CH644156A5 - Vorrichtung zur bedienung von elektrolyseoefen. - Google Patents

Vorrichtung zur bedienung von elektrolyseoefen. Download PDF

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CH644156A5
CH644156A5 CH814679A CH814679A CH644156A5 CH 644156 A5 CH644156 A5 CH 644156A5 CH 814679 A CH814679 A CH 814679A CH 814679 A CH814679 A CH 814679A CH 644156 A5 CH644156 A5 CH 644156A5
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CH
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chisel
guide
storage bunker
alumina
underside
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CH814679A
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Hans Friedli
Edwin Gut
Peter Aeschbach
Gottfried Maugweiler
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Alusuisse
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur punktförmigen Bedienung eines Elektrolyseofens («Point-Feeder»-Prinzip), insbesondere zur Herstellung von Aluminium.
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 konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-950°C statt.
Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es plötzlich zum Anodeneffekt, der sich in einer plötzlichen 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.
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. 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 Öfen erfolgt.
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 (CH-Pat. Anm. 7956/77).
Diezahlreichen bekannten «Point-Feeder»-Systeme, z.B. DE-PS 2 135 485 und US-PS 3 371 026, bzw. ihre Elemente sind starr am Zellenaufbau montiert. Dies hat den Nachteil,
dass Reparaturen an der Vorrichtung und das Auswechseins von Teilen oft kompliziert und zeitraubend ist. Ausserdem kann die Tonerde nicht immer an der optimalen Stelle in den schmelzflüssigen Elektrolyten eingespeist werden.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur punktförmigen Bedienung eines Elektrolyseofens zu schaffen, die wartungsfreundlich ist, die Tonerdezufuhr an den optimalen Stellen gewährleistet, und bei bestehenden Öfen ohne grossen Aufwand einbaubar ist.
Die erfindungsgemässe Lösung ist gekennzeichnet durch eine auf einem Träger in Längs- und/oder Querrichtung frei verschiebbare, mit einem Kran in vertikaler Richtung entfernbare «Point-Feeder»-Einheit, welche aus
- einer Beschickungsvorrichtung, bestehend aus einem Vorratsbunker mit einem grossen Behälter für Tonerde und einem kleinen Behälter für Hilfsstoffe, einer Dosiervorrichtung und einem teleskopartig verschiebbaren, immer auf die Einschlagstelle in der Kruste gerichteten Auslaufrohr, und
- einer am Vorratsbunker mittels einer Aufhängung lösbar befestigten, in vertikaler Richtung separat abhebbaren Einschlagvorrichtung, bestehend aus einem Druckzylindersystem, einem Meissel und einem am unteren Flansch des Arbeitszylinders befestigten Führungsgehäuse mit einer Meisselführung aufgebaut ist.
Bevorzugt sind pro Elektrolyseofen zwei solche «Point-Feeder»-Einheiten auf eine feste Traverse, welche auf den Anodenstützen angeordnet ist, aufgesetzt. Die Bewegungsfreiheit der Einheiten in Längs- und/oder Querrichtung wird lediglich durch die Ofenkapselung eingeschränkt.
Die «Point-Feeder»-Einheiten sind oben mit Haken versehen, sie können mit einem Kran leicht angehoben und gegebenenfalls innerhalb kürzester Zeit durch eine andere Einheit ersetzt werden. Im Bedarfsfall kann die Schlagvorrichtung separat entfernt bzw. ersetzt werden.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer auf einen Träger aufgesetzten « Point-Feeder»-Einheit.
Fig. 2 eine Ansicht einer Beschickungsvorrichtung mit im Vorratsbunker angeordnetem Endstück der Förderleitung.
Fig. 3 eine Ansicht eines am Führungsgehäuse befestigten mobilen Auslaufrohrs.
Fig. 4 eine Ansicht eines Druckzylindersystems einer Einschlagvorrichtung in Arbeitsbereitschaftsstellung, mit teilweisem Schnitt.
Fig. 5 einen vertikalen Längsschnitt mit Teilansicht durch den unteren Teil einer Einschlagvorrichtung in Ruheposition, mit einer Meisselführung.
Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch VI-VI von Fig. 5.
