DE10200910A1 - Aluminum electrolysis cell scissor lift has motor attached to the side of the cell - Google Patents

Abstract

Scissor lift jacking system raises or lowers anodes located within electrolysis cells. The scissor lift consists of moving anode girders (1a, 1b) attached to the cell (3) superstructure (2). The assembly further has one or more reverse gears and a motor (4). The motor (4) is especially attached to the side of the electrolysis cell and is linked to the girders and scissor-life via universal joints. The drive arrangement consists essentially of a horizontal drive shaft (13) with the power transfer by moving sleeves.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anodenantriebsvorrichtung für Elektrolysezellen, bestehend aus einem oder mehreren beweglichen Anodenbalken, die an einem Oberbau der Elektrolysezelle befestigt sind, einem oder mehreren Umlenkgetrieben für die vertikale Bewegung des Anodenbalkens und einer Antriebseinheit. The invention relates to an anode drive device for Electrolysis cells, consisting of one or more movable anode beam, attached to a superstructure of the electrolysis cell are fixed, one or more reversing gears for the vertical movement of the anode bar and a Drive unit.

Mit Anodenantriebsvorrichtungen werden üblicherweise vorgebrannte Kohleblöcke, die paarweise an Anodenstangen befestigt sind in die Badschmelze einer Elektrolysezelle eingetaucht. Jede Anodenstange wird über ein Anodenschloß lösbar an einer Zwischenplatte befestigt, die wiederum mit einem vertikal verstellbaren Hubbalken verbunden sind. Aus der DE 11 88 300 (Schweizerische Aluminium AG) ist ein derartiges Hubsystem bekannt, das in den Oberbau der Zelle integriert ist. With anode drive devices are usually Pre-fired carbon blocks attached in pairs to anode rods are immersed in the bath melt of an electrolytic cell. Each anode rod is detachable via an anode lock on one Attached intermediate plate, in turn, with a vertical adjustable lifting beams are connected. From DE 11 88 300 (Swiss Aluminum AG) is such a lifting system known, which is integrated into the superstructure of the cell.

Bei dem bekannten Hubsystem werden die Anoden über Zahnstangen entsprechend ihrem Abbrand in die Badschmelze abgesenkt. Hierzu befindet sich mittig auf dem Anodenbalken eine Motor- Getriebeeinheit, die über Wellen und Kupplungen mit den Zahnstangen verbunden ist. Beim Auf- und Abbewegen der Anoden können die zugehörigen Kupplungen einzeln betätigt werden, so daß eine individuelle Zustellung der Anoden möglich ist. Ein Nachteil des bekannten Systems besteht darin, daß der Anodenbalken, zusätzlich zu den Kohleblöcken (Gewicht ca. 1 t) das volle Gewicht der Motor-Getriebeeinheit aufnehmen muß. Darüber hinaus ist durch die Anordnung der Motor-Getriebeeinheit oberhalb der Elektrolysezelle die Motor-Getriebeeinheit den hohen Temperaturen der Aluminiumschmelze ausgesetzt, die bei der Badschmelze während der Elektrolyse im Bereich von etwa 1000°C liegen. Zwar sind die modernen Elektrolyseöfen durch Abdeckungen, Hauben oder Deckel nahezu vollständig gekapselt, jedoch müssen die Abdeckungen zumindest zeitweise zur Bedienung der Öfen oder zum Wechsel der Anoden geöffnet werden. Die dann herrschenden Temperaturen bilden eine Gefahrenquelle für die Dichtungen, Schmiermittelsysteme und den mechanischen Toleranzausgleich, so dass erhöhter Verschleiß oder sogar Brände im Antriebssystem entstehen können. In the known lifting system, the anodes are via racks lowered according to their combustion in the bath melt. For this purpose, in the middle of the anode bar, an engine Gear unit, which via shafts and couplings with the Racks is connected. When moving the anodes up and down the associated couplings can be operated individually, so that an individual delivery of the anodes is possible. A disadvantage of the known system is that the Anode beam, in addition to the carbon blocks (weight about 1 t) must take the full weight of the engine-transmission unit. In addition, by the arrangement of the engine gear unit above the electrolytic cell, the engine-transmission unit the exposed to high temperatures of the molten aluminum, at the bath melt during the electrolysis in the range of about 1000 ° C lie. Although the modern electrolysis ovens are through Covers, hoods or covers almost completely enclosed, However, the covers must be at least temporarily to Operation of the ovens or to change the anodes are opened. The then prevailing temperatures form a source of danger for the seals, lubricant systems and mechanical Tolerance compensation, allowing increased wear or even Fires in the drive system can occur.

