NO333998B1

NO333998B1 - Fremgangsmåte ved styring av bevegelsen av en gjennombrytende matemeisel i en aluminiumproduksjonscelle

Info

Publication number: NO333998B1
Application number: NO20020246A
Authority: NO
Inventors: Lars-Goeran Sander
Original assignee: Mecman Ab Rexroth
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2013-11-11
Also published as: NO20020246L; US6436270B1; WO2001006039A1; AU6602500A; NO20020246D0; EP1208249A1; CA2379984A1; CA2379984C

Abstract

En fremgangsmåte og anordning for styring av bevegelsen av en kombinert alumina- matende og skorpebrytende meisel (3) i en aluminiumproduksjonscelle, hvor meiselen beveges nedover og oppover ved hjelp av en pneumatisk sylinder (2) som vekselvis mates med trykksatt luft, og hvor elektrisk kontakt mellom meisel og smelte påvises når meiselen når smellen (5), idet det overvåkes om nevnte kontakt er blitt nådd innenfor et forutbestemt tidsintervall (t.,) og hvis ikke, mates luft ved et andre, høyt trykk til den første side (21) av sylinderen, mens luft ved høyt trykk mates til den andre side (2") av sylinderen etter at nevnte elektrisk kontakt er blitt opprettet, for således raskt å trekke meiselen ut av den varme smelte i den hensikt å gjøre varmeoverføringen fra smellen til sylinderen så liten som mulig.

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å styre bevegelsen av en kombinert aluminamatende og skorpebrytende meisel i en aluminiumsproduksjonscelle, som drives ved hjelp av en pneumatisk sylinder.

Enten det gjelder en ovn av typen "pre-baked", Soderberg eller annen type beveges en meisel (chisel) ned gjennom skorpen som dekker en smelte av smeltet aluminium for å mate cellen med alumina, og opp igjen til en hvilestilling. Meiselen, som også betegnes punktmater, bringer med sin bevegelse frem og tilbake med seg pulverformet alumina gjennom skorpen og inn i smeiten.

Under denne bevegelse er det viktig at meiselen bryter effektivt gjennom skorpen for på trygg måte å trenge inn i smeiten i den hensikt å fullføre matefunksjonen. Dette er noen ganger et problem, siden den motstand som ytes av skorpen varierer over tid, for noen ganger å være meget stor. Også nivået av overflaten av smeiten og derved skorpen, varierer over tid.

US-patent nr. 4 347 452 gjelder et apparat som benytter Hall-Heroult-prosessen, hvor bevegelsen av et frem- og tilbakegående stempel som er elektrisk isolert, overvåkes for å finne ut om det har trengt igjennom smeiten eller ikke. Hvis ikke, økes den elektriske effektforsyning til cellen, for på ny å smelte den stivnede elektrolytt. Det drøftes også å justere stempelets vandring i avhengighet av nivået av smeltens overflate.

US-patent nr. 4 563 255 beskriver at den energi som tilføres den skorpebrytende innretning økes ved å heve den senkende kraft, dersom det er nødvendig for å trenge igjennom skorpen.

DE 29900349 U beskriver en som skorpebryterinnretning anvendbar arbeidsinnretning som innbefatter en arbeidssylinder med et arbeidslegeme som skiller to arbeidsrom i sylinderen. Arbeidslegemet kan utføre en første slagbevegelse ved et styrt fluidpådrag i det første arbeidsrom og en motsatt rettet andre slagbevegelse ved et styrt fluidpådrag i det andre arbeidsrom.

US-patent nr. 4 606 257 tar for seg problemet knyttet til forbruket av komprimert luft i sammenheng med bevegelsen av matende og skorpebrytende meisler som beveges ved hjelp av pneumatiske sylindre. I den hensikt å minske forbruket blir bevegelsen nedover innledningsvis ordnet slik at det mates med redusert trykk. Dersom meiselen ikke oppnår å nå den ønskede posisjon, økes så trykket som virker på arbeidssylinderen og derved kraften på meiselen. Dette dokument beskriver også gjenbruk av luft fra utsiden av sylinderen som er uvirksom.

Det henvises også US-patent nr. 5 163 353.