Fig, 7 eine Ansicht eines Glockenmeissels mit kegelförmiger Aussparung.
Fig. 8 eine Ansicht eines Glockenmeissels mit kegelstumpf-förmiger Aussparung.
Fig. 9 eine Ansicht eines Fischschwanzmeissels mit keilförmiger Aussparung.
Fig. 10 ein Detail A der Ausbildung des Randbereichs der Fig. 7-9.
Fig. 11 eine weitere Variante des Randbereichs bei A.
Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen im Querschnitt rechteckigen Meissel mit Nocken auf den Schmalseiten.
Fig. 13 eine Ansicht eines im Querschnitt runden Meisseis mit zwei übereinander angeordneten Nockenpaaren.
Fig. 14 einen teil weisen Längsschnitt durch einen Meissel mit verschieden grossen Nocken.
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Fig. 1 zeigt eine «Point-Feeder»-Einheit, welche später im Detail gezeigt wird, in ihrer Gesamtheit. Die Einheit kann an nicht dargestellten, am Vorratsbunker 12 angeordneten Haken mit einem Kran vom Träger 10 abgehoben und hochgezogen werden. Die aus dem Druckzylindersystem 24,26, dem Meissel 30 und dem Führungsgehäuse 32 bestehende Schlagvorrichtung ist über eine Aufhängung 22 am Vorratsbunker 12 lösbar befestigt und kann auch separat von einem Kran hochgezogen werden. Unterhalb der «Point-Feeder»-Einheit sind Kohleanoden 38, die auf die Kruste 42 geschüttete Tonerde 40 und der schmelzflüssige Elektrolyt 44 angedeutet.
In Fig. 1 ist ein Vorratsbunker 12 mit einem grossen Behälter 13 für Tonerde und einem kleinen Behälter 15 für Hilfsstoffe, wie z.B. Kryolith, Aluminiumflorid und gemahlene Flusskrusten, dargestellt. Die beiden Behälter sind durch eine vertikal angeordnete, ebene Scheidewand 14 getrennt. Der in Fig. 2 dargestellte Tonerdebunker 12 unterscheidet sich durch die anders gestaltete Unterteilung in einen grossen Behälter 13 und in einen kleinen Behälter 15. Dieser kleine Behälter ist durch eine Rohrwandung 54 abgegrenzt. In beiden Fällen, mit der ebenen Scheidewand oder dem rohr-förmigen Behälter, macht das Volumen des kleinen Behälters bevorzugt 0,5-25 Vol.-%, insbesondere 5-20 Vol.-%, des gesamten Volumens des Vorratsbunkers 12 aus.
Der den Vorratsbunker 12 nach unten begrenzende Abschlussschieber 17 kann ein- oder zweiteilig ausgebildet sein. Ein im Fall von Fig. 1 in der Ebene der Scheidewand 14 zweigeteilter Abschlussschieber 17 kann als Mischorgan eingesetzt werden, indem die beiden Schieberhälften je nach gewünschtem Anteil verschieden weit herausgezogen werden.
An der Unterseite des Vorratsbunkers ist ein Flansch ausgebildet, welcher mit der Dosiervorrichtung 16 verbunden ist. In einem begrenzten Dosierraum wird z.B. durch ein Kolbensystem pro Hub eine bestimmte Menge Tonerde bzw. Hilfsstoff, z.B. 1 kg, in das Auslaufrohr 18 gestossen. Über den unteren schrägen Teil des Auslaufrohrs fällt das ausgestos-sene Material auf die vom Meissel durchstossene Stelle der Kruste.
Zweckmässig verzweigt sich die vom Druckbehälter mit Tonerde und/oder Hilfsstoffen gespiesene Förderleitung kurz vor dem oder unmittelbar nach demEintritt in einen mit einem Deckblech versehenen Vorratsbunker. Ein Ende der verzweigten Förderleitung befindet sich über dem grossen Behälter für die Tonerde und ist mit mehreren Auslassstutzen versehen. Die andere Verzweigung der Förderleitung endet über dem kleinen Behälter für die Hilfsstoffe und ist, je nach Dimension dieses kleinen Behälters, mit einem oder mehreren Auslassstutzen versehen. Die beiden Endstücke der Förderleitung liegen vorzugsweise auf einer Horizontalebene. In der Verzweigung oder kurz nachher sind geeignete Umleitungs- bzw. Absperrorgane vorgesehen, welche folgende Fördermöglichkeiten erlauben:
- Das Fördergut fliesst durch beide Endstücke in beide Behälter.
