HU207540B - Process and apparatus for controlling quantity of solide additives for electrolytical celles with aluminium-production - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés szilárd adalékanyagok mennyiségének vezérlésére és ellenőrzésére alumínium gyártásánál használt elektrolitikus cellákhoz, és a Hall-Heroult-eljárással olvadt kriolitban oldott alumíniumoxid elektrolízisével előállított alumínium gyártásánál alkalmazható.

Azoknak a korszerű elektrolitikus celláknak az üzeme, amelyeket a Hall-Heroult-eljárásnál alumínium előállítására alkalmaznak, szükségessé teszi az elektrolitikus fürdő térfogatának állandó figyelését. Ezeknek a fürdőknek a többségében az elektrolit olvadt állapota és összetétele olyan, hogy sok esetben szilárd formában lévő oldalirányú lejtéssel rendelkező maradék van a fürdőben, és ez mint kéreg megszilárdulva lefedi az elektrolit szabad felületét is. Maga az elektrolit lényegében kriolitból (Na₃AlF₆) áll, amelybe adalékanyagként például CaF₂, A1F₃, LiF stb. van belekeverve, amelyeknek segítségével az elektrolitikus fürdő olvadáspontját és elektrokémiai paramétereit befolyásolják, és amelyeknek segítségével növelni lehet az alumíniumoxid feloldódását.

Az elektrolit olyan kell legyen, hogy a térfogata biztosítsa a cellába bevezetett alumíniumoxidnak a gyors oldódását és gyors eloszlását, nem szabad azonban túllépnie egy előre megadott szintet, mert ez azoknak a réz- vagy acélrudaknak a korrózióját eredményezi, amelyekre az anódok fel vannak függesztve. Az ilyen korrózió következménye az is, hogy a kész alumínium vastartalma megnő, továbbá hogy a korrodált réz vagy acélrudakat gyakrabban kell cserélni.

Az ellenőrzés során figyelik az elektrolit szabad felületét, a magasságát, továbbá a fürdő és a folyékony alumíniumréteg közötti rétegmagasságot.

Az egyes cellákban a fürdő térfogatának a beállítása kétféleképpen történhet:

1. További anyagok beadagolásával, ha a szint túl alacsony. Ebben az esetben célszerűen szilárd kriolitot (Na₃AlF₆) adagolnak, és az eljárásból visszaszármaztatott szilárd anyagokat, például olyan megszilárdult elektrolitikus fürdőt, amely az elfogyott anód rudak és katód cellák tisztítása során keletkezett, és amelyek már lényegében üzemen kívül vannak, továbbá adagolnak valamelyik szomszédos cellából kivett folyékony elektrolitikus fürdőt is.

2. Ha a szint túl magas, akkor a fürdőt rövid időközönként egymás után megcsapolják. A megcsapolt részt vagy további cellákhoz lehet például adagolni, vagy pedig megszilárdítják, és az 1. lépésben leírt módon adagolják.

Annak érdekében, hogy a fürdő sérülése következtében esetlegesen fellépő nagymértékű kiegyensúlyozatlanság veszélyét el lehessen kerülni, a cella kezelője mindig úgy állítja be a szintet, hogy az egy kicsit magasabb legyen, mint amennyire szükség van, és a folyékony fürdő szintszabályozását a fürdő megcsapolásával állítja be.

Adalékanyagokat a cellához rendszeresen kell bevinni, mégpedig úgy, hogy az anódot lefedjük (vigyázni kell a hőszigetelésre). Adalékanyagként valamilyen fluoridot, AlF₃-at, kriolitot viszünk be és körfolyamat során visszaszármaztatjuk a fürdőbe azt az alumíniumoxidot, amelyet a fluoridok összegyűjtésére használtunk azokban az eszközökben, amelyek az elektrolitikus cellák által kibocsátott gázok tisztítására szolgáltak.

Ezeket az adalékanyagokat a cellából jövő emisszióval kompenzáljuk és a visszamaradó anyagokat a szint mérésével, a szint függvényében határozzuk meg célszerűen úgy, hogy a kezelő 24-48 óránként végzi el a méréseket.

A jelenleg ismert elektrolitikus celláknál, amelyeket a bevezetőben említett célokra alkalmaznak, a fürdőben lévő adalékanyagok igen nagymértékben ingadozó értéket mutatnak, és alig vannak szabályozva, gyakorlatilag azt az időt mérik, amely az adalékanyagnak a beadagolása, illetőleg az anódot történő befedése között, és a között telik el, amíg az egész szilárd adalékanyag olvadt állapotba megy át. Ez természetesen igen nagy ingadozásokat eredményez a fürdő magasságában, és ez károsan befolyásolja a cella termikus egyensúlyát.

Ezenkívül meg kell jegyeznünk, hogy a folyékony fürdő kezelése, az adalékanyag zúzása, valamint a keletkező alapfürdő létrehozása a fürdő szintjének mérésével együtt rengeteg olyan kézi munkát igényel, amelynek rendkívül kicsi a termelékenysége, és amelyek igen komoly költségként jelentkeznek, és ennek eredményeként rendkívül drága és munkaigényes berendezéseket tudnak csak gyártani.

