehengjar. Den vert sett i posisjon i maskinen og åket vert halde fast ved hjelp av to presstykke på kvar side. Retting skjer ved at hydrauliske drevne ringar bender niplane i rett stilling. Denne konstruksjonen har begrensningar i kraftoverføringa, særleg knytt til påverknad av åket.

Frå US-patentskrift 5,268, 083 er det kjend ein liknande maskin med tilsvarande ulemper.

Frå J.H.Magnusson m.fl.: Automatic stub straightening system for rod stubs, i Light Metals, 1995 er det kjend ein maskin for å rette anodeniplar på ein anodehengjar, der rettinga skjer med hydrauliske sylinderpresser og der dei ytre anodeniplane vert varma opp nær åket ved induksjonsoppvarming. Heller ikkje dette apparatet har vist seg tilfredsstillande i praksis.

Frå US-patentskrift 4,667,501 er det kjend eit apparat der anodeniplar vert heidne fast i V-blokker medan dei vert bøygde med ein hydraulisk sylinder som roterar i to armar. Dette apparatet har ikkje vore effektivt nok for dei anodeniplane som er aktuelle i dagens aluminiumsverk.

Hovudproblemet med dagens løysingar er at dei alle bøyer nippelen på ein slik måte at det vert påført store krefter opp i åket. Dette fører til at åket gir etter og det gir to problem. Det eine er at åket tek ein del av kreftene som skulle vore påført nippelen slik at denne ikkje vert retta så mykje som den skulle ha vore. Det andre er at åket etter kvart vert "løfta" slik at dei yttarste niplane vert høgare oppe enn dei skal.

Føremål

Hovudformålet med oppfinninga er å skape eit apparat som kan rette anodeniplane slik at dei kan brukast inntil dei er utslitne. Dette for å redusere vedlikehaldskostnadane som ein no har med utskifting av anodeniplar. Det er behov for å rette anodeniplar som er oppstilt i ulike konfigurasjonar, med ulik diameter og med ulike åkformer.

Det trengs eit apparat som ikkje påfører krefter opp i åket, slik at kreftene verkar berre på anodenippelen, for å rette denne.

I tillegg til dette bør apparatet vere enkelt oppbygd.

Oppfinninga

Oppfinninga er definert i patentkrav 1.

Med dette apparatet vert anodeniplane senka ned i ei "klype" som består av to krumme gripelabbar oppe og ein pressbakke nede. Når apparatet er i kvilestilling er vinkelen på apparatet slik at nippelen smett ned sjølv om den er skeiv. Med 180mm diameter på nippelen vil den kunne være ca 15mm skeiv og likevel entre apparatet. Den øvste eller indre gripelabben i forhold til åket vil då feste seg rundt den øvre eller indre delen av anodenippelen. Den andre gripelabben festar seg på yttersida. Desse to held no nippelen fast medan sylinderen beveger pressbakken nede og bøyer nippelen. Gripelabbane er maskinerte av hardt stål og kan skiftast ut. Dette betyr at same retteapparatet kan nyttast til forskjellige dimensjonar anodeniplar.

Ved å lage retteapparatet modulbasert, kan det same design nyttast for forskjellige design av anodehengarar.

Fleire trekk ved oppfinnelsen er teke med i patentkrav 2-6.

Eksempel

Oppfinnelsen er illustrert i teikningane, der

Figur 1 viser et perspektivriss av ei utføringsform av eit apparat i samsvar med oppfinnelsen, for retting av eit åk med fire anodeniplar på line,

Figur 2 viser eit oppsnitta sideriss av ein hydraulisk operert rettearm,

Figur 3 viser utsnitt av den indre gripelabben,

Figur 4 viser utsnitt av den ytre gripelabben,

Figur 5 viser utsnitt av pressbakken, medan

Figur 6 viser kraftdiagrammet for ein anodenippel under retting.

I Figur 1 er det vist ei utføringsform av eit apparat 11 for retting av anodeniplar på eit åk med to eller fleire anodeniplar. Apparatet 11 er bygd opp med eit kasseforma råmeverk 12 med rektangulær grunnform, Råmeverket 12 gjev plass for to rettemodular 13 og 14 som er utforma og opphengt symmetrisk for å passe til fire anodeniplar 15, 16, 17, 18 på eit stålåk 19 som igjen er festa til ein aluminiumsstav 20.

Rettemodulane 13 og 14 er kva opphengde i to par ledd 21 som er festa til eit øvre stag 22 i råmeverket 12. Dei kan også vera stabiliserte ved underkanten med kvar sitt ledd inn mot eit sentralt tverrstag. Detaljar ved rettemodulane går fram av Figurane 2-5.