- Das Fördergut fliesst durch ein Endstück in den grossen Behälter.
- Das Fördergut fliesst durch ein Endstück in den grossen oder in den kleinen Behälter.
- Beide Endstücke sind für das Fördergut abgeschlossen.
Nach Fig. 2 ist im oberen Teil des mit einem Deckblech 52 versehenen Vorratsbunkers 12 das eine Ende der Förderleitung 46 vom Druckbehälter zum grossen Behälter 13 gezeichnet. Durch die Auslassstutzen 50 tritt die Tonerde in den grossen Behälter aus. Das andere Rohrendstück mit in den kleinen Behälter mündenden Auslassstutzen ist nicht gezeichnet.
Ist der Elektrolyt an Hilfsstoffen verarmt und zum Beispiel alkalisch oder zu sauer geworden und beide Behälter mit Tonerde gefüllt, so wird der Abschlussschieber 17 derart eingestellt, dass nur Tonerde aus dem kleinen Behälter ausfliesst. Das Rohrendstück für die Tonerde wird verschlossen, die benötigten Hilfsstoffe in den Druckbehälter eingefüllt und über die Förderleitung 46 und den entsprechenden Auslassstutzen in den kleinen Behälter 15 geführt. Bei für den kleinen Behälter geöffnetem Abschlussschieber 17 werden die Hilfsstoffe, gegebenenfalls mit einem Anteil Tonerde, über die Dosiervorrichtung 16 und das Auslaufrohr 18 in den Fluss geleitet. Dieses Verfahren ist jedoch nur zweckmässig, wenn das Volumen des kleinen Behälters, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Vorratsbunkers, sehr klein ist, weil sonst bis zum Entleeren zu viel Zeit verstreichen kann.
Bei der Chargierung mit Tonerde kann deshalb der Auslaufstutzen oder die Eintrittsöffnung in den kleinen Behälter 15 geschlossen werden, so dass alle Tonerde in den grossen Behälter 13 geführt wird. Der kleine Behälter 15 bleibt leer und kann jederzeit für die rasche Zufuhr von Hilfsstoffen zum Bad verwendet werden.
Die abgeschrägte Behälterwand 19 muss mindestens dem Schüttkegelwinkel des am schlechtesten fliessenden Materials entsprechen. Ein gegebenenfalls einzustellendes Mischverhältnis zwischen Tonerde und Hilfsstoffen kann nicht nur mit einem zweiteiligen Abschlussschieber 17, sondern auch durch Anheben des Rohres 54 erreicht werden.
Bei allen Ausführungsformen des Vorratsbunkers werden die Prozessschritte zum Zuführen von Tonerde und Hilfsstoffen, zum Einstellen des Abschlussschiebers 17 und zum Betätigen der Dosiervorrichtung 16 mittels einer zentralen EDV-Anlage ausgelöst und gesteuert.
Die erfindungsgemässe Gestaltung des Vorratsbunkers hat den Vorteil, dass die Hilfsstoffe jederzeit und schnell, in jeder beliebigen Zusammensetzung, in geschlossenem Material-fluss zu dem Bad geführt werden können. Dabei muss weder die Ofenkapselung geöffnet, noch der Durchfluss des Tagessilos abgewartet, noch eine separate Zufuhrleitung mit einem separaten Druckbehälter gebaut werden.
In Fig. 3 wird der Zusammenhang zwischen der Bewegung des Arbeitszylinders 26 und des teleskopartig gebauten Auslaufrohrs 18 gezeigt. Am unteren Flansch des Druckzylinders 26 ist das Führungsgehäuse 32 für die Führung des an der Kolbenstange 28 des Druckzylinders befestigten Meisseis 30 vorzugsweise gasdicht montiert. Am mechanisch stabil gebauten Führungsgehäuse 32 ist über einen Mitnehmer 20 der untere mobile Teil des Auslaufrohres aufgehängt. Der obere ortsfeste Teil 56, welcher an der Dosiervorrichtung 16 befestigt ist, ist von kleinerem Durchmesser, so dass der mobile Teil 58 darübergestülpt werden kann.