Az EP 195 143 sz. európai bejelentés a Hall-Heroulteljárással előállított alumíniumok elektrolízisénél alkalmazott elektrolitikus cellákban lévő elektrolit szintjének a mérésére szolgáló eljárást ismertet, amelynek során a cella anódját, amelyben egy adott áram folyik, fokozatosan kiemelik, és figyelik az áram csökkenését a mért magasság függvényében, és azt a magasságértéket, amikor az áram a kiindulási érték egy előre megadott hányadára csökken, feljegyzik. Ebből lehet kö1

HU 207 540 Β vetkeztetni az elektrolitikus réteg valódi magasságára. Ez az eljárás alapvetően eltér a találmányunk szerinti eljárástól, ahol is nincs szükség az anód mozgatására.

Az SU 793 411 sz. szabadalmi leírás, amelynek az US 4 045 308 leírás felel meg, eljárást és berendezést ismertet olvadt só fürdőhöz az adalékanyagnak a vezérlésére. Ez a berendezés tartalmaz egy olyan elemet, amelynek segítségével a sófürdő mindenkori pillanatnyi értékét mérik, olyan berendezést, amely a sófürdő sűrűségét méri, valamint egy olyan elrendezést, amely a sófürdő fölött lévő olvadt fém térfogatát méri. Maga a vezérlő áramkör a mért adatokat tárolja, és kiszámítja, hogy mekkora kell legyen a szint ahhoz, hogy az eredeti anyagkoncentráció megmaradjon a fürdőben az alatt az idő alatt, amíg az olvadt fémet előállítják, és amikor az olvadt fémet a fürdőből eltávolítják. Ennél a elrendezésnél tehát van egy szabályozó, amely egy alapjelet hasonlít össze ellenőrzőjellel, és a két jel különbségétől függően és egyéb paraméterek figyelembevételével végzi az adagolást. A fürdő magasságának a mérését az ábrán a cellába benyúló csővel mérik, tehát a közlekedőedény elvén. Ily módon azonban pontos szintmérést megvalósítani nem lehet. Ez a megoldás tehát a szintmérést tekintve a korábban ismertetett megoldásokkal egyezik meg, nevezetesen, hogy pontosan nem tudják mérni azt, hogy mekkora a szint.

A találmány szerint a folyékony alumíniumréteg magasságát közvetett úton mérjük úgy, hogy mérjük a folyékony fémréteg magasságát, és az olvadt fém teljes magasságát a katódréteghez, mint referenciasíkhoz képest, és ezekből egyszerű kivonással határozzuk meg a fürdő magasságát.

A katódrétegnek, amely egymás mellé helyezett széntartalmú katódblokkokból áll, felső oldalának a helyzete a fémszerkezet valamilyen másik rögzített eleméhez képest adja az egyik méretet, míg a cella felső szerkezete és az anódkeret vagy más összegyűjtött, vagy csoportosan elrendezett függesztő elem, amely az anódhoz van kiképezve, pontos mérete ad egy olyan méretet, amely szintén ismert. Ez utóbbi a cella működése során, például akkor, amikor a katódon különféle domborulatok keletkeznek, vagy a rétegei kopás vagy erózió miatt megváltoznak, kismértékben megváltozhat, ez a változás azonban rendkívül lassú, kb. 1 mm/hónap, és így nem jelent semmiféle hátrányt olyan összehasonlító méréseknél amelyek néhány napon vagy héten belül történnek, és amely értékek periodikusan és kalibrálva vannak az alapszint mérésével.

Referenciaszintként alkalmazható olyan rögzített pont is, amelyet a ház peremén helyezünk el valamilyen függőleges figyelőpontként, vagy a felső szerkezet vízszintes sugarának egy pontja is alkalmazható rögzített pontként, mivel ennek a helyzete a széntartalmú katódréteghez képest pontosan mérhető. Általában elegendő mérni az olvadt fém szintjét a már előbb említett rögzített ponthoz képest annak érdekében, hogy dedukcióval meg lehessen határozni a fürdő magasságát.

Maga a szintmérés különböző módon történhet, lehet a mérés olyan közvetlen módszer,· amikor a fürdő felületével valamilyen villamos érintkező érintkezik, de mérhetők a szintek indirekt módszerekkel is, például fény vagy hang, vagy más rezgésnek a fürdő felületére történő vetítésével, célszerűen egy olyan nyíláson keresztül, amely a megszilárdult elektrolitikus cellát normál működése közben lefedi.

A találmány szerinti megoldásnál a fürdő szintjét oly módon optimalizáljuk, hogy a pillanatnyi értékét a névleges érték körüli szűk tartományban (±1 mm) tartjuk, ily módon ugyanis az anódrudaknak a korrózióveszélye, amely a túl magas szint miatt jönne létre, csökken, és csökken az oldódás nélkül maradt alumínium iszap kialakulása a katódrétegen. A találmánnyal általánosságban megakadályozzuk a szint névleges értékének nagymértékű túllépését. A fürdő szintjének túl nagy értékét sokkal nehezebb korrigálni, mint azt, ha a fürdő értéke túl alacsony. Elvileg is hátrányosabb, ha a fürdő szintje túl nagy, mint ha túl alacsony. Az elektrolitikus fürdő teljes magassága igen fontos érték abból a szempontból, hogy az anyagot optimálisan használjuk, a költségeket pedig a legmesszebbmenőkig csökkentsük az eljárás során.

