DE2943292A1

DE2943292A1 - Meissel fuer eine einschlagvorrichtung

Info

Publication number: DE2943292A1
Application number: DE19792943292
Authority: DE
Inventors: Hans Friedli; Edwin Steg Gut; Thomas Gampel Haggenmacher; Gottfried Steg Maugweiler
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Rio Tinto Switzerland AG
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-03-19
Also published as: IS1172B6; ZA805337B; ES258161Y; AU539637B2; JPS5647581A; DE3061110D1; YU230980A; EP0025417B1; US4416489A; AU6211080A; NO802644L; IS2582A7; NO154434C; NZ194873A; CA1150188A; EP0025417A1; NO154434B; ATE1824T1; ES258161U; GR69697B

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis

Meissel für eine Einschlagvorrichtung

3. September 1979
FPRS-HBr/eh 1367 -

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Meissel für eine Einschlagvorrichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meissel für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium.

Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionnellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C0_ und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 - 950° C statt.

Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es plötzlich zum Anodeneffekt, der sich in einer plötzlichen Spannungserhöhung von beispielsweise 4 - 4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.

Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt. Ausserdem muss bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht.

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Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschliessend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stösst auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äusseren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolyseöfen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Oefen erfolgt.

In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem "Point-Feeder"-Prinzip oder nichtkontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt. In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonerde angeordnet. Entsprechendes gilt für die von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der Elektrolyseöfen (CH-Pat.-Anm. 7956/77).

Für das Einschlagen des erstarrten Flusses werden in bekannten Vorrichtungen im Querschnitt rechteckige oder runde Meissel eingesetzt.

Der untere, beim Einschlagen mit der Kruste unmittelbar in Eingriff stehende Bereich des Meisseis ist bei diesen bekannten Vorrichtungen folgendermassen ausgebildet: Ebene, zu den Seitenflächen der Meissel vertikal angeordnete Stirnfläche (CH-PS 520 778). Diese Ausführungsform des Meisseis kann als Normalfall bezeichnet werden.

Runder Meissel mit einer kegelförmigen Spitze CDE-PS 2 135 485)

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Kegelstumpfförmige Einengung eines runden Meisseis (US-PS 3 ,371 026).

Ebene untere Stirnflächen von Meissein weisen jedoch den Nachteil auf, dass die verhältnismässig harte und dicke Elektrolytkruste gleichzeitig über die ganze Querschnittsfläche eingedrückt werden muss. Beim Einsatz von sich im untersten Bereich verjüngenden Meissein wird wohl die anzuwendende Vertikalkraft kleiner, es sind jedoch infolge der Keilwirkung der Schrägseiten noch beachtliche, seitwärts gerichtete Kräfte zu überwinden. Dies erhöht nicht nur den Energieaufwand, sondern auch die Investitionskosten in beträchtlichem Masse.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Meisselform für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens zu schaffen, bei welcher der für das Einschlagen erforderliche Kraftaufwand erheblich vermindert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind, und dass die Meisselunterseite keine nach aussen geneigte, beim Durchstossen der Kruste nach aussen gerichtete Seitenkräfte bewirkende Flächen aufweist.

Beim Einsatz eines Meisseis mit erfindungsgemäss ausgesparter Unterseite wirkt dieser beim Einschlagen der Elektrolytkruste wie ein Stanz- bzw. Abscherwerkzeug. Der geringere Kraftaufwand zum Durchlöchern der Kruste vermindert einerseits den Energieaufwand und erlaubt andererseits, mit weniger massiv gebauten Schlagvorrichtungen auszukommen, was auch die Investitionen niedriger zu halten ermöglicht.

Die Meissel werden aus üblichem Material, vorzugweise aus St 45 - 50, einem harten und schweissbaren Stahl, herge-

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stellt. Für die aus den aus Umweltschützgründen zunehmend häufiger angewandte Mittel-, Quer- oder Punktbedienung sind Meissel mit im Querschnitt länglichen Rechtecke, z.B. 150 χ 40 mm, besonders günstig, weil beim Umrüsten von bestehenden Oefen der Anodenabstand in der Ofenlängsachse (Mittelbedienung) bzw. Ofenquerachse (Querbedienung) nicht oder nur unwesentlich verändert werden muss.

Aus fertigungstechnischen Gründen sind bei im Querschnitt runden Meissein kegel-, kegelstumpf- oder kalottenförmige Aussparungen, bei im Querschnitt rechteckigen Meissein keilförmige Aussparungen bevorzugt.

Die Einschlagvorrichtung, welche im Prinzip aus Druckzylinder, Kolbenstange und Meissel besteht, ist direkt oder indirekt am Zellenaufbau befestigt oder Bestandteil eines Bedienungsfahrzeuges bzw. Ofenmanipulators.

Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Glockenmeissel mit kegelförmiger Aussparung, Ansicht bzw. von unten

Fig. 3 und 4 einen Glockenmeissel mit kegelstumpfförmiger Aussparung, Ansicht bzw. von unten

Fig. 5 und 6 einen fischschwanzförmig ausgebildeten Meissel, Ansicht bzw. von unten

Fig. 7 und 8 Varianten der Ausbildung des Randbereichs bei A von Fig. 1, 3 und 5.