In der in Fig. 3 nicht dargestellten Ruhestellung der Einschlagvorrichtung ist der mobile Teil 58 des Tonerdeauslaufrohrs vollständig über das feste Rohrstück 56 gestülpt. Wird der Druckzylinder 26 in die Arbeitsbereitschaftsstel-lung abgesenkt, so senkt sich auch der am Führungsgehäuse 32 befestigte Mitnehmer 20 und mit ihm das mobile Rohrstück 58 um den gleichen Weg. Dank dieser Ausführungsform kann sichergestellt werden, dass die Tonerde immer am gleichen Ort zugeführt, und das Auslaufrohr in Ruhestellung, z.B. bei einem Anodenwechsel, hochgezogen wird. In Arbeitsbereitschaftsstellung, wie in Fig. 3 gezeichnet, ist der Meissel 30 in das Führungsgehäuse eingezogen. Bei der Arbeitsstellung hingegen, wird der Meissel 30, nicht aber das Führungsgehäuse 32 abgesenkt.
Die in den Fig. 1 und 4 dargestellte, ein Druckzylindersystem mit zwei Zylindern umfassende Einschlagvorrichtung
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ist an der Aufhängung 22 befestigt. Die im Positionierungszylinder 24 befindliche Kolbenstange 60 ist über einen oberen Flansch mit der Aufhängung 22 lösbar verbunden, z.B. durch Verschrauben. Der untere Flansch des Positionierungszylinders 24 und der obere Flansch des Arbeitszylinders 16 sind ebenfalls mechanisch, lösbar oder unlösbar, miteinander verbunden. Im Arbeitszylinder 26 ist eine nach oben ausfahrbare Kolbenstange 28 angeordnet, welche den Meissel 30 zum Einschlagen der Kruste trägt.
Der Funktionsablauf der vom Druckzylinder-System betätigten Einschlagvorrichtung kann wie folgt schematisiert werden:
1. Die Kolbenstangen 60, 28 des Positionierungs- 24 bzw. Arbeitszylinders 26 sind eingefahren, die Einschlagvorrichtung ist in Ruhestellung. Diese Stellung ist notwendig für den Anodenwechsel, bei welchem der Meissel 30 aus mechanischen und der Arbeitszylinder 26 aus thermischen Gründen möglichst weit von den Anoden entfernt sein müssen, und für den Ausbau der Schlagvorrichtung, d.h. wenn die Aufhängung 22 vom Träger gelöst wird. Diese Ruhestellung ist in Fig. 1 dargestellt.
2. Fig. 4 dagegen zeigt die ausgefahrene Kolbenstange 60 des Positionierungszylinders 24; die Schlagvorrichtung ist in Arbeitsbereitschaft. Die Kolbenstange 28 des Arbeitszylinders 26 ist noch eingefahren, aber bereit zur Arbeitsoperation. Position A von Fig. 4 zeigt diese Ausgangslage für das Offenhalten der Tonerdebeschickungsöffnung.
3. In Fig. 4, Position B, wird die ausgefahrene Kolbenstange 28 des Arbeitszylinders 26 angedeutet, die Kruste ist durch den bis zur Hubendstellung niedergedrückten Meissel 30 eingedrückt worden. In dieser Arbeitsstellung wird der Meissel, da er die Kruste durchschlagen hat, umgesteuert. Das Umsteuern des Meisseis bzw. Kolbens in der unteren Hubendstellung wird pneumatisch oder durch Positionsgeber eingeleitet. Diese Arbeitsoperationen wiederholen sich nach einem bestimmten Programm. Falls der Kolben die Endstellung nicht erreicht, wird er durch die eingegebene Impulszeit zurückgeholt.
Bei der anderen, nicht dargestellten Befestigungsvariante der Einschlagsvorrichtung, bei welcher der obere Flansch des Positionierungszylinders 24 an der Aufhängung 22 lösbar befestigt wird, ist der Funktionsablauf der Einschlagsvorrichtung im Prinzip derselbe. Der einzige Unterschied besteht darin, dass nicht der Positionierungszylinder 24, wie in Fig. 2 dargestellt, abgesenkt wird, sondern die entsprechende Kolbenstange 60.
