NO328847B1 - Elektrolysebeholder for produksjon av aluminium ved Hall-Heroult elektrolyseprosessen og aluminiumsproduksjonsanlegg som benytter Hall-Heroult eletrolyseprosessen - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår produksjon av aluminium ved elektrolyse ved bruk av Hall-Héroultprosessen og installasjoner beregnet for industriell bruk av denne prosessen. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen styring av termiske forandringer i elektrolysekar og midler for kjøling for å oppnå denne styring.

Kjent teknikk

Metallisk aluminium fremstilles industrielt ved elektrolyse, nemlig elektrolyse av aluminiumoksyd i oppløsning i et smeltet kryolittbad kalt et elektrolyttbad, ved bruk av den velkjente Hall-Héroultprosessen. Elektrolyttbadet inneholdes i et kar som omfatter en stålbeholder som på innsiden er belagt med ildfaste og/eller isolerende materialer, og en katodeanordning beliggende på bunnen av karet. Elektrolysestrømmen, som kan komme opp i verdier på mer enn 300 kA, danner reaksjoner for reduksjon av aluminiumoksyd og holder også elektrolyttbadet på en temperatur i området 950 °C på grunn av Joule-effekten.

Elektrolysekaret reguleres vanligvis slik at det er i termisk likevekt, med andre ord at den samlede mengde varme som avgis fra elektrolysekaret kompenseres for av varme som produseres i karet, hvilken hovedsakelig kommer fra elektrolysestrømmen. Det termiske likevektspunktet er vanligvis valgt slik at det oppnås de beste driftstilstander, både teknisk og økonomisk. Særlig innebærer muligheten til å opprettholde en optimalt innstilt temperatur en betydelig innsparing av omkostninger for aluminiumproduksjonen, fordi Faradayvirkningsgraden holdes på en meget høy verdi og i de mest effektive anlegg overstiger 90 %.

Termiske likevektstilstander avhenger av de fysiske parametre til karet slik som dimensjonene og typen av komponentmaterialer, og driftstilstander for karet slik som den elektriske motstanden til karet, badtemperaturen eller intensiteten til elektrolysestrøm-men. Karet er ofte slik konstruert og regulert at det dannes en rygg av størknet bad på sideveggene til karet, og som særlig hindrer at foringen på veggene angripes av den flytende kryolitt.

Forklaring av problemet

Produksjonsindustrien for aluminium ved elektrolyse møter ofte behovet for industrielle installasjoner som stabiliserer og opprettholder driftstilstanden for elektrolysekar i den hensikt å optimalisere drift av anlegget, men de må også akseptere vilkårlige endringer av driftstilstandene, som kan være ganske forskjellig fra nominelle tilstander. Med andre ord er det ofte nyttig å kunne regulere eller modulere driftstilstanden til elektrolysekar mens deres normale tekniske egenskaper opprettholdes eller til og med forbedres, uten tilsvarende økning av produksjonsomkostningene. For eksempel oppstår denne typen situasjon når det er nødvendig å variere strømmen i en rekke elektrolysekar som en funksjon av en elektrisitetskontrakt.

På bakgrunn av dette formål har det vært søkt etter fremgangsmåter og midler for å regulere termiske forandringer og å stabilisere de termiske tilstander i elektrolysekar, og som ikke krever store investeringer og ikke innebærer uakseptable tilleggsomkostninger for drift, mens det oppnås god virkningsgrad og mulighet for tilpasning.

Det har tidligere blitt foreslått at kar bør være utstyrt med særskilte midler for evakuering og avgivelse av varme som produseres av elektrolysekar på en regulert måte. Særlig foreslår SU-oppfinnersertifikatene 605 865 og 663 760 å utstyre kar med et kjølesystem som reguleres fra utsiden, og som omfatter hermetiske hulrom på sidene og variérbare termiske avskjerminger og midler for transport av luft, utstyrt med reguleringsventiler under karet. Luft avgis til midlene for transport av luft ved hjelp av en vifte eller en kompressor. Disse anordninger krever en stor og komplisert infrastruktur.