A technika állásánál ismertetett megoldás, valamint a többi, ugyancsak a fürdő szintjét szabályozó megoldás úgy van megvalósítva, hogy a fürdő szintje fokozatosan nő, így gyakran több kiló iszapot kell egy-egy tonna alumínium előállítása után lecsapolni. Az iszap lecsapolása viszonylag nehéz művelet, és csak akkor lehet végrehajtani, ha a szint a névleges értéket legalább 4-5 cm-rel túllépte. A találmány szerinti eljárás és berendezés azonban a névleges érték körüli ingadozást hosszú távon ±1 cm értéken belül tartja, így igen hosszú időn keresztül biztosítani lehet a fürdő átlagos szintjét és a fürdő működését.

Mivel az adalékanyagok rendszeresen vannak adagolva, és egyensúlyban vannak a kibocsátott gázokkal és gőzökkel és a fogyó anóddal lehet a kérget eltávolítani, így a találmány szerinti fürdő igen hosszú időn keresztül működőképes marad.

A találmány tárgya eljárás szilárd adalékanyagok mennyiségének vezérlésére olyan cellákhoz, amelyekben Hall-Heroult-eljárással olvadt kríolit fürdőben oldott alumíniumoxidból alumíniumot állítunk elő úgy, hogy széntartalmú katódréteg fölött olvadt alumíniumréteget, fölötte a fürdőt, fölötte anódkerettel széntartalmú anódokat helyezünk el, és az anódkeret magasságát a cellához tartozó felső szerkezethez képest szabályozzuk úgy, hogy periodikusan mérjük a fürdő magasságát a cellában, ezt követően a mért értéket a fürdő magasságának előre megadott névleges értékével összehasonlítjuk, az összehasonlítás után pedig, amennyiben a szint alacsonyabb a névleges értéknél, alapfiirdőt adagolunk, ha pedig a szint magasabb a névleges értéknél, a fürdőt megcsapoljuk.

A találmány szerinti eljárás lényege abban van, hogy a fürdő magassága ingadozásának ±1 cm-es tartományon belüli tartásához a fürdő magasságának pillanatnyi értékét úgy határozzuk meg, hogy egy rögzített ponthoz képest mérjük a magasságát, amely rögzített pontnak a távolságát a katódrétegtől ismerjük úgy,

HU 207 5 40 Β hogy mérjük a teljes magasságot, majd megmérjük a folyékony fémréteg, azaz az olvadt alumíniumréteg magasságát, és a fürdő mindenkori magasságát a két érték különbségéből határozzuk meg, az alapfürdő adagolást pedig egy, a cella fölött kiképezett nyíláson, amelyet a megszilárdult elektrolitikus rétegen képeztünk ki, végezzük. Előnyös az eljárás azon foganatosítási módja, ahol a teljes magasságot közvetlenül villamos érintkeztetéssel, vagy közvetett módon fény-, illetőleg hangvisszaveréssel, vagy telemetrikitsan mérjük.

Ugyancsak előnyös az eljárás, ha a teljes magasságot egy, a fürdő felülete és egy e fölött elhelyezett lemez közötti villamos kontaktus létrehozásával mérjük, ahol a lemezt a cella felső szerkezetéhez képest mozgatjuk függőleges tengely mentén, és a lemezt a katódréteggel ellenálláson keresztül összekapcsoljuk.

Előnyös az eljárás akkor is, ha a folyékony fémréteg magasságát úgy határozzuk meg, hogy megmérjük a cella felső szerkezete és a katódréteg közötti távolságot, megmérjük az anódkeret és a felső szerkezet közötti távolságot, majd megmérjük az anódnak a fürdő felé eső anódsíkja és az anódkeret közötti távolságot, mérjük az anódsík és a folyékony fémréteg közötti távolságot, és ebből meghatározzuk a folyékony fémréteg magasságát, a fürdő magasságát pedig úgy határozzuk meg, hogy megmérjük a cella felső szerkezet és a katódréteg közötti távolságot, a cella felső szerkezete és a lemez felső helyzete közötti távolságot, majd a lemezt a fürdő irányába mozgatjuk, és megmérjük azt a távolságot, amikor a lemez a fürdővel érintkezik, és a fürdő magasságát különbségképzéssel határozzuk meg, illetőleg ha az alapfürdőt elosztó adagolóval ellátott garatból adagoljuk.

A találmány tárgya továbbá berendezés az eljárás foganatosítására, amely berendezés tartalmaz egy önmagában ismert, és a Hall-Heroult-eljárással előállított, alumínium készítésénél használatos elektrolízis cellát, amely cellának az alján katódréteg van, e fölött van a folyékony fémréteg, e fölött pedig a fürdő, a fürdő fölött van az anód elhelyezve, amely a fürdő felső szerkezetéhez van csatlakoztatva, a berendezéshez tartozik még egy, a fürdő névleges magasságával arányos jelet előállító elem, valamint egy önmagában ismert, a fürdő magasságának névleges értékét és a mért értéket összehasonlító egység, és az összehasonlító egység kimenete van egy adagolóhoz csatlakoztatva.

