PL193668B1 - Urządzenie do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do pozyskiwania aluminium o najwyz- szym stopniu czystosci z cieklego metalu metoda elektroli- zy trójwarstwowej, skladajace sie z podlaczonego jako anoda dna weglowego w wannie elektrolitycznej, w której od góry zanurzone sa, polaczone jedna za druga w kierun- ku wzdluznym, elektrody grafitowe i która celem zmniejsze- nia strat cieplnych jest zaopatrzona w oslone o prostokat- nym zarysie, majaca otwory przelotowe dla katod grafito- wych, przy czym dodawanie metalu odbywa sie z boku przez zbiornik wstepny, znamienne tym, ze oslona sklada sie z trzech wzajemnie równoleglych pokryw, umieszczo- nych w jednej plaszczyznie i wzdluz wanny elektrolitycznej, przy czym srodkowa czesc oslony jest zdejmowalna pionowo w góre, zas obie lezace na zewnatrz pokrywy boczne (7, 8) sa zamocowane uchylnie za pomoca zawiasów (2 do 4), ponadto oslona jest zaizolowana cieplnie ceramicznym tworzywem wlóknistym i uszczelniona przed wychodzeniem gazu, przy czym ceramiczne tworzywo wlókniste (27) spo- czywa elastycznie wzdluz calego obwodu na krawedzi wanny elektrolitycznej (29), uszczelniajac poprzez docisk do uszczelnienia posredniego, zas katody grafitowe sa otulone ceramicznymi kolpakami ochronnymi, wprowadzo- nymi w otwory przelotowe, znajdujace sie w srodkowej czesci oslony. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości metodą elektrolizy trójwarstwowej, składające się z wanny elektrolitycznej, w której od góry zanurzone są elektrody i która od góry jest osłonięta celem zmniejszenia strat cieplnych.

Elektrolityczne ogniwo rafinacyjne składa się zazwyczaj z prostokątnej wanny, zaopatrzonej w płaszcz z blachy stalowej i wyłożonej ogniotrwałym materiałem. W węglowe dno, podłączone jako anoda, wpuszczone są szyny prądowe ze stali, na których spoczywają trzy stopione warstwy w następującej kolejności:

- metal anody (stop z przeznaczonego do czyszczenia aluminium hutniczego zawierający około 40% miedzi),

- mieszanina kriolitu, fluorku wapnia, baru i glinu jako warstwa środkowa, oraz

- warstwa górna z aluminium rafinowanego.

W metalu katody zanurzone są elektrody grafitowe, podłączone za pomocą usytuowanej nad wanną belki katodowej z doprowadzeniem prądu. Wanna wstępna służy do załadunku ogniwa, przy czym temperatury robocze wynoszą około 750°C dla gęstości prądu katodowego od 0,3 do 0,5 A/cm².

Przy użyciu znanego ogniwa elektrolitycznego w technicznych warunkach rafinacji można uzyskać aluminium o czystości równej 99,99%. Dlatego też czyniono próby zwiększenia stopnia czystości. Stwierdzono przy tym, że zanieczyszczenia są częściowo powodowane przez korozję osłony ogniwa elektrolitycznego. W innych przypadkach stwierdzono, że grafitowe elektrody były zamocowane na pręcie stalowym, zaś dla uzyskania lepszego styku pomiędzy grafitem i stalą gniazdo katody zalewano żelazem. Również wtym przypadku do stopionego metalu mogły się przedostawać zanieczyszczenia w postaci produktów korozji. Inne substancje przechodziły do metalu w postaci pyłu (krzem).

W celu zapewnienia prawidłowego przebiegu elektrolizy rafinacyjnej należy przestrzegać określonych cykli czyszczenia i kontroli. Przykładowo trzeba tu wymienić następujące typowe operacje:

1. Pomiar i oczyszczanie elementów węglowych

Raz dziennie dokonuje się pomiaru katod każdego ogniwa elektrolitycznego, aby uzyskać informację o stanie powierzchni styku węglowego elementu katodowego i oczyszczonego aluminium. Wyznacza się przy tym napięcie na poszczególnych katodach. Jeżeli wartość napięcia leży poniżej wartości minimalnej, wynoszącej przykładowo 4,5 mV, wówczas węglowe elementy katodowe wyciąga się za pomocą ciągu pneumatycznego około 600 mm nad pokrywę pieca, a następnie po odłączeniu pręta miedziowego od szyny prądowej transportuje się je do wózka do czyszczenia węglowych elementów katodowych. Prace te wymagają zapewnienia bezpośredniego dostępu personelowi oczyszczającemu.

