NO822987L - Kapslet smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, og som i det vesentlige består av en katodedel med stålkar, isolasjonskikt og en karbonforing hvorpå det utskilte metall samler seg,

samt en anodeoppbygning med anodeblokker opphengt i anodestenger, en smelteelektrolytt på fluoridbasis og en cellekapsling med dekkplater som strekker seg frem.

til stålkarets kant og danner et indre rom som kan luftes gjennom avgass-samlende kanaler, idet dekkplatene, som strekker seg langs cellens langsider, kan svinges opp i en første bevegelsefase og den ene av cellekapsling-eiis: langsider med oppsvingte dekkplater i sin helhet kan heves til cellens overside i en annen bevegelsef ase-.

For utvinning av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd oppløses dette oksyd i en fluoridsmelte,

som for størstedelen består av kryolitt. Det katodisk utskilte aluminium samler seg under fluoridsmelten på cellens karbonbunn, således at overflaten av det flytende aluminium danner cellens katode. Ned i., smeiten er det ovenfra neddykket anoderr.som ved den vanligvis anvendte fremgangsmåte består av amorft karbon. Ved den elektro-lytisk spalting av aluminiumoksyd utvikles ved karbon-anodene oksygen, som forbinder seg med anodenes karbonmaterial til CO^og CO. Elektrolysen finner sted' i et temperaturområde på ca. 940-970 C. I løpet av elektrolysen utarmes elektrolytten på aluminiumoksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1-2 vektprosent aluminiumoksyd i elektrolytten opptrer såkalt anodeeffekt, som gir seg til kjenne ved en spenningsforhøyelse fra f.eks. 4-5 V

til 30 V og mer. Senest ved dette tidspunkt må: skorpen, av fast elektrolyttmaterial gj ennombrytes og aluminium-^ oksydkonsentrasjonen forhøyes ved tilsats av ny oksydleire.

De fluorholdige komponenter som avgis ved den elektro-kjemiske prosess for fremstilling av aluminium oppsamles for nærværende i umiddelbar nærhet av cellen og avgis etter reBsing til atmosfæren . Ved denne ..rensning fjernes også de i og for seg uskadelige støvpartikler. Ved sådanne tiltak har man i den senere tid i vesentlig grad kunnet, nedsette, utslipp som er skadelig for arbeids-miljøet og omgivelsene. De tidligere skrubbeanlegg på elektrolysehallenes tak er nå ikke lenger tilstrekkelig ut i fra arbéidshygiéniske synspunkter.

For å holde konsentrasjonen av helseskadelige avgasser som avgis fra smelteelektrolysecellene innenfor godtag-bare eller forskriftsmessige rammer, er det tidligere kjent å forsyne cellene med en tildekning eller kapsling. Den første variant av en sådan tildekning består, av et samlérør som forløper i cellens lengderetning mellom anodestangrekkene og er forsynt med dekkplater som fra rørets ytterside forløper skrått nedover i retning av cellekarets langside. Anodestengene er ført gjennom disse dekkplater, og dekkplatenes ytterkanter..'.i retning mot karets langsider rager knapt utover anodeblokkene, således at det mellom karets indre omkretskant og ytter-kanten av dekkplatene foreliggeren utildekket elektro-=-lysecelleflate som holdes fri av hensyn til cellebe-tjeningen. Derved kan imidlertid bare en forholdsvis liten andel av cellens avgasser suges ut.

For å overvinne denne ulempe ble det "da ganske raskt foreslått, f.eks. i DE-OS 2.251.898, å: utføre celle-dekningen slik at denne kunne åpnes for betjeningcav cellen og uttak av aluminiumsmelte. Dette ble oppnådd ved at tildekningen omsluttet anodene langs deres lodd-rette sider, ved at det på tildekningen ved elektrolyse-karets endesider ble anordnet tverrvegger for opplegg,

og ved at anodene ble utført som kontinuerlige anoder. Senere er det utviklet tallrike celletildekninger, som også kan anvendes ved forut innbrente,likke kontinuerlige.

anoder, og som er utført slik at de forskjellige dekkplater.hver for seg eller samlet kan heves eller:side-forskyves.