Der Gesamthub zwischen der untersten Arbeitsstellung und der Ruhestellung des an der Kolbenstange 28 des Arbeitszylinders 26 befestigten Meisseis 30 wird, je nach der geometrischen Ausgestaltung der Elektrolysezelle, verschieden zwischen Positionierungs- und Arbeitszylinder aufgeteilt. Wenn der Gesamthub beispielsweise ca. 900 mm beträgt, kann der Positionierungszylinder einen Hub von 300 bis 500 mm, der Arbeitszylinder einen Hub von 400-600 mm haben.
In den Fig. 5 und 6 ist ein quaderförmiger Führungskasten 32 aus Stahlblech dargestellt. Durch diesen Führungskasten wird der Meissel 30, im vorliegenden Fall fischschwanz-förmig ausgebildet, geführt. Zwei gegenüberliegende, parallel verlaufende Führungsflächen 31, Breitseiten des im Querschnitt rechtwinkligen Meisseis 30, stehen in Eingriff mit einem seitlich angeordneten Paar von Führungsrollen 34. Durch die verhältnismässig massive Bauart des Meisseis 30 wird verhindert, dass die andere, nicht mit den Führungsrollen 34 in Eingriff stehende Seite des Meisseis 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 grossen Bereich der Meisselbreite.
Die Rollenführungslager 35 sind auf der oberen Seite des Bodenblechs des Führungskastens bzw. Führungsgehäuses befestigt, z.B. durch Schweissen. Auf der unteren Seite des Bodenblechs ist der Flussabstreifer 36 angeordnet. Diese sich über die ganze Breite der Führungsflächen erstreckende Abstreifvorrichtung verhindert, dass beim Hochziehen des Meisseis erstarrte Flussreste unter die Führungsrollen gelangen. Auf den Schmalseiten des Meisseis 12 ist kein Abstreifer vorgesehen.
Im Längsschnitt ist der Flussabstreifer 36 V-förmig ausgebildet, wobei der Winkel a zweckmässig zwischen 90 und 150° liegt. Das in seinem oberen Bereich vorzugsweise gasdicht ausgebildete Führungsgehäuse 32 durchgreift die Ofenabdeckung 62, wobei zur Erreichung einer wirkungsvolleren Kapselung noch Abdichtungsplatten 64 angeordnet sind.
In Fig. 7 wird ein zylinderförmiger Meissel 66 dargestellt, der statt einer unteren ebenen Stirnseite eine kegelförmige Aussparung 68 aufweist. Die Mantelfläche dieser kegelförmigen Aussparung 68 und die Mantelfläche des Zylinders 66 bilden eine von unten sichtbare kreisförmige Schnittfläche, welche die Stanzfläche darstellt. Die Mantellinien der kegelförmigen Aussparung 68 bilden mit der Horizontalen einen Winkel a, welcher vorzugsweise im Bereich von 15-45° liegt. Bei kleineren Winkeln nimmt die Wirkung des als Stanzwerkzeug eingesetzten Meisseis zunehmend ab, grössere Winkel als 45° sind aus wirtschaftlichen und mechanischen Gründen zunehmend uninteressanter.
Beim Niederdrücken des Meisseis 66 wird aus der erstarrten Kruste des Elektrolyten ein kreisförmiges Loch herausgestanzt. Beim Durchgreifen der Kruste bilden sich kleine nach aussen gerichtete Kraftkomponenten aus. Die von der Mantelfläche des Kegels ausgeübten Seitenkräfte sind nach innen gerichtet und wirken deshalb auf denjenigen Teil der Kruste, der durchgestossen werden muss.
Falls die Aussparung eines zylinderförmig gestalteten Meisseis 66, wie in Fig. 8 dargestellt, kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wirkt die Mantelfläche des Kegelstumpfes in gleicher Weise wie die Mantelfläche 68 des Kegels von Fig. 7. Die Horizontalfläche 72 übt ihre ausschliesslich nach unten gerichtete Kraft erst aus, wenn der Meissel schon ein Stück weit in die Kruste hineingedrückt worden ist.