2. Zgarnianie żużla w urządzeniu

W trakcie procesu elektrolizy na powierzchni katody, w tym przypadku oczyszczonego aluminium, powstaje warstwa złożona w przeważającej mierze z tlenku aluminium i cząstek elektrolitu. Warstwa ta musi być regularnie usuwana, przy czym należy unikać ruchu kąpieli oraz mieszania elektrolitu. Często warstwa piany żużla ulega na wzdłużnych bokach urządzenia sklejeniu z jego wymurówką. Wtych miejscach warstwę piany żużla należy oderwać od podłoża. Następnie przesuwa się ją na jedną stronę, korzystnie w pobliże czoła urządzenia. Zgarnianie żużla trwa około 30 minut i odbywa się co tydzień, przy czym kolejno usuwa się żużel na wszystkich bokach urządzenia. Wtym celu jego powierzchnia musi być łatwo dostępna.

3. Odbijanie urządzenia

W trakcie procesu elektrolizy na ściankach urządzenia tworzą się wyraźnie widoczne narosty, korzystnie w obszarach, gdzie powierzchnia katody styka się z wymurówką urządzenia. Narosty te zdejmuje się zazwyczaj za pomocą dłuta, przy czym odbite fragmenty usuwa się za pomocą łyżki do zgarniania żużla lub kleszczy kowalskich. Odbijanie przeprowadza się od 2 do 4 razy w roku i trwa ono około 1 godziny. Odpowiednie powierzchnie urządzenia muszą być w tym celu w całości dostępne.

4. Montaż nowych węglowych elementów katodowych

Montaż i rozruch nowych węglowych elementów katodowych odbywa się w trzech etapach, przy czym najpierw mocuje się węglowy element katodowy na belce nośnej, w związku z czym jej dolny koniec znajduje się około 10 cm nad warstwą metalu. Po około 1dniu wytrzymywania węglowy element katodowy opuszcza się do kąpieli metalicznej, przy czym osłona elektrolizera pozostaje zamknięta, ponieważ porusza się po niej obsługa.

PL 193 668 B1

5. Wypełnianie warstwy stopionej

W celu wypełnienia warstwy stopionej elektrolitem należy otworzyć elektrolizer. Następnie tygiel z oczyszczonym metalem w stanie stopionym podjeżdża do urządzenia, zaś wylew tygla zostaje połączony z uchylną rynną. Przy przechylaniu tygla, celem uniknięcia uderzania strumienia elektrolitu o powierzchnię metalu, pomiędzy wylotem rynny i powierzchnią kąpieli metalicznej trzyma się łyżkę do zgarniania żużla. W celu napełnienia pokrywę zdejmuje się w całości co 2 do 3 tygodni i przesuwa w kierunku wzdłużnym około 1 m, przy czym czas napełniania wynosi około 10 minut. Niedozwolony jest przy tym jakikolwiek ruch kąpieli. Nawet wytworzenie powierzchniowego ruchu falistego na odcinku 1 - 2 cm może mieć negatywny wpływ na czystość metalu katody.

6. Pomiar temperatury

Ponieważ regulacja temperatury ma decydujące znaczenie dla przebiegu procesu oczyszczania w ogniwie elektrolitycznym, pomiar przeprowadza się co godzinę za pomocą przyrządów ręcznych. Elektrolizer otwiera się w tym celu na około 1minutę. Temperatura musi być utrzymana na stałym poziomie ± 1°C.

7. Pomiar warstwy katodowej

Raz na tydzień mierzy się warstwę katodową podczas zasysania. Pręt stalowy zanurza się przy tym prostopadle w katodzie, po czym wyciąga powoli z powrotem. Proces trwa około 10 minut, aż na zanurzonym pręcie pojawi się widoczne oznakowanie.

8. Pomiar wysokości warstwy stopionego metalu

Wysokość warstwy stopionego metalu mierzy się w każdym z elektrolizerów w odstępach 14-dniowych. Również w tym przypadku czas otwarcia kąpieli wynosi około 10 minut.

W opisanej powyżej obsłudze urządzenia do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości występuje ponadto szereg problemów, które dotychczas nie znalazły zadowalającego rozwiązania:

Jako pierwszy należy wymienić problem uszczelnienia w wysokich temperaturach. Chodzi przy tym o poziome i pionowe uszczelki na płaskich, zaokrąglonych i sztywnych oraz ruchomych powierzchniach. Wskutek tworzenia narostów (patrz punkt 3 odbijanie urządzenia) powierzchnie przylegania przestają z czasem być płaskie. Również przy konserwacji i odnawianiu wymurówki krawędź uszczelki ulega przesunięciom, w związku z czym wydaje się, że zadowalające uszczelnienie można uzyskać jedynie za pomocą uszczelki elastycznej. W wysokich temperaturach jednak projekty te rozbijały się jednak o problemy konstrukcyjne.

