NO822212L - Fremgangsmaate og anordning for utskifting av aluminiumelektrolyseceller. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for utskifting av smelteelektrolyseceller for elektrolyttisk fremstilling av aluminium, og som er innbyrdes seriekoblet ved hjelp av strømførende stigeledere som er anordnet mellom katodestavenes ytterender i en første celle til langsiden av anodebæreren i den påfølgende celle. Oppfinnelsen angår også et anlegg for utførelse av denne fremgangsmåte.

For utvinning av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminium-oksyd oppløses dette oksyd i en fluoridsmelte, som for største-delen består av kryolitt. Det katodisk utskilte aluminium samler seg under fluoridsmelten på cellens karbonbunn, således at overflaten av det flytende aluminium danner cellens katode. I smelteelektrolytten er det ovenfra neddykket anoder, som ved den almindelig anvendte fremgangsmåte består av amorft karbon. Ved elektrolyttisk spalting av aluminium-oksydet utvikles ved karbonanodene oksyd som forbinder seg med karbonmaterialet i anodene til CO,, og CO. Elektrolysen finner sted i et temperaturområde på ca 940 - 970°C.

I løpet av elektrolysen utarmes elektrolytten på aluminium-oksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1 - 2 vekt% aliminiumr-oksyd i elektrolytten inntreffer såkalt anodeeffekt, som gir seg til kjenne ved en spenningstigning fra f.eks. normalt 4 - 5 V til 30 V og mer. Senest ved dette tidspunkt må

skorpen av fast elektrolyttmaterial på elektrolysebadet gjennombrytes og aluminiumkonsentrasjonen økes ved tilsats av ny oksydleire.

Ved eldre aluminiumoksydceller er aluminiumelektrolysecellen fast innebygget i elektrolysehallens gulv, for det meste i en forsenkning. Levetiden for elektrolysekarets katodeforing er under normale driftsforhold vanligvis 4 - 6 år, og muligens litt lenger . Etter dette må katodeforingen repareres eller utskiftes. Metall-lederdeler i karet eller andre komponenter, kan likeledes gjøre reparasjon eller utskiftning av elektrolysekaret nødvendig. Reparasjon av et sådant kar på stedet varer tilsammen omkring 3-4 uker og under denne tid kan cellen ikke benyttes til fremstilling av aluminium.

I sveitsisk patentskrift nr. 341.003 er det foreslått et arrangement som tillater nedsenkning av elektrolysekaret i et annet rom og videre borttransportering. Dette innbærer at vedkommende elektrolysekar er utstyrt med utragende par-tier på to sider og er montert på en bærende metallramme.

I de tyske patentskrifter nr. 1.136.496 og 1.138.554 er det angitt en elektrolysehall med et fundament i form av en armert betongkonstruksjon, og som er egnet for å romme smelteelektrolyseceller for aluminiumfremstilling. Elektrolysehaller er oppdelt i enkeltblokker som er elektrisk iso-lert fra hverandre.samt fra jord og overbygning både i horisontal og vertikal retning. 5 til 10 elektrolyseceller må holdes i beredskap, hvilket,naturligvis representerer en ytterligere uproduktiv ivestering.

I betraktning av den lange transportvei under de øvrige celler i hallen og de forholdsvis høy omkostninger i for-bindelse med fundamentene for den hevede elektrolysehall,

er det foreslått i tysk patentansøkning nr. 2.855.103 å forsyve katodekarene ut av og inn i elektrolysehallen på tvers av cellerekken omtrent i arbeidsnivå* Elektrolysekaret er her opplagret på fundamenter med en underliggende kjeller-område Før elektrolysekaret fjernes skyves en transportvogn under cellen og karet heves fra fundamentet, Sammenlignet med andre elektrolysehallkontruksjoner, innebærer den fore-slåtte utførelse i nevnte tyske patentansøkning nr. 2.855.103 betraktelig forbedrede sikkerhetsforhold på arbeidsplassen. Det gjenstår imidlertid fremdeles forskjellige ulemper.

