Einschlagvorrichtung für einen Elektrolyseofen

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welche einen Druckzylinder, eine Kolbenstange und einen Meissel umfasst.

[0002] Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionnellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C0₂ und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-970 °C statt.

[0003] Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4-4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.

[0004] Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.

[0005] Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stösst auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolyseöfen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Oefen erfolgt.

[0006] In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem « Point-Feeder »-Prinzip oder nicht kontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonerde angeordnet. Entsprechendes gilt für die von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der Elektrolyseöfen (DE-Patent Nr. 27 31 908).

[0007] Für das Einschlagen des erstarrten Flusses werden in bekannten Vorrichtungen im Querschnitt rechteckige oder runde Meissel eingesetzt.

[0008] Diese Meissel neigen zu Verdrehungen, wenn sie die harte Kruste aus erstarrter Schmelze durchstossen.

[0009] Zur Verhinderung von Verdrehungen an im Querschnitt rechteckigen Meisseln sind in der Literatur spezifische Vorrichtungen beschrieben worden :

- Eine Führung im Druckzylinder, ohne Zentrierrollen, für eine Schlagvorrichtung mit kleinem Hub.

- Eine Führung im Druckzylinder und unterhalb davon, was einer sogenannten Doppelführung entspricht.

- Eine Führung der Kolbenstange.

[0010] Die bekannten Ausführungsformen haben den Nachteil, dass sowohl Führung als auch Meissel in eine gewisse Schwerfälligkeit bewirkender, massiver Bauweise hergestellt werden müssen. Ausserdem besteht die Gefahr, dass die einer Verdrehung entgegenwirkenden Lager durch eingedrungene Tonerdekörner erodiert und in ihrer Funktion behindert werden.

[0011] Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Meisselführung für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens zu schaffen, welche den Meissel, trotz einfacher und verhältnismässig leichter Bauweise, gegen Verdrehungen sichert und bei geringer Störanfälligkeit eine hohe Lebensdauer aufweist.

[0012] Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch

- einen sich von der Unterseite des Meissels in Ruheposition bis zur Kolbenstange erstreckenden, mechanisch stabilen Führungskasten,

- einen Meissel, der wenigstens eine ebene, vertikal verlaufende Führungsfläche aufweist,

- mindestens eine, über Rollenlager am Führungskasten befestigte Führungsrolle, die mit der Führungsfläche in Eingriff steht, und

- einen am Führungskasten befestigten, sich unterhalb der Führungsrollen über die gesamte Breite der Führungsfläche(n) erstreckenden Flussabstreifer.

[0013] Der Führungskasten ist aus soliden Stahlblechen, die beispielsweise eine Dicke von 2-3 mm haben, hergestellt und erfüllt daher die Anforderungen bezüglich der mechanischen Stabilität.

[0014] Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Führungskasten, abgesehen von seiner Unterseite mit der Meisselaustrittsöffnung, gasdicht ausgestaltet werden. Bei gekapselten Oefen durchgreift der Führungskasten nach einer ersten Variante die Ofenabdeckung so, dass nur dessen gasdichter Teil herausschaut. Das Deckblech des Führungskastens wird seinerseits von der Kolbenstange, die den Meissel beim Einschlagen der Kruste nach unten drückt, gasdicht durchgriffen. Nach einer zweiten Variante ist der Führungskasten, auch Führungsgehäuse genannt, an der Unterseite des Druckzylinders angeflanscht. Nach einer weiteren Variante kann die Ofenabdeckung auch das Deckblech des Führungskasten sein.

[0015] Die Führungsrollen bestehenvorzugsweise aus einem verschleissfesten metallischen Gussteil, z.B. Stahlguss oder Grauguss. Sie sind ohne Kugellager oder dergleichen auf einem Rollenführungslager angeordnet. Die Führungsrollen, die bevorzugt einen Durchmesser von einigen cm haben, liegen nicht direkt auf einer Führungsfläche des Meissels auf, sie haben ein wenig Spiel, jedoch < 1 mm.

[0016] Im Prinzip können die konstruktive Gestaltung und die Anordnung der Führungsrolle(n), je nach zu führendem Meissel, nach Gutdünken konzipiert werden.

[0017] Weist ein Meissel nur eine vertikale Führungsfläche auf, wie dies z.B. bei einem im Querschnitt halbkreisförmigen Meissel der Fall ist, so kann eine sich über einen Teil der oder über die ganze Führungsfläche erstreckende Rolle bzw. zwei kleinere, an den Enden dieser Führungsfläche angeordnete Rollen eingesetzt werden. Auf diese Weise kann jedoch nur ein Verdrehen des Meissels, nicht aber sein seitliches Ausweichen verhindert werden.

[0018] Es ist deshalb, - insbesondere bei Meisseln mit schmalem Querschnitt - zweckmässig, zwei parallele ebene Führungsflächen in vertikaler Richtung vorzusehen, sodass ein Paar von gegenüberliegenden Rollen- bzw. zwei an den Enden der Führungsflächen liegende Rollenpaare ein Verdrehen und ein seitliches Ausweichen verhindern können. Falls ein Rollenpaar in der Mitte der Führungsflächen angeordnet ist, erstrecken sich diese über den grösseren Teil der Breite der Führungsflächen.