Ponadto osłony muszą być elastyczne, aby umożliwiały dokonywanie manipulacji wewnątrz elektrolizera. Muszą się one łatwo otwierać i szybko zamykać, z drugiej jednak strony muszą również wykazywać znaczną stabilność, aby można je było stosować zwłaszcza do obsługi wewnątrz okrągłych katod grafitowych.

Ponadto materiał izolacji musi być tak dobrany, by zapobiegał nawet najmniejszym zanieczyszczeniom ciekłego metalu.

W niemieckim opisie wyłożeniowym nr 1 093 997 przedstawiony jest element doprowadzający prąd do przyłączenia do katody z ciekłego aluminium w metodzie trójfazowej. Zgodnie z tym opisem nad powierzchnią warstwy katodowej jest umieszczony ekran w postaci płyty aluminiowej o grubości około 7 mm. W pozostałym czasie pracy lekka płyta aluminiowa stanowi wraz z innymi elementami ekranującymi wieloczęściową osłonę ogniwa elektrolitycznego, jest jednak przemieszczana z każdym ruchem elektrod, na przykład przy ich wymianie.

Wadą tej osłony znanej z niemieckiego opisu wyłożeniowego nr 1 093 997 jest niemożność chodzenia po niej, co z kolei musi się odbywać w regularnych odstępach czasowych celem przeprowadzenia zabiegów konserwacyjnych. Poza tym wadliwa izolacja osłony oraz istniejące pomiędzy jej częściami szczeliny powodują duże straty cieplne, czego skutkiem jest niekorzystny bilans cieplny znanego urządzenia.

W brytyjskim opisie patentowym nr 583 831 przedstawione jest urządzenie do elektrolizy rafinacyjnej, w którym zastosowana jest osłona z ceramicznego tworzywa izolacyjnego - (mur termoizolacyjny). Użyte do tego celu cegły ceramiczne czynią jednak osłonę na tyle ciężką, że ze względu na stabilność musi ona być wykonana z wytrzymałej na pękanie stali. Utrudnia to obsługę ogniwa podczas prowadzenia elektrolizy.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości, wynoszącym 99,999% i więcej, które to urządzenie pozwala uzyskać dobrą wydajność przestrzenno-czasową, na przykład przy zużyciu energii mniejszym niż 20.000 kWh/t produko4

PL 193 668 B1 wanego aluminium o najwyższym stopniu czystości, charakteryzuje się całkowitym uszczelnieniem ogniw pod względem strat cieplnych, wnikania pyłu oraz emisji fluorków i pyłu.

Urządzenie do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości z ciekłego metalu metodą elektrolizy trójwarstwowej, składające się z podłączonego jako anoda dna węglowego w wannie elektrolitycznej, w której od góry zanurzone są, połączone jedna za drugą w kierunku wzdłużnym, elektrody grafitowe i która celem zmniejszenia strat cieplnych jest zaopatrzona w osłonę o prostokątnym zarysie, mającą otwory przelotowe dla katod grafitowych, przy czym dodawanie metalu odbywa się z boku przez zbiornik wstępny, odznacza się według wynalazku tym, że osłona składa się z trzech wzajemnie równoległych pokryw, umieszczonych w jednej płaszczyźnie i wzdłuż wanny elektrolitycznej, przy czym środkowa część osłony jest zdejmowalna pionowo w górę, zaś obie leżące na zewnątrz pokrywy boczne są zamocowane uchylnie za pomocą zawiasów, ponadto osłona jest zaizolowana cieplnie ceramicznym tworzywem włóknistym i uszczelniona przed wychodzeniem gazu, przy czym ceramiczne tworzywo włókniste spoczywa elastycznie wzdłuż całego obwodu na krawędzi wanny elektrolitycznej, uszczelniając poprzez docisk do uszczelnienia pośredniego, zaś katody grafitowe są otulone ceramicznymi kołpakami ochronnymi, wprowadzonymi w otwory przelotowe, znajdujące się w środkowej części osłony.

Korzystnie ceramiczne tworzywo włókniste jest osadzone kształtowo w wybraniach wanien z blachy, przy czym ceramiczne tworzywo włókniste wystaje od 1do 5 mm poza obwód wanien z blachy.

Korzystnie wąskie boki środkowej części osłony spoczywają na poprzecznych kozłach, umieszczonych na czołowych powierzchniach wanny elektrolitycznej i mających regulowane położenie w kierunku pionowym, przy czym środkowa część osłony składa się z obwodowej ramy z otworami do przeprowadzenia katod grafitowych.

