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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Reinigen gebrauchter Anoden und
insbesondere das Reinigen Vorgeglühter Anodenendstücke
(Rückstände) aus einem elektrolytischen Schmelzverfahren für die
Aluminiumproduktion
Die vorgeglühte Anode besteht aus einem bereits
calziniertem Kohlenstoffblock, der mit Löchern in seiner
Oberseite versehen ist, wobei eine Stromversorgungsstange aus
Aluminium/Stahl mittels Gußeisens oder der sogenannten
Stabmischung an die Anode befestigt ist. Die Anodenstange besteht
üblicherweise aus 2 bis 6 senkrechten zylindrischen
Stahlnippeln, die miteinander durch eine obere Stahlstange
verbunden sind, welche ihrerseits mit einer vertikalen
Aluminiumstange verbunden ist.
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Die Kohlenstoffblöcke werden während des
Elektrolysevorgangs verbraucht, und daher muß jede der 20 bis 30 Anoden
in der Elektrolysezelle ersetzt werden, wenn die Anodendicke
auf etwa 20% ihrer ursprünglichen Höhe vermindert ist. Die
Oberseite des Anodenblocks wird dann mit einer dicken
Schicht Verfestigten Bades bedeckt, welche an den oben
erwähnten Nippeln und zwischen dem Kohlenstoffblock und der
Stahlquerstange anhaftet. Diese Badschicht (Kruste), die aus
einem Verfestigten Gemisch mit variablem Gehalt an Cryolit,
Aluminiumfluorid und Aluminiumoxid besteht, kann äußerst
hart sein. Sowohl das Badmaterial als auch die
Kohlenstoffrückstände müssen einzeln für das Recycling im
Elektrolyseprozeß wiedergewonnen werden.
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Das herkömmliche Verfahren zum Abbau dieser
Krustenschicht besteht in der Anwendung Pneumatischer
Meißelmaschinen, die oft von Hand bedient werden. Dies ist harte Arbeit,
wobei der Meißel teilweise als Brechstange verwendet wird,
und ferner beinhaltet das Verfahren beträchtliche
Umweltprobleme in Form von Staub und Lärm. Daher sind Verschiedene
Arten sowohl stationärer als auch mobiler
Reinigungseinrichtungen und Vorrichtungen in letzter Zeit zur Mechanisierung
der Reinigung der Anodenendstücke entwickelt worden. Diese
Einrichtungen/Ausrüstungen basieren auf Verschiedenen
Grundsätzen bezüglich der Desintegration und der Entfernung des
verfestigten Bades. Sämtliche bisher bekannten
mechanisierten Systeme sind jedoch gekennzeichnet durch einen bzw.
mehrere gravierende Nachteile. Zum Beispiel führt die
Verwendung hydraulischen Drucks zu einem komplizierten
Vorrichtungsaufbau, wobei die Stahlnippel selber während des
Reinigungsvorgangs als Aufsatz verwendet werden. Wegen der
Einwirkung verhältnismäßig starker Belastungen besteht die
Gefahr der Verformung der Anodenstangenanordnung,
beschädigter Schweißverbindungen zwischen der Aluminiumstange und der
Stange usw . . Fräswerkzeuge und Meißelmaschinen führen zu
einem hohen Lärmpegel und zur Bildung von Staub. Die
leichtgewichtigen mobilen Reinigungsmaschinen können nur eine
warme Badschicht von den Anodenendstücken sofort nach ihrer
Entfernung aus den Elektrolysezellen bzw. unter Umständen
eine poröse Badschicht entfernen. Weitverbreitete Nachteile
aller bekannten Maschinen sind geringe Zuverlässigkeit,
komplizierter Aufbau und keine Möglichkeit eines
automatischen Reinigungsvorgangs.
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Schließlich wird in EP-A-76 441 eine Vorrichtung zur
Auflösung verfestigten Elektrolyts, der mit den
Anodenendstücken verbunden ist, offenbart. Diese bekannte Vorrichtung
weist eine Klammervorrichtung zum Transport und
Positionieren der Anode und Haltemittel auf. Die Haltemittel weisen
eine vertikal bewegbare Platte und einen Arm auf, zwischen
denen die Stahlstange verklemmt wird. Das verfestigte
Badmaterial wird durch Kernbohren teilweise von der
Anodenoberfläche entfernt, und gleichzeitig wird die Desintegration
der übrigen Badschicht eingeleitet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von
Anodenendstücken
zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches die
oben genannten Nachteile überwindet, wobei die Vorrichtung
einen einfachen und robusten Aufbau, hohe Wirksamkeit und
die Möglichkeit eines automatisch ausführbaren
Reinigungsvorgangs aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche
bzw. welches die strengen Umweltanforderungen bezüglich
Staub und Lärmpegel in Werkstätten erfüllt.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem
eine stationäre Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die
vollständig eingekapselt ist, und die auf der Anwendung
eines Schlagwerkzeugs, welches mit einer Pendelbewegung die
verfestigte Badschicht auf den Anodenendstücken
desintegriert und entfernt, basiert.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bzw. 3 dargelegt.