In einer Weiterentwicklung gemäß DE 11 63 558 wurden die an Zahnstangen aufgehängten Anoden über seitlich angebrachte Hubwerke auf- und abbewegt. Ein aus Steigleitungen und Stromleitern gebildeter fester Tragrahmen stand erhöht auf Sockeln und wurde nach oben hin durch einen Querträger geschlossen. Der Antriebsmotor befand sich seitlich am Tragrahmen, wobei die Antriebskraft über Getriebe und Wellen an die vier Hubwerke in den Eckpunkten des Querträgers 16 verteilt wurde. In a further development according to DE 11 63 558, the anodes suspended from racks were moved up and down via laterally mounted hoists. A solid support frame formed of risers and conductors was raised on pedestals and was closed at the top by a cross member. The drive motor was located laterally on the support frame, wherein the driving force was distributed via gears and shafts to the four hoists in the corner points of the cross member 16 .

Bei dieser Anordnung nach DE 11 63 558 wird die Hub- und Senkbewegung der Anoden über relativ lange Wege aus den Eckpunkten des Querträgers eingeleitet. Dies ergibt hohe mechanische Belastungen für Wellen und Zahnstangenantriebe. Außerdem überragen die Hubwerke den Querträger in beachtlichem Ausmaß, so daß die gesamte Bauhöhe der bekannten Elektrolysezelle nach DE 11 63 558 eine sehr große Deckenhöhe erfordert. Beim Einsatz von Kränen bestand Kollisionsgefahr und häufig wurden ganze Ofenreihen bei unachtsamen Schwenkbewegungen eines Krans außer Betrieb gesetzt. In this arrangement according to DE 11 63 558 the lifting and Lowering of the anodes over relatively long distances from the corner points the cross member initiated. This results in high mechanical Loads for shafts and rack drives. In addition The hoists tower over the cross member to a considerable extent, so that the entire height of the known electrolytic cell according to DE 11 63 558 a very large ceiling height required. When using Cranes had a risk of collision and often became whole Oven rows in careless slewing movements of a crane except Operation set.

Mit einem anderen Problem, nämlich dem Einschlagen der Ofenkruste und dem Zudosieren von frischem Aluminiumoxid, beschäftigt sich die DE 11 36 121 (Aluminium-Industrie-Aktien- Gesellschaft, Chippis). Es wird vorgeschlagen, daß in dem Zwischenraum zwischen den paarweise aufgehängten Anoden eine Krusteneinschlagvorrichtung angeordnet ist und daß die Vorgänge zum Krusteneinschlagen und zur Tonerdezugabe nach einer Programmsteuerung in bestimmten Zeitabständen und insbesondere bei auftretendem Anodeneffekt ausgelöst werden. In einer besonderen Ausgestaltung dieses Verfahrens wird die Programmsteuerung auch in Verbindung mit einem automatischen Regler zum Einstellen der Anode auf die der Sollspannung entsprechenden Höhe herangezogen. With another problem, namely the knocking of the Oven crust and the addition of fresh alumina, DE 11 36 121 (Aluminum-Industrial Share- Society, Chippis). It is suggested that in the Space between paired anodes Crust wrapping device is arranged and that the Processes for crust impaction and clay addition after a Program control at certain intervals and in particular be triggered when the anode effect occurs. In a special embodiment of this method is the Program control also in conjunction with an automatic Controller for adjusting the anode to the nominal voltage appropriate height used.

