DE895062C - Verfahren zur kontinuierlichen Aufgabe der Tonerde in Elektrolysieroefen zur Aluminiumherstellung - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. OKTOBER 1953

14238 VIa/ 40 c

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur fortlaufenden Aufgabe der Tonerde in Elektrolyseöfen zur Herstellung von metallischem Aluminium. Das neue Verfahren besteht darin, daß die Tonerde in das Elektrolytbad des Aluminiumofens mit das Bad nicht berührenden Schubmitteln unter einem solchen Druck eingeführt wird, der imstande ist, die oberflächliche Kruste des Elektrolytbades zu durchstechen.

Es ist bekannt, daß beim Betrieb der Öfen zur Aluminiumherstellung durch Schmelzflußelektrolyse von in einem Schmelzbad von Kryolith oder sonstigen Fluoriden gelöster Tonerde die Tonerdeaufgabe in diskontinuierlicher Weise beim Eintreten des Anodeneffektes erfolgt. Üblicherweise wird dies so durchgeführt, daß. man die erstarrte Decke des Bades einbricht und die vorbestimmte Charge Tonerde einrührt, die vorher auf die Decke geladen wurde.

Der Anodeneffekt stellt sich in der Praxis bei den Elektrplytöfen dann ein, wenn der Gehalt an gelöster Tonerde im Bad aus Kryolith oder sonstigen Fluoriden unter eine gewisse kritische Grenze sinkt: Unter Umständen steigt der Widerstand gegen den Stromdurchgang, und die Spannung im Ofen, die bei normalem Betrieb im allgemeinen zwischen 4" und io Volt liegt, steigt demzufolge an, bis sie Werte von etwa 40 bis 50 Volt erreicht.

Solcherart ändert sich die Tonerdekonzentration im Elektrolyseschmelzbad kontinuierlich von einem Maximum-auf ein Minimum von dem Augenblick an, in welchem, gleich nach dem Anodeneffekt, die

Tonerde in das Bad eingerührt wird, bis zu dem Augenblick, da sich der Anodeneffekt neuerlich einstellt. Dies bedingt einen größeren Kraftverbrauch und eine geringere Stromausnutzung als erzielbar wäre, würde man durch kontinuierliches Zuführen der Tonerde in das Bad dessen Zusammensetzung konstant halten.

Es ist bereits früher versucht worden, die Tonerde einzurühren, bevor es zum Anodeneffekt ίο kommt, indem die zur Elektrolyse der im Bad aufgelösten Tonerde erforderliche Zeit vorberechnet wurde. Diese Methode !hat sich aber als nicht -zweckmäßig erwiesen, da es vorkommt, daß nicht immer die ganze frühere Tonerdecharge in Lösung gegangen ist, und sich so der Anodeneffekt früher einstellt als vorausgesehen, sowie daß die nicht zum richtigen Zeitpunkt eingerührte Tonerdecharge nicht in Lösung geht, weil sie die Löslichkeit der Tonerde im Schmelzbad bei der Betriebstemperatur übersteigt, und sich so auf dem Boden des Aluminiumofens niederschlägt und Unregelmäßigkeiten in dessem Betrieb hervorruft.

Die beste Abhilfe besteht hierfür in der kontinuierlichen Zuführung der Tonerde in das Schmelzbad, und zwar in einer Menge, die der im Ofen elektrolysierten Menge derart entspricht, daß der Prozentsatz gelöster Tonerde konstant gehalten wird. Die bisher vorgeschlagenen Methoden haben jedoch kein brauchbares Ergebnis gezeitigt, weil dieselben mit einfachem Auffallen der Tonerde auf die Badoberfläche arbeiteten. Auch wenn diese Aufgabe durch Auffallenlassen an den heißesten oder wärmeisolierten Stellen des Ofens durchgeführt wird, so widersetzt sich doch dem Eintritt der vorgewärmten oder, nicht vorgewärmten Tonerde in das Bad die Bildung einer Kruste auf letzterem, so daß ein Eingreifen von außen stets notwendig bleibt. Im günstigsten Fall erzielt man mit diesen Methoden nur eine halbkontinuierliche Zuführung, der alle vorbeschriebenen Nachteile ebenfalls anhaften.