De to førstnevnte løsninger i henhold til tidligere kjent teknikk lider av et mulig høyt forbruk av komprimert luft og dårlig punktmaterstyring, mens løsningene i henhold til de to sistnevnte dokumenter lider av mulig redusert levetid for den tilhørende arbeidssylinder og økte vedlikeholds- og utskiftingsomkostninger.

Denne oppfinnelses oppgave er å fremskaffe en fremgangsmåte av den ovenfor nevnte art, hvor forbruket av komprimert luft optimaliseres samtidig som arbeidssylinderen får mulighet for forlenget levetid og derved senkede omkostninger. Denne oppgave løses ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved styring av bevegelsen av en kombinert aluminamatende og skorpebrytende meisel i en aluminiumproduksjonscelle, idet meiselen beveges nedover gjennom en skorpe som dekker en smelte av smeltet aluminium, og oppover ved hjelp av en pneumatisk sylinder som mates med trykksatt luft på vekselvis en første side for bevegelse nedover og på en andre side for bevegelse oppover, idet: elektrisk kontakt mellom meiselen og smeiten påvises når meiselen når smeiten, den første side av sylinderen mates under dens bevegelse nedover, med luft

ved et første, lavt trykk, ikke lengre enn en forutbestemt tidsperiode, og

det overvåkes om nevnte elektriske kontakt er blitt påvist innenfor nevnte tidsperiode, og hvis ikke, mates luft ved et andre, høyt trykk til nevnte første side

inntil elektrisk kontakt er blitt påvist,

kjennetegnet ved at etter at nevnte elektriske kontakt er blitt påvist, mates luft ved høyt

trykk til den andre side av sylinderen over en innledningsvis del av bevegelsen oppover, for derved raskt å trekke meiselen ut av smeiten i den hensikt å gjøre varmeoverføringen fra smeiten til sylinderen så liten som mulig, mens den andre side av sylinderen mates med luft ved lavt trykk over den gjenværende del av bevegelsen oppover i den hensikt å spare komprimert luft, idet den forutbestemte tidsperiode innstilles for å gjøre kontakttiden mellom meiselen og skorpen så kort som mulig, og hvor meiselen, etter at elektrisk kontakt er blitt påvist, beveges lenger inn i smeiten ved gitte intervaller.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives at den første side av sylinderen under bevegelsen nedover mates med luft ved et første, lavt trykk ikke lengre enn en forutbestemt tidsperiode, mens det overvåkes om nevnte elektriske kontakt er blitt påvist innenfor denne tidsperiode, og hvis ikke, mates luft ved et andre, høyt trykk til nevnte første side inntil elektrisk kontakt er blitt påvist, og ved at luft mates ved høyt trykk til sylinderens andre side etter at nevnte elektriske kontakt er blitt påvist, for således raskt å trekke meiselen bort fra smeiten i den hensikt å gjøre varmeoverføringen fra smeiten til sylinderen så liten som mulig.

Derved kan skadelig oppvarming av sylinderen reduseres til et minimum, hvilket fører til lavere omkostninger for vedlikehold og utskifting og samlet sett, færre produksjons-avbrudd. I mange tilfeller er det blitt lagt merke til at meiselens bevegelse bort fra skorpen hindres fordi den har heftet seg til skorpen. Dette vil føre til forlenget oppholdstid i et miljø hvor skadelig oppvarming blir resultatet. I henhold til oppfinnelsen trekkes meiselen tilbake fra dette miljø nærmest øyeblikkelig, hvilket således fører til den ønskede, mindre oppvarming.

Ved å innstille den forutbestemte tidsperiode slik at kontakttiden mellom meiselen og skorpen blir så kortvarig som mulig, blir varmeoverføringen redusert også under bevegelsen nedover.

Det beskrives at sylinderen blir matet med luft som har høyt trykk under den innledningsvise del av bevegelsen oppover og matet med luft ved lavt trykk over den gjenværende bevegelsesvei oppover. Dette arrangement sikrer minimal varme-overføring siden meiselen raskt blir trukket ut av smeiten og skorpen, mens det sikres lavt forbruk av komprimert luft. Denne virkning forbedres når den innledningsvise del er den del hvor all vesentlig varmeoverføring til meiselen skjer.