Probleme können bei der bekannten Programmsteuerung dadurch auftreten, dass an der Anode Ablagerungen der Baldschmelze, sogenannte "Krusten" anhaften, die den Betrieb stören und beim Anodenwechsel umweltgerecht entsorgt werden müssen. Somit ergeben sich aus den bekannten Gegebenheiten folgende Anforderungen für künftige Elektrolysezellen:

• 1. Es soll ein ausreichender "Bedienungsfreiraum" im Bereich der paarweise aufgehängten Anoden vorhanden sein, um den Vorgang des Krustenbrechens und des Dosierens von Aluminiumoxid zu ermöglichen.
• 2. Eine automatische Höhenanpassung der Anode zur Konstanthaltung der Soll-Spannung erfordert geringe Massenkräfte und eine geringe Toleranzbreite der Hubbewegungen. Um die Antriebskräfte gering zu halten, sollten die Zustellbewegungen leicht ausführbar sein, d. h. mit geringen Reibungsverlusten auch unter, den bei der Elektrolyse herrschenden Betriebsbedingungen durchgeführt werden können.
• 3. Die Anoden sollen von einer eventuell anhaftenden Kruste befreit werden und umweltgerecht recycliert werden können.

Problems can occur in the known program control that adhere to the anode deposits of molten spring, so-called "crusts" that interfere with the operation and must be disposed of environmentally friendly in the anode change. Thus, the following requirements for future electrolysis cells arise from the known conditions:

• 1. There should be sufficient "operating clearance" in the area of the paired anodes to allow the process of crust breaking and dosing of alumina.
• 2. An automatic height adjustment of the anode to keep constant the target voltage requires low mass forces and a small tolerance width of the lifting movements. In order to keep the driving forces low, the feed movements should be easy to carry out, ie with low friction losses even under the conditions prevailing in the electrolysis operating conditions can be performed.
• 3. The anodes should be freed from any adhering crust and recycled in an environmentally sound manner.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anodenantriebssystem für Elektrolysezellen zu entwickeln, die eine zentrale/mittige Anordnung von Krustenbrechern und von Alminiumoxiddosierern erlaubt. Ferner soll eine Hubeinrichtung für die Anodenstangen bei geringen Massenkräften eine geringe Bauhöhe und eine hohe Positionsgenauigkeit ermöglichen. Außerdem soll die Anodenantriebsvorrichtung auch bei hohen Arbeitstemperaturen über eine längere Betriebszeit einsetzbar sein und zur Abreinigung bzw. Abstreifung von anhaftenden Krustenteilen ein schnelles Anheben der Anoden ermöglichen. It was therefore an object of the present invention, a To develop an anode drive system for electrolysis cells, the one central / central arrangement of crust breakers and of Alminiumoxiddosierern allowed. Furthermore, a lifting device for the anode rods at low mass forces a small Allow height and a high position accuracy. In addition should the anode drive device even at high Working temperatures can be used over a longer period of operation and for cleaning or stripping of adhering crust parts allow a fast lifting of the anodes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hubscherensystem gelöst, das aus einzelnen beidseitig am Anodenbalken befestigten Hubscheren besteht, die über die gesamte Länge verteilt sind, wobei die Antriebskraft seitlich am Tragrahmen eingeleitet wird. Das Antriebssystem besteht aus einem geteilten Getriebe, das von einer zentralen Motoreinheit beaufschlagt wird, wobei motorseitig ein Umlenkgetriebe zur Anpassung der Drehzahl und zur Überleitung auf eine horizontale kardanische Antriebswelle vorgesehen ist. Die kardanische Antriebswelle verbindet die Scherenmittelpunkte der beidseitig an den Anodenbalken befestigten Hubscheren, wobei ein Hub von 350 mm bei einem Scherenabstand von 1300 bis 1650 mm erreicht wird. This object is achieved by a Hubscherensystem solved that from single on both sides at the anode bar attached scissors, which distributed over the entire length are, with the driving force at the side of the support frame is initiated. The drive system consists of a split Transmission, which acts on a central motor unit is, where the engine side a deflection gear for adjusting the Speed and for transfer to a horizontal gimbal Drive shaft is provided. The gimbal drive shaft connects the scissor centers of both sides of the Anode beam mounted scissors, with a stroke of 350 mm at a scissors distance of 1300 to 1650 mm is achieved.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungbeispieles näher erläutert. In the following the invention is based on a Design example explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 Prinzipbild einer Anordnung des erfindungsgemäßen Anodenantriebs oberhalb einer Elektrolysezelle, Fig. 1 is a basic diagram of an arrangement of the anode drive according to the invention above an electrolysis cell,