Som det særlig vil fremgå av fig, 1 i vedkommende patentan-søkning er det fremdeles påkrevet med underliggende kjeller-rom, hvilket er forholdsvis omkostningskrevende. Kjellerar-beidet er således ikke fjernet, men bare redusert. Tallrike samleskinner må frakobles og ytterligere arbeider er nødvendig for å kunne fjerne cellen.

Før den kan settes i drift må et nytt cellekar tilføres på en transportvogn og et jekksystem anvendes for å senke karet ned på fundamentet. I dette arbeidstrinn av innstallasjonen kan det særlig ved moderne høyeffektceller oppstå sprekker i katoden, hvilket vil drastisk nedsette elektrolysekarets levetid.

Det er derfor et formål for .foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte for utskifting av elektrolysekar i tverrstilte smelteelektrolyseceller for fremstilling av aluminium, og som tillater utskifting av elektrolysecellene i løpet av sterkt nedsatt arbeidstid og gir optilmal arbeidsplass-hygiene , uten at cellene risikerer å bli skadet av meka-nisk påkjenning. Det er videre et formål for oppfinnelsen å utvikle et økonomisk arbeidende produksjonsanlegg for optimal.utførelse av den ovenfor angitte fremgangsmåte.

Med hensyn til den angitte fremgangsmåte er dette formål oppnådd i henhold til oppfinnelsen ved at: stigelederne forbikobles av en kortslutningsinnretning, stigelederne fraskilles og utkobles sammen med løsbare oksyddoserings-,,avgass- og trykkluftledninger samt

elektriske reguleringsledninger,

den celle som skal utskiftes skyves ut av cellerekken uten nivåforandring i cellens lengderetning på minst fire ruller

opplagret på cellens selvbærende elektrolysekar, samt

- beveges gjennom en lukkbar åpning dimensjonert tilsvarende c illestørrelsen- i en langvegg av elektrolysehallen og ut på en lavtransportør med løpebane i nivå med elektrolysehallen for bevegelse i hallens lengderetning, hvorved cellen i

sin helhet transporteres til et celleverksted for reparasjon, og

på tilsvarende en ny elektrolysecelle føres inn i cellerekken, stigelederne kobles til, de forskjellige ledninger tilsluttes og kortslutningsinnretningen fjernes.

Hvis en overaldret eller feilaktig fungerende celle må fjernes fra elektrolysehallen, må det først og fremst sørges for at den elektriske krets som utgjøres av de seriekoblede celler ikke brytes ved fjerning av en elektrolysecelle. De stigeledere som fører til og fra vedkommende celle må derfor forbikobles ved hjelp av en kortslutningsinnretning. Dette gjøres fortrinnsvis ved å anordne en samleskinne med kraftig tverrsnitt over cellen samtidig som det sikres at kontaktmotstanden mellom samléskinnen og stige-lederen holdes så lav som mulig.

Den påfølgende frakobling.av stigelederne utføres hensiktsmessig ved saging, løsning av bolter eller ved hjelp av en svéisebrenner, således at det oppnås nødvendig spillerom

for å fjerne cellen. Etter utkobling av tilførselsledninger og lignende fjernes hele cellen, hvilket vil si:

hele katodekaret med katodestaver,

anodeoverbygningen med resten av stigelederne.,. og dagssiloen..for oksydtilførsel til cellen samt skorpe-bryteren.

I henhold..til oppfinnelsens fremgangsmåte er det derfor ikke nødvendig med noe kjellerarbeide, og cellen kan fjernes raskt og fraskilles infrastrukturen ved hjelp av bare noen få håndgrep. Det vil da ikke bare være mulig å reparere cellens katodedel, men også anodeoverbygningen og alle anodekompo-nenter kan være gjenstand for serviseettersyn i reparasjons-verkstedet. Dette er meget viktig, særlig når det gjelder lange tverrstilte celler som ikke er lett tilgjengelig.

Også fra et driftsøkonomisk synspunkt er den raske utskift-barhet av elektrolysecellene av viktighet, da det tilsvarende produksjonstap kan holdes minst mulig.