I DE-OS 2510400 foreslås en cellekapsling, hvor elektrolysecellen på enkel måte kan betjenes, smeiten uhindret tas ut og utskifting av anoder uten vanskelighet finne,sted, samtidig som det oppnås en særlig tett tildekning. For dette formål påhengsles den svingbare tildekning langs en sidekant som vender mot anodene,

i det minste i deres hjørneområder, på en bærelegeme som forløper langs rekken av anodestenger. Endeområder av dette bærelegeme er fast forbundet med en bærearm,. hvis annen ytterende er svingbart opplagret i en lagerboks som er anbragt på anodebærerne. Ved hjelp av pneumatisk drevne sylindere, kan tildekningen langs elektrolysecellens langside heves i to trinn, idet: først dekkplatene svinges opp ved hjelp av pneumatiske sylindre.,', slik det allerede da var vanlig, og

deretter sidetildekningen i sin helhet trekkes opp til cellens overside, likeledes ved hjelp av pneumatiske sylindre.

Derved kan den ømtålige cellekapsling som lett kan skades mekanisk,, særlig ved anodeutskiftning, fjernes fra fareområdet .

På denne bakgrunn er det et formål formål for oppfinnelsen å forenkle den tekniske oppbygning og nedsette omkost-ningene ved det to-trinns hevesystem som er angitt i DE-OS 2510400 og basert på to grupper pneumatisk drevne sylindre.

Dette formål oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at trekkorganer som kan beveges mekanisk ved hjelp av en drivinnretning, samt svingplater som er forsynt med et mekanisk anslag og står i inngrep med trekkorganene,

er anordnet for å utføre i det minste den annen bevegelsefase, hvor den ene av cellekapslingens to langsider heves over cellen, ved en sådan svingebevegelse at langsidens tyngdepunktasvinges forbi vertikalplanet gjennom svingeaksen og derved oppnår en stabil likevektsstilling.

Ved denne forbedring i henhold til oppfinnelsen kan den forholdsvis tunge ovnskapsling ved hjelp av robuste mekaniske midler heves ut av fareområdet til en stabil likevektsstilling, ;som tillater arbeidet i cellen uten sikkerhetsrisiko. De mekaniske trekkorganer vil også

i det varme område over elektrolysecellen bare i liten grad eller slett ikke være utsatt for drifstforstyrrel-ser. I det tilfelle trykkluftsledninger anvendes, kan disse holdes utenfor det varmeste område, således at for tidlig driftsudyktighet forhindres. Særlig ved samlet hevning av en av de to langsidetildekninger over cellen er det nødvendig med store krefter. Tilsvarende dimensjonerte, pneumatisk drevne hevesylindre, som i tilsvarende grad vil belaste cellekonstruksjonen, er da ikke lengder nødvendig ved kapslingsiitførelsen i henhold til oppfinnelsen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen heves således ikke bare en av de to sammenstilte langsidetildekninger ved hjelp av mekanisk bevegbare trekkorganer til cellens overside, men allerede i den første bevegelsefase svinges dekkplatene opp av trekkorganene.

Trekkorganene er fortrinnsvis utformet slik at dekkplatene først svinges opp i en første bevegelsesfase ved.hjelp av en avbrytbar.eller trinnvis virkende kraftvirkning. Førstf.i en annen bevegelsésfase vil så en av de to langside-avdekninger heves over cellen ved større kraftutøvelse. Som det mest robuste trekkorgan kan det anvendes mekanisk stabile .trekkstenger, * som står i inngrep med tilsvarende tannhjul. Trekkstenger har videre den fordel at en tildekning som heves over cellen ved hjelp av en og samme trekkstang først kan heves i likevekt-stilling og derpå igjen nedsenkes. På den annen side har trekkstenger den ulempe at de er forholdsvis plass-krevende og alt etter den stilling de inntar vil rage mer. eller mindre ut fra celleoppbygningen.