Ved å få meiselen til å bevege seg videre inn i smeiten etter at den elektriske kontakt er blitt påvist, sikres effektiv mating av alumina.

Oppfinnelsen vil nå, på bakgrunn av en utførelse, bli beskrevet mer detaljert med henvisning til den vedføyde tegning, på hvilken: Fig. 1 skjematisk viser en anvendelse av oppfinnelsen i en aluminiumproduksjonsovn,

og

fig. 2 viser et kurvediagram over bevegelsen av meiselen vist i fig. 1, som funksjon av

tiden.

I fig. 1 angir henvisningstallet 1 en anordning for å styre bevegelsen av en kombinert matende og skorpebrytende innretning som omfatter en meisel 3. Meiselen er direkte forbundet med en pneumatisk arbeidssylinder 2 som har et sylindervolum 2' på den første side og et sylindervolum 2" på den andre side. Sylinderen 2 blir vanligvis matet med trykksatt luft til de respektive sider, for vekselvis bevegelse nedover og oppover. Den trykksatte luft som tilføres, er angitt ved P, mens styringsenheten er angitt ved CU. Et katodekar 8 inneholder smeltet, metallisk aluminium 5 og på toppen av denne dannes det en hard skorpe 4 under prosessen. Under operasjonen går det en sterk strøm ved lav likespenning mellom katodekaret 8 og en anode 9.

Pulverformet alumina mates til posisjonen for meiselen 3 på en i og for seg kjent måte som ikke er vist her. Under sin bevegelse nedover bringer meiselen 3 med seg en del av denne alumina i pulverform inn i smeiten for behandling i ovnen.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning også til fig. 2.

For å senke forbruket av komprimert luft startes bevegelsen nedover (10 i fig. 2) av meiselen 3 med et lavt trykk i sylinderen 2, hvilket fører til en moderat kraft (og hastighet) nedover for meiselen 3. Når meiselen 3 når området av den harde skorpe vil den bli utsatt for motstand fra skorpen mot ytterligere bevegelse, idet denne skorpe kan variere avhengig av den mengde skorpe som er dannet på vedkommende tidspunkt og arten av skorpen. Denne motstand modererer meiselens hastighet, hvilket er angitt ved sekvensen 11 i fig. 2, hvorved meiselen til og med kan bli stanset fullstendig før den når smeiten når den drives med det påførte lave trykk.

Dersom imidlertid elektrisk kontakt mellom meiselen 3 og smeiten ikke er blitt påvist av en elektrisk vekselsstrømskrets 6, 7 i løpet av en forutbestemt tidsperiode ti, svitsjer styringsenheten (CU) luftforsyningen til sylinderen 2 slik at høyt trykk mates til sylinderens første side 2'. Under sekvensen etter ti, som er angitt ved 12 i fig. 2, vil meiselen 3 bryte igjennom skorpen 4 med betraktelig kraft for å dyppe ned i smeiten 5 til en posisjon d, slik at vekselstrømskretsen 6, 7, 2, 3, 5 lukkes.

I denne sammenheng skal det nevnes at skorpen og aluminapulveret virker som elektriske isolatorer og derfor opprettes det ingen elektrisk kontakt før meiselen 3 har nådd smeiten.

Etter at elektrisk kontakt er blitt påvist ved 3' endrer styringsenheten CU den komprimerte luftmatning til sylinderen 2 slik at komprimert høytrykksluft mates direkte til den andre side 2" av sylinderen 2. Denne sekvens er angitt ved 13 i fig. 2 og fører til en meget rask uttrekning av meiselen 3 fra smeiten og fra det område hvor det er noen vesentlig varmeoverføring til meiselen 3. Denne sekvens varer fra t.2, hvor bevegelsen oppover begynner, til t3. Dette intervall kan innstilles til å være kort, for å sikre et lite samlet forbruk av komprimert luft.

Den raske uttrekning ved hjelp av høyt trykk sikrer at meiselen ikke blir sittende fast i den nedre stilling, hvilket ellers kunne skje dersom det forble lavt trykk inne i volumet 2" ved begynnelsen av bevegelsen oppover og dersom skorpen fikk virke slik at den påførte en holdende kraft på meiselen.