EP-patentsøknad 0 047 227 foreslår også at den termiske isolasjon på karet bør økes og at karet bør være utformet med varmekanaler utstyrt med varmevekslere. Varmekanaler passerer gjennom beholderen i karet og den termiske isolasjon og er innplugget i karbonholdige deler slik som kantplater. Denne løsningen er ganske komplisert og kostbar å montere, og krever også store modifikasjoner av karet.

For særlig å fremme dannelsen av en rygg av størknet bad beskriver US 4 087 345 en karbeholder utstyrt med avstivninger og en forsterkende ramme konstruert til å fremme kjøling av sidene av karet ved naturlig konveksjon med omgivelsesluft. Denne typen anordning krever installasjoner festet til karbeholderen. Dessuten er statiske anordninger ikke særlig egnet for nøyaktig regulering av termiske forandringer.

For å regulere dannelsen av ryggen av størknet bad og å gjenvinne en del av varmen som forlater sidene av karet, foreslår US 4 608 135 bruk av et kar der kanaler er dannet mellom kantflatene og den innvendige isolasjon i beholderen, og luftinnløpsåpninger på sidene av karet. Kanaler kommuniserer først med åpningene og dessuten med innsiden av oppsamlingsanordningen som er fastgjort på karet. Oppsamlingsanordningen suger inn omgivelsesluft fra sidene av karet gjennom åpningene og leder strømmen av denne gjennom kanalene langs kantflatene, og har kjølende virkning på disse. Luftstrømmen reguleres av dempere utstyrt med ventiler, beliggende på sidene av oppsamlingsanordningen, som virker som bypass-rør. Denne anordningen krever store modifikasjoner av karet og muliggjør ikke uavhengig regulering av kjøling, ettersom regelmessig arbeide på karet gjør det nødvendig å åpne dekslene på oppsamlingsanordningen som forstyrrer virkningen av demperne.

Fra en artikkel av H. Kvande med tittelen "Common cathode failures and remedies" publisert ved "8th International Light Metals Congress", Leoben - Wien 1987, side 160 - 162, er det kjent å kjøle sidene av et elektrolysekar med trykkluft.

Etter at det ble konstatert at det ikke finnes noen tilfredsstillende kjente løsninger var oppgaven å finne effektive og tilpassbare midler for å evakuere og fjerne varme som produseres av elektrolysekaret, hvilke enkelt kan monteres og som ikke krever noen store modifikasjoner av karet, og særlig av karbeholderen, eller noen stor infrastruktur. For å muliggjøre bruk i eksisterende anlegg og i nye anlegg ble det særlig søkt etter midler for å modifisere energien til karene, hvilke enkelt kan tilpasses forskjellige typer kar eller forskjellige driftstilstander for den samme typen kar, og som er egnet for industrielle installasjoner, omfattende et stort antall kar i serier.

Oppfinnelsen

Den første gjenstand for oppfinnelsen er et elektrolysekar for produksjon av aluminium med Hall-Héroult-elektrolyseprosessen, og som omfatter midler for kjøling ved å blåse luft med fordelte dyser, som angitt i det etterfølgende patentkrav 1.

Den andre oppfinnelsesgjenstand er et produksjonsanlegg for aluminium som benytter Hall-Héroult-elektrolyseprosessen, og som kjennetegnes ved at det omfatter kar i henhold til oppfinnelsen.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Elektrolysekaret i henhold til oppfinnelsen, for produksjon av aluminium ved bruk av Hall-Héroult-elektrolyseprosessen, omfatter en stålbeholder, innvendige foringselementer og en katodeanordning, og kjennetegnes ved at den omfatter midler for kjøling, for blåsing av luft med dyser fordelt rundt karbeholderen.