Av denne grunn anvendes fortrinnsvis bøyelige trekkorganer, og massive trekktråder og særlig rullekjeder anses for særlig velegnet. Ved sin problemløse anvendelse i praksis vil ulempene ved en rullekjede, nemlig forholdsvis høy pris og begrenset levetid, være mer enn utlignet. En rullekjede kan til enhver tid raskt utveksles.

Ved utførelsen med bøyelige trekkorganer kan den langside-tildékning som av sikkerhetsgrunner tippes over sin likevektsstilling ovenpå cellen, ikke uten videre ved hjelp av samme bøyelige trekkorgan atter heves i likevektsstilling og så på nytt nedsenkes'. Midlene for tilbakeføring av långsidetildekningen over denne likevektsstilling, hvor dens tyngdepunkt ligger i vertikalplanet gjennom dreieaksen, kan utgjøres av et motsatt virkende annet bøyelige trekkorgan eller av en svingbar hevarm, eventuell eksenter, som virker på en tilsvarende utformet del av tildekningen å heve denne i.'likevektsstilling' samt innleder nedsekningsfasen.

Særlig for et bøyelig trekkorgan er det en fordel at

dette organ kan anvendes for begge bevegelsefaser. Hensiktsmessig utøves først bare en mindre kraft, således at bare selve dekkplaten heves. For hevning av långsidetildekningen i sin helhet er det da nødvendig med en vesentlig større kraft. Det samme drivorgan kan da

først med liten kraft utføre den første bevegelsefase og derpå under større kraftpåvirkning også heve langsidetildekningen i sin helhet. Som drivorgan kan det f.eks. anvendes en trykkluftmotor, som kan drives i to arbeidstrinn. For den første bevegelsefase påføres et trykk på omtrent 3 bar, som bare er tilstrekkelig til å heve dekkplatene, men ikke er i stand'til å løfte langsidetildekningen i sin helhet. Når imidlertid den samme trykkluftmotor påføres 6-8 bar, vil den også være i stand til å heve en av de to langsidetildekninger i sin helhet over cellen.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av

et utførelseseksempel og under henvisning til de ved-føyde tegninger som angir skjematiske vertikalsnitt i elektrolysecellens tverretning, og hvorpå:

fig. 1 viser en kapslet celle i normal drift,

fig. 2 en celle med oppsvingte dekkplater på den ene langside, og

fig. 3 viser en celle med en langsidetildekning hevet over cellen.

En elektrolysecelle for fremstilling av aluminium,har

et stålkar 10 med innebygde, ikke viste isolasjons-stener og katodeblokker, hvori katodestaver av jern er innlagt. I den trauformet utførte karbonforing ligger det utskilte flytende metall, og ovenpå dette selve smelteelektrolytten. Ned i denne ellers ikke viste, elektrolytt er det ovenfra neddykket, anodeblokker 12 av karbonmaterial,. som over anodestenger 14 er løsbart festet til anodebjelker 16. Disse anodebjelker 16,

som fører elektrisk likestrøm til anodeblokkene 12, er bestanddeler- ;av anodeoppbygningen.

Cellekapslingen består av dekkplater 18, undersidene av lagerbukker 20, horisontalplater 22 og veggene i et hulkammer 24. Cellens rågass suges ut gjennom åpninger i hulkammerets vegger gjennom avgasskanaler 26, og tilføres et sentralt renseanlegg.

På begge langsider av cellen er det anordnet rullekjeder

.28, som med sine lengre grener 28a er forbundet med dekkplatene 18, eller en bæreramme for disse, samt med sine kortere grener 28b er festet til en svingplate 30. Rullekjeden 28 løper inn i et hylster 33 anordnet i det øvre område av hulkammeret 24 som er lukket av en dekk-plate 25. Her løper kjeden over avbøyningsruller 321

og 32r samt en drivrulle 34, som oppviser en fortanning tilsvarende vedkommende kjede, hvorpå kjeden løper ut på den annen side av hylsteret 33. Ved fullstendig lukket cellekapsling er rullekjeden 28 helt utstrekt.

