NO345594B1

NO345594B1 - Innretning for måling av metallnivået i et reduksjonskar

Info

Publication number: NO345594B1
Application number: NO20100954A
Authority: NO
Inventors: Peter Palsson
Original assignee: Aventics Gmbh
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2021-05-03
Also published as: US20110073466A1; NO20100954L; CA2709206A1; WO2009074319A1; DE102007059962B3; CA2709206C; SE535088C2; SE1050732A1

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører en innretning for fremstilling av aluminium inkludert et katodekammer, anodemiddel, en elektrisk kilde for å skape likestrøm mellom katodekammeret og anodemiddelet for ekstraksjon av smeltet aluminium ut av badet, og en sammenstilling for å brekke opp skorpen, som dannes under fremstillingen i området ved anodemiddelet, med en meisel drevet av en pneumatisk sylinder, som har en sensor for å detektere slaget til sylinderens stempelstang, og er elektrisk koblet til en tilkobling til en elektronikkenhet, mens en annen tilkobling er koblet til katodekammeret for å skape en vekselstrøm mellom meiselen og katodekammeret og måle potensialet og/ eller vekselstrømmen mellom disse to.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Den meget viktige kilden aluminium er nå til dags frembrakt med fremgangsmåter som en Hall/Heroult-celle. Med denne fremgangsmåten ekstraheres aluminium ut av et bad ved å skape en elektrisk strøm mellom katodekammeret, som inneholder badet, og en anode. Dermed skapes et lag med smeltet aluminium i bunnen av katodekammeret og ekstraheres ved avsug, mens oksygen dannet under elektrolysen reagerer med karbon på anoden til karbondioksid. Videre dannes en skorpe, som dekker badet, i anodeområdet. Denne skorpen må brekkes opp for å forsyne mer aluminiumoksid til katodekammeret under fremstillingen av aluminium.

Dagens standard

WO 01/06039 fremlegger en slik innretning for fremstilling av aluminium med Hall/Heroult-celle som inkluderer et katodekammer, anodemiddel og en elektrisk kilde for å skape en elektrisk strøm mellom kammeret og anoden. Videre arrangeres en sammenstilling inneholdende en pneumatisk sylinder med en meisel, som er elektrisk koblet med en elektronikkenhet til kammeret, for å brekke opp skorpen som dannes under fremstillingsprosessen for aluminium i anodeområdet. Den pneumatiske sylinderen og dermed bevegelsen til meiselen, kontrolleres med den elektriske koblingen av meiselen til kammeret, slik at termisk belastning på meiselen under oppbrekkingen av skorpen og dyppingen inn i smelten, minimaliseres.

US 4857157 fremlegger en fremgangsmåte for å kontrollere tilsatsen av aluminiumoksid til Hall/Heroult-cellen ved hjelp av måling av badnivået og smelten i kammeret. Således detekteres hevingen av en meisel i en sammenstilling for å brekke opp skorpen, med en elektrisk kontakt og en motstand. Når meiselen da får kontakt med badet, øker motstandspotensialet plutselig og strømøkningen for meiselen noteres. Med en estimert høyde på laget med smeltet aluminium er det dermed mulig å beregne badhøyden.

Ulempen med dagens standard er at nivået på laget med smeltet aluminium bare kan estimeres, ikke måles. På grunn av lekkasjestrømmer fra badet er det elektriske potensialet i toppen av meiselen høyere enn ved bunnen. Siden det elektriske potensialet måles i toppen av meiselen, forårsaker dette måleunøyaktigheter. Et annet problem er at spenningen fra den elektriske kilden varierer.

US 4563255 beskriver et skorpebrytende sylinderarrangement med en meisel drevet av en pneumatisk sylinder. Meiselen er anordnet på den distale enden av stempelstangen til den pneumatiske sylinderen. Imidlertid er meiselen laget av ett stykke og omfatter ikke bare elektrisk isolerte deler og en elektrode bare på dens nedre del.

Oppfinnelsens formål

Det er derfor oppfinnelsens oppgave å fremskaffe en innretning for å måle nivået på laget med smeltet aluminium med stor nøyaktighet.