Diese und andere kennzeichnenden Merkmale der Erfindung
werden anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten
Zeichnungen, Fig. 1 bis 3, näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Reinigen von Anodenendstücken in
Schnittansicht,
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Fig. 2 eine Vorrichtung in geschnittener Längsansicht
entlang der Linie I-I in Fig. 1, und
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Fig. 3 schematisch eine rotierende Vorrichtung, die
angewendet wird, um eine Profileinkerbung im Badmaterial,
welches in der Nähe der Anodenstange ist, zur Verfügung zu
stellen.
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Die offenbarte Reinigungsmaschine ist in einer
geschlossenen Kammer 10 aus schalldichtem Material angeordnet
und mit einer starken Belüftungshaube (in den Figuren nicht
gezeigt) versehen, so daß die Maschine von der Umgebung
wärme- und staubisoliert ist. Die gebrauchte Anode 2 mit
einer darauf befindlichen Badschicht 21 ist, wie in Fig. 1
gezeigt, befestigt und für den Reinigungsvorgang bereit.
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Die Anodenstangenanordnung 1, die eine Aluminiumstange
11 aufweist, welche an Trägern einer oberhalb angeordneten
Fordereinrichtung befestigt ist, wird in die
Reinigungskammer eingeführt. Die Aluminiumstange 11 wird mit einer
Stahlstange 12, welche mit angeschweißten Nippeln 13 Vorgesehen
ist, die ins Verfestigte Bad 21 auf der Oberseite des
Anodenendteils 2 eingelassen sind, verbunden. Eine
Klammervorrichtung 3 greift die Aluminiumstange und bewirkt die
Beförderung und die Ausrichtung der Anodenanordnung durch die
Maschine in der Reinigungskammer.
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Die Reinigungsmaschine selbst weist ein Schlagwerkzeug
7 auf, sowie einen Aufsatz 4, welcher mit einem Ausrichtarm
6 vorgesehen ist, und eine senkrecht bewegbare Rostplatte 5,
welche für die Anode während des Reinigungsvorgangs eine
Stütze darstellt. Das Schlagwerkzeug 7 ist in der Figur als
Pendelhammer, d. h. Pneumatisch angetriebener Hammer,
dargestellt.
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Der untere Abschnitt der Kammer ist beabsichtigterweise
zu einem Trichter verengt und wird von Transportmitteln,
d. h. einer Fördereinrichtung 9 zur Entfernung von Badklumpen
der desintegrierten Badschicht 21, begrenzt. Eine besonders
konstruierte Hilfsvorrichtung zur Entfernung möglicher
gebrochener Anodenstücke von der Rostplatte 5 besteht aus
einer Kippplatte und einem Schieber 15. Ihre Funktion und
Wirkungsweise wird im Zusammenhang mit einer ausführlichen
Beschreibung des Verfahrens zum Reinigen der Anodenendstücke
näher beschrieben werden.
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Fig. 2 zeigt die Maschine in einem Längsschnitt entlang
der Linie I-I in Fig. 1 und zeigt im einzelnen eine
bevorzugte Ausführungsform der Rostplatte und des Pendelhammers
7. Die Hämmer sind als zwei getrennte oszillierende Hämmer
dargestellt, die ihren Schlag außerhalb der drei Stahlnippel
13, welche mit der Querstange 12 verbunden sind, welche
ihrerseits an der Stange 11 befestigt ist, und am
verfestigten Bad, welches die Nippel zwischen der Querstange und dem
Anodenendstück umgibt, ansetzen. Es sei bemerkt, daß die
Schlagflächen 71 der Hämmer einen endständigen Abschnitt
ohne jegliche Spitze oder ovale Bereiche aufweisen, so daß
die Schlagenergie der Hämmer voll ausgenutzt wird.
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Die vertikal bewegbare Platte 5 ist beabsichtigterweise
als Rost oder Gitter ausgebildet. Einige der Gitterteile
sind ferner beabsichtigterweise als sich in Längsrichtung
erstreckende Rippen 53 Vorgesehen, die in vertikaler
Richtung Verlaufen, so daß sie während der Abwärtsbewegung der
Platte mit dem stationären Rost zusammenarbeiten und
mögliche größere Klumpen der desintegrierten Badschicht
zerbrechen werben.
