DE895062C - Process for the continuous feeding of the alumina in electrolysis ovens for aluminum production - Google Patents
Process for the continuous feeding of the alumina in electrolysis ovens for aluminum productionInfo
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Description
(WiGBL S. 175)(WiGBL p. 175)
AUSGEGEBEN AM 29. OKTOBER 1953ISSUED OCTOBER 29, 1953
14238 VIa/ 40 c14238 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.The invention relates to a method for the continuous application of alumina in electrolytic furnaces for the production of metallic aluminum. The new process is that the clay into the electrolyte bath of the aluminum furnace with pushing means under one that is not in contact with the bath such pressure is introduced, which is able to the superficial crust of the electrolyte bath pierce.
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.It is known that in the operation of the furnaces for aluminum production by fused-salt electrolysis of alumina dissolved in a melt pool of cryolite or other fluorides, the alumina task takes place in a discontinuous manner when the anode effect occurs. Usually this is done so that. one breaks in the frozen ceiling of the bath and the predetermined one Stir in batch of clay that was previously loaded onto the ceiling.
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.In practice, the anode effect occurs with the electric furnaces when the content of dissolved alumina in the bath made of cryolite or other fluorides falls below a certain critical limit: Under certain circumstances, the resistance to the passage of current increases, and so does the voltage in the furnace is generally between 4 "and 10 volts during normal operation, consequently increases until it Values of around 40 to 50 volts are reached.
Solcherart ändert sich die Tonerdekonzentration im Elektrolyseschmelzbad kontinuierlich von einem Maximum-auf ein Minimum von dem Augenblick an, in welchem, gleich nach dem Anodeneffekt, dieIn such a way, the alumina concentration in the electrolytic molten bath changes continuously from one Maximum-to a minimum from the moment at which, just after the anode effect, the
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.Clay is stirred into the bath until the moment when the anode effect reappears adjusts. This requires a greater power consumption and a lower power utilization than would be achievable if the composition of the bath would be improved by continuously feeding the alumina into the bath keep constant.
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. Attempts have already been made to stir in the clay before it causes the anode effect ίο comes by the electrolysis of the dissolved in the bath Alumina required time has been calculated in advance. However, this method has proven to be inexpedient proven, since it happens that not always the whole previous batch of alumina went into solution is, and so the anode effect occurs earlier than expected, and that the not to The correct time stirred in the alumina charge does not go into solution because it impairs the solubility of the Alumina in the weld pool at the operating temperature exceeds, and so on the bottom of the Aluminum furnace precipitates and causes irregularities in its operation.
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. The best remedy for this is continuous The alumina is fed into the molten bath in an amount equal to that in the furnace electrolyzed amount corresponds to such that the percentage of dissolved alumina is kept constant will. However, the methods proposed so far have not produced a useful result because they operated by simply dropping the clay onto the bath surface. Even if this task carried out by exposure to the hottest or thermally insulated parts of the stove is, it resists the entry of the preheated or not preheated clay in the bath the formation of a crust on the latter, so that external intervention is always necessary remain. In the best case, only a semi-continuous feed is achieved with these methods, which also adhere to all the disadvantages described above.
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. It has now been found that a continuous and regular task becomes easier In a way that allows continuous pressure to be exerted on the clay, which forces them to penetrate the molten bath, overcoming the resistance of the solidified crust.
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.The pressure that causes the continuous and regular penetration of the alumina into the weld pool allowed, is according to the invention with mechanical means, preferably by means of a screw conveyor, or issued with compressed air or compressed gases.
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.The introduction of the clay into the electrolysis bath with this method can be done at any point of the bath. After all, the dissolving of the clay is facilitated when the introduction into takes place in the immediate vicinity of the electrodes, where the bath melt is in greater movement, both because of the convection currents and because of the development of gases on the 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.The process can be performed on any aluminum furnace Kind of application, both to those with previously manufactured or fired single or Multiple electrodes as well as those with continuous, also single or multiple electrodes Söderberg type electrodes. Furthermore, there is no limit to the application of the method and on the performance of the oven. Incidentally, it goes without saying that the number of Units for the application of alumina under pressure can be adjusted according to the respective requirements can judge.
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.There are already facilities for the mechanization of those that are otherwise operated by hand Tools such as iron bars and the like for breaking in "the crust have become known. These Mechanization, however, leaves the disadvantages of the processes already outlined in relation to on the discontinuity of the clay, task and contamination of the bath. stirring the same with iron tools. In contrast, there is the new invention for which im The following details are given in one embodiment, on the surprising Realization that an alumina task "takes the form of a continually exercised Crust-breaking pressure standing free at a certain distance from the bath surface Alumina column and continuously in a dosage measured during operation of the electrolysis bath can be realized.