Dette formålet oppnås med en meisel med elektrisk isolerte sidevegger, der meiselen innbefatter en elektrode i bunndelen og elektrisk koblingsmiddel for kobling av elektroden i bunndelen til en tilkobling på en elektronikkenhet, slik det er angitt i krav 1. Dermed er det mulig å måle nivået på laget med smeltet aluminium i kammeret siden målepunktet beveges til bunndelen av meiselen og lekkasjestrømmer ikke har påvirkning på målingen.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen plasseres det elektriske tilkoblingsmiddelet inni et hulrom langs midtaksen av meiselen og toppdekselet til meiselen er elektrisk isolert til denne. Dermed kan meiselen lages av konvensjonelt materiale, mens en nøyaktig måling garanteres.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen dannes det elektriske koblingsmiddelet av en elektrisk kabel. Dette innebærer fordelen av at en lavkostnadskobling til en tilkobling til elektronikkenheten kan oppnås.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen dannes det elektriske koblingsmiddelet av en meiselstang, som plasseres i hulrommet i meiselen og tjener som et mekanisk feste-element for meiselrøret og dekselet på meiselen. Derved er det mulig å oppnå en slitesterk utgave av meiselen.

Ifølge en ytterligere utførelsesform består meiselen av et elektrisk isolerende materiale. Fordelen er at en slik meisel bare er ledende på de ønskede overflater.

Ifølge oppfinnelsen er sideveggene til meiselen elektrisk isolerte. Dette innebærer fordelen av at lekkasjestrømmer med liten anstrengelse kan unngås fordi en konvensjonell meisel kan anvendes i kombinasjon med et isolerende belegg.

Ifølge en annen utførelsesform kobles meiselen til stempelstangen via en mekanisk kobling som er av et elektrisk ledende materiale. Ved å anvende denne fremgangsmåten kan koblingen av meiselen til elektronikkenheten utføres med liten anstrengelse siden det kan gjøres via den pneumatiske sylinderen.

Ifølge en ytterligere utførelsesform er det isolerende materialet et keramisk materiale. Derfor utføres en pålitelig isolasjon.

Ifølge en annen foretrukket utførelsesform er sensoren en resistiv sensor. Fordelen er at stempelstangslaget til den pneumatiske sylinderen og derved meiselslaget, kan noteres nøyaktig og med liten anstrengelse.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå beskrives i mer detalj med bakgrunn i utførelsesformene og med referanse til tegningene, deri:

Fig.1 skjematisk viser innretningen for fremstilling av aluminium ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen,

Fig.2 skjematisk viser innretningen for fremstilling av aluminium ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen, og

Fig.3 skjematisk viser innretning for fremstilling av aluminium ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av tegningene

I fig.1 vises innretningen for fremstilling av aluminium ifølge oppfinnelsen, som innbefatter et katodekammer 1 og anodemiddel 2, som er forbundet med en – ikke vist – elektrisk kilde. Denne elektriske kilden skaper en elektrisk strøm mellom katodekammeret 1 og anodemiddelet 2 for å føre til virkningen av en Hall/Heroult-celle i et bad 4, der aluminium forekommer i en forbindelse. Derved akkumuleres et lag med rent aluminium 3 i bunnpartiet av katodekammeret 1, mens et lag med skorpe 5 dekker badet 4 i nærheten av anodemiddelet 2. For å brekke opp denne skorpen 5 plasseres en sammenstilling 6 nær katodekammeret 1. Denne sammenstillingen 6 innbefatter en pneumatisk sylinder 7 med en stempelstang 8, som er koblet mekanisk til en meisel 9 via en mekanisk koblingsdel 10 i et elektrisk ledende materiale. Meiselen 9 er videre koblet via den mekaniske koblingsdelen 10 og stempelstangen 8 elektronisk til en elektronikkenhet 11, mens en annen tilkobling til elektronikkenheten 11 er koblet til katodekammeret 1. I den øvre delen av den pneumatiske sylinderen 7 er det dessuten plassert en lineær sensor 12 for å detektere stempelstangens 8 slag og meiselen 9. For å unngå lekkasjestrømmer gjennom sideveggene til meiselen 9 fremskaffes et isolerende materiale 13.