In Fig. 9 ist ein im Querschnitt rechtwinkliger Meissel 74 dargestellt, welcher statt einer horizontalen ebenen Stirnfläche eine keilförmige Aussparung 76 aufweist. Für die Wahl des Neigungswinkels a dieser Fischschwanzform gelten die selben Kriterien wie in den vorhergehenden Figuren. Der in der Schnittebene von Fig. 5 ausgesparte dreieckige Teil kann nach einer nicht dargestellten Variante auch trapezförmig sein, ähnlich wie in Fig. 8.
In Fig. 10 ist eine Ausführungsvariante der Stanzkante in vergrössertem Massstab dargestellt, die Aussparung, gleichgültig ob sie kegel- oder keilförmig ist, verläuft vorerst in einem steileren Winkel 78 und geht dann in einen flacheren Winkel 80 über. Dies hat den Vorteil, dass der Meissel mit weniger Kraft in die Kruste hineingestanzt werden kann. Für diese Variante ist jedoch nur sehr hartes verschleissfestes Meisselmaterial geeignet.
In Fig. 11 wird eine weitere Ausführungsvariante der Stanzkante des Meissel gezeigt. Die Aussparung beginnt nicht am Umfang des Meisseis, sondern ist etwas eingerückt, wodurch im Randbereich eine Horizontalfläche 82 gebildet wird. Auf der Innenseite dieser Horizontalfläche folgt die
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Aussparung 84, vorzugsweise mit den oben für a angegebenen Werten. Bei dieser Ausführungsform des Meisseis muss beim Eindrücken der Kruste in der Anfangsphase mehr Kraft aufgewendet werden; dafür ist jedoch der Verschleiss an Meisselmaterial geringer.
In Fig. 12 wird ein im Querschnitt als längliches Rechteck ausgebildeter Meissel, im vorliegenden Fall 150x40 mm, dargestellt. Der untere Bereich des Meisseis 74 ist in die flüssige Schmelze 44 eingetaucht, hat also die erstarrte Schmelze 42 vollständig durchstossen. Dieser untere Bereich ist in Fischschwanzform dargestellt. Obwohl diese Form vorteilhaft angewandt wird, kann auch jede andere geeignete Form des unteren Bereichs des Meisseis eingesetzt werden.
Das untere, auf der Schmalseite angeordnete Nockenpaar 86 hat die Kurste 42 fast vollständig durchstossen. Dabei ist zwischen dem Meissel 74 und der erstarrten Schmelze 42 ein beinahe durchgehender Zwischenraum 88 geschaffen worden. Wie in Fig. 12 angedeutet, rieselt die auf der Kruste 42 liegende Tonerde 40 in diesen Spalt nach. Derart verklemmt der Meissel 74 nicht und kann nach dem Einstossen problemlos wieder herausgezogen werden. Bei der nächsten Ofenbedienung, die bei automatischen Systemen nach einem kurzen Zeitintervall erfolgt, kann der Meissel ohne Schwierigkeiten in das durch die Räumfunktion der Nocken verbreiterte Loch eingeführt werden. Wenn der Meissel nicht genau zentriert ist, stösst er die vom letzten Bedienungsvorgang übrig gebliebenen Nasen 43 des erstarrten Schmelzflusses 42 problemlos und ohne grosse Kraftanwendung weg.
In nicht dargestellten Ausführungsformen können zusätzliche Nocken auf den breiteren Seitenflächen des Meisseis angeordnet werden.
Weiter kann der Meissel auch mehr nach unten gedrückt werden, dann durchstösst das untere Nockenpaar 86 die Kruste vollständig.
Die dem Bad bzw. der Meisselunterseite zugewandte Seitenfläche der Nocken, welche eine Querschnittsabmessung von ungefähr 1 cm2 haben, ist hinterschnitten, vorzugsweise mit einem Hinterschneidungswinkel von bis zu 20°. Durch diese in Richtung des Meisseis nach oben geneigte Stirnseite s wirken die Nocken im Sinne von Räumzähnen.
Von der Meisselunterseite in den schmelzflüssigen Elektrolyten 14 gestossene Krustenbruchstücke und Tonerde sind einfachheitshalber nicht eingezeichnet.