A találmány szerinti berendezés lényege abban van, hogy tartalmaz egy, a folyékony fémréteg és a fürdő teljes magasságát mérő eszközt, egy, a fémréteg magasságát mérő eszközt, valamint egy, ezen két mért érték különbségét képező egységet, amelynek kimenete a mindenkori pillanatnyi fürdő magasságával arányos jelet előállítóan van kialakítva és van az összehasonlító egységre csatlakoztatva.

Előnyös az a kiviteli alak, ahol a fürdő magasságát mérő eszköz tartalmaz egy lemezt, amely függőleges hüvelyben megvezetett rúd egyik végére van felerősítve, a hüvely a cella felső szerkezetéhez kapcsolt helyzettávadóval van összekapcsolva, a lemez a felső szerkezettől szigetelve van, a rúd pedig egy elektromos érintkezővel ellenálláson keresztül van a katódréteggel összekapcsolva.

Ugyancsak előnyös a berendezés, ha az adagoló olyan elosztó adagolóként van kiképezve, amely egy adagoló serleget tartalmaz, amely függőleges forgástest, és amelynek térfogata a fürdő előírt súlyának megfelelő térfogatú, alsó végén, valamint felső végén egy-egy nyílás van, a felső végén lévő nyílás az alapfürdőt tároló garathoz, az alsó végén lévő nyílás egy elosztóhoz van csatlakoztatva, közepén pedig rúd van, amelynek felső vége a perselyhez, alsó vége két ütközőhöz van csatlakoztatva, amely ütközők közötti távolság kisebb, mint az alsó vég és a felső vég közötti távolság, az ütközők pedig rugalmas anyagból vannak kialakítva, illetőleg ha az ütközők filcből és azt megerősítő acélhuzalokból, gumiból vagy szintetikus, rugalmas, és azt erősítő acélból vagy hasonló ötvözetből vannak kialakítva.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábrán az elektrolitikus fürdő szintjének mérésére szolgáló elrendezés vázlatos metszete látható, a

2. ábrán a cella főtengelye mentén vett metszete látható, ahol látható az alumíniumoxidot tároló garat, az elosztó adagolók, amelyek a garathoz csatlakoznak, és amelyeknek egyike az alsó alapfürdő elosztó adagolójával van kapcsolatban, a

3. ábrán látható az alapfürdő elosztó adagoló metszete, a

4. ábrán az adagolórendszer egy kiviteli alakja, míg az

5. ábrán a cellában lévő fém magasságának a mérésére szolgáló mérési elrendezés egy további megvalósítási módja látható.

Az 1. ábrán látható tehát a cellában lévő elektrolitikus (3) fürdő szintjének a mérésére szolgáló elrendezés, látható az (1) katódréteg, amelyen alumíniumból (2) folyékony fémréteg helyezkedik el, amely fölött van a kriolit-alapú elektrolitikus (3) fürdő, amelybe a (4) anód merül be. A normál működés során az (5) megszilárdult elektrolitikus réteg teljes egészében befedi az elektrolitikus (3) fürdőt, kivéve a (6) nyílásokat, amelyek állandóan nyitva vannak azért, hogy az elektrolitikus folyamat során keletkező gázok eltávozhassanak, és azért, hogy az alumíniumoxidot és a különféle adalékanyagokat be lehessen vezetni az elektrolízis során.

A (3) fürdő fölött egy (7) lemez van, amely (8) rúd végéhez csatlakozik. A (8) rúd lényegében függőleges tengely mentén van mozgatva (9) emelőhüvely segítségével, amely (9) emelőhüvely (10) helyzettávadóval van összekapcsolva. A (10) helyzettávadó a cella (11) felső szerkezetéhez van rögzítve. Ennek a (11) felső szerkezetnek az egyik síkja képezi a referenciaszintet. A (7) lemez a (11) felső szerkezettől villamosán szigetelve kell legyen.

A (8) rúddal rugalmas villamos (12) érintkező is

HU 207 540 Β kapcsolatban van. Ez a (12) érintkező kis értékű, kb. 1 kohm-os (13) ellenálláson keresztül van (14) csatlakozóhoz vezetve, amely (14) csatlakozó az (1) katódréteggel van összekapcsolva.

Az 1. ábrán látható jelölések a következők:

Dl: az (1) katódréteg és a cella (11) felső szerkezete közötti távolság, (a tervezésből ismert adat),

D2: a (11) felső szerkezet és a (7) lemez felső pontja közötti távolság, ez adja a (9) emelőhüvely maximális emelkedésének az értékét.

D3: a (7) lemez mozgási tartományának távolsága a (11) felső szerkezethez viszonyítva.

