NO167873B - Punktmater for elektrolyseceller for fremstilling av aluminium. - Google Patents

Abstract

Ved en punktmater for tilførsel av tilsatsmaterialer så som aluminiumoksid eller aluminiumfluorid til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium, tilfares tilsatsmaterialene elektrolysecellenes smeltebad gjennom et hull i badskorpen via en rørstuss (28). Hullet dannes ved hjelp av en skorpebrekker som utgjøres av et spett (14) tilkoblet en stempel-/sylinderanordning. (12). Punktmateren er laget av en huskonstruksjon omfattende et øvre, mot omgivelsene helt eller delvis åpent parti (3,4) og et nedre, mot badskorpen nedad åpent, men mot det øvre parti (3,4) og omgivelsene forøvrig lukket parti (5). Sylinder/stempelanordnin-gen (12) er anordnet i det øvre parti (5), idet spettet (14) strekker seg ned gjennom en hylseformet føring (17) som er anordnet mellom det øvre og nedre parti. Videre er rørstussen (28) koblet til det nedre parti (5) , eller er anordnet under det nedre parti (5), f.eks. på gasskappen i en Søderberg-ovn.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en punktmater for tilførsel av tilsatsmaterialer så som aluminiumoksid eller aluminiumfluorid til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium, spesielt elektrolyseceller av Søderberg-typen, hvilke tilsatsmaterialer tilføres elektrolysecellenes smeltebad gjennom et hull i badskorpen som dannes ved hjelp av en skorpebrekker som utgjøres av et spett tilkoblet en stempel-/sylinderanordning.

Ved fremstilling av aluminium etter Hall-Heroult prosessen skjelner man mellom to konstruksjonsprinsipper. Således kan elektrolyseovnene eller -cellene være forsynt med selvbrennende anoder (de såkalte Søderberg-anoder) som arbeider kontinuerlig, eller med ferdig brente anodeblokker av karbon (prebake-anoder) som må skiftes ut ettersom de forbrukes og derved gir diskon-tinuerlig arbeidsmåte for den anodiske del.

For begge ovnstypenes vedkommende er anoden(e) anordnet over en katode som prinsippielt sett har lik konstruksjonsmessig utforming og består av en rektangulært utformet, lav kasse av stål som innvendig er foret med en termisk isolering av ildfast stein i bunnen og sidene. På høytemperatursiden, innenfor den termiske isoleringen, er det anordnet en karbonf or ing. Denne er formet som et grunt kar som rommer en badsmelte og utskilt aluminium. I karbonforingen ligger stålskinner, såkalt katode-stål, for elektrisk forbindelse mellom karbon katoden og ytre strømskinner.

Smeltebadet består av aluminiumoksid oppløst i smeltet kryolitt med mindre mengder tilsatsstoffer, hovedsakelig aluminiumfluorid og kalsiumfluorid. Under elektrolysens gang forbrukes aluminiumoksidet ved at det spaltes til oksygen som umiddelbart reagerer med karbonet i anoden, og aluminium som på grunn av gravitasjonskreftene synker til bunnen av katoden. Også de øvrige tilsatsmaterialer forbrukes til en viss grad, og for å opprettholde den kjemiske likevekten i badet må det stadig tilføres tilsatsmaterialer (hovedsakelig aluminiumoksid) til erstatning for de som forbrukes.

Det har lenge vært kjent å tilføre tilsatsmaterialer ved hjelp av én eller flere punktmatere anordnet på anoden (gjennom karbonet i anoden) , ved siden av anoden, eller dersom det dreier seg om prebake-celler, mellom anodekullene. Bl.a. er det i norsk patentskrift nr. 844448 som er fra 1954 vist slike arrangement.

Anvendelse av punktmatere har imidlertid ikke funnet noen anvendelse før de siste 10 år, og da i vesentlig grad bare for .prebake-cellene. Grunnen til at punktmating ikke har vært tatt i bruk tidligere, synes i vesentlig grad å bero på at man ikke har hatt tilstrekkelig gode styringssystemer for punktmaterne og at materne i seg selv ikke har vært robuste nok til å fungere i det vanskelige miljøet elektrolysecellene oppviser.