In Fig. 13 ist ein im Querschnitt runder Meissel 66 darge-lo stellt. Auch in diesem Fall gilt, dass der kegelförmig eingezeichnete untere Bereich des Meisseis jede andere geeignete Form annehmen kann.
Ein unteres Nockenpaar 90 umfasst den grössten Teil des Meisselumfangs. Ein in einer darüber liegenden Ebene 15 angeordnetes Nockenpaar 92 dagegen umfasst nur einen verhältnismässig kleinen Teil des Meisselumfanges.
Während in den Fig. 12 und 13 Nocken dargestellt werden, die neben ihrer länglichen Form und ihrem horizontalen Verlauf durch gleiche Breite gekennzeichnet sind, zeigt Fig. 14 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch einen Meissel 66,74 mit verschieden breiten Nocken. Der unterste, zuerst auf den erstarrten Schmelzfluss einwirkende Nocken 94 ist schmal, der darüber angeordnete Nocken 96 breiter und der zuoberst angeordnete Nocken 98 am breitesten. Dadurch wird beim Betätigen der Einschlagvorrichtung der zwischen Meissel und Kruste geschaffene Zwischenraum stufenweise von unten nach oben erweitert.
Die Nocken können vorgeformt durch Schweissen oder 30 Verschrauben auf den Meisselseitenflächen befestigt werden. Die Nocken können auch in Form von Schweissraupen aufgebracht und ggf. mit einem geeigneten Bearbeitungsverfahren in die endgültige Form gebracht werden. Weiter können Meissel und Nocken einstückig ausgebildet sein, 35 indem diese z.B. ausgefräst werden.
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3 Blatt Zeichnunge

Claims (19)

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    PATENTANSPRÜCHE
    1. Vorrichtung zur punktförmigen Bedienung («Point-Feeder»-Prinzip) eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, gekennzeichnet durch eine auf einem Träger ( 10) in Längs- und/oder Querrichtung des Elektrolyseofens frei verschiebbare, mit einem Kran in vertikaler Richtung entfernbare «Point-Feeder»-Einheit, welche aus
    - einer Beschickungsvorrichtung, bestehend aus einem Vorratsbunker (12) mit einem grossen Behälter (13) für Tonerde und einem kleinen Behälter (15) für Hilfsstoffe, einer Dosiervorrichtung ( 16) und einem teleskopartig verschiebbaren, immer auf die Einschlagstelle in der Kruste (42) gerichteten Auslaufrohr ( 18), und
    - einer am Vorratsbunker (12) mittels einer Aufhängung (22), lösbar befestigten, in vertikaler Richtung separat abhebbaren Einschlagvorrichtung, bestehend aus einem Druckzylindersystem, einem Meissel (30) und einem am unteren Flansch des Druckzylinders befestigten Führungsgehäuse (32) mit einer Meisselführung (34) aufgebaut ist.
  2. 2. Vorrichtung mit einem Vorratsbunker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der grosse und der kleine Behälter (13,15) des Vorratsbunkers (12) durch eine vertikale, ebene Scheidewand (14), die vorzugsweise hochziehbar ist, getrennt sind.
  3. 3. Vorrichtung mit einem Vorratsbunker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Behälter (15) in Form eines vorzugsweise hochziehbaren Rohres (54) ausgebildet und in den Vorratsbunker (12) gestellt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbunker (12) mit einem Deckblech (52) geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (46) für Tonerde und Hilfsstoffe von einer Verzweigung unmittelbar vor oder nach dem Eintritt in den Tonerdebunker (12) in zwei blind endenden, aber mit Auslassstutzen versehenen Rohrstücken, in den grossen bzw. kleinen Behälter (13,15) geführt ist, wobei mindestens ein Auslassstutzen des einen Rohrendstückes im Bereich des kleinen Behälters (15), und mehreren Auslassstutzen (50) des anderen Rohrendstückes im Bereich des grossen Behälters (13) angeordnet sind.