[0019] Unabhängig von der Anzahl und der Anordnung der Führungsrollen verlaufen deren Längsachsen immer horizontal. Vorzugsweise liegen diese Längsachsen in derselben Horizontalebene, im untersten Bereich des Führungskastens.

[0020] Beim Zurückfahren des Meissels von der Arbeits- in die Ruheposition wird am Meissel erstarrter Elektrolyt hochgezogen. Um zu vermeiden, dass diese Kruste zwischen Meissel und Führungsrolle(n) gerät, wird an der Unterseite des Führungskastens ein sich über die gesamte Breite der Führungsfläche(n) erstreckender Flussabstreifer angeordnet. Die untere, mit weniger Spiel als die Führungsrollen an der (den) Führungsfläche(n) anliegenden Kante des Abstreifers ist bevorzugt nicht horizontal ausgebildet, sondern z.B. schräg oder V-förmig.

[0021] Die Verhinderung des Verdrehens oder seitlichen Ausweichens bei im Querschnitt schmalen Meisseln, welche bei grossem Kolbenhub nur eingesetzt werden können, wenn sie erfindungsgemäss stabil positioniert sind, ist von wesentlicher Bedeutung, weil dies bei bestehenden Oefen die Umstellung auf Mittelbedienung oder die punktförmige Tonerdezugabe erlaubt, ohne dass beim Umrüsten der Anodenabstand in der Ofenlängsachse wesentlich verändert werden muss.

[0022] Die Einschlagvorrichtung, welche im Prinzip aus Druckzylinder, Kolbenstange, Meissel und Führungskasten besteht, ist direkt oder indirekt am Zellenaufbau befestigt oder Bestandteil eines Bedienungsfahrzeuges bzw. Ofenmanipulators. Die durch die erfindungsgemässe Meisselführung mit Führungskasten und -rollen erreichte Stabilität ist, verglichen mit den bekannten Kolbenführungen, erheblich weniger aufwendig und dennoch wirkungsvoller.

[0023] Ein speziell- Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen :

Figur 1 einen vertikal Längsschnitt mit Teilansicht durch den unteren Teil einer Einschlagvorrichtung in Ruheposition, mit einer Meisselführung.

Figur 2 einen Horizontalschnitt durch 11-11 von Fig. 1, mit Teilansicht von oben.

[0024] In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Führungskasten 10 aus Stahlblech dargestellt. Durch diesen Führungskasten wird der Meissel 12, im vorliegenden Fall fischschwanzförmig ausgebildet, geführt. Zwei gegenüberliegende, parallel verlaufende Führungsflächen 13, Breitseiten des im Querschnitt rechtwinkligen Meissels, stehen in Eingriff mit einem seitlich angeordneten Paar von Führungsrollen 14. Durch die verhältnismässig massive Bauart des Meissels 12 wird verhindert, dass die andere, nicht mit den Führungsrollen 14 in Eingriff stehende Seite des Meissels abgelenkt wird. Nach anderen, nicht dargestellten Varianten kann auf der anderen Seite ein weiteres Paar von Führungsrollen vorgesehen werden, oder die Führungsrollen erstrecken sich, vorzugsweise in der Mitte angeordnet, über einen grösseren Bereich der Meisselbreite.

[0025] Die Rollenführungslager 16 sind auf der oberen Seite des Bodenblechs des Führungskastens befestigt, z.B. durch Schweissen.

[0026] Auf der unteren Seite des .Bodenblechs ist der Flussabstreifer 18 angeordnet. Diese sich über die ganze Breite der Führungsflächen erstreckende Abstreifvorrichtung verhindert, dass beim Hochziehen des Meissels erstarrte Flussreste unter die Führungsrollen gelangen. Auf den Schmalseiten des Meissels 12 ist kein Abstreifer vorgesehen.

[0027] Im Längsschnitt ist der Flussabstreifer 18 V-förmig ausgebildet, wobei der Winkel a zweckmässig zwischen 90 und 150° liegt.

[0028] Der Führungskasten 10 durchgreift die Ofenabdeckung 20, wobei zur Erreichung einer wirkungsvolleren Kapselung noch Abdichtungsplatten 22 angeordnet sind.

Ansprüche

1. Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welche einen Druckzylinder, eine Kolbenstange und einen Meissel umfasst, gekennzeichnet durch

- einen sich von der Unterseite des Meissels (12) in Ruheposition bis zur Kolbenstange erstreckenden, mechanisch stabilen Führungskasten (10),

- einen Meissel (12), der wenigstens eine, vertikal verlaufende Führungsfläche (13) aufweist,

- mindestens eine über Rollenlager (16) am Führungskasten (10) befestigte Führungsrolle (14), die mit der Führungsfläche in Eingriff steht, und

- einen am Führungskasten (10) befestigten, sich unterhalb der Führungsrollen (14) über die gesamte Breite der Führungsfläche(n) erstreckenden Flussabstreifer (18).

2. Meisselführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Meissel (12) zwei parallel verlaufende Führungsflächen (13) aufweist, und - mit einem Zwischenraum von < 1 mm - mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Führungsrollen (14) mit diesen Führungsflächen (13) in Eingriff steht.

3. Meisselführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Führungsflächen (13) ein Paar von Führungsrollen (14) angeordnet ist.

4. Meisselführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Führungsflächen (13) je ein Paar von Führungsrollen (14) angeordnet ist.

5. Meisselführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte der Führungsflächen (13) ein Paar von sich über den grösseren Teil der Breite erstreckenden Führungsrollen (14) angeordnet ist.

6. Meisselführung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Flussabstreifers (18) schräg ausgebildet ist.

7. Meisselführung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Flussabstreifers (18) V-förmig, vorzugsweise mit einem Winkel (a) von 90-150°, ausgebildet ist.

8. Elektrolyseofen mit einer Einsschlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel und das von der Kolbenstange des Druckzylinders durchgriffene Deckblech des Führungskastens (10) gasdicht ausgestaltet sind und auch der verschiebbare Gehäusemantel mittels einer Abdichtplatte (22) gasdicht durch die Ofenabdeckung (20) hindurch geführt ist.

Claims

1. Crust breaking device for breaking open the solidified crust of an electrolytic cell, in particular the proaucnon or aluminium, which comprises a pressure cylinder, a piston rod and a chisel, characterised by

- a mechanically stable guide box (10) extending from the under side of the chisel (12) in its rest position as far as the piston rod,

- a chisel (12) which has at least one vertically-extending guide surface (13),

- at least one guide roll (14) mounted on the guide box (10) via roller bearings (16), which is in engagement with the guide surface, and

- a melt wiper (18) mounted on the alignment box (10), and extending across the whole width of the guide surface below the alignment rolls (14).

2. Chisel guide according to claim 1, characterised in that the chisel (12) has two parallel guide surfaces (13), and - with a play of < 1 mm - at least one pair of opposed guide rolls (14) is in engagement with these guide surfaces (13).

3. Chisel guide according to claim 2, characterised in that a pair of guide rolls (14) is arranged on one side of the guide surfaces (13).

4. Chisel guide according to claim 2, characterised in that a pair of guide rolls (14) is arranged on each of the two sides of the guide surfaces (14).

5. Chisel guide according to claim 2, characterised in that a pair of guide rolls (14) extending over the greater part of the width is arranged in the middle of the guide surfaces (13).

6. Chisel guide according to one of claims 1-5, characterised in that the lower edge of the melt wiper (18) is made inclined.

7. Chisel guide according to one of claims 1-5, characterised in that the lower edge of the melt wiper (18) is made V-shaped, preferably with an angle (a) of 90-150°.

8. Electrolytic cell with a crust breaking device according to claim 1, characterised in that the covering and the top sheet of the guide box (10) penetrated by the piston rod of the pressure cylinder are of gas-tight construction, and also the displaceable cover for the housing is guided through the cell hood (20) in a gas-tight manner by means of a sealing plate (22).

Revendications

1. Dispositif de piquage ou de brisure pour casser la croûte solidifiée d'un four d'électrolyee, en particulier pour la fabrication d'aluminium, qui comprend un vérin de pression, une tige de piston et une barre de métal appelée burin, caractérisé par :

- un fourreau de guidage mécaniquement stable (10) s'étendant de l'extrémité inférieure du burin (12) en position de repos jusqu'à la tige de piston,

- au moins une face de guidage verticale plane (13) sur le burin (12),

- au moins un galet de guidage (14) monté rotatif par des supports de galet (16) sur le fourreau (12) et en contact avec la face de guidage et

- un racloir (18) fixé au fourreau (10) et s'étendant sous les galets de guidage (14) sur toute la largeur de la ou des faces de guidage pour enlever du burin la matière du bain emportée par lui lors du retrait.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le burin (12) présente deux faces de guidage parallèles (13) qui coopèrent, avec un jeu inférieur à 1 mm, avec au moins une paire de galets de guidage (14) opposés destinés à venir en contact avec ces faces de guidage (13).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par la disposition d'une paire de galets de guidage (14) d'un côté des faces de guidage (13) dans le sens de la largeur de ces faces.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par la disposition d'une paire de galets de guidage (14) sur les deux côtés, dans le sens de la largeur, des faces de guidage (13).

5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par la disposition au milieu des faces de guidage (13) d'une paire de galets de guidage (14) s'étendant sur la majeure partie de la largeur de ces faces.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bord inférieur du racloir (18) est oblique.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bord inférieur du racloir (18) est en forme de V, de préférence avec un angle (a) de 90 à 150 °C.

8. Four d'électrolyse comportant un dispositif de piquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale du fourreau de guidage (10) et sa tôle de recouvrement traversée par la tige de piston du vérin de pression sont d'exécution étanche au gaz et la paroi latérale, disposée coulissante, traverse de façon étanche au gaz, grâce à la prévision d'une plaque d'étanchéité (22), le recouvrement (20) du four.

Zeichnung