Transportøren som kan beveges langs elektrolysehallen, er også egnet for transport av i det minste en tappedigel som kan beveges helt bort til ytterenden av cellen. Hensiktsmessig er støpeanlegget utført slik at en full oppsamlings-digel kan beveges på grunn-nivå fra transportøren til støpe-ovnen.

Med hensyn til foreliggende anlegg for utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte, er dette anlegg utført som angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende patentkrav 2.

Investeringsomkostningene for vedkommende elektrolysehall eller haller kan reduseres i betraktelig grad, da det av grunnarbeide bare er nødvendig med terrengplanering og fjerning av mindre- mengder jord for den nedre betongfundamenthelle, samtidig som intet kjellerarbeide er nødvendig. En øvre betonghelle for elektrolysehallen kan anordnes tett inntil den ene side av den nedre betonghelle. Hvis det imidlertid er planlagt to elektrolysehaller, kan det anordnes, øvre betongheller på begge sider av den nedre betonghelle. I sistnevnte tilfelle kan transportøren utnyttes fra begge sider.

Den elektrolysehall som er anordnet over den øvre betonghelle kan være av lett utførelse da kranbanene bare har forholdsvis beskjedne belastninger å bære, f.eks. ved løft av anoder eller skorpebrytere.

Hensiktsmessig er elektrolysecellene anordnet asymmmetrisk nær inntil den vegg som ligger lengst fra den nedre betonghelle. En bred inspeksjons-gangbane er derfor tilgjengelig langs hele lengdeutstrekningen av elektrolysehallen i samme retning som lengdeutstrekningen av den nedre betonghelle. Foreliggende oppfinnelse kan prinsippielt bringes til ut-førelse ved enhver celletype, forutsatt at cellens stålkar er selvbærende. Avhengig av cellens vekt, som for nåværende celleutførelser kan være opptil 250 tonn, er det anordnet 4-8 ruller på hver celle.

Som regel er disse ruller bare utsatt for langsom omdreining omkring 100 ganger hvert 4-6 år, hvilket vil si i løpet av den normale levetid for en celle. I praksis er det følge-lig bare den statiske belastning som er av betydning, da rullene ikke er i bevegelse mens cellen er i drift. Rullenes antall og type er bestemt av den tillatelige statiske belastning. En celle som skal utskiftes fjernes fortrinnsvis fra cellerekken ved anvendelse av en trekkinriretning som er montert på transportøren. Et trekkhjul forbundet med en krok på den bakre vegg i elektrolysehallen anvendes når den nye celle skal trekkes på plass. Cellen behøver således bare å være utstyrt med en ring, et øye eller lignende ved hver ytterende for at den hensiktsmessig kan trekkes på eller bort fra sin plass ved hjelp av trekkmekanismens trekk-kabel.

På grunn av sin bedre bæreevne ved lavere rullemotstand er lavtransportøren fortrinnsvis utført som skinnekjøretøy.

Et kjøretøy med gummihjul som ikke føres på skinner har videre den ulempe at løftehøyden, hvilken vil si løpeflatens nivå, er vanskeligere å holde konstant. Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av utførelseseksempler og under henvinsing til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser i perspektiv en elektrolysehall med åpen endevegg Fig. 2 viser i grunnriss et annet produksjonsanlegg for fremstilling av råaluminium.

Fig. 3 viser et vertikalsnitt gjennom en løperulle.

En elektrolysehall 10 danner tak over en øvre betongfundamenthelle 12. Litt lavere, vanligvis 30-50 cm, er det anordnet en nedre betongfundamenthelle 14. På den annen langside av denne nedre betongfundamenthelle 14 er det anordnet en ytterligere øvre betongfundamenthelle 12, som likeledes danner gulv for en ikke inntegnet elektrolysehall. Hele produksjonsanlegget for fremstilling av aluminium er således symmetrisk om lengdeaksen for den nedre betongfundamenthelle 14. I henhold til en ytterligere utførelsevariant kan det også være anordnet tak over denne nedre betongfundamenthelle.