I henhold til oppfinnelsen blåses således luft, og med andre ord åpnes kretsen og luftstrømmen gjenvinnes ikke. Luftstrømmen som blåses mot overflaten fortynnes i omgivelsesluft, slik at det ikke er vesentlig å benytte særskilte midler for kjøling av den blåste luften, som oppvarmes når den kommer i kontakt med veggene.

Luft som blåses i form av stråler, med andre ord som blåses i form av retningsbestemte og avgrensede strømmer, blåses således mot et forholdsvis lite område av karbeholderen, for effektivt å kjøle karveggen på bestemte steder. Strålene er fordelt rundt karbeholderen for å bestemme foretrukne kjøleområder på overflaten av karbeholderen, og disse områder bestemmes fortrinnsvis som en funksjon av varmeprofilen til karet, særlig for å øke kjøleeffektiviteten.

Nærmere bestemt kjennetegnes disse midler for kjøling ved de omfatter midler for å blåse luft for å kjøle karbeholderen, med andre ord for å evakuere og spre varmen som produseres av karet i karbeholderen, idet midlene for blåsing danner lokale stråler, og ved at de omfatter midler for en bestemt fordeling av strålene rundt karbeholderen.

Oppfinnelsen kan således regulere eller modulere energien til elektrolysekarene ved bruk av effektive og tilpassbare midler for kjøling, hvilke kan være i form av fast eller variabel ekstra kjøleenergi over den nominelle energi. Oppfinnelsen gjør det således mulig å modifisere energien for hvert kar individuelt.

Luftstrømmen fra blåsemidlene i henhold til oppfinnelsen kan være variérbar for å muliggjøre mer nøyaktig styring av kjølingen eller evt. regulering av kjøling. Det er også fordelaktig å kunne integrere midler i henhold til oppfinnelsen i reguleringssystemer som benyttes for de mest moderne elektrolysekar. Midler for kjøling kan kontrolleres eller reguleres av kar-reguleringssystemet, slik at den termiske forandring kan reguleres mer effektivt og evt. på en automatisk måte.

Karet kan omfatte andre kjølemidler, slik som statiske kjølemidler.

Kjølemidlene kan være løsbare, på den måten at de enkelt kan settes på plass eller tas ut av karet, i noen tilfeller også når dette er i drift. For eksempel når karet skal overhales, kan kjølemidlene fjernes helt eller delvis, hvilket forenkler adkomsten til karbeholderen og vedlikeholdsarbeidet.

Ved noen anvendelser kan det være fordelaktig å sette sammen kjølemidlene i henhold til oppfinnelsen i form av en fullstendig eller delvis automatisk kjøleanordning. Denne typen anordning kan benyttes i en universell anordning og kan forenkle driften i høy grad.

Den generelle luftstrømmen i anordningen kan være variabel.

I henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter kjølemidlene luftfordelingsmidler for å fordele luftstrømmen rundt karbeholderen, midler som driver luft inn i luftfordelingsmidlene og blåsemidler for lokalt å blåse luft i form av stråler, idet blåsemidlene er plassert på bestemte steder på karbeholderen. Fordelingsmidlene omfatter fortrinnsvis midler for lufttransport, slik som kanaler. Blåsemidlene kan være regulerende dyser, ejektorer, trykkrør, stråledyser eller rør. Blåsemidler er fortrinnsvis fordelt langs midlene for lufttransport. Luftstrømmen fra blåsemidlene kan være variabel. Luftstrømmen som skyldes ett eller flere blåsemidler kan også være individuelt variabel.

Anlegget for aluminiumsproduksjon basert på Hall-Héroult-elektrolyseprosessen i henhold til den andre gjenstand for oppfinnelsen kjennetegnes ved at det omfatter kar i henhold til den første gjenstand for oppfinnelsen. Karene kan hver for seg være utstyrt med kjølemidler i henhold til oppfinnelsen.

Karene kan hver for seg være utstyrt med kjøleanordningen i henhold til oppfinnelsen, som eventuelt kan reguleres på en sentralisert måte.