Fig. ι stellt schematisch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens mit einer kontinuierlichen Söderbergelektrode zentral montierten Schubförderschnecke dar;Fig. Ι shows schematically an apparatus for applying the method with a continuous Söderberg electrode is a centrally mounted screw conveyor;
Fig. 2 stellt schematisch die Verwendung von zwei Schnecken im Innern einer Söderbergelektrode dar;Fig. 2 shows schematically the use of two screws inside a Söderberg electrode dar;
Fig. 3 stellt schematisch die Verwendung einer Schubförderschnecke außerhalb einer Söderbergelektrode dar;Fig. 3 shows schematically the use of a pusher screw conveyor outside of a Söderberg electrode dar;
Fig. 4 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit Schubförderschnecke im Fall von Mehrfachanodenöfen dar;FIG. 4 shows schematically the application of the method with a screw conveyor in the case of FIG Multiple anode furnaces;
Fig. 5 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit einer Förderschnecke dar, die gleichzeitig als Schub- und als Dosiervorrichtung no dient;Fig. 5 shows schematically the application of the method with a screw conveyor which at the same time as a pushing and dosing device no serves;
Fig. 6 stellt schematisch die Anwendung des Verfahrens mit Druckluft oder komprimiertem Gas dar;6 shows schematically the application of the method with compressed air or compressed air Gas represent;
Fig. 7 stellt schematisch die Anwendung des u5 Verfahrens mit Druckkolben dar.Fig. 7 shows schematically the application of the u 5 method with pressure piston.
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 dieAccording to FIGS. 1 and 2, the clay contained in the container (feed hopper) 1 is by means of Dosing device 2 is sent into the pipeline 3 and into the Electrolyzing bath 4 pushed in. The whole arrangement is driven by an electric motor 6, cter the movement on both the metering device as well as on the screw conveyor 5 via the reduction gear 7 or 8 and via the conical or oblique coupling 9 transmits. That the
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.Metallic feed pipe 10 containing screw 5 ends at a height of a few centimeters above the bath surface 4, whereby the level fluctuations of the bath are taken into account. The distance is sufficient to avoid contamination, and, it was found, small enough to hold the thrust given by the screw (or the thrust given by the equivalent pressure medium) to achieve the desired effect permit. In order to take account of the rise in level, caused by the growing height of the soil the bath is conditioned, the tube 10, which receives the screw 5, by known per se, Means not shown can be set at a variable height. The bore of the electrode 11, through which the tube 10 is passed, is created by the circular insert 12, the is attached to the hood, not shown, or to the framework of the furnace, not shown.
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.Of course, several feeding devices can also be used with the same motor or with separate motors, as shown in Fig. 2, driven and the task can be carried out at several points in the furnace.
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.The task can not only be done through holes made in the electrode; but also outside same take place, d. H. between the electrode and the furnace wall, as shown in FIG. In this The downwardly moving alumina column falls again through the feed pipe containing the screw guided, but there is no guide through a hole in the electrode. It was found that the clay does not show any tendency to pile up outside the feed pipe, but it forms under the applied pressure, which in the illustrated case is caused by the screw conveyor is issued, a truncated cone with the larger end face on the bath surface or on the bath crust. By the action of the pressure, the larger base of this truncated cone widens up to a certain limit, and from there on the further effect of the pressure in the vertical direction takes place in such a way that the crust is pushed in or their formation is prevented.
Endlich kann die Aufgabevorrichtung an beliebigen Ofentypen montiert werden, beispielsweise auch an Öfen mit Mehrfachanoden 14, wie in Fig. 4 gezeigt.Finally, the feeder can be mounted on any type of furnace, for example also on ovens with multiple anodes 14, as shown in FIG.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.In the figures of the drawings, the same parts are provided with the same reference numbers.
Der Boden des Ofens bzw. Bades ist mit 13 bezeichnet. The bottom of the furnace or bath is denoted by 13.
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.In the case shown in FIG. 5, the alumina slips out of the feed hopper 1 through the Tube 15 directly to the screw 16, which is contained in the feed tube 10 and at the same time acts as a dosing and thrust screw conveyor and is driven by the motor 6 with a reduction gear 17 becomes, similar to the cases previously described.
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.In the case of the compressed air method explained in FIG. 6, a simple feed pipe 18 replaces it the system with auger. The compressed air enters the feed pipe from above through a pipe 19, which is provided with a control valve 20 and a nozzle 21 above the inlet of the alumina ends in the feed pipe 18.
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.Finally, in Fig. 7, the case is shown in which the motor 6 via a reduction gear 22, a Eccentric 23 and a rod 24 drives the piston 25, which is gas-tight in the feed pipe 18 short stroke slides above the point at which the clay enters from the tube 3, and as a compressor piston works.
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. Obviously, these examples are given by way of illustration, but the invention is not is limited to the same. It is understood that the invention includes any mechanical system falls, which is the continuous introduction of alumina into the molten bath of an electrolysing furnace for aluminum production provides by means of external pressure, whereby the pressure is added serves to overcome the resistance that said weld pool opposes the entry of the alumina.
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.In practicing the invention, it was found that this method offers the advantage of effectively reducing energy consumption and improving power utilization, since the anode effect is practically suppressed. Also can thanks to the practical suppression the anode effect (for 24 to 48 hours or more) the constant power furnace, d. H. can be operated with automatic voltage regulation. It could also be determined that the ovens have a more favorable thermal balance under these operating conditions and that a lower use of correction surcharges to the electrolysis baths and of course less labor is also required to operate from above. It was too found that the purity of the metal can also be improved because of the impurities avoided in the non-continuous process from the use of metallic Tools (iron rods) result, which are needed to push in the ceiling of the bathroom.
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