Korzystnie na otworach środkowej części osłony umieszczone są przesuwne w kierunku poprzecznym zasuwy, wyłożone ceramicznym tworzywem włóknistym.

Korzystnie każda zasuwa ma od strony kołpaka ochronnego półokrągły otwór, którego promień jest równy zewnętrznemu promieniowi kołpaka ochronnego.

Korzystnie środkowa część osłony jest połączona z dwiema, spoczywającymi na poprzecznych kozłach, zaopatrzonymi w urządzenie napędowe, belkami nośnymi.

Korzystnie na ruchomych belkach nośnych zamocowane są haczykowate zawiasy pokryw bocznych.

Korzystnie pokrywy boczne składają się z obwodowej ramy rurowej, na której zamocowana jest wanna z blachy, w której umieszczone są poziome i pionowe płyty izolacyjne, przy czym poziome płyty izolacyjne są za pomocą uchwytów ceramicznych, podwieszonych na kołkach stalowych, zamocowane na spodzie wanny z blachy, zaś pionowe płyty izolacyjne spoczywają na krawędzi wanny elektrolitycznej i są połączone elastycznie ze sobą dla przejmowania nacisków.

Korzystnie w pokrywach bocznych osłony usytuowany jest co najmniej jeden, wyłożony ceramicznym tworzywem włóknistym, otwór roboczy, zamykany pokrywą zaopatrzoną w pierścień uszczelniający z ceramicznego tworzywa włóknistego.

Korzystnie na czołowych powierzchniach pokryw bocznych umieszczone są składane nóżki o regulowanej wysokości.

Korzystnie płyty izolacyjne wykonane są z krzemianu glinu, przy czym płyty znajdujące się po zewnętrznej stronie pieca zawierają co najmniej 44% Al2O3, zaś płyty znajdujące się po wewnętrznej stronie pieca zawierają co najmniej 73% Al2O3.

Urządzenie do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości z ciekłego metalu według wynalazku składa się z podłączonego jako anoda, węglowego dna wanny elektrolitycznej, w której od góry zanurzone są, połączone jedna za drugą wzdłuż wanny, katody grafitowe. Celem zmniejszenia strat cieplnych prostokątna osłona składa się z trzech wzajemnie równoległych pokryw, umieszczonych w jednej płaszczyźnie wzdłuż wanny elektrolitycznej. Środkowa część osłony jest zdejmowana od góry, natomiast obie zewnętrzne pokrywy boczne są zamocowane uchylnie za pomocą zawiasów. Osłona według wynalazku jest zaizolowana termicznie ceramicznym tworzywem włóknistymi uszczelniona względem wychodzenia gazu. Ceramiczne tworzywo włókniste spoczywa przy tym elastycznie na krawędzi wanny elektrolitycznej i uszczelnia poprzez docisk do uszczelnienia pośredniego. Katody grafitowe są otulone ceramicznymi kołpakami ochronnymi, wprowadzonymi w otwory przelotowe, znajdujące się w środkowej części osłony.

Zastosowanie kołpaków ochronnych z tworzywa ceramicznego w połączeniu z elastycznym uszczelnieniem ceramicznym stwarza dodatkową możliwość znacznego zmniejszenia szczelin pomięPL 193 668 B1 dzy katodami grafitowymi i osłoną. Zastosowanie tworzyw ceramicznych tego samego rodzaju, mających w przybliżeniu identyczny współczynnik rozszerzalności cieplnej, pozwala zachować z niewielkimi wartościami tolerancji możliwość przemieszczania elektrod grafitowych w całym zakresie temperatur roboczych. Również zdejmowanie osłony można bez problemu przenieść w każdej chwili, ponieważ luz temperaturowy pomiędzy kołpakiem ochronnym i ceramicznym tworzywem uszczelniającym jest utrzymany w zadanych granicach.

Konstrukcja osłony cechuje się trójczęściowym wykonaniem. Składa się ona mianowicie z części środkowej i dwóch, usytuowanych na poszczególnych wzdłużnych bokach (w odniesieniu do wanny elektrolitycznej), pokryw bocznych. Podczas gdy część środkowa osłony spoczywa na wąskich bokach na poprzecznych kozłach, umieszczonych z kolei na czołowych powierzchniach wanny elektrolitycznej, pokrywy boczne spoczywają na belkach nośnych, usytuowanych w kierunku wzdłużnym nad środkową częścią osłony i połączonych z kozłami poprzecznymi. Pokrywy boczne są przy tym zaopatrzone w haczykowate zawiasy, spoczywające na odpowiednich wielokrotnych zaczepach. W ten sposób pokrywy boczne mogą być wychylane niezależnie od części środkowej osłony.