I elektrolyseanlegg er generelt elektrolysekar gruppert eller plassert i rader. I disse tilfeller kan karene fortrinnsvis være utstyrt med kjølemidler i henhold til oppfinnelsen, som kan være fullstendig eller delvis felles for to eller flere kar, med andre ord at to eller flere kar har ett av kjølemidlene felles. Særlig er det i noen tilfeller fordelaktig å arrangere utforminger slik at ett kjølemiddel er felles for to eller flere enn to kar.

Forklaring av figurene

Fig. 1 er et tverrsnitt som skjematisk viser et elektrolysekar som omfatter kjølemidler,

montert i form av en kjøleanordning, i henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Fig. 2 er en sideprojeksjon som skjematisk viser et elektrolysekar i henhold til utførelsen av oppfinnelsen i fig. 1. Fig. 3 er en bunnprojeksjon som skjematisk viser et elektrolysekar i henhold til

utførelsen av oppfinnelsen i fig. 1.

Fig. 4 viser ikke-begrensende varianter av oppfinnelsen der midlene for lufttransport

fullstendig (b) eller delvis (a) omgir elektrolysekaret.

Fig. 5 og 6 viser ikke-begrensende varianter av oppfinnelsen der de samme blåsemidler

er felles for to eller flere kar.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Elektrolysekaret 1 for produksjon av aluminium ved Hall-Héroult-elektrolyseprosessen i henhold til oppfinnelsen omfatter en karbeholder 2 av stål, innvendige foringselementer 3 og en katodeanordning 4, og kjølemidler for blåsing av luft med dyser fordelt rundt karbeholderen 2.

De innvendige foringselementer 3 er vanligvis laget av blokker av ildfaste materialer som kan være termiske isolatorer. Katodeanordningen 4 omfatter forbindelsesstaver 9 festet til elektriske ledere som benyttes for å føre elektrolysestrømmen. Foringselementene og katodeanordningen danner en digel inne i karet, og digelen benyttes for å inneholde elektrolysebadet 7 og laget av flytende metall 6 når karet er fylt. Anodene 11 er delvis neddykket i elektrolysebadet 7. Elektrolysebadet inneholder oppløst aluminiumoksyd og vanligvis dekker et lag av aluminiumoksyd 8 elektrolysebadet.

Det metalliske aluminium 6 som produseres under elektrolysen samles i bunnen av karet, slik at det dannes en ganske veldefinert overgang mellom det flytende metallet 6 og det smeltede kryolittbadet 7. Beliggenheten til denne overgang mellom bad og metall varierer med tiden; den heves når flytende metall samles i bunnen av karet og synker når flytende metall tas ut av karet.

Elektrolysekar reguleres vanligvis ved regulering av flere parametre slik som konsentra-sjonen av aluminiumoksyd i elektrolytten, temperaturen i elektrolysebadet, den samlede høyden til badet eller beliggenheten til anodene. Generelt gjøres det forsøk på danne en rygg 5 av størknet kryolitt på sideveggene 12 til digelen som er i direkte kontakt med elektrolysebadet 7 og med det flytende metallet 6. Disse vegger består ofte av kantplater laget av karbonholdige materialer eller basert på karbonholdige sammensetninger, slik som et SiC-basert ildfast materiale, og av foringslim. For å øke effektiviteten til kjølemidlene i henhold til oppfinnelsen kan sideveggene omfatte forhåndsformete blokker eller sider, fortrinnsvis homogene, bestående av et materiale med høy termisk lednings-evne, i alle tilfeller større enn ledningsevnen til det ildfaste foringslimet, og også fortrinnsvis i det minste lik ledningsevnen til kantplatene som normalt benyttes, for eksempel slik som et SiC-basert materiale.