Ahogyan a (7) lemez a maximális szintjéig emelkedik, a (D2) távolság csökken, miközben a (13) ellenállás kivezetésein a feszültségkülönbséget mérjük. Ez a feszültség kezdetben 0 V. A (10) helyzettávadó követi a (7) lemez mozgását, és amikor a (7) lemez az elektrolit szabad felületével érintkezik, a feszültség a (13) ellenállás kivezetésein hirtelen megnő. A (7) lemez a mozgása során lehet olyan helyzetben is, hogy (D3) távolságra van a (11) felső szerkezet felső végétől. Az előbbiekből következik, hogy a (3) fürdőnek és a (2) folyékony fémrétegnek lehetséges teljes magassága D1-D3. Mivel a (2) folyékony fémréteg (HM) magasságú, magának a (3) fürdőnek a (HB) magasságát kiszámíthatjuk a következőképpen: HB + HM = D1-D3-D2. A (HB) magasság értékét beadjuk valamilyen számítógépbe, amely azután az alapfürdő adalékanyagainak adagolására instrukciót ad, mégpedig a (HB) magasság és annak névleges értéke, a (HBC) magasság közötti különbségek függvényében.

A (HB) magasság mérése rendkívül egyszerűen valósítható meg, hiszen csupán azt kell figyelni, hogy a (7) lemez mikor éri el a (D2) távolság értéket. Ekkor rövid idejű kontaktus jön létre a (2) folyékony fémréteg és a (7) lemez között, ami a (7) lemez élettartamát jelentősen növeli. A mérésnek egy további előnye, hogy lehetővé teszi a mérés ellenőrzését a mindenkor nyitott (6) nyíláson keresztül. Lehetőség van arra is, hogy a (13) ellenálláson mérjük a feszültséget, és ha a feszültség hirtelen megváltozik, mégpedig nemkívánatos irányba vagy mértékben, vagy maga a mérés valamilyen ok miatt nem végezhető el, vészjelzés vagy figyelmeztető jelzés adható.

Végül, amikor a (7) lemeznek a lefelé irányuló mozgása megáll, azaz amikor érintkezni fog a (2) folyékony fémréteggel, azok az elemek, amelyek a (9) emelőhüvelyt működtetik, mind a levegőben vannak, így kevésbé károsodnak.

A 2. ábrán látható (15) garat, amely magába foglalja az alapfürdőt, amely össze van kapcsolva valamelyik (16) alumíniumoxid-elosztóval. Ezeket a (16) alumíniumoxid-elosztókat az FR 2 527 647 sz. francia szabadalmi leírás írja le, amely megfelel az US 4 437 694 sz. szabadalomnak, és amelyet szintén az Alumínium Pechiney nyújtott be. Ezek a (16) alumíniumoxid-elosztók (17) perforált szerkezettel vannak kapcsolatban, valamint kapcsolatban vannak (18) elosztó-adagolóval is, amelyek (19) hüvelyben vannak elrendezve.

A 3. ábrán látható a (20) elosztó-adagoló, abban a helyzetben, amikor az a (15) garat alsó részénél van. Az alapfürdő (20) elosztó adagolója szintén egy szoros (21) perselyben van elhelyezve, amelynek (22) elosztója a 2. ábrán látható (16) alumíniumoxid-elosztó (23) adagolója közelében van a (6) nyílás fölött elhelyezve. A (22) elosztó (20) elosztó-adagolón át, amelynek (27) felső vége (24) lemezben van, van a (15) garathoz csatlakoztatva. A (20) elosztó adagolóban (21) és (29) persellyel megvezetett (28) rúd van.

A 4. ábrán látható a (20) elosztó-adagoló részletesebben és az ábrán megfigyelhető az is, hogy ez a (20) elosztó-adagoló alapvetően különbözik attól az alumíniumoxid-adagolótól, amely például az EP 44 794 sz. bejelentésben van ismertetve, amely megfelel az US 4 431 491 sz. szabadalomnak. Magának az alapfürdőnek nem kell ugyanolyan folyadékjellemzőkkel rendelkeznie, mint az alumíniumoxidnak. Mivel az alapfúrdő szilárd blokkok formájában kerül visszanyerésre, ennek az igen finomszemcse-méretűvé (kisebb, mint 1 mm szemcse-méretűvé) való őrlése rendkívül költséges és igen nagy porral járó művelet során lenne csak lehetséges.

Előnyös tehát az, ha a szilárd anyagot 0-6 mm, vagy 0-10 mm-es átlagos szemcseméretre őrlik, és ezután olyan (20) elosztó-adagolót terveznek, amely középső helyzetben nem tud zárva maradni, ez ugyanis az alapfürdőhöz tartozó (15) garat teljes kiürítését eredményezné, és a cellában a hőmérsékleti egyensúly fölborulna.