  5. 5. Vorrichtung mit einem Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbunker (12) mit einem Deckblech (52) geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (46) für Tonerde und Hilfsstoffe, blind endend, aber mit Auslassstutzen versehen, in den Vorratsbunker (12) geführt ist, wobei der letzte Auslassstutzen im Bereich des kleinen Behälters (15), die übrigen Auslassstutzen (50) im Bereich des grossen Behälters (13) angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaufrohr (18) einen mit der Dosiervorrichtung (16) verbundenen festen Teil (56) und einen darüberstülpbaren, an einem mit dem Führungsgehäuse (32) für den Meissel (30) verbundenen Mitnehmer (20) aufgehängten, mobilen Teil (58) aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckzylindersystem die mit einem oberen Flansch versehene Kolbenstange (60) eines Positionierungszylinders (24) an der Aufhängung (22) vorzugsweise lösbar befestigt, und der untere Flansch des Positionierungszylinders (24) mit dem oberen Flansch eines auf derselben Längsachse angeordneten Arbeitszylinders (26) verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckzylindersystem der obere
    Flansch eines Positionierungszylinders (24) an der Aufhängung (22) vorzugsweise lösbar befestigt, und die unten mit einem Flansch versehene Kolbenstange (60) des Positionierungszylinders (24) mit dem oberen Flansch eines auf derselben Längsachse angeordneten Arbeitszylinders (26) verbunden ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch
    - ein sich von der Unterseite des Meisseis (30) in Ruheposition bis zum unteren Flansch des Druckzylinders (26) erstrek-kendes, mechanisch stabiles Führungsgehäuse (32),
    - einen Meissel (30) der wenigstens eine, vertikal verlaufende Führungsfläche (31) aufweist,
    - mindestens eine, über Rollenlager (35) am Führungsgehäuse (32) befestigte Führungsrolle (34), die mit der Führungsfläche in Eingriff steht, und
    - einen am Führungsgehäuse (32) befestigten, sich unterhalb der Führungsrollen (34) über die gesamte Breite der Füh-rungsfläche(n) erstreckenden Flussabstreifer (36).
  10. 10. Vorrichtung mit einer Meisselführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel des Führungsgehäuses (32) und dessen Verbindung zum unteren Flansch des Druckzylinders (26) gasdicht ausgestaltet sind, und auch der verschiebbare Mantel des Führungsgehäuses (32) mittels einer Abdichtplatte (64) gasdicht durch die Ofenabdeckung (20) hindurchgeführt ist.
  11. 11. Vorrichtung mit einer Meisselführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Meissel (30) zwei parallel verlaufende Führungsflächen (31) aufweist, und - mit einem Zwischenraum von < 1 mm - mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Führungsrollen (34) mit diesen Führungsflächen (31) in Eingriff steht.
  12. 12. Vorrichtung mit einer Meisselführung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Flussabstreifers (36) schräg oder V-förmig, vorzugsweise mit einem Winkel (a) von 90-150°, ausgebildet ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind, und dass die Meisselunterseite keine nach aussen geneigte, beim Durchstossen der Kruste nach aussen gerichtete Seitenkräfte bewirkenden Flächen aufweist.
  14. 14. Vorrichtung mit einem Meissel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Meissel (66) auf der Unterseite eine sich bis in den Randbereich erstreckende kegelförmige, kegelstumpfförmige oder kalot-tenförmige Aussparung (68,70,72) aufweist.
  15. 15. Vorrichtung mit einem Meissel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der im Querschnitt rechteckig ausgebildete Meissel (74) auf der Unterseite eine sich bis in den Randbereich erstreckende keilförmige Aussparung (76) aufweist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich der vertikalen Meis-selseitenflächen mindestens ein Nocken (86,90,92) angeordnet ist.
  17. 17. Vorrichtung mit einem Meissel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (86,90,92) im Querschnitt rechteckig oder quadratisch ausgebildet sind, wobei die der Meisselunterseite zugewandte Seitenfläche vorzugsweise hinterschnitten ist.
  18. 18. Vorrichtung mit einem Meissel nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (86,90,92), welche mindestens einen Teil des Meis-selumfangs umfassen, in horizontaler Lage an den Seiten5
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    flächen des Meisseis (66, 74) befestigt, aufgebracht oder ausgebildet sind.
  19. 19. Vorrichtung mit einem Meissel nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in übereinanderliegenden Ebenen angeordnete Nocken gleich weit (86,90,92) oder von unten nach oben zunehmend von den Meisselunterseitenflächen abstehen (94,96,98).
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