Etter uttrekningen blir den andre side 2" av sylinderen matet med trykksatt luft ved lavt trykk, slik som angitt ved 14 i fig. 2, for således å spare komprimert luft, inntil meiselen er brakt tilbake til sin hvilestilling på tidspunktet t4.

Oppfinnelsen kan modifiseres innenfor kravenes omfang. Til visse tider er motstanden fra skorpen liten og elektrisk kontakt vil bli påvist innenfor den forutbestemte tidsperiode ti. I disse tilfeller vil sekvensen 13 følge umiddelbart etter en modifisert sekvens 10, 11 vist i fig. 2, som i vedkommende tilfelle vil være hovedsakelig en rett linje. Ved enkelte anvendelser kan sekvensen 11 fortsette inntil meiselen har nådd sin hvilestilling, men dette foretrekkes imidlertid ikke av hensyn til forbruket av komprimert luft.

I noen situasjoner er det fordelaktig å la meiselen 3 fortsette sin bevegelse 3" nedover inn i smeiten over en viss justerbar tidsperiode etter at elektrisk kontakt er blitt påvist. Dette av hensyn til forbedrede matningsforhold, hvor en valgt nedsenkning i smeiten er gjort mulig, og i disse tilfeller er det enda mer fordelaktig å frembringe en rask, endelig bevegelse nedover såvel som rask uttrekning av punktmateren henholdsvis inn i og ut av det varmeoverførende område, for å gjøre oppvarmingen av meiselen så liten som mulig.

Det forutses at den respektive returside av sylinderen 2 tømmes på en eller annen passende måte. Det foretrekkes f.eks. at nevnte side tømmes hovedsakelig ut mot atmosfæren når det fordres en høy kraft.

Med hensyn til denne oppfinnelse betyr høyt trykk et trykk på omtrent 5-10 bar, mens lavt trykk kan være omtrent 30 - 70 % av det høye trykk, avhengig av de gjeldende omstendigheter.

I henhold til oppfinnelsen forutses det at arbeidssylinderen i så stor grad som mulig er beskyttet mot varmeoverføringen fra smeiten via meiselen. Dette fører til forlenget levetid for sylinderen som et hele, og særlig for sylinderens tetningsringer og lagre. Med dette oppnås lave vedlikeholds- og investeringsomkostninger samtidig som det opprettholdes et forholdsvis lavt forbruk av komprimert luft.

Claims

1. Fremgangsmåte ved styring av bevegelsen av en kombinert aluminamatende og skorpebrytende meisel i en aluminiumproduksjonscelle, idet meiselen beveges nedover gjennom en skorpe som dekker en smelte av smeltet aluminium, og oppover ved hjelp av en pneumatisk sylinder som mates med trykksatt luft på vekselvis en første side for bevegelse nedover og på en andre side for bevegelse oppover, idet: elektrisk kontakt mellom meiselen og smeiten påvises når meiselen når smeiten, den første side av sylinderen mates under dens bevegelse nedover, med luft ved et første, lavt trykk, ikke lengre enn en forutbestemt tidsperiode, og det overvåkes om nevnte elektriske kontakt er blitt påvist innenfor nevnte tidsperiode, og hvis ikke, mates luft ved et andre, høyt trykk til nevnte første side inntil elektrisk kontakt er blitt påvist,karakterisert vedat etter at nevnte elektriske kontakt er blitt påvist, mates luft ved høyt trykk til den andre side av sylinderen over en innledningsvis del av bevegelsen oppover, for derved raskt å trekke meiselen ut av smeiten i den hensikt å gjøre varmeoverføringen fra smeiten til sylinderen så liten som mulig, mens den andre side av sylinderen mates med luft ved lavt trykk over den gjenværende del av bevegelsen oppover i den hensikt å spare komprimert luft, idet den forutbestemte tidsperiode innstilles for å gjøre kontakttiden mellom meiselen og skorpen så kort som mulig, og hvor meiselen, etter at elektrisk kontakt er blitt påvist, beveges lenger inn i smeiten ved gitte intervaller.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor den elektriske kontakt mellom smeiten og meiselen overvåkes ved hjelp av en vekselstrømskrets.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor nevnte innledningsvise del hovedsakelig er den del hvor all vesentlig varmeoverføring til meiselen skjer.