Fordelene med punktmating er flere. Bl.a. kan cellene drives mer optimalt ved at den kjemiske sammensetningen i badet (elektrolytten) kan holdes jevn og optimal. Det manuelle arbeidet under betjeningen av cellene blir videre redusert og gass og støvutslipp blir i vesentlig grad eliminert idet tilførselen av tilsatsmaterialene foretas med cellene hovedsakelig fullstendig lukket.

Når det gjelder Søderberg-cellene, foregår matingen av disse fremdeles etter den konvensjonelle metode ved at skorpen på elektrolytten mellom anoden og sidekanten av ovnen med mel-lomrom brytes ned med en skorpebryter hvoretter aluminiumoksid tilføres smeiten fra et kjøretøy e.l.

Punktmaterne som er utviklet for prebake-cellene kan ikke umiddelbart overføres til Søderberg-cellene idet anodekonstruksjonen for de to celletypene er forskjellig. I motsetning til ovner med prebake anoder hvor punktmaterne kan plasseres mellom de enkelte anodekull og hvor hele anodekonstruksjonen er innebygget, representerer Søderberg-cellene mot omgivelsene åpne celle-løsninger der den eneste reelle mulighet for lokalisering av punktmatere vil være mellom anodemantelen og ovnens sidekruste. En av hovedgrunnene til at punktmating ikke har vært tatt i bruk for Søderberg-ovnene er at det ikke har vært utviklet tilstrekkelig gode punktmatere som kan anvendes i dette området.

I norsk patentsøknad nr. 874538 er det vist en fremgangsmåte og anordning for punktmating av Søderberg-celler der punktmateren er anordnet i et innsving på anodemantelen. Dersom denne løsningen skal benyttes på eksisterende Søderberg-ovner, må anodemantelene forandres, hvilken vil medføre store om-kostninger. Punktmateren er forøvrig av konvensjonell type der en skorpebrekker omfattende en stempel-/sylinderanordning er anordnet inne i et vertikalt rør som er åpent nedad mot badsmelten, og der tilsatsmaterialer tilføres gjennom en rørstuss via det vertikale røret. Stempelstangen for stempel-/sylinderanordningen er med den her viste løsning direkte eksponert mot gass, støv og varme fra smeltebadet og dette sammen med sidekreftene som spettet utsettes for, vil raskt føre til lekkasje i pakningen mellom stempelstangen og sylinderen som følge av slitasje.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en punktmater som ikke er beheftet med ovennevnte ulemper, dvs. som er robust og driftsikker, men som likevel er rimelig å fremstille og enkel å vedlikeholde.

Punktmateren er spesielt konstruert for å kunne anordnes på gasskappen for anodemantelen i Søderberg-ovner for tilførsel av tilsatsmaterialer gjennom gasskappen, men kan også anvendes utenfor gasskappen, dvs. i mellomrommet mellom gasskappen og katodens sidekant.

Punktmateren er slik konstruert at stempelstangen for stempel-/sylinderanordningen ikke utsettes for sidekrefter. Videre er stempel-/sylinderanordningen, inkludert stempelstangen, hindret fra å komme i kontakt med gass, støv og varme fra smeltebadet. Oppfinnelsen er karakterisert ved de trekk som fremgår av vedheftede krav. Et eksempel på en punktmater i henhold til oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av vedheftede tegning.

Tegningen viser et vertikalsnitt av punktmateren som er montert på en Søderberg-ovn (bare en del av ovnen er vist) . Den består av en ramme- eller huskonstruksjon 1, en innvendig i huskonstruksjonen anrodnet skorpebrekker 2, samt en til hus-konstruks j onen koblet rørstuss 28 for tilførsel av tilset-ningsmaterialer til elektrolysecellens smelte 11.