I henhold til en utførelsesvariant som ikke er vist på tegningen,". kan avbøyningsrullene 321 og 32r såvel som drivrullen 34 være anordnet på en rist uten hylster.

Dekkplatene 18 er anordnet svingbart om en dreiéaksel 36 opplagret i lagerbukkene 20. En lagerbukk 20 er på sin side over en stangforbindelse 38 forbundet med en svingplate 30. Denne svingplate 30 er i sin tur svingbar om en dreieaksel 40, inntil anslaget 42,som er utformet som plan anleggsflate, kommer til anlegg mot dekkplateh på gassoppsamlingskanalen 26 eller en annen egnet stopper.

Avstanden L, av dreieakselen 36 fra festepunktet 44 for rullekjeden28 på dekkplaten 18 samt avstanden L av dreieakselen 40 fra festepunktet 26 for rullekjeden på svingplaten 60 er valgt slik at når drivrullen 26

utøver en trekkraft på rullekjeden 28, vil først dekkplaten 18 fullstendig heves, og først deretter hevningen av den tilsvarende langsidetildekning 18,20,32 innledes.

Ved den utførelsesform som er vist i fig. 2 har drivrullen 34 utført en dreiebevegelse mot urviseren og svingt opp dekkplatene 18 i en celle, idet rullekjede-grenen 28a har utøvet en trekkraft i festepunktet 44.

Den kortere kjedegren 28b trekkes da mot den sirkel-formede omkrets av svingplaten 30. Når den korte kjedegren 28b kommer til anlegg mot svingplaten,30, er opp-svinget av dekkplatene 18 avsluttet.

Ved oppsvingte venstre dekkplater 18 er rullekjeden 28 blitt forskjøvet mot høyre og en ytterende 28c vil henge avspent ned over den høyre kapslingsside med underliggende lukkede dekkplater 18.

Hvis begge dekkplater i henhold til en ikke vist utførel-sevariant samtidig skal heves', så kan de venstre dekkplater etter at de har nådd den stilling som er vist i fig. 2, mekanisk låses, mens drivrullen 34 så dreies med urviseren til også de høyre dekkplater er hevet.

Oppsving av dekkplatene 18 som angitt i fig. 2, ut-føres særlig for kontroll og inspeksjon av cellen samt for uttapping av flytende metall..

Hvis nå, som angitt i fig. 3, dekkplatene 18 ikke bare skal svinges opp, men også fjernes fra området omkring anodeblokkene 12, dreies drivrullen 34 ytterligere i retning mot urviseren. Over den korte rullekjedegren 28 utøves nå en sådan større kraft i festepunktet 46

på svingplaten 30 at de oppsvingte dekkplater 18 som over lagerbukkene 29 og stangforbindelsene 38 er festet til svingplaten 30, ved svingebevegelse om dreieakselen 40 trekkes i høyden. Når tyngdepunktet for langsidetildekningen 18, 20,38 i sin helhet har kommet forbi vertikalplanet gjennom dreieaksen 40, tippes avdekningen over cellen inntil det mekaniske anslag 42,kommer til anlegg mot en gassoppsamlingskanal 26. Etter tyngde-

punktets gjennomgang gjennom vertikalplanet kan den trekk-kraft som utøves ved hjelp av drivrullen 34 kobles ut.

Den nedhengende ytterende 38c på langsiden av de lukkede dekkplater 18 er blitt lenger i forhold til den viste lengdeutstrekning i fig. 2. Av sikkerhetsgrunner kan det nå treffes i og for seg kjente tiltak for opprulling eller opptrekning av denne løse ytterende 28c.

Det.er åpenbart til enhver tid bare dekkplatene 18 på

den ene langside kan heves opp over cellen.

Av fig. 3 vil det klart fremgå at i-s den stilling som oppnås etter denne annen bevegelsefase kan anodeutskifting finne sted uten problemer og uten skade på cellekapslingen. Antallet rullekjeder 28 som må anvendes pr. celle av-henger av cellelengden og av cellekapslingens vekt.