Zarówno w części środkowej osłony, jak też w jej pokrywach bocznych znajdują się otwory. Otwory w części środkowej są zamykane przesuwnymi w kierunku poprzecznym zasuwami. Poszczególne zasuwy są wykonane z żaroodpornej blachy stalowej z powłoką z ceramicznego tworzywa włóknistego i mają, korzystnie od strony kołpaka ochronnego, półokrągłą krawędź końcową, której promień pokrywa się z zewnętrznym promieniem kołpaka ochronnego.

W pokrywach bocznych osłony znajduje się co najmniej jeden otwór roboczy, zamykany również pokrywą. Szczególną cechę tej konstrukcji stanowi izolacja pokryw bocznych, składająca się z poziomych i pionowych płyt izolacyjnych. Poziome płyty izolacyjne są za pomocą ceramicznych uchwytów, zawieszonych na kołkach stalowych, zamocowane na spodzie pokryw bocznych tworzących wannę z blachy. Pionowe płyty izolacyjne są połączone elastycznie ze sobą i spoczywają na krawędzi wanny elektrolitycznej.

Kolejna charakterystyczna cecha płyt izolacyjnych polega na tym, że są one wykonane z krzemianu glinu, przy czym płyty po zewnętrznej stronie pieca zawierają co najmniej 44% Al2O3, zaś płyty po stronie wewnętrznej zawierają co najmniej 73% Al2O3.

W celu dokonywania szybkich przeglądów i pomiarów kontrolnych w pokrywach bocznych znajduje się dodatkowo, poza otworem roboczym, również płyta zamykająca, także uszczelniona ceramicznym tworzywem izolacyjnym. Docisk niezbędny dla realizacji funkcji uszczelniającej jest w przypadku płyty zamykającej osiągany przez ukształtowanie tej płyty jak strzałki skierowanej zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości. Pokrywa i otwór roboczy w pokrywach bocznych osłony są zaopatrzone odpowiednio w zbieżny stożkowo, ceramiczny pierścień uszczelniający, który służy również do zwiększenia siły docisku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fragment ukształtowanej zgodnie z wynalazkiem osłony, składającej się z kilkuczęściowych pokryw (w widoku z góry), fig. 2 - pokrywę boczną w przekroju częściowym przez obszar krawędzi, fig. 3 - osłonę w przekroju częściowym w obszarze ruchomych belek nośnych z osadzoną obrotowo pokrywą boczną, fig. 4a, b - urządzenie według wynalazku do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości w widokach z boku (jako przekrój częściowy), fig. 5 - pokrywę boczną według urządzenia do pozyskiwania aluminium wynalazku w przekroju, fig. 6 - środkową część osłony według urządzenia wynalazku w przekroju, fig. 7a, b - płytę zamykającą w widokach z boku, fig. 8 - wannę elektrolityczną według urządzenia wynalazku w widoku z boku.

Jak widać na fig. 1, osłona urządzenia do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości według wynalazku składa się z części środkowej 1, na której z lewej i prawej strony za pomocą zawiasów 2 -4 zamocowane są ruchome pokrywy boczne 7, 8.

Część środkowa 1 zawiera odpowiadającą liczbie elektrod liczbę otworów 9, 10, z których każdy można uszczelnić za pomocą dwóch, zaopatrzonych w półokrągłe wybrania, zasuw 11, 12.

W jednej z bocznych pokryw znajduje się otwór roboczy 13 do przeprowadzania pomiarów i inspekcji podczas procesu elektrolizy trójwarstwowej. Również ten otwór roboczy jest zamykany oddzielną pokrywą.

Przekrój uwidoczniony na fig. 2 ukazuje ponownie budowę pokrywy w obszarze krawędziowym oraz ustawienie napełnionej kriolitem miski wodnej w postaci uszczelki 14 w obszarze wanny elektrolitycznej. W szczelinach pomiędzy częściami 1, 7, 8 osłony można ułożyć uszczelki zaciskowe w posta6

PL 193 668 B1 ci ułożonej kilkuwarstwowo maty izolacyjnej, w związku z czym każda pokrywa jest zaizolowana zarówno na powierzchni podparcia, jak też w obszarze bocznym.

Budowa izolacji w zewnętrznej części osłony jest widoczna na fig. 2. Widać tutaj ustawione pionowo na krawędzi pokrywy płyty izolacyjne 23a, które przejmują nacisk pokrywy na krawędź wanny elektrolitycznej 29. W środkowej części 1 osłony płyty izolacyjne 23b są ułożone poziomo, ponieważ tutaj najważniejsze jest działanie izolacyjne, nie zaś przejmowanie nacisku.