Fortrinnsvis er karet også utstyr med en oppsamlingsanordning for oppsamling og gjenvinning av gassformete stoffer som avgis av elektrolysebadet under elektrolyse. Oppsamlingsanordningen omfatter et deksel 10 over hele karet, vanligvis utstyrt med hetter og adkomståpninger.

I henhold til en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter kjølemidler midler 28 for lufttransport, slik som kanaler 21 - 24, drivmidler 25 for å blåse luft inn i midlene for lufttransport og blåsemidler 27 for innsprøyting av luft i form av lokale dyser. Disse midler danner fortrinnsvis en kjøleanordning 20.

Midlene 28 for lufttransport kan holdes på plass av forskjellige midler. Særlig kan de være festet til elementer av karstrukturen eller en forsterkning, slik som avstivninger, som kan være modifisert eller tilpasset for dette formål. Midlene 28 for lufttransport kan også være plassert i kontakt med eller nær karbeholderen, eller de kan være festet til dekkplaten på karbeholderen.

Hovedluftstrømmen i anordningen 20 kan fortrinnsvis være variabel, f.eks. ved bruk av ventiler eller ved å variere strømmen fra drivmidlene 25. Luftstrømmen fra ett eller flere blåsemidler kan også være variabel, evt. individuelt, og evt. også med mulighet til å minske strømmen fra noen blåsemidler til null. I noen tilfeller kan luften pulseres.

Kjølemidlene eller kjøleanordningen i henhold til oppfinnelsen kan være fullstendig eller delvis løsbar. Særlig kan kanalene være enkelt løsbare og transportérbare, særlig på grunn av en utforming som består av segmenter og passende monteringsmidler.

Luft som pulserer i midlene for lufttransport blåses mot veggene av karbeholderen, på bestemte steder, ved bruk av blåsemidler 27 som fortrinnsvis er fordelt langs midlene for lufttransport. Blåsemidlene er ikke nødvendigvis ensartet fordelt på overflaten av karbeholderen; det kan noen ganger være foretrukket å konsentrere disse i noen bestemte områder.

Blåsemidlene 27 benyttes for å rette luftstrømmen mot bestemte steder på karbeholderen, f.eks. på høyde med elektrolysebadet 7. Det er fordelaktig at ett eller flere blåsemidler 27 har regulérbar retning. Blåsemidlene sprøyter luft ved en hastighet som fortrinnsvis er mellom 10 og 100 m/s, og fortrinnsvis mellom 20 og 70 m/s.

Antallet, beliggenheten og dimensjonene til blåsemidlene 27, kraften i drivmidlene 25 og utformingen og dimensjonene til midlene 21 - 24 for lufttransport velges slik at luftstrømmen er tilstrekkelig til å muliggjøre tilstrekkelig kjøling og bevirke en bestemt kjølevirkning i de utvalgte blåsepunkter, idet det tas særskilt hensyn til strømnings-forholdene i nettverket.

Drivmidlene 25 for luften kan være en vifte som blåser ut omgivelsesluft, eller en trykkluftblåser slik som en vifte og et blåserør, eller et større system for trykkluft, eller et nettverk for høytrykksluft.

Av hensyn til elektrisk sikkerhet foretrekkes det noen ganger å isolere drivmidlene 25 elektrisk fra resten av anordningen ved bruk av elektrisk isolasjon 26, slik som en seksjon av et rør laget av et elektrisk isolerende materiale.

Kanalene 21-24 kan bestå av metalliske materialer, fortrinnsvis umagnetiske (slik som umagnetisk rustfritt stål eller aluminium), eller isolerende materialer (slik som glassfiber) eller en kombinasjon av disse (slik som en metallkanal utstyrt med en isolerende foring).

Kjøleanordningen 20 kan eventuelt reguleres av hovedreguleringssystemet for karet, for å bevirke en mer effektiv, sentralisert regulering.