A 4. ábrán látható egy olyan berendezés, amely az előbb említett követelményeket teljes egészében kielégíti. Ez a berendezés tartalmaz egy (24) lemezt, amely a (15) garat aljára van felerősítve, például úgy, hogy föl van csavarozva. Ez alatt a (24) lemez alatt van egy (25) adagolóserleg kiképezve, célszerűen valamilyen csőalakú testből, amelynek térfogata megfelel az alapfürdő előre meghatározott súlyával arányos térfogatnak, és amelybe 0,5-5 kg, például 2 kg anyag fér el. Ennek a (25) adagolóserlegnek a (26) alsó vége nyitott, és (22) elosztóhoz van csatlakoztatva, amely (22) elosztó a (6) nyílás fölé torkollik. A (25) adagolóserleg (27) felső vége illeszkedik a (15) garathoz. Tartalmazza még egyébként a berendezés a (28) rudat, amely tengelyirányban van elhelyezve, és amelynek felső része (29) perselyhez csatlakozik, alsó részén két, alsó és felső záró vagy tömítő (30) és (31) ütközők vannak elhelyezve, amelyek egymástól (Dl) távolságra vannak, amely (Dl) távolság kisebb, mint a (25) adagolóserleg (27) felső és (26) alsó vége, illetőleg felső és alsó nyílása közötti (D2) távolság.

A (30) és (31) ütközők flexibilis tárcsákból vannak kiképezve, és a (28) rúdon vannak elhelyezve. Előnyös, amennyiben lehetséges, fémkefét, például forgórészkefét használni, amelyben acélhuzalok is vannak, vagy kialakíthatók a (30) és (31) ütközők valamilyen rugalmas anyagból készült tárcsából, például nemezből, amely valamilyen formában még merevítve van, illetőleg meg van erősítve, például kemény gumival vagy szintetikus rugalmas anyaggal és célszerűen acélhuzallal vagy ennek megfelelő ötvözetekkel.

A (28) rúd (21) perselyben van megvezetve, például megfelelő súrlódást biztosító (32) gyűrű segítségével,

HU 207 540 Β amely (32) gyűrű feladata, hogy megakadályozza azt, hogy az alapfurdő a (21) perselybe bejusson. Az alsó helyzetben a (30) ütköző a (26) alsó vég peremén fekszik fel, vagy pedig annak a kúpnak az alsó részén, amely a (25) adagolóserleg alját képezi. Ebben a helyzetben a (25) adagolóserleg az alapfürdővel meg van töltve. Amikor a (30) ütköző felső helyzetben helyezkedik el, mégpedig a (29) hüvely működése hatására, a felső (31) ütköző a (27) felső végénél lévő nyílás peremén fekszik fel úgy, hogy szigeteli a (15) garatot, ugyanakkor a (25) adagolóserleg tartalma a nyílás felé áramlik.

A (30) és (31) ütközők flexibilitása és rugalmassága lehetővé teszi és biztosítja a szükséges tömítést is, még akkor is, ha az alapfürdőnek néhány szemcséje a nyílások pereme közé szorulva marad. Ily módon tehát mindenképpen megelőzhető, hogy a (15) garat tartalma véletlenszerűen részlegesen vagy teljesen közvetlenül a cellába ömöljön.

A (29) persely, ahogy ezt már korábban is jeleztük, számítógéppel is vezérelhető, így csak akkor fog működésbe lépni, ha a számítógéptől olyan jelet kap, hogy a (3) fürdőnek a szintje a névleges (HBC) magasság alatt van.

Az 5. ábrán látható a (2) folyékony fémréteg mérésének elve. Az előzetesen ismertetett elemeken kívül látható még (33) anódkeret, és a (11) felső szerkezet és a (33) anódkeret között elhelyezett (34) helyzettávadó.

Az 1. ábra ismertetése során utaltunk arra, hogy a találmány szerinti berendezés lehetővé teszi a (3) fürdő és a (2) folyékony fémréteg (HB + HM = HT) magasságának mérését. Általában a gyakorlatban a (3) fürdőnek és a (2) folyékony fémrétegnek az együttes (HT) magasságát a cellában kézi úton mérik, mégpedig úgy, hogy a cellába bevezetnek egy fémrudat, mindaddig, amíg a fémrúd érintkezésbe nem lép az (1) katódréteggel és azt követően aztán néhány másodpercre kihúzzák. A mérőrúd hűtése után szemmel is meg lehet különböztetni a megszilárdult elektrolitot a fémtől, és ily módon a megfelelő magasságok könnyedén mérhetők. Ez a kézi mérés azonban semmiféle formában nem hasonlítható össze a megfelelő pontossággal mért automatikus mérési eljárással. A találmány értelmében a (2) folyékony fémréteg (HM) magasságát egy rögzített ponthoz képesti értékként mérjük, mégpedig az (1) katódréteghez képest, de adott esetben mérhető ez valamilyen referenciaponthoz, amelyet a függőleges falon helyeznek el. A találmány szerinti mérési eljárást arra az esetre ismertetjük, amikor a referenciapont a (11) felső szerkezeten van elhelyezve, de ez nem korlátozza a találmány értelmezését, utalva arra, hogy a referenciapont máshol is elhelyezhető.