In den Fig. 1 und 2 wird ein zylinderförmiger Meissel 10 dargestellt, der statt einer ebenen unteren Stirnseite eine kegel-

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förmige Aussparung 12 aufweist. Die Mantelfläche dieser kegelförmigen Aussparung 12 und die Mantelfläche des Zylinders bilden eine von unten sichtbare kreisförmige Schnittfläche, welche die Stanzfläche darstellt. Die Mantellinien der kegelförmigen Aussparung 12 bilden mit der Horizontalen einen Winkel *L , welcher vorzugsweise im Bereich von 15-45 liegt. Bei kleineren Winkeln nimmt die Wirkung des als Stanzwerkzeug eingesetzten Meisseis zunehmend ab, grössere Winkel als 45° sind aus wirtschaftlichen und mechanischen Gründen zunehmend uninteressanter.

Beim Niederdrücken des Meisseis 10 wird aus der erstarrten Kruste des Elektrolyten ein kreisförmiges Loch ausgestanzt. Beim Durchgreifen der Kruste bilden sich keine nach aussen gerichtete Kraftkomponenten aus. Die von der Mantelfläche des Kegels 12 ausgeübten Seitenkräfte sind nach innen gerichtet und wirken deshalb auf denjenigen Teil der Kruste, der durchgestossen werden muss.

Falls die Aussparung eines zylinderförmig ausgestalteten Meisseis 10, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, kegeistumpfförmig ausgebildet ist, wirkt die Mantelfläche 14 des Kegelstumpfs in gleicher Weise wie die Mantelfläche 12 des Kegels von Tig. 1. Die Korizontalflache 16 übt ihre ausschliesslich nach unten gerichtete Kraft erst aus, wenn der Meissel schon ein Stück weit in die Kruste hineingedrückt worden ist.

In den Fig. 5 und 6 ist ein im Querschnitt rechtwinkliger Meissel 18 dargestellt, welcher statt einer horizontalen ebenen Stirnfläche eine keilförmige Aussparung 20 aufweist. Für die Wahl des Neigungswinkels e>£· dieser Fischschwanzform gelten dieselben Kriterien wie in den vorhergehenden Figuren. Der in der Schnittebene von Fig. 5 ausgesparte dreieckige Teil kann nach einer nicht dargestellten Variante auch trapezförmig sein, ähnlich wie in Fig. 3.

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In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante der Stanzkante in vergrösserter Massstab dargestellt. Die Aussparung, gleichgültig ob sie kegel- oder keilförmig ist, verläuft vorerst in einem steileren Winkel 22 und geht dann in einen flacheren Winkel
24 über. Dies hat den Vorteil, dass der Meissel mit weniger
Kraft in die Kruste hineingestanzt werden kann. Für diese
Variante ist jedoch nur sehr hartes und verschleissfestes
Meisselmaterial geeignet.

In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsvariante der Stanzkante des Meisseis gezeigt. Die Aussparung beginnt nicht am Umfang des Meisseis, sondern ist etwas eingerückt, wodurch im Randbereich eine Horizontalfläche 26 gebildet wird. Auf der Innenseite dieser Horizontalfläche folgt die Aussparung 28, vorzugsweise mit den oben füro£ angegebenen Werten. Bei dieser Ausführungsform des Meisseis muss beim Eindrücken der Kruste in der Anfangsphase mehr Kraft aufgewendet werden; dafür ist
jedoch der Verschleiss an Meisselmaterial geringer.

Es versteht sich von selbst, dass die Vorteile der Erfindung auch mit anderen Formen der Aussparung an der Unterseite des Meisseis erreicht werden können, falls keine nach aussen gerichteten Seitenkräfte erzeugt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Meissel für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens Teile des Randbereichs der Meisselunterseite deren übrige Bereiche überragen und als Stanzkanten ausgebildet sind, und dass die Meisselunterseite keine nach aussen geneigte, beim Durchstossen der Kruste nach aussen gerichtete Seitenkräfte bewirkenden Flächen aufweist.

2. Meissel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zylinderförmig ausgebildet ist und auf der Unterseite eine sich bis in den Randbereich erstreckende kegelförmige, kegelstumpfförmige oder kalottenförmige Aussparung (12, 14, 16) aufweist.

3. Meissel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und auf der Unterseite eine sich bis in den Randbereich erstrekkende keilförmige Aussparung (20) aufweist.

4. Meissel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (<?£) der Aussparung zwischen 15 und 45° liegt.

5. Meissel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stanzkante vorerst eine Aussparung (22) mit grossem Neigungswinkel und innerhalb davon eine Aussparung (24) mit kleinerem Neigungswinkel ausgebildet ist.

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6. Meissel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stanzkante eine horizontale Randfläche (26) und eine innen anschliessende Aussparung (28) ausgebildet ist.

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