Selve huskonstruksjonen 1 omfatter et øvre, mot omgivelsene helt eller delvis åpent parti 3,4 samt et nedre, nedad åpent, men mot det øvre parti og omgivelsene lukket parti 5. For å lette monteringen og demonteringen av punktmateren, er hus-konstruks jonens øvre parti to-delt, idet de to delene 3, respektive 4 er forbundet med hverandre ved hjelp av en flensforbindelse 6 med en gjennomgående skrueforbindelse 7. En tilsvarende flens-/skrueforbindelse 8,9 er benyttet mellom det øvre parti 3,4 og nedre parti 5.

Skorpebrekkeren 2 er som angitt ovenfor anordnet inne i huskonstruksjonen 3,4,5. Den består av en stempel-/sylinderanordning 12 med en meisel eller spett 14. Spettet 14 er forbundet med stempelstangen 13 via et ledd 16 og strekker seg ned gjennom en hylseformet føring 17, mens stempel-/ sylinderanordningen på sin side er forbundet med huskonstruksjonens øvre ende ved hjelp av et universalledd 18. Hensikten med å opplagre skorpebrekkeren 2 som her angitt, er å unngå at stempelstangen 13 skal utsettes for sidekrefter når spettet 14 føres gjennom badskorpen 10. Herved elimineres i vesentlig grad slitasjen mellom stempelstangen 13 og pakningen i sylinderanordningen 12.

Den hylseformede føringen 17 styrer spettet 14 og er innrettet til å skrape av eventuelt bad som har klebet seg til spettet når dette føres tilbake til "hvilestillingen". Klaringen mellom spettet og føringen er forøvrig så liten at gass og støvgjen-nomgang til det øvre parti av huskonstruksjonen (omgivelsen) hindres.

Føringen er ellers forsynt med en utoverragende flens 20 og hviler via denne flens på en innoverragende del av flensfor-bindelsen 8 mellom det øvre og nedre parti av huskonstruksjonen 1. En låsebolt 19 som strekker seg gjennom veggene i hus-konstruks j onen, på oversiden av flensen 20, fastholder på en enkel måte føringen 17.

Samtidig som flensen 20 forbinder føringen med huskonstruksjonen, tjener den også som lukke for åpningen mellom det øvre og nedre parti av huskonstruksjonen.

Som nevnt innledningsvis er punktmateren spesielt konstruert for tilførsel av tilsatsmaterialer gjennom gasskappen på anodemantelen i elektrolyseceller av Søderberg-typen. I tegningen fremgår at punktmateren er anordnet på oversiden av gasskappen 21. Den hviler på selve gasskappen og holdes på plass ved hjelp av en styrekant 22 på det nedre parti 5 som strekker seg ned i et hull 23 på kappen. Ved hjelp av fes-tebraketter 24 fastholdes punktmateren til anodemantelen 26 via skrueforbindelser 25. Punktmateren er således ikke festet til gasskappen ved det nedre parti 5, og ved overhalinger og reparasjoner kan punktmateren derfor på en enkel måte tas ned og erstattes med en ny ved å løsne på skruene 25 og ellers frakoble slangene til stempel-/sylinderenheten 12 og tilfør-selsledningen (ikke vist) for rørstussen 28.

Den her beskrevne, enkle festemetode for punktmateren innebærer forøvrig at bare mindre forarbeide må utføres på anodemantelen og gasskappen for å kunne tilpasse og montere punktmateren på eksisterende Søderberg-celler.

Når det gjelder rørstussen 28 for tilføresel av tilsatsmaterialer, er denne forbundet med huskonstruksjonens nedre parti 5. Tilsatsmaterialene tilføres rørstussen via en ikke vist ledning fra en doseringsinnretning som er plassert fortrinns-vis i nærheten av punktmateren på anoden. Alternativt kan doserings innretningen være av den type som er beskrevet i søkerens egen norske patentsøknad nr. 874220.