Es ist nun gefunden worden, daß sich eine kontinuierliche und regelmäßige Aufgabe in einfacher Weise dadurch ermöglichen läßt, daß auf die Tonerde ein kontinuierlicher Druck ausgeübt wird, der sie unter Überwindung des Widerstandes der erstarrten Kruste zwingt, in das Schmelzbad einzudringen.

Der Druck, der das kontinuierliche und regelmäßige Eindringen der Tonerde in das Schmelzbad gestattet, wird erfindungsgemäß mit mechanischen Mitteln, vorzugsweise mittels einer Schubförderschnecke, oder aber mit Druckluft oder komprimierten Gasen erteilt.

Die Einführung der Tonerde in das Elektrolysebad mit dieser Methode kann an beliebigen Stellen des- Bades erfolgen. Immerhin ist das Auflösen der Tonerde erleichtert, wenn die Einführung in unmittelbarer Nähe der Elektroden stattfindet, wo sich die Badschmelze in stärkerer Bewegung befindet, sowohl wegen der Konvektionsströmungen als auch wegen der Entwicklung von Gasen an der Anode.

Das Verfahren kann auf Aluminiumöfen beliebiger Art Anwendung finden, sowohl auf solche mit vorher hergestellten bzw. gebrannten Einfach- oder Mehrfachelektroden als auch auf solche mit kontinuierlichen, ebenfalls einfachen oder mehrfachen Elektroden der Söderbergtype. Ferner besteht keine Begrenzung in bezug auf die Anwendung des Verfahrens und auf die Leistung des Ofens. Es ist übrigens selbstverständlich, daß die Anzahl der Einheiten zur Tonerdeaufgabe unter Druck sich wunschgemäß nach den jeweiligen Erfordernissen richten kann.

Es sind zwar auch schon Einrichtungen zur Mechanisierung der sonst von Hand bedienten Werkzeuge, wie Eisenstangen u. dgl., zum Einbrechen "der Kruste bekanntgeworden. Diese Mechanisierung beläßt aber die Nachteile der bereits eingangs geschilderten Verfahren in bezug auf die Diskontinuierlichkeit der Tonerde, Aufgabe und auf Verunreinigung des Bades bedingende Be-• rührung derselben mit Eisenwerkzeugen. Demgegenüber besteht die neue Erfindung, für die im Jolgenden in einem Ausführungsbeispiel ins einzelne gehende Angaben gemacht werden, auf der überraschenden Erkenntnis, daß sich eine Tonerdeaufgabe" in Form einer unter stetig ausgeübtem krustenbreehenden Druck stehenden, auf einen gewissen Abstand von der Badoberfläche freien Tonerdesäule und in einer dem Betrieb des Elektrolysebades gemessenen Dosierung fortlaufend verwirklichen läßt.

Fig. ι stellt schematisch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens mit einer kontinuierlichen Söderbergelektrode zentral montierten Schubförderschnecke dar;

Fig. 2 stellt schematisch die Verwendung von zwei Schnecken im Innern einer Söderbergelektrode dar;

Fig. 3 stellt schematisch die Verwendung einer Schubförderschnecke außerhalb einer Söderbergelektrode dar;

Fig. 4 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit Schubförderschnecke im Fall von Mehrfachanodenöfen dar;

Fig. 5 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit einer Förderschnecke dar, die gleichzeitig als Schub- und als Dosiervorrichtung no dient;

Fig. 6 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit Druckluft oder komprimiertem Gas dar;

Fig. 7 stellt schematisch die Anwendung des u₅ Verfahrens mit Druckkolben dar.