Karet kan også være utstyrt med komplementære kjølemidler, særlig statiske kjølemidler slik som ribber eller tilsvarende midler. For å øke effektiviteten til kjølemidlene (eller kjøleanordningen) er det fordelaktig i noen tilfeller og/eller på noen steder på karet å kombinere virkningen av blåsemidlene med virkningen av de komplementære midler.

I henhold til en variant av oppfinnelsen, f.eks. som vist i fig. 1 - 3, danner midlene for lufttransport forgreninger, og er med andre ord slik anordnet at et hovedrør 21 er oppdelt i horisontale forgreninger 22 under karet, vertikale forgreninger 23 på sidene og endene av karet og horisontale forgreninger 24 på sidene og endene av karet. Denne utformingen bevirker tilfredsstillende strømningsmessig balanse i kanalnettverket og forenkler montering av kjøleanordningen. Særlig kan vertikale forgreninger anbringes mellom katodestaver 9.

I henhold til en annen variant av oppfinnelsen, f.eks. som vist i fig. 4, omgir midlene 28 for lufttransport hele eller en del av karbeholderen 2 i elektrolysekaret.

I henhold til de varianter av oppfinnelsen som er vist i fig. 5 og 6 er et enkelt drivmiddel 25 felles for mer enn ett kar, og nærmere bestemt for to eller flere enn to kar i et anlegg. Drivmidlene 25 fordeler luftstrømmen gjennom et nettverk 29 som består av en felles hovedledning 30 og et forbindelsespunkt 31 for hvert kar. Forbindelsespunkter kan være utstyrt med ventiler for å isolere hvert kar individuelt og å ventilere og balansere fordelingen av luftstrømmer. Ventiler og ventilasjon er særlig nyttig når det utføres arbeide på ett bestemt kar eller på noen kar, ettersom de kan isolere karet eller karene mens det opprettholdes tilfredsstillende luftstrømmer for de øvrige kar som er tilkoplet nettverket.

I et anlegg er kjølemidler fortrinnsvis instrumentert eller regulert ved bruk av et reguleringssystem som er felles for mer enn ett kar. For eksempel kan hvert kar som er utstyrt med sine egne kjølemidler eller hver gruppe av kar som er utstyrt med kjølemidler som har felles elementer (særlig drivmidlene) styres av et reguleringssystem som kalles et "førstenivåsystem", og alle kar eller grupper av kar i en bestemt elektrolysehall i anlegget kan også styres av et "andrenivå"-reguleringssystem.

Eksempel

Tester ble utført med 300 kA elektrolysekar med en kjøleanordning i henhold til oppfinnelsen, med de følgende kjennetegn.

Med henvisning til fig. 1 - 3 forløper en hovedkanal 21 i lengderetningen under karbeholderen 2 nesten til midten av karet, og er delt i tre forgreninger 22a, 22b, 22c vinkelrett på hverandre, med mindre tverrsnitt enn hovedkanalen; en langsgående gren 22a forløper under karbeholderen til den andre enden og danner en vertikal gren 23a som stiger langs toppen av karet tilnærmet til samme høyde som kantplaten, og er splittet i to horisontale grener 24a, 24a' som forløper til siden av karet; de to øvrige tverrgående grener 22b, 22c forløper så langt som sidene av karbeholderen og danner vertikale grener 23b, 23c som stiger langs hver side av karbeholderen tilnærmet så langt som kantplaten til karet, og er splittet i to horisontale grener 24b, 24b', 24c, 24c' som forløper på hver side av karet, og forløper så langt som endene av karet. En vertikal gren 23c som tilsvarer grenen 23a er direkte forbundet med hovedkanalen og er også splittet i to horisontale grener 24c, 24c'.

Dyser 27 er ensartet plassert langs grenene. I henhold til testene var antall dyser 5-8 langs hver ende av karet og 15 - 20 dyser langs hver side av karet. Dysene var rettet tilnærmet mot det teoretiske metallbadnivået i de fleste tester. I noen tester var noen dyser rettet mot forsterkningselementer på karbeholderen, og virker således som kjøleribber. Kanalene og dysene var laget av stål, og delvis av rustfritt stål.