Fig. 2 Ausschnittsvergrößerung eines erfindungsgemäßen Anodenantriebs im Bereich einer Hubschere mit gleichschenkligen Scherenarmen. Fig. 2 enlarged detail of an anode drive according to the invention in the area of a scissors with isosceles scissor arms.

Als ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Hubscherensystems ist die geringe Bauhöhe und -breite zu nennen, die eine Nachrüstung innerhalb der Abmessungen eines vorhandenen Tragrahmens erlaubt. Durch die Getriebeteilung können die Massenkräfte im beweglichen Anodenbalken sehr stark verringert werden, so daß die Ansteuerung auch mit geringen Drehmomenten erfolgen kann. Eine zusätzliche Gewichtsverringerung wurde erzielt durch die Verwendung mehrerer, über den Balkenquerschnitt verteilter Hubscherensysteme, die eine unmittelbare Kraftübertragung auf die Anoden ohne größere Todmassen ermöglichen. Da sich der Hauptteil des Antriebssystems einschließlich des Umlenkgetriebes außerhalb des Wärmeeinflusses der Elektrolysewanne befindet, ist das neue Hubsystem wenig temperaturanfällig und kann auch bei geöffneter Elektrolysezelle ohne Beeinträchtigung verwendet werden. As a main advantage of the invention Hubscherensystems is the low height and width to name a Retrofitting within the dimensions of an existing one Support frame allowed. Due to the transmission division, the Mass forces in the moving anode bar are greatly reduced so that the control is done even with low torques can. An additional weight reduction was achieved by using several, over the beam cross-section distributed Hubscherensysteme, which is an immediate Force transmission to the anodes without larger dead masses. There the main part of the drive system including the Deflection gear outside the Heat influence of the electrolysis tank is located, is the new Lifting system less prone to temperature and can also at open electrolytic cell are used without impairment.

Das Hubscherensystem ermöglicht aber nicht nur eine geringe Bauhöhe, sondern auch eine geringe Baubreite, was der mittigen Anordnung von Krustenbrechern und Dosierern zugute kommt. Der Platzbedarf des Antriebssystems ist so gering, daß nahezu 80% der gesamten Baubreite für die erwähnten Hilfseinrichtungen zur Verfügung steht. The Hubscherensystem but not only allows a low Height, but also a small width, what the center Arrangement of crust breakers and dispensers benefits. Of the Space requirement of the drive system is so low that nearly 80% the total width of the mentioned auxiliary equipment is available.

Die verbesserte Aufhängung der Anoden ermöglicht ferner eine hohe Positionsgenauigkeit bei der Ansteuerung der Anodenabstände. Darüber hinaus kann durch die kardanisch aufgehängte Antriebswelle ein Toleranzausgleich beim Absenken der Anoden erfolgen, was beispielsweise beim Einwirken äußerer Kräfte (Durchstoßen der Kruste) erforderlich wird. Insgesamt ergibt sich eine umfassende Verbesserung des Anodenantriebes, der evtl. zusätzliche Kosten für vermehrte Hubeinrichtungen durch mechanische Vereinfachung und Reduzieung der Baugrößen der Antriebsglieder kompensiert. The improved suspension of the anodes also allows a high position accuracy when controlling the Anode spacing. In addition, can be suspended by the gimbal Drive shaft tolerance compensation when lowering the anodes done, for example, when external forces (Piercing the crust) is required. Total results a comprehensive improvement of the anode drive, the possibly additional costs for increased lifting devices through mechanical simplification and reduction of the sizes of the Compensated drive components.