Nach den Fig. 1 und 2 wird die in dem Behälter (Aufgabetrichter) 1 enthaltene Tonerde mittels Dosiervorrichtung 2 in die Rohrleitung 3 geschickt und durch die Schubförderschnecke 5 in das Elektrolysierbad 4 eingestoßen. Die ganze Anordnung wird angetrieben durch einen Elektromotor 6, cter die Bewegung sowohl auf die Dosiervorrichtung als auch auf die Schubförderschnecke 5 über die Reduziergetriebe 7 bzw. 8 und über die konische öder Schrägkupplung 9 überträgt. Das die

Schnecke 5 enthaltende metallische Aufgaberohr 10 endet in Höhe einiger Zentimeter über der Badoberfläche 4, wobei den Niveauschwankungen des Bades Rechnung getragen wird. Der Abstand ist hinreichend, um Verunreinigungen zu vermeiden, und, wie gefunden wurde, klein genug, um den durch die Schnecke erteilten Schub (bzw. den durch die gleichwertigen Druckmittel gegebenen Schub) zur gewünschten Wirkung kommen zu lassen. Um auch dem Niveauanstieg Rechnung zu tragen,, der durch das Hoch wachsen des Bodens des Bades bedingt ist, kann das Rohr 10, welches die Schnecke 5 aufnimmt, durch an sich bekannte, nicht dargestellte Mittel in veränderlicher Höhe einstellbar sein. Die Bohrung der Elektrode 11, durch welche das Rohr 10 hindurchgeführt ist, wird durch den kreisrunden Einsatz 12 geschaffen, der an der nicht dargestellten Haube oder an dem nicht dargestellten Gerüst des Ofens befestigt ist.

Selbstverständlich können auch mehrere Aufgabevorrichtungen mit demselben Motor oder mit getrennten Motoren, wie in Fig. 2 dargestellt, angetrieben werden, und es kann so die Aufgabe an mehreren Stellen des Ofens erfolgen.

Die Aufgabe kann nicht nur durch in der Elektrode geschaffene Bohrungen; sondern auch außerhalb derselben erfolgen, d. h. zwischen Elektrode und Ofenwand, wie in Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall wird die nach unten wandernde Tonerdesäule wieder durch das die Schnecke enthaltende Aufgaberohr geführt, es fehlt aber eine Führung durch eine Bohrung in der Elektrode. Es wurde gefunden, daß die Tonerde dessen ungeachtet keine Tendenz zeigt, sich außerhalb des Aufgaberohres aufzuhäufen, sondern sie bildet unter dem angewandten Druck, der im dargestellten Fall durch die Schubförderschnecke erteilt wird, einen Kegelstumpf mit der größeren Endfläche auf der Badoberfläche oder auf der Badkruste. Durch Wirkung des Druckes verbreitert sich die größere Grundfläche dieses Kegelstumpfes bis zu einer gewissen Grenze, und von da an erfolgt die weitere Wirkung des Druckes in vertikaler Richtung derart, daß die Kruste eingestoßen oder deren Bildung verhindert wird.

Endlich kann die Aufgabevorrichtung an beliebigen Ofentypen montiert werden, beispielsweise auch an Öfen mit Mehrfachanoden 14, wie in Fig. 4 gezeigt.

In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Der Boden des Ofens bzw. Bades ist mit 13 bezeichnet.

In dem in Fig. 5 dargestellten Fall rutscht die Tonerde aus dem Beschickungstrichter 1 durch die Röhre 15 unmittelbar zur Schnecke 16, die im Aufgaberohr 10 enthalten ist und zu gleicher Zeit als Dosier- und als Schubförderschnecke wirkt und durch den Motor 6 mit Reduziergetriebe 17 angetrieben wird, ähnlich wie in den vorher beschriebenen Fällen.