Drivmidlene 25 var en mekanisk vifte i noen tester og en vifte med blåserør i andre tester. Kjøleanordningene var utstyrt med midler for å variere luftstrømmen.

Tester viste at kjøleanordningen var effektiv for luftutløpshastigheter fra dysene mellom 10 m/s og omtrent 100 m/s. Effektiviteten til anordningen sank betydelig, særlig for hastigheter mindre enn 10 m/s. Hastigheter på mer enn 100 m/s førte til meget høye trykktap, som ville ha resultert i drivanordninger med uakseptable effekter og/eller omkostninger. De beste resultater ble oppnådd med utløpshastigheter mellom 20 og 70 m/s.

Temperaturmålinger utført ved bruk av termoelementer og pyrometre viste at anordningen var i stand til å bevirke gjennomsnittlige temperaturfall på 50 - 100 °C ved sideveggene. Reguleringen av kjøleanordningen ble enkelt oppnådd ved å variere strømmen av tilført luft.

Overraskende ble det funnet at det var mulig å oppnå tilfredsstillende kjøling ved blåsing av luft i henhold til oppfinnelsen, uten behov for drivmidler og blåsemidler eller for mange eller feiltilpassede kanaler og/eller kanaler som ville kreve for store eller uakseptable investeringer og/eller driftsomkostninger.

Disse tester viste også at luft som blåses inn mot karveggene og som oppvarmes ved kontakt med karet hurtig fortynnes i omgivelsesluften og øker ikke temperaturen i omgivelsesluften vesentlig. Med andre ord viste ikke testene verdier for omgivelses-temperatur som er vesentlig forskjellig fra verdier som normalt måles nær kar i henhold til kjent teknikk, selv når omgivelsestemperaturen kommer opp i ekstreme verdier om sommeren.

Det ble også funnet at støyen bevirket av anordningen var overraskende lav.

Fordeler med oppfinnelsen

Kjølemidlene i henhold til oppfinnelsen er i stand til å evakuere og spre termisk energi som produseres i elektrolysekaret ved optimal styring av noen termiske forandringer og som kan tilpasses værforhold og/eller driftstilstander for karet som kan være vesentlig forskjellig fra nominelle eller standard tilstander. Kjølemidlene kan også nøyaktig styre dannelsen av ryggen inne i kryolyttbadet.

Kjølemidlene eller kjøleanordningen i henhold til oppfinnelsen kan enkelt tilpasses hvilken som helst type kar og forskjellige miljøer. De kan enkelt monteres på eksisterende kar, særlig under renovering av karene, når det monteres temperaturregulering og/eller den nominelle intensiteten endres. Nærmere bestemt forenkler oppfinnelsen variasjoner av energien til karene, f.eks. for å ta hensyn til tekniske, økonomiske og/eller kontraktsmessige begrensninger. Særlig kan oppfinnelsen øke den nominelle intensiteten til eksisterende kar uten å bevirke tidlig nedbryting av karene.

I et elektrolyseanlegg i henhold til oppfinnelsen kan styring av flere kar eller også en hel rekke av kar og driftstilstander optimaliseres samtidig ved å tilpasse kjølemidlene eller anordningen for hvert enkelt kar. Særlig muliggjør oppfinnelsen individuell temperaturstyring av karene i et anlegg, hvilket ofte er nødvendig i anlegg med høy produksjon. For eksempel er dette tilfelle under overgangsfaser som ofte inntreffer når flere kar i den samme raden har ny foring, eller dersom de er forskjellig fra resten av raden.

Oppfinnelsen kan også benyttes for modernisering av eksisterende anlegg uten behov for infrastrukturarbeide som ville gjøre denne typen operasjon uakseptabel.

Oppfinnelsen kan også forlenge brukstiden til et kar nær slutten av brukstiden, dersom det er unormalt varme punkter på karbeholderen.