Beim Durchstoßen der Kruste kann ein Druck im Bereich üblicher Krustenbrecher aufgebracht werden. Diese Druckbeaufschlagung ermöglicht das Abstreifen eventuell anhaftender Krustenränder von der Anode und trägt damit zu einer störungsfreien, umweltschonenden Betriebsweise bei. Die im Antriebssystem vorhandene Dämpfung erlaubt einen mehrstufigen Brechvorgang, wobei evtl. auftretende Spannungsspitzen durch die Kraftumlenkung in den Scherenarmen ausgeglichen werden. When piercing the crust, a pressure in the range can be more common Crust crushers are applied. This pressurization allows the removal of any adhering crust edges from the anode, thus contributing to a trouble-free, environmentally friendly operation. The existing in the drive system Damping allows a multi-stage breaking process, possibly. occurring voltage peaks due to the force deflection in the Scissor arms are compensated.

Claims (5)

1. Anodenantriebsvorrichtung für Elektrolysezellen bestehend aus einem oder mehreren vertikal beweglichen Anodenbalken (1a, 1b), die an einem Oberbau (2) der Elektrolysezelle (3) befestigt sind,
einem oder mehreren Umlenkgetrieben für die vertikale Bewegung der Anodenbalken und einer Antriebseinheit,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebseinheit (4) seitlich an der Elektrolysezelle befestigt und über einen kardanisch gelagerten Antrieb (5.1, 5.2) und mehreren Hubscheren (6.1, 6.2) mit dem Anodenbalken (1a, 1b) verbunden ist. 1. Anode drive device for electrolysis cells consisting of one or more vertically movable anode bars ( 1 a, 1 b), which are attached to a superstructure ( 2 ) of the electrolysis cell ( 3 ),
one or more reversing gears for the vertical movement of the anode bars and a drive unit,
characterized
in that the drive unit ( 4 ) is fastened laterally to the electrolysis cell and is connected to the anode bar ( 1 a, 1 b) via a cardanically mounted drive ( 5.1 , 5.2 ) and several lifting shears ( 6.1 , 6.2 ). 2. Anodenantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubscheren (6.1, 6.2) aus gleichlangen Scherenarmen. (7, 8, 9, 10) bestehen, die rautenförmig angeordnet und mit ihrem oberen Knotenpunkt (11) über ein Schwenklager (12) am Oberbau (2) der Elektrolysezelle befestigt sind. 2. anode drive device according to claim 1, characterized in that the scissors ( 6.1 , 6.2 ) from the same length scissor arms. ( 7 , 8 , 9 , 10 ), which are arranged in a diamond shape and with its upper node ( 11 ) via a pivot bearing ( 12 ) on the superstructure ( 2 ) of the electrolysis cell are attached. 3. Anodenantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kardanisch gelagerte Antrieb eine im wesentlichen horizontal verlaufenden Antriebswelle (13) umfaßt, wobei die Kraftüberleitung in die Hubscheren über horizontal bewegliche Hülsen (14, 15) erfolgt. 3. Anode drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the gimbal-mounted drive comprises a substantially horizontally extending drive shaft ( 13 ), wherein the power transmission into the scissors on horizontally movable sleeves ( 14 , 15 ). 4. Anodenantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (14, 15) mit den horizontal gegenüberliegenden Drehpunkten (16, 17) der Hubscheren verbunden sind. 4. anode drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeves ( 14 , 15 ) with the horizontally opposed pivot points ( 16 , 17 ) of the scissors are connected. 5. Anodenantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Gelenkpunkt (18) der Hubschere seitlich an den Anodenbalken über eine Laschenverbindung (19) befestigt ist. 5. anode drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the lower hinge point ( 18 ) of the scissors is attached laterally to the anode bar via a tab connection ( 19 ).