Ved utføringsforma i eksemplet kan to anodeniplar rettast samtidig. Ved eit åk med fire anodeniplar må ein derfor flytte retteapparatet og åket innbyrdes og rette i to omgongar.

I Figur 2 er det vist ein rettemodul 13 som er bygd opp med tre hovuddeler:

- eit par bærearmar 25 som er forbundne med ei tverrsteg 26, 27 i kva ende,

- eit par rettearmar 28 som er opplagra på ein svingetapp 29 mellom bærearmane 25, og - ein hydraulisk sylinder 30 som ved drift svingar rettearmane 28 i forhold til bærearmane.

Den hydrauliske sylinderen 30 er opplagra mellom eit stempelstagfeste 31 mellom bærearmane 25 og eit sylinderfeste 32 på eit steg 33 ved den fri enden av rettearmane 28.

Mellom dei opplagra endane av rettearmane 28 er det festa ein kassett 34 med opning 35 for gjennomføring av ein anodenippel som skal rettast.

Sentrale element i kassetten 34 er ein indre gripelabb 36 (Figur 3) og ein ytre gripelabb 37 (Figur 4). plassert i større avstand frå åket. Gripelabbane 36, 37 er festa til kassetten 34 med skruar. I tillegg er det på tverrsteget 27 under kassetten 34 utforma ein pressbakke 38 (Figur 5) for anlegg mot ein anodenippel som skal rettast.

I Figur 3 er det vist ein krum indre gripelabb 36 med ein gripevulst 39 med krumming tilpassa anlegg mot ein generelt sylindrisk anodenippel. Denne er avrunda for å gi eit jamt press mot sylinderen, for unngå å gje merker i nippelen

I Figur 4 er det vist ein krum ytre gripelabb 37 med ein gripevulst 40 som også har krumning tilpassa for anlegg mot ein anodenippel. Denne er også avrunda for å kunne gje eit fast grep utan å lage merke i nippelen. Begge er laga med lengst mulig avstand for å kunne gi det beste momentet i forhold til å holde nippelen fast.

I Figur 5 er det vist utforminga av pressbakken 38 på tverrsteget 27. Pressbakken 38 har ei krum anleggsflate 41 for anlegg mot sida av ein anodenippel. Her vil bøyekreftene verte påført anodenippelen og det er viktig å få mest mulig kraft med mest mulig moment på anodenippelen, utan å lage merker i denne.

I Figur 6 er det vist i større målestokk plasseringa av gripevulstane 39 og 40 og anleggsflata 41 i forhold til ein anodenippel 35 og svingetappen 29. Når sylinderen pressar rettearmane 25 og 28 frå kvarandre, vil kreftene verte fordelt om svingtappen 29. Dei to gripevulstane 39 og 40 held no anodenippelen fast oppe medan pressbakken 38 med anleggsflata 41 vert pressa inn med stor kraft nede. Utforminga er slik at til meir krefter som vert påført pressbakken 38, dess større vert kreftene som held nippelen fast oppe.

På grunn av avstand mellom gripevulstane 39 og 40 vert no alle krefter som vert påført via pressbakken 38 teke opp her og det vert ikkje overført krefter opp i åket.

På grunn av dei kreftene som må til for å bøye nippel med diameter 180mm må ein varme opp nippelen til ca 600 °C, for å redusere kreftene. Til dette vert det i eksemplet nytta ein induksjonsvarmar. Denne varmar opp nippelen i den sona der me ønskjer at bøyinga skal skje. Dette kan variere noko frå design til design. For anodeniplar av det slaget som vert nytta ved aluminiumsverket i Årdal er denne sona ca 30mm frå botn av nippel og 140mm brei. Det gjer at det er kaldast i anleggsflatene og varmast i bøyesona.

For å rette nippelen akkurat så mykje som ønska er det montert eit visionsystem som fortel kor mange mm kvar anodenippel er bøygd. Dette vert overført til styringa på apparatet. Når ein nippel kjem i posisjon går sylinderen til det vert mottrykk i denne. Då veit ein at apparatet er i utgangsposisjon for retting. Ved hjelp av lengdemåling i sylinderen kan ein so rette den ønska lengda.

Test

For å få stadfesta at anodeniplane vil tole den belastning som vert påført samt å få stadfeste at prinsippet vil fungere, så er det bygd ein utførelsesform av oppfinninga. Denne vart montert i eit provisorisk stativ der anodehengaren vart transportert inn med truck og testa ut. Til ein test vart det brukt ein handhalden induksjonsvarmar frå EFD type Minac 50/80 Denne hadde ein effekt på 50 kW kontinuerlig og 80 kW i kortare periodar.