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Das Reinigen der gebrauchten Anoden vom verfestigten
Bad mittels der oben offengelegten Vorrichtung wird auf die
folgende Weise durchgeführt: Die Anodenendstücke 2 werden
durch ihre Aluminiumstangen 11 an den Transportmitteln
befestigt, d. h. an aufgehängte Schienen, welche die Anoden in
die geschlossene Kammer 10 bringen. Die Klammervorrichtung 3
greift die Aluminiumstange und führt sie an einem
rotierenden Werkzeug vorbei, z. B. einem Fräswerkzeug, welches
mögliche Badablagerungen von der Stange 12 auf ihrer Aufsatzseite
entfernt.
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Fig. 3 zeigt schematisch die rotierende Vorrichtung 18,
welche mehrere parallel angeordnete und senkrecht
ausgebildete Rotationsscheiben aufweist, um eine Profileinkerbung
entlang der Stange 12 und der Nippel 13 in der Badschicht 21
zur Verfügung zu stellen, so daß der Aufsatz 4 beim
Desintegrationsschritt des Vorgangs nahe den Nippeln ausgerichtet
werden kann. Am Schlagwerkzeug 7 greift ein Ausrichtarm 6
die Querstange 12 auf der Hängevorrichtung 1, und
gleichzeitig hebt die Rostplatte 5 die Anode gegen den
Ausrichtarm, welcher die Stange gegen den Aufsatz 4 verklemmt. Auf
diese Weise wird eine geeignete Fixierung des
Anodenendstücks sowohl vertikal als auch horizontal erreicht.
Gleichzeitig ist durch diese Abnahme der Belastung von
Beförderungsträger und Aluminiumstange der ausgeführte
Reinigungsvorgang bezüglich dieser Teile sehr schonend. Der Aufsatz
ist bezüglich der angewendeten Schlagkraft des
Schlagwerkzeugs (der Hämmer) dimensioniert und mittels
eingeführter Blöcke 42 vor Vibrationen geschützt. Die beiden
gezeigten Pneumatischen Hämmer 7 sind sequenzgesteuert, und
jeder Hammer hat seine individuelle Steuerung bezüglich der
Anzahl der Schläge gegen das erstarrte Bad 21 zwischen der
Stange 12 und der Anode 2. Wegen der endständigen Form der
Einschlagsflächen der Hämmer wird die Einschlagsenergie der
oszillierenden Hämmer maximal ausgenutzt. Versuche, die mit
Hämmern mit einer spitzen oder einer ovalen Form ausgeführt
wurden, ergaben keine wirksame Reinigung der Anoden trotz
großen Hammergewichts und zahlloser ausgeführter Schläge.
Die Badschicht 21 wird des integriert und aus dem Bereich der
Anode und der Rostplatte 5 ausgeworfen, wobei sie im
trichterförmig geformten unteren Abschnitt der Kammer 10
gesammelt und aus der Kammer befördert wird, z. B. mittels einer
Fördereinrichtung 9.
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Nach dem beendeten Desintegrationsvorgang wird der
Ausrichtarm 6 von der Stange gelöst, die Rostplatte 5 bewegt
sich nach unten und gleichzeitig werden auf dem stationären
Rost 55 zurückgehaltene Badklumpen unter der Bewegung der
Platte zermalmt. Die Anode wird von den Befestigungsmitteln
3 befreit und weiter einwärts in die Kammer oder in eine
nächste Kammer für einen möglichen zusätzlichen
Nachreinigungsschritt
durch herkömmliche Mittel, wie Sandbestrahlung,
rotierende Bürsten usw., befördert. Wenn die Anode von der
Hammerstation entfernt ist, wird die Kippplatte 8 in eine
waagerechte Stellung gedreht. Die Rostplatte wird auf eine
Höhe angehoben, die der Oberfläche der Kippplatte
entspricht, und ein Schieber 15 überträgt mögliche gebrochene
Kohlenstoffstücke von der Anode auf die Kippplatte. Der
Schieber, die Rostplatte und die Kippplatte werden zu ihren
Startpositionen zurückgeführt, die Kohlenstoffreste fallen
auf eine Fördereinrichtung oder einen Trichter (in den
Figuren nicht gezeigt), und die Maschine wird automatisch zur
Aufnahme der nächsten Anode zurückgesetzt. Die Vorrichtung
gewährleistet hierbei automatisch eine wirksame Trennung der
Badablagerungen von den Kohlenstoffablagerungen, was zur
Zeit eine Schwierigkeit für bisher bekannte
Reinigungseinrichtungen und Maschinen darstellt.