A tervezésből ismeretes, hogy a (11) felső szerkezet és az (1) katódréteg közötti (Dl) távolság ismert. A (DSC) távolságot a (11) felső szerkezet és a (33) anódkeret között mérjük, és amely utóbbi mozgatható annak érdekében, hogy a cellában az anód-katód közötti távolságot állítani lehessen. A (DSC) távolságot illetően, ennek a változását (34) helyzettávadóval mérjük, amely lehet például egy potenciométer. Az 5. ábrán látliató másik bejelölt érték a (DCPA) távolság, amely a (33) anódkeret és a (4A) anódsík közötti távolság, amely az anódfogyás függvényében változik, amely szintén ismert és normál működésű cellák esetén, és egy adott anódminőségnél gyakorlatilag konstansnak tekinthető. Az 5. ábrán be van még jelölve a (DAM) távolság, amely a (4) anód és a (2) folyékony fémréteg felső része közötti távolság, amely szintén konstansnak tekinthető egy adott belső feszültségű cella esetén, azaz amikor a cella normál működési körülmények között tud dolgozni, és semmiféle zavar nem lép föl, mint például a fémeltávolítás, vagy anódcsere vagy keretemelkedés. Az előzőekből következik tehát, hogy a (2) folyékony fémréteg (HM) magassága a következőképpen határozható meg:

HM = D1-(DSC+DCPA+DAM)

A (HB) magasság, amely a (3) fürdő magassága, a következőképpen határozható meg:

HB = (D1-D2-D3)-HM

Abban az esetben, ha a (4) anódok akár egyenként, akár pedig kettes vagy négyes csoportokban motorikusán vannak működtetve, a (DSC és a DCPA) távolságokat a csoport egyik elemének a mérésével lehet meghatározni. Végeztünk egy kísérletet, amelynek során 280 kA-rel működtettük a cellákat, mégpedig több hónapon keresztül úgy, hogy 40-80 kg/t fürdőt eresztettünk le, miközben 2100 kg alumíniumot állítottunk elő cellánként és naponként. A (HB) magasság 20 cm volt, ingadozása pedig +5/-2 cm. Miután ezt az eljárást a találmány szerint továbbfejlesztettük, a (HB) magasságot 20 cm-ben állapítottuk meg, az ingadozása ±1 cm lett, és 6 hónap alatt nem kellett a fürdőből elvezetni.

Azon túlmenően, amit a leírásban már hangsúlyoztunk, a találmány szerinti eljárás és berendezés elektrolitikus celláknál a következő előnyökkel jár

Azáltal, hogy az alapfürdőt a (15) garatból és a (20) elosztó-adagolóból vezetjük be, nincs szükség a cellának a lefedésére (az anódok hőszigetelésére), nincs szükség továbbá kéregszeríí fürdőkeverék képzésére (akkor lehetséges, ha fluorid adalékanyagokat adagolunk be), és nincs szükség az ún. eljárási alumíniumoxidra (azaz fluorid tartalmú alumíniumoxidra, amelyet olyan berendezésekből vezetünk, amelyekben az elektrolitikus cella által kibocsátott anyagokat gyűjtjük össze). A cella fedésére önmagában elegendő az eljárási alumíniumoxid.

A (3) fürdő magasságát igen szűk határon belül lehet tartani, tipikusan +1 cm-rel a névleges érték körül, a korábbi +4, +5/-2 cm helyett.

A (3) fürdő magasságának a változása könnyen meghatározható és módosítható, mivel elegendő a cellához tartozó mikroprocesszor parancsjeleit módosítani.

Működtetni lehet a rendszert anélkül, hogy félni kellene attól, hogy a (3) fürdő magassága az átlagérték alá csökken.

A (3) fürdő szintjének az átlagingadozása és a maximális értéknek a limitálása a fém finomságától függően közvetlenül vezérelhető (ennek eredménye, hogy a keletkező fémben jelentősen csökken a vastartalom).

A termelékenység nagymértékben megnő, mert nincs szükség a kézi mérésekre, amellyel korábban a magasságot mérték, azonkívül nincsen szükség, illető1

HU 207 540 Β lég sokkal kisebb mértékben van szükség szállításokra, fürdőmegcsapolásra, vagy fürdőbeadagolásra.

Az alapfürdő adalékanyagainak adagolása, valamint a fürdőtartály mozgatása automatizálható is, amennyiben ilyen rendszerű celláról van szó.

Claims (9)