Ved gjennomføring av forsøket vart det målt forskjellige mål på anodeniplane:

A = Avstanden mellom anodeniplane (før og etter retteprosessen) [mm]

B = Avstanden frå ytterkant på anodeniplane (før og etter) [mm]

C = Varmesone (frå underkant til sonen der kor varmen blei tilført).

Målt frå senter av anodenippelen [mm]

h = Innpress i anodenippelen oppe [mm]

12 = Innpress midten [mm]

13 = innpress bunn [mm]

Det viste seg då, at dei anodeniplane som hadde vore i elektrolyseomnen, hadde fått redusert diameter. Dette varierte frå anodenippel til anodenippel. Under testforsøket ble anodenippel-diameteren målt på kvart enkelt forsøk.

Resultat

Testen av apparatet utan å påføre krefter på åket vart gjennomført på ein mest mulig reell måte.

Det vart brukt kran til å løfte på plass anodehengarane som skulle rettast. Dette medførte noko ekstratid og varmetap på niplane i forbindelse med medkjøring og sentrering av anodeniplane til rettepressa. Det viste seg at når niplane var gjennomvarme, held dei godt på temperaturen.

Det vart brukt eit simuleringsprogram for å finne tida ein treng for å få temperatur på ca 650 °C i senter på nippelen. I simuleringsprogrammet vart det innlagt med ein anodenippel-diameter på 180 mm. Varmetida vart sett til 600 s på alle forsøka. Forsøk 1 gav ein indikasjon på at dette var nok til å rette skeive anodeniplar. Dette tilsvarer ein temperatur på ca 770 "C ytterst og ca 650 "C i kjernen på anodenippelen.

Ved bruk av ein kraftigare induksjonsvarmar vil varmetid bli vesentlig redusert.

Det er og viktig at det ikkje vert påført skade på anodeniplane ved retting, då dette vil gi problem med fjerning av støypejern ved neste syklus.

Claims (9)

1. Apparat for retting av anodeniplar (15-18) for elektrolyseomnar, særleg til aluminiumsindustrien, der anodeniplane vert gjenbrukt og er blitt deformert ved bøying på grunn av fleire gonger oppvarming og nedkjøling, og der apparatet omfattar gripeelement (36, 37) for å gripe ein anodenippel og eit trykkorgan (38) for å tilføre rettekraft med eit kraftorgan, karakterisert ved at gripeelementa (36, 37) og trykkorganet (38) er plassert på to innbyrdes svingbare bærestrukturar (25, 28) med kraftorganet (30) som mellomledd.

2. Apparat i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at gripeelementa omfattar to gripelabbar (36, 37) som avgrensar ei opning (35) for anodenippelen mellom seg.

3. Apparat i samsvar med patentkrav 2, karakterisert ved at gripelabbane (36, 37) har sirkelbogeforma gripevulstar (39, 40).

4. Apparat i samsvar med eit av patentkrava 1 til 3, karakterisert ved at trykkorganet er ein pressbakk (38) som er montert på ein svingarm (25), og at gripelabbane (36, 37) er montert i ein bærekassett (34) som er forankra mellom eit par bærearmar (28), idet kraftorganet (30) er plassert mellom armparet (25, 28) for å gje innbyrdes svinging om ein svingetapp (29) og kraftoverføring til retting av ein anodenippel.

5. Apparat i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at gripelabbane (36, 37) er plassert på aksialt motsette sider av svingetappens (29) akse, slik at dei grip fast om anodenippelen ved aktivering av kraftorganet (30), slik at armane (25, 28) vert pressa frå kvarandre.

6. Apparat i samsvar med eitt av patentkrava 1 til 5, karakterisert ved at svingarmen omfattar eit armpar (28) og at gripelabbane (36, 37) er monterte i ein kassett (34) mellom armparet, idet aksen til svingarmens svingetapp (29) går gjennom kassetten.

7. Apparat i samsvar med patentkrav 6, karakterisert ved at svingarmen (28) er opplagra i ein bærestruktur med to vangeplater (25) som er integrert med ei tverrstreve (26, 27) ved kvar ende, idet tverrstreva (27) ved den enden som ligg opptil svingarmens aksel (29) er berar for pressbakken (38).

8. Apparat i samsvar med eit av patentkrava 1 til 7, karakterisert ved at det omfattar samanbygde svingarmar (28) med anlegg (38) for samtidig retting av to til seks anodeniplar, avhengig av konfigurasjonen av anodeåket.

9. Apparat i samsvar med patentkrav 8, karakterisert ved at rettemodulane er monterte saman i forskjellig mønster, avhengig av konfigurasjon av anodeåket.