Under fremstillingen av rent aluminium 3 ut fra badet 4 i en Hall/Heroult-celle brekkes den skorpen 5 som utvikler seg, opp med meiselen 9. Slaget av meiselen 9 som beveges av den pneumatiske sylinderen 7, kontrolleres av elektronikkenheten 11. Derfor påtrykkes en relativt lav spenning på meiselen 9 og avhengig av den elektriske strømmen målt ved tilkoblingen til elektronikkenheten 11 koblet til katodekammeret 1, beveges meiselen 9 nedover og ettersom tilfellet tilsier, trekkes tilbake. I området med skorpen 5 er ledningsevnen meget lav, mens i laget i badet 4 er det høyere og oppnår sitt maksimum i laget med rent aluminium 3, der meiselen 9 må trekkes tilbake raskt på grunn av den meget høye temperaturen. Siden den lineære sensoren noterer stempelstangens 8 slag og meiselen 9, i kombinasjon med elektriske strømmer målt med elektronikkenheten 11, kan nivåene til de forskjellige lagene måles.

I fig.2 er som motsats bare den indre delen og bunndelen av meiselen 9 koblet elektronisk til elektronikkenheten 11 via en meiselstang 15 i et hulrom 16 i meiselen 9, mens det mellom sideveggene til meiselen 9 og meiselstangen 15 er et luftmellomrom. Lekkasjestrømmer mellom sideveggene og bunndelen av meiselen 9 indikeres med en motstand. Videre er toppdekselet 14 mellom meiselen 9 og koblingsmiddelet i et isolerende materiale.

I fig.3 er meiselen 9 laget fullt ut av et isolerende materiale 13, mens den elektriske koblingen til elektronikkenheten 11 utføres med en kabel 17, som løper i den indre del av meiselen 9. Igjen er toppdekselet 14 til meiselen 9 i et isolerende materiale.

Referansetegn:

1. katodekammer

2. anodemiddel

3. aluminiumslag

4. badlag

5. skorpelag

6. sammenstilling

7. pneumatisk sylinder

8. stempelstang

9. meisel

10. mekanisk koblingsdel

11. elektronikkenhet

12. lineær sensor

13. isolasjonsmateriale

14. toppdeksel til meisel i isolerende materiale

15. meiselstang

16. hulrom

17. kabel

Claims

Patentkrav

1. Innretning for fremstilling av aluminium inkludert et katodekammer (1), anodemiddel (2), en elektrisk kilde for å skape en likestrøm mellom katodekammeret (1) og anodemiddelet (2) for ekstraksjon av smeltet aluminium (3) ut av et bad (4) og en sammenstilling (6) for å brekke opp en skorpe (5), som dannes under fremstillingen i området med anodemiddelet (2), med en meisel (9) drevet av en pneumatisk sylinder (7) som har en sensor (12) for å detektere slaget av en stempelstang (8) til sylinderen (7) og er elektrisk koblet til en tilkobling på en elektronikkenhet (11), mens en annen tilkobling til elektronikkenheten (11) er koblet til katodekammeret (1) for å skape en vekselstrøm mellom meisel (9) og katodekammeret (1) og måle potensialet og/ eller vekselstrømmen mellom begge,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t sideveggene til meiselen (9) er elektrisk isolerte og meiselen (9) innbefatter en elektrode i dens bunndel og elektrisk koblingsmiddel for kobling av elektroden i bunndelen til en tilkobling på elektronikkenheten (11).

2. Innretning ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det elektriske koblingsmiddelet er plassert inni et hulrom (16) langs midtaksen av meiselen (9) og der et toppdeksel (14) til meiselen (9) er elektrisk isolert dertil.

3. Innretning ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det elektriske koblingsmiddelet dannes av en elektrisk kabel (17).

4. Innretning ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det elektriske koblingsmiddelet dannes av en meiselstang (15), som plasseres i et hulrom (16) i meiselen (9) og tjener som et mekanisk feste-element for meiselrøret og toppdekselet (14) til meiselen (9).

5. Innretning ifølge ett av kravene 2-4,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t meiselen (9) består av elektrisk isolerende materiale (13).

6. Innretning ifølge ett av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t meiselen (9) kobles til stempelstangen (8) via en mekanisk koblingsdel (10), som består av et elektrisk ledende materiale.

7. Innretning ifølge ett av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det isolerende materialet (13) er av et keramisk materiale.

8. Innretning ifølge ett av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t sensoren (12) er en resistiv sensor.