Over hele bredden av de øvre betongfundamentheller 12 er

det innstøpt massive dobbelte T-profiler 16. Avstanden mellom disse parvis anordnede profiler tilsvarer avstanden mellom rullene på elektrolysecellen 18. Løpeflaten på de dobbelte T-profiler ligger i samme nivå som hallens gulv

eller noen få mm dypere. Den øvre betongfundamentplate 12 støpes direkte på den niverlerte grunn-nivå 5 hvilket medfører en stor omkostningsreduksjon.

For oversiktens skyld er i f ig.. 1 de katodeskinner som omgir katodekaret 20 utelatt. Disse kan være ført forbi og/eller under cellen og er over 4 stigeledere 22 forbundet med anodebæreren for den påfølgende celle. Bare katodestavendene 24 er an-tyde i figuren. Anodeoppbygningen 26 for elektrolysecellen 18 er bare skjematisk antydet, og ikke annet enn anodestengene 28 og den ene side av celleinnkapslingen 30 fremgår av figuren.

En elektrolysecelle 18 som skal utskiftes, trekkes gjennom

en vertikalt oppskyvbar port 32 ut på en lavtransportør 34. ved hjelp av en lavt forankret og drevet trekk-kabel, som imidertid ikke er vist på tegningen. Løpeflåtene 36 på lav-transportøren befinner seg på eksakt samme høydenivå som høydeflatene 38 på de dobbelte T-profiler 16 av stål som er innleiret i den øvre betongfundamenthelle 12. Lavtranspor-tøren 34 løper på skinner,- og for dette formål er det på den nedre betongfundamenthelle 14 anordnet fire skinner 40 som dobbelt normalt sport. På undesiden av skinnene 40 oppviser den nedre betongfundamenthelle 14 forsterkninger 42. I

fig. 2 er det vist et produksjonsanlegg for aluminium og med en hall 10 som inneholder elektrolyseceller 18. En av disse elektrolyseceller er vist helt trukket ut på den skinneførte lavtransportør 34 for videreføring til celleunderholdsverk-

stedet 46. Verkstedets fundamenthelle 44 tilsvarer med hensyn til høydenivå den øvre betongfundamenthelle 12 i elektrolysehallen. Gulvet i celleunderholdsverkstedet er likeledes utstyrt med dobbelte T-profiler 16. I celleunderholdsverkstedet adskilles de anodiske og katodiske deler av elektrolysecellen og behandles hver for seg.

Et støperi 48 som er anordnet ved den motsatte langside av den nedre betongfundamentplate 14, har likeledes en betongfundamenthelle 50 i samme høydenivå og med innlagte dobbelte T-profiler 16. En metalloppsamlingsdigel 52 som kan beveges på ruller av samme type som rullene på elektrolysecellene 16, kan forsyyes langs de dobbelte T-profiler 16 ut på lav-transportøren 34, samt derfra frem til ytterenden 54 av en vilkårlig elektrolysecelle.

Endelig kan produksjonsanlegget også omfatte et forrådslager for elektrolyseceller 18 og som også kan nås ved hjelp av lavtransportøren 34.

Den rulle som er vist detaljert i fig. 3 og hviler på løpe-flaten 38 av den dobbelte T-profil 16 omfatter følgende deler: en forsterket ytterring 56 sem er utformet som rulleflate og har en ytterdiameter fra 100 -150 mm samt en bredde 50 - 80 mm, - et rullelager for kraftig belastning og utstyrt med kule-lagerlignende anordnede små lagerruller 58, som av et bur 60 holdes i arbeidsstilling,

en innerring 62 samt,

en gjenget aksel 64, som holdes på plass ved hjelp av en festemutter 66.

En smøremiddelkanal 68 hører til det kraftig belastbare rullelager, som' arbeider i en høytemperatursmørning, slik som

f.eks grafitt eller molubdensulfid.

Akselen 64 er opplagret i en lagerbukk 70 som i sin tur er skrudd fast i en forsterkningsprofil 7 4 som understøtter bunnen 72 av elektrolysecellen.

Innerringen 62 og akselen 64 er fast innspent i lagerbukken 70. Ved en forflytning av elektrolysecellen forblir således innerringen 62 og akselen 64 stillestående, mens ytterringen

56 som understøttes av de små lagerruller 58, dreies.