1. Eljárás szilárd adalékanyagok mennyiségének vezérlésére olyan cellákhoz, amelyekben Hall-Heroulteljárással olvadt kriolit fürdőben oldott alumíniumoxidból alumíniumot állítunk elő úgy, hogy széntartalmú katódréteg (1) fölött olvadt alumíniumréteget (2), fölötte a fürdőt (3), fölötte anódkerettel (33) széntartalmú anódokat helyezünk el, és az anódkeret (33) magasságát a cellához tartozó felső szerkezethez (11) képest szabályozzuk úgy, hogy periodikusan mérjük a fürdő magasságát (HB) a cellában, ezt követően a mért értéket a fürdő magasságának előre megadott névleges értékével összehasonlítjuk, az összehasonlítás után pedig, amennyiben a szint alacsonyabb a névleges értéknél, alapfürdőt adagolunk, ha pedig a szint magasabb a névleges értéknél, a fürdőt (3) megcsapoljuk, azzal jellemezve, hogy a fürdős (3) magassága (HB) ingadozásának ±1 cm-es tartományon belüli tartásához a fürdő magasságának (HB) pillanatnyi értékét úgy határozzuk meg, hogy egy rögzített ponthoz (PF) képest mérjük a magasságát, amely rögzített pontnak (PF) a távolságát a katódrétegtől (1) ismerjük úgy, hogy mérjük a teljes magasságot (HT), majd megmérjük a folyékony fémréteg (2), azaz az olvadt alumíniumréteg magasságát (HM), és a fürdő mindenkori magasságát (HB) a két érték különbségéből HB = HT-HM határozzuk meg, az alapfürdő adagolást pedig egy, a cella fölött kiképezett nyíláson (6), amelyet a megszilárdult elektrolitikus rétegen képeztünk ki, végezzük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a teljes magasságot (HT) közvetlen villamos érintkezőn keresztül, vagy közvetett módon fény-, illetőleg hangvisszaveréssel, vagy telemetrikusan mérjük.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a teljes magasságot (HT) egy, a fürdő (3) felülete és egy e fölött elhelyezett lemez (7) közötti villamos kontaktus létrehozásával mérjük, ahol a lemezt (7) a cella felső szerkezetéhez (11) képest mozgatjuk függőleges tengely mentén, és a lemez (7) a katódréteggel (I) ellenálláson (13) keresztül van összekapcsolva.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyékony fémréteg (2) magasságát (HM) úgy határozzuk meg, hogy megmérjük a cella felső szerkezete (II) és a katódréteg (1) közötti távolságot (Dl), megmérjük az anódkeret (3) és a felső szerkezet (11) közötti távolságot (DSC), majd megmérjük az anódnak (4) a fürdő (3) felé eső anódsíkja (4A) és az anódkeret (33) közötti távolságot (DCPA), mérjük az anód-sík (4A) és a folyékony fémréteg (2) közötti távolságot (DAM), és ebből a folyékony fémréteg (2) magasságát (HM) a HM = Dl(DSC+DCPA+DAM) alapján meghatározzuk, a fürdő magasságát (HB) pedig úgy határozzuk meg, hogy megmérjük a cella felső szerkezet (11) és a katódréteg (1) közötti távolságot (Dl), a cella felső szerkezete (11) és a lemez (7) felső helyzete közötti távolságot (D2), majd a lemezt (7) a fürdő irányába mozgatjuk, és megmérjük azt a távolságot (D3), amikor a lemez (7) a fürdővel érintkezik, és a fürdő magasságát (HB) a HB = (D1-D2-D3)HM alapján határozzuk meg.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alapfürdőt elosztó adagolóval (20) ellátott garatból (15) adagoljuk.

6. Berendezés az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amely berendezés tartalmaz egy önmagában ismert, és a Hall-Heroult-eljárással előállított alumínium készítésénél használatos elektrolíziscellát, amely cellának az alján katódréteg (I) van, e fölött van a folyékony alumíniumréteg (2), e fölött pedig a fürdő (3), a fürdő (3) fölött van az anód (4) elhelyezve, amely a fürdő (3) felső szerkezetéhez (II) van csatlakoztatva, a berendezéshez tartozik még egy, a fürdő (3) névleges magasságával (HBC) arányos jelet előállító elem, valamint egy önmagában ismert, a fürdő magasságának névleges értékét és a mért értéket összehasonlító egység, és az összehasonlító egység kimenete van egy adagolóhoz csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy, a folyékony fémréteg (2) és a fürdő (3) teljes magasságát (HT) mérő eszközt, egy, a fémréteg (2) magasságát (HM) mérő eszközt, valamint egy, ezen két mért érték különbségét képező egységet, amelynek kimenete a mindenkori pillanatnyi fürdő magasságával (HB) arányos jelet előállítóan van kialakítva és van az összehasonlító egységre csatlakoztatva.

7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fürdő (3) magasságát mérő eszköz tartalmaz egy lemezt (7), amely függőleges hüvelyben (9) megvezetett rúd (8) egyik végére van felerősítve, a hüvely (9) a cella felső szerkezetéhez (11) kapcsolt helyzetátadóval (10) van összekapcsolva, a lemez (7) a felső szerkezettől (11) szigetelve van, a rúd (8) pedig egy elektromos érintkezővel (12) ellenálláson (13) keresztül van a katódréteggel (1) összekapcsolva.

8. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az adagoló olyan elosztó adagolóként (20) van kiképezve, amely egy adagoló serleget (25) tartalmaz, amely függőleges forgástest, és amelynek térfogata a fürdő előírt súlyának megfelelő térfogatú, alsó végén (26), valamint felső végén (27) egy-egy nyílás van, a felső végén (27) lévő nyílás az alapfürdőt tároló garathoz (15), az alsó végén (26) lévő nyílás egy elosztóhoz (22) van csatlakoztatva, közepén pedig rúd (28) van, amelynek felső vége a perselyhez (21), alsó vége két ütközőhöz (30,31) van csatlakoztatva, amely ütközők (30,31) közötti távolság kisebb, mint az alsó vég (26) és a felső vég (27) közötti távolság (D2), az ütközők (30, 31) pedig rugalmas anyagból vannak kialakítva.

9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az ütközők (30, 31) filcből és azt megerősítő acélhuzalokból, gumiból vagy szintetikus rugalmas, és azt erősítő acélból vagy hasonló ötvözetből vannak kialakítva.