Som nevnt i det foranstående danner det nedre parti 5 av punktmaterens huskonstruksjon et lukket rom i forhold til det øvre parti 3,4. Herved hindres at stempel-/sylinderanordningen blir utsatt for støv, varme og miljøskadelige gasser som befinner seg i det nedre parti 5 og under gasskappen 21. Det øvre parti 3,4 er forøvrig forsynt med hull 27, eller er på annen måte helt eller delvis åpen mot omgivelsene, for å sikre gjennomstrømning av luft og derved nedkjøling av stempel-/sylinderanordningen. Med den her angitte konstruktive løs-ning oppnås en vesentlig lengre levetid for stempel-/sylinderanordningen.

Punktmateren virker på følgende måte:

Når tilsatsmateriale (for det meste aluminiumoksid) skal tilføres smeiten, føres spettet 14 i retning nedad ved hjelp av stempel-/sylinderanordningen 12 og lager et hull i badskorpen 10. Spettet føres deretter tilbake til utgangsstil-lingen og eventuell smelte som kan ha klebet seg til spettet blir skrapet av på den nedre kanten av føringen 17. Tilsatsmateriale kan nå tilføres smeiten gjennom hullet i skorpen via rørstussen 28.

Det skal bemerkes at siden det kan oppstå kortslutning når spettet strekker seg ned i smeiten, er det øvre parti av huskonstruksjonen 3,4 med stempel-/sylinderanordningen, spettet og føringen 17 elektrisk isolert fra anoden (anodemantelen og gasskappen).

Når det gjelder punktmaterens huskonstruksjon, kan denne være laget av stålrør med i og for seg enhver type tverrsnitt, firkant, rundt etc. Eventuelt kan det øvre parti 3,4 være laget som en helt åpen rammekonstruksjon av stålprofiler.

Det skal ellers bemerkes at selv om det i det foranstående er fordelaktig angitt at punktmateren er anordnet på anodemantelen for tilførsel av tilsatsmaterialer gjennom gasskappen, kan punktmateren også benyttes for tilførsel av tilsatsmaterialer gjennom skorpen utenfor gasskappen. I så tilfelle vil det være hensiktsmessig å la det nedre parti 5 av punktmaterens huskonstruksjon strekke seg helt ned til badskorpen. Det skal i denne forbindelse presiseres at punktmateren ikke bare kan benyttes for punktmating av Søderberg-ovner, men også prebake-ovner.

Claims (5)

1. Punktmater for tilførsel av tilsatsmaterialer så som aluminiumoksid eller aluminiumfluorid til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium, spesielt elektrolyseceller av Søderberg-typen som omfatter en anode med en hovedsakelig rektangulær anodemantel (26) av stål eller støpejern, hvilke tilsatsmaterialer tilføres elektrolysecellenes smeltebad gjennom et hull i badskorpen via en rørstuss e.l. (28), hvilket hull dannes ved hjelp av en skorpebrekker som utgjøres av et spett (14) tilkoblet en stempel-/sylinderanordning (12), karakterisert ved en huskonstruksjon omfattende et øvre, mot omgivelsene helt eller delvis åpent parti (3,4) og et nedre, mot badskorpen nedad åpent, men mot det øvre parti (3,4) og omgivelsene forøvrig lukket parti (5), at sylinder/stempelanordningen (12) er anordnet i det øvre parti (5), at spettet (14) strekker seg ned gjennom en hylseformet føring (17) som er anordnet mellom det øvre og nedre parti og at rørstussen (28) er koblet til det nedre parti (5), eller er anordnet under det nedre parti (5), f.eks. i tilknytning til gasskappen på en Søderberg-ovn.

2. Punktmater ifølge krav 1, karakterisert ved at spettet (14) er forbundet med stempel-/sylinderan-ordningens stempelstang (13) ved hjelp av et ledd (16) og/eller at sylinderen (12) ved sin øvre ende er forbundet med det øVre parti (3) via et ledd (18).

3. Punktmater ifølge krav 2, karakterisert ved at leddene (16,18) utgjøres av universalledd.

4. Punktmater ifølge krav 1, karakterisert ved at det øvre og nedre parti (3,4,5) er laget av rundstål eller firkantstål.

5. Punktmater ifølge krav 1, karakterisert ved at det øvre parti (3,4) er laget av stålprofiler mens det nedre parti er laget av firkantstål eller rundstål.