Im Fall des in Fig. 6 erläuterten Druckluftverfahrens ersetzt ein einfaches Aufgaberohr 18 das System mit Schnecke. Die Druckluft gelangt in das Aufgaberohr von oben durch eine Rohrleitung 19, die mit Regelventil 20 versehen ist und mit einer Düse 21 oberhalb des Eintritts der Tonerde in das Aufgaberohr 18 endet.

Endlich ist in Fig. 7 der Fall dargestellt, in dem der Motor 6 über ein Reduziergetriebe 22, einen Exzenter 23 und ein Gestänge 24 den Kolben 25 antreibt, der gasdicht im Aufgaberohr 18 mit kurzem Hub oberhalb der Stelle gleitet, an der die Tonerde aus der Röhre 3 zutritt, und der als Verdichterkolben wirkt.

Es liegt auf der Hand, daß diese Beispiele zur Erläuterung gegeben sind, die Erfindung aber nicht auf dieselben beschränkt ist. Es versteht sich, daß unter die Erfindung jedes mechanische System fällt, welches die kontinuierliche Einführung der Tonerde in das Schmelzbad eines Elektrolysierofens für Aluminiumherstellung vorsieht mittels Druckanwendung von außen, wobei der Druck dazu dient, den Widerstand zu überwinden, den besagtes Schmelzbad dem Eintritt der Tonerde entgegensetzt.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung konnte festgestellt werden, daß dieses Verfahren den Vorteil bietet, wirksam den Energieverbrauch zu vermindern und die Stromausnutzung zu verbessern, da der Anodeneffekt praktisch unterdrückt wird. Auch kann dank der praktischen Unterdrückung des Anodeneffekts (auf 24 bis 48 Stunden oder mehr) der Ofen mit konstanter Leistung, d. h. mit automatischer Spannungsregelung betrieben werden. Es konnte des weiteren festgestellt werden, daß die Öfen unter diesen Betriebsbedingungen eine günstigere thermische Bilanz aufweisen und daß ein geringerer Einsatz von Korrekturzuschlägen zu den Elektrolysebädern und natürlich auch ein geringerer Einsatz von Arbeitskräften zur Obenbedienung erforderlich ist. Es wurde auch festgestellt, daß auch die Reinheit des Metalls verbessert werden kann, weil die Verunreinigungen vermieden werden, die sich beim nicht kontinuierlichen Verfahren aus der Verwendung metallischer Werkzeuge (eiserne Stangen) ergeben, deren es bedarf, um die Decke des Bades einzustoßen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Aufgabe der Tonerde in Elektrolyseöfen für Herstellung von metallischem Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde in das Elektrolytbad des Aluminiumofens mit das Bad nicht berührenden Schubmitteln unter einem solchen Druck eingeführt wird, der imstande ist, die oberflächliche Kruste des Elektrolytbades einzustoßen, lao

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde in das Elektrolytbad durch ein praktisch vertikales Aufgaberohr eingeführt wird, welches unten in einer Entfernung der Größenordnung einiger Zentimeter von der Badoberfläche endet, wobei der Schub-

druck innerhalb des besagten Aufgaberöhres zur Wirkung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schub kontinuierlich zur Wirkung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung an mehreren Stellen der Badoberfläche erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, der die Tonerde in das Elektrolytbad schiebt, mittels Förderschnecke oder sonstigem mechanischen Mittel durch unmittelbare Schubwirkung erzielt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schubmittel gleichzeitig als Dosiervorrichtung wirkt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubdruck mittels Druckluft oder mittels komprimierter Gase erzielt wird.

8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der Tonerde in unmittelbarer Nähe der Elektroden erfolgt. .

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe der Tonerde durch eine Bohrung in der Elektrode erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerdeaufgabe durch ein der Elektrode außen anliegendes, die Badoberfläche nicht berührendes Rohr erfolgt.

Angezogene Druckschriften:

USA.-Patentschriften Nr. 2423787, 2426389; schweizerische Patentschriften Nr. 144129, 147272.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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