På den nedre flens av forsterkningsprofilen774. er det sammen med lagerbukken 7 0 skrudd fast demonterbare skjermskjørt 7 6 som rager nesten ned til løpeflaten 38. Flatprofiler 78

som er anordnet umiddelbart innenfor skjermskjørtene 76 hindrer for stor forurensning av løpeflaten 38 med størket elektrolyttmaterial, aluminium eller oksydleire. Skjerm-skjørtene 76 som strekker seg over hele cellelengden øker i vesentlig grad virkningen av denne beskyttelse.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for utskiftning av tverrstilte smelteelektrolyseceller for fremstilling av aluminium, og som er innbyrdes seriekoblet ved hjelp av strømførende stigeledere som er ført fra katodestavenes. ytterender i en første til langsiden av anodebæreren i den påfølgende celle, karakterisert ved at stigelederne (22) forbikobles av en kortslutningsinnretning, stigelederne (22) fraskilles og utkobles sammen med løsbare oksyddoserings-, avgass- og trykkluftledninger samt elektriske reguleringsledninger, den celle (18) som skal utskiftes skyves av ut av cellerekken uten nivåforandring i cellens lengderetning på minst 4 ruller 156,58,62) opplagret på cellens selvbærende elektrolysekar, samt beveges gjennom en lukkbar åpning (32) dimensjonert til-.-svarende cellestørrelsen i en langvegg av elektrolysehallen (10) og ut på en lavtransportør (3 4) med løpebane (36) i nivå med elektrolysehallen for bevegelse i hallen .lengderetning, hvorved cellen (18) i sin helhet transporteres til et celleverksted (46) for reparasjon, og på tilsvarende måte en ny elektrolysecelle føres inn i cellerekken, stigelederne (22) kobles til de foreskjellige ledninger tilsluttes og kortslutningsinnretningen fjernes.

2. Produksjonsanlegg med tverrstilte smelteelektrolyseceller for utførelse av den fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at anlegget omfatter: minst en øvre betongfundamenthelle (12) i grunn-nivå og med et tak i form av en elektrolysehall(10) over denne betonghelle, samt en litt lavere anordnet nedre betongfundamenthelle (14), elektrolyseceller med selvbærende stålkar anordnet på den øvre fundamentplate (12) på minst fire ruller (56,58,62), hver for forsyvning i cellens lengderetning, idet stigeledninger (22) fra hver celle munner ut i langsiden av anode bæreren i den påfølgende celle og cellens oksyddoserings-og trykkluftledninger samt elektriske reguleringsledninger kan frakobles cellen, dobbelte T-profiler (16) som er innleiret i den øvre betonghelle (12) og tilsvarer plasseringen av rullene (56,58,62) på elektrolysecellen samt fører til en lukkbar åpning i den langvegg av elektrolysehallen (10) som ligger inntil den nedre betonghelle (14), og en lavtransportør (34) som kan beveges langs elektrolysehallens lengdeutstrekning forbi nevnte celleåpninger, samt strekker .seg over praktisk talt hele bredden av den nedre betonghelle (14) og har løpeflater (36) i samme nivå som løpeflatene (38) på de dobbelte T-bjeiker (16) som er innleiret i den øvre betonghelle (12).

3. Anlegg som angitt i krav 2, karakterisert ved at det på hver elektrolysecelle (18) er anorndet 4-8 ruller (56)58,62).

4. Anlegg som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at rullenes ytre omkrets (56) har en diameter på 100-150 mm.

5. Anlegg som angitt i krav 2-4, karakterisert ved at rullenes ytre omkrets (56) har en bredde på 50-80 mm,

6. Anlegg som angitt i krav 2, karakterisert ved at lavtransportøren (34) er anordnet på skinner.

7. Anlegg som angitt i krav 6, karakterisert ved at lavtransportøren (34) er anbragt på to normalspor-skinnerganger (40) på den nedre betongfundamenthelle (14).

8. Anlegg som angitt i krav 2, 6 eller 7, karakterisert ved at det ved minst en ytterende av lavtransportøren (34) er anordnet en trekkinnretning for fjerning eller innføring av elektrolysecellen (18).