Zalety pokrywy urządzenia według wynalazku polegają na skutecznej izolacji cieplnej dzięki całkowitemu uszczelnieniu, na użyciu obojętnych materiałów, które charakteryzują się zredukowaną przepuszczalnością dla gazu oraz na poprawie wydajności przestrzenno-czasowej poprzez zapewnienie elastycznego dostępu do wnętrza pieca w trakcie jego pracy.

Pokrywy stanowią w zasadzie konstrukcję z usztywnionych skrzynkowych blach 15, 16, które w obszarze zagięcia pomiędzy górną powierzchnią i pokrywami bocznymi są zaopatrzone w wybrania 5do umieszczenia bocznej uszczelki pokrywy w postaci ceramicznej uszczelki włóknistej 27 (fig. 6). Poprzez wielokrotne zawieszenie na zaczepach 17, 18 i podparcie części środkowej 1 na podporach ukośnych 30 można osiągnąć dużą sztywność części środkowej przy niskim jej ciężarze własnym, w związku z czym do podniesienia lub opuszczenia pokrywy wystarczają już niewielkie siły, przyłożone na czołowych powierzchniach pieca. Poza tym w trakcie elektrolizy chodzi się po pokrywach bocznych. Nawet jednak przy krótkotrwałych udarach cieplnych nie wykazują one odkształceń względnie rys lub pęknięć. Stanowią one zatem rozwiązanie optymalne w odniesieniu do różnych wymagań z zakresu izolacji cieplnej, wydajności przestrzenno-czasowej i ochrony środowiska.

W korzystnym przykładzie wykonania środkowa część spoczywa na poprzecznych kozłach 19, 20, przedstawionych na fig. 4a, 4b. Każdy z kozłów jest ustawiony przy czołowej powierzchni pieca. Umieszczone są na nim urządzenia regulacyjne (belki katodowe) 21 do podnoszenia i opuszczania elektrod.

Ponadto na fig. 5 widoczne są haczykowate zawiasy, za pomocą których pokrywy boczne są obracane względem części środkowej lub - po wyczepieniu - zdejmowane całkowicie z powierzchni kąpieli.

Jak widać na fig. 5, pokrywy boczne są zaopatrzone w obwodową ramę rurową 22, na której jest zamocowana okładzina 16 z blachy do umieszczenia płyt izolacyjnych. Aby pokrywy boczne po otwarciu można było utrzymać w określonym odstępie względem górnej krawędzi wanny, są one co najmniej na czołowych powierzchniach zaopatrzone w rozkładane nóżki 24, 25. Nóżki te mają regulowaną wysokość, w związku z czym można nastawiać różne kąty otwarcia pokryw bocznych.

Do rozkładania pokryw bocznych służą uwidocznione na fig. 5 haczykowate przedłużenia w postaci pazura 26 na środkowej części 1 osłony. Duży kąt rozwarcia pazura 26 ułatwia uniesienie pokryw bocznych 7, 8 osłony i wyprowadzenie ich z obszaru obrotu. Jeżeli do tego celu zastosuje się dźwig, wówczas proces ten można ograniczyć do podnoszenia/opuszczania, ponieważ nóżki 24, 25 pozwalają na zabezpieczenie pokryw bocznych w pozycji otwartej.

Na fig. 7a, 7b przedstawiona jest płyta zamykająca 35 w widokach z boku. Obok płyty zamykającej 35 widoczny jest tutaj uchwyt 36 oraz wspornik 37, przykładowo element z blachy, połączony na stałe za pomocą śrub, urządzenia zaciskowego lub temu podobnych elementów z wykonaną z krzemianu wapnia płytą zamykającą. Krzemian wapnia jest bardzo wytrzymały na temperaturę i wykazuje dużą odporność na pękanie, dzięki czemu można go poddawać bardzo dużym obciążeniom mechanicznym.

Na fig. 8 przedstawiona jest wanna elektrolityczna urządzenia według wynalazku w widoku z boku. Widoczne jest tutaj również usytuowanie płyty zamykającej 35. Osłania ona przelew 38 w taki sposób, że emitowane substancje nie mogą się wydostawać na zewnątrz nawet przy otwarciu płyty zamykającej 35.

Wanna elektrolityczna 29 ma obmurze (krawędź 40 elektrolizera), biegnące w układzie pokazanym na fig. 8 poziomo do płyty zamykającej 35, a w dalszej części mające kształt litery V. Na obmurzu (krawędzi 40 elektrolizera spoczywa mająca kształt litery V kształtka z krzemianu wapnia, przy czym powierzchnie 35a, 35b jej podparcia osłaniają poziome uszczelnienie, zaś koniec w kształcie litery V osłania obszar otwierania.