Claims (17)

1. Elektrolysekar for produksjon av aluminium ved Hall-Héroult-elektrolyseprosessen, omfattende en karbehoider av stål, innvendige foringselementer og en katodeanordning, idet karet er karakterisert ved at det omfatter kjølemidler for blåsing av luftstråler, fordelt rundt karbeholderen, for å danne kjølesoner på overflaten av karbeholderen, idet disse kjølesoner er bestemt av varmeprofilen til karbeholderen, for å øke kjøleeffektiviteten og styringen av varmestrømningene, at kjølemidlene er montert i form av en kjøleanordning, at kjølemidlene omfatter luftfordelingsmidler for fordeling av luftstrømmen rundt karbeholderen, midler for å bringe luft inn i luftfordelingsmidlene og midler for lokal blåsing av luft, for å avgi luft i form av lokale luftstråler, idet midlene for lokal blåsing er anordnet på bestemte steder på karbeholderen, at luftfordelingsmidlene omfatter luftledemidler, at luftledemidlene helt eller delvis omgir karbeholderen, at midlene for lokal blåsing av luft er fordelt langs luftledemidlene i henhold til en bestemt fordeling, omfattende flere luftstråler på hver side av karbeholderen, og at midlene for å bringe luft inn i luftfordelingsmidlene er valgt fra gruppen bestående av vifter, trykkavlastede trykkluftsystemer og overtrykks- luftsystemer.

2. Kar som angitt i krav 1, idet luftstrømmen fra kjølemidlene for blåsing av luft er variabel.

3. Kar som angitt i krav 1 eller 2, idet kjølemidlene for blåsing av luft styres av reguleringssystemet for karbeholderen.

4. Kar som angitt i et av kravene 1 - 3, idet kjølemidlene for blåsing av luft er fullstendig eller delvis løsbare.

5. Kar som angitt i et av kravene 1 - 4, idet luftstrømmen fra ett eller flere av de lokale blåsemidler er variabel.

6. Kar som angitt i et av kravene 1 - 5, idet ett eller flere lokale blåsemidler er regulérbare.

7. Kar som angitt i et av kravene 1 - 6, idet de lokale blåsemidler er valgt blant gruppen bestående av regulerende dyser, ejektorer, luftstrålepumper, dyser og rør.

8. Kar som angitt i et av kravene 1 - 7, idet de lokale blåsemidler blåser luft med en hastighet mellom 10 og 100 m/s, og fortrinnsvis mellom 20 og 70 m/s.

9. Kar som angitt i et av kravene 1 - 8, idet luftstrømmen fra blåsemidlene er variabel.

10. Kar som angitt i et av kravene 1 - 9, idet midlene for lufttransport danner avgreninger.

11. Kar som angitt i et av kravene 1-10, idet sideveggene til digelen dannet inne i karet av foringselementene og katodeanordningen omfatter forhåndsformete blokker.

12. Aluminiumsproduksjonsanlegg som benytter Hall-Héroult-elektrolyseprosessen, idet det omfatter kar i henhold til et av kravene 1-11.

13. Anlegg som angitt i krav 12, idet ett eller flere kar har et av kjølemidlene felles.

14. Anlegg som angitt i krav 12 eller 13, idet to eller flere kar har midlene for lufttransport felles.

15. Anlegg som angitt i krav 14, idet de felles midler for lufttransport fordeler luftstrøm gjennom et nettverk som omfatter en felles hovedkanal og et tilkoplingspunkt for hvert av karene.

16. Anlegg som angitt i krav 15, idet hvert tilkoplingspunkt er utstyrt med i det minste én ventil for å isolere det tilhørende karet som er tilknyttet tilkoplingspunktet og i det minste et utløp for å balansere fordelingen av luftstrømmer.

17. Anlegg som angitt i et av kravene 12-16, idet kjølemidlene reguleres av et reguleringssystem som er felles for to eller flere kar.