Som regel har det vist seg hensiktsmessig å anvende en eller to kjeder, eller ved meget store celler tre eller til og med fire rullekjeder 28. Drivrullene 34 kan drives hver for seg eller sammen ved hensiktsmessig anordning av forbindelseaksler. Den i fig. 2 antydede første fase med oppsvingte dekkplater 18 oppnås ved at drivrullene etter en forut bestemt dreievinkel fastlåses, eller ved at den drivmotor som setter drivrullen 34 i bevegelse kan drives..i to trinn. Den drivinnretning som holder i gang drivrullen 34 er hensiktsmessig selv-temmende, hvilket vil si at den ved utkoblet drivmotor blokkerer drivrullen. Fortrinnsvis er også avbøynings-rullene 321 og 32r låsbare.

I fig. 3 er det for oversiktensskyld ikke inntegnet de midler som benyttes for tilbakeføring av den tildekning som er hevet til cellens overside. En hevarm eller en eksenter på drivrullen 34 kan bringes til å påvirke et fremspring på stangforbindelsen 38, inntil tyngde punktet for den hevede tildekning er ført gjennom vertikalplanet gjennom dreieaksen 40. Ved dette tidspunkt strekkes umiddelbart rullekjeden 28, og ved dreining av drivrullen 34 med urviseren dreies først svingplaten 30 inntil lagerbukkene 20 har nådd sin opprinnelige stilling (fig. 2). Ved ytterligere dreining av drivrullen 34 med urviseren senkes også dekkplatene 18 ned på elektrolysekaret. Elektrolysecellen har da atter nådd den tilstand som er angitt i fig. 1, hvilket vil si at cellen befinner seg i normal arbeidstilstand.

Claims (7)

1. Elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, og som er utformet for å inneholde en smelteelektrolytt på fluoridbasis samt i det vesentlige omfatter en katodedel med stålkar (10), en karbonforing hvorpå det utskilte metall samler seg, en

anodeoppbygning med anodeblokkder (12) opphengt i anodestenger (16) og en cellekapsling med dekkplater (18) som strekker seg frem til stålkarets kant og danner et indre rom som kan luftes gjennom avgass-samlende kanaler, idet dekkplatene, som strekker seg langs cellens langsider, kan svinges opp i en første bevegelsesfase, og den ene av cellekapslingens langsider (18, 20, 38) med opsvingte dekkplater i sin helhet kan heves til cellens overside i en annen bevegelsesfase, karakterisert ved at trekkorganer (28) som kan beveges mekanisk ved hjelp av en drivinnretning, samt svingplater (30) som er forsynt med et mekanisk anslag (42) og står i inngrep med trekkorganene, er anordnet for å utføre i det minste den annen bevegelsesfase, hvor den ene av cellekapslingens to langsider (18, 20, 38) heves over cellen, ved en sådan svingebevegelse at langsidens tyngdepunkt svinges forbi vertikalplanet gjennom svingeaksen (40).

2. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at trekkorganene (28) er utformet som mekanisk stabile trekkstenger.

3. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at trekkorganene (28) er bøyelige.

4.. Elektrolysecelle som angitt i krav 3, karakterisert ved at trekkorganene er utformet som rullekjeder (28) eller trekktråder.

5. Elektrolysecelle som angitt i krav 3, karakterisert ved at de samme trekkorganer (28) er innrettet for å anvendes under begge bevegelsesfaser.

6. Elektrolysecelle som angitt i krav 5, karakterisert ved at drivrullen (34) er innrettet for å utøve tilstrekkelig kraft for den første bevegelsesfa se hvor dekkplatene (18) svinges opp, men ikke for hevning av cellekapslingens langside (18, 20, 38) i sin helhet ved dreinng av svingplatene (30).

7. Elektrolysecelle som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at det er anordnet midler for tilbakeføring av cellekapslingens langside (18, 20, 38) fra cellens overside, i det minste ved bøyelig utformede trekkorganer (28).