Z boku w zewnętrznej części wanny elektrolitycznej 29 znajduje się drabina 34 do wchodzenia na osłonę wanny elektrolitycznej 29. Wtym celu na pokrywach bocznych 7, 8 umieszczona jest krata 41, spoczywająca w obszarze ramy rurowej 22 (fig. 5).

PL 193 668 B1

Pracownicy obsługi mogą stamtąd otwierać zarówno pokrywę 28 na otworze roboczym 13 (fig. 1), jak też zasuwy 11, 12 celem przeprowadzenia kontroli elektrod 42 (fig. 4a).

Konstrukcja i ogniotrwałe wyłożenie trójczęściowej osłony pozwalają osiągnąć następujące własności:

1) uszczelnienie wanny/ogniw przed stratami cieplnymi,

2) uszczelnienie wanny/ogniw przed wnikaniem pyłu,

3) minimalizacja emisji fluorków i pyłu o około 50%,

4) pokrywy boczne stanowią platformę roboczą dla pracowników przy czyszczeniu i wymianie węglowych elementów katodowych,

5) ciągła konstrukcja bez środkowych podpór ukośnych ułatwia dostęp przy pracach na powierzchni kąpieli oraz zapewnia krótkie czasy otwarcia,

6) obrotowe osadzenie pokryw bocznych 7, 8 za pomocą haczykowatych elementów kształtowych/zawiasów,

7) obojętne, ogniotrwałe wyłożenie wewnętrznej strony pokrywy uniemożliwia wnikanie do kąpieli metalicznych zanieczyszczeń w postaci produktów reakcji macierzystego materiału pokrywy,

8) kompozytowa struktura ogniotrwałego wyłożenia,

9) wyeliminowanie wielokrotnych procesów otwierania przy zasysaniu ogniw dzięki otworom roboczym wykonanym w pokrywach bocznych z pokrywą zamykającą 28,

10) pełna możliwość ruchu pokryw bocznych (możliwe zdejmowanie, zwłaszcza przy procesach włączania i wyłączania oraz dodawaniu elektrolitu),

11) zastosowanie stali żaroodpornej w miejscach, szczególnie narażonych na wysokie temperatury,

12) dokładne sterowanie temperaturą elektrolizera (± 1°C) za pomocą pokryw węglowych elementów katodowych względnie zasuw 11, 12 oraz mającej kształt litery V płyty zamykającej 35 na przelewie 38 (wykonywanie minimalnych otwarć).

Dokładne sterowanie temperaturą elektrolizera z dokładnością ± 1°C jest możliwe dzięki otwieraniu płyty zamykającej 35 na przelewie 38. Płyta zamykająca 35 jest w tym celu zaopatrzona we wspornik 37, na którym jest zamocowany uchwyt 36. Materiał płyty zamykającej 35 stanowi krzemian wapnia, w związku z czym charakteryzuje się on wysoką ogniotrwałością, a jednocześnie wysoką wytrzymałością, co pozwala jej wytrzymać bez uszkodzeń naprężenia mechaniczne przy otwieraniu i zamykaniu przelewu 38.

Korzystnie płyta zamykająca 35 jest zamocowana z boku na ogniwie elektrolitycznym 29. Pozwala to w dużym stopniu zapobiec wychodzeniu gazów piecowych, co z kolei znacznie ogranicza emisję przy obsłudze urządzenia według wynalazku. Szczególnie korzystne jest boczne zamocowanie płyty zamykającej 35 na czołowej stronie elektrolizera, ponieważ panujące tutaj warunki termiczne zapobiegają wychodzeniu na zewnątrz zanieczyszczeń gazowych. Dodatkowo płyta zamykająca 35 jest w kierunku przelewu 38 ukształtowana w postaci litery V, wskutek czego szczelina pozostaje stosunkowo długo otwarta, co pozwala na dużą dokładność regulacji temperatury przy minimalnych wartościach emisji.

Szczególnie korzystnie kształtka z krzemianu wapnia z której wykonana jest płyta zamykająca 35, ma kształt litery T, spoczywającej powierzchniami 35a, 35b jej daszka na wymurówce 39 krawędzi 40 obmurza elektrolizera. Zapewnia to skuteczne zamknięcie ogniwa elektrolitycznego 29 płytą zamykającą 35.

Z boku na krawędzi 40 obmurza elektrolizera zamocowana jest drabina 34, która umożliwia personelowi wejście na pokrywę urządzenia. Korzystne jest zamocowanie schodów 34 w pobliżu otworu roboczego 13, dzięki czemu wszystkie manipulacje można przeprowadzać na krótkich odcinkach. Celem zwiększenia wygody chodzenia po osłonie na jej bocznych pokrywach 7, 8 w obszarze ramy rurowej 22 zamocowana jest krata 41. Pokrywy boczne stanowią zatem platformę roboczą do czyszczenia i wymiany węglowych elementów elektrod względnie katod.

Claims (11)

1. Urządzenie do pozyskiwania aluminium o najwyższym stopniu czystości z ciekłego metalu metodą elektrolizy trójwarstwowej, składające się z podłączonego jako anoda dna węglowego w wannie elektrolitycznej, w której od góry zanurzone są, połączone jedna za drugą w kierunku wzdłużnym, elektrody grafitowe i która celem zmniejszenia strat cieplnych jest zaopatrzona w osłonę o prostokątnym zarysie, mającą otwory przelotowe dla katod grafitowych, przy czym dodawanie metalu odbywa się z boku przez zbiornik wstępny, znamienne tym, że osłona składa się z trzech wzajemnie równoległych pokryw, umieszczonych w jednej płaszczyźnie i wzdłuż wanny elektrolitycznej, przy czym środkowa część osłony jest zdejmowalna pionowo w górę, zaś obie leżące na zewnątrz pokrywy boczne (7, 8) są zamocowane uchylnie za pomocą zawiasów (2 do 4), ponadto osłona jest zaizolowana cieplnie ceramicznym tworzywem włóknistym i uszczelniona przed wychodzeniem gazu, przy czym ceramiczne tworzywo włókniste (27) spoczywa elastycznie wzdłuż całego obwodu na krawędzi wanny elektrolitycznej (29), uszczelniając poprzez docisk do uszczelnienia pośredniego, zaś katody grafitowe są otulone ceramicznymi kołpakami ochronnymi, wprowadzonymi w otwory przelotowe, znajdujące się w środkowej części osłony.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ceramiczne tworzywo włókniste (27) jest osadzone kształtowo w wybraniach (5) wanien (15, 16) z blachy, przy czym ceramiczne tworzywo włókniste (27) wystaje od 1 do 5 mm poza obwód wanien (15, 16) z blachy.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wąskie boki środkowej części (1) osłony spoczywają na poprzecznych kozłach (19, 20), umieszczonych na czołowych powierzchniach wanny elektrolitycznej (29) i mających regulowane położenie w kierunku pionowym, przy czym środkowa część (1) osłony składa się z obwodowej ramy z otworami do przeprowadzenia katod grafitowych.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że na otworach środkowej części (1) osłony umieszczone są przesuwne w kierunku poprzecznym zasuwy (11, 12), wyłożone ceramicznym tworzywem włóknistym.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że każda zasuwa ma od strony kołpaka ochronnego półokrągły otwór, którego promień jest równy zewnętrznemu promieniowi kołpaka ochronnego.

6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, znamienne tym, że środkowa część (1) osłony jest połączona z dwiema, spoczywającymi na poprzecznych kozłach (19, 20), zaopatrzonymi w urządzenie napędowe (33), belkami nośnymi (31, 32).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że na ruchomych belkach nośnych (31, 32) zamocowane są haczykowate zawiasy (2 - 4) pokryw bocznych (7, 8).

8. Urządzenie według zastrz. 1 albo 7, znamienne tym, że pokrywy boczne (7, 8) składają się z obwodowej ramy rurowej (22), na której zamocowana jest wanna (16) z blachy, w której umieszczone są poziome i pionowe płyty izolacyjne (23a, 23b), przy czym poziome płyty izolacyjne (23b) są za pomocą uchwytów ceramicznych (43), podwieszonych na kołkach stalowych (6), zamocowane na spodzie wanny (16) z blachy, zaś pionowe płyty izolacyjne (23a) spoczywają na krawędzi wanny elektrolitycznej i są połączone elastycznie ze sobą dla przejmowania nacisków.

9. Urządzenie według zastrz. 1 albo 7, znamienne tym, że w pokrywach bocznych (7, 8) osłony usytuowany jest co najmniej jeden, wyłożony ceramicznym tworzywem włóknistym, otwór roboczy (13), zamykany pokrywą (28) zaopatrzoną w pierścień uszczelniający z ceramicznego tworzywa włóknistego.

10. Urządzenie według zastrz. 1 albo 7, znamienne tym, że na czołowych powierzchniach pokryw bocznych (7, 8) umieszczone są składane nóżki (24, 25) o regulowanej wysokości.

11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że płyty izolacyjne (23a, 23b) wykonane są z krzemianu glinu, przy czym płyty znajdujące się po zewnętrznej stronie pieca zawierają co najmniej 44% Al2O3, zaś płyty znajdujące się po wewnętrznej stronie pieca zawierają co najmniej 73% Al2O3.