DE102007059962B3

DE102007059962B3 - Vorrichtung zum Messen des Metallniveaus in einem Reduktionsbecken

Info

Publication number: DE102007059962B3
Application number: DE102007059962A
Authority: DE
Inventors: Peter Pålsson
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: NO20100954L; WO2009074319A1; SE535088C2; NO345594B1; CA2709206A1; SE1050732A1; US20110073466A1; CA2709206C

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung von Aluminium, umfassend ein kathodisches Gefäß (1), Anodenmittel (2), eine elektrische Quelle zur Erzeugung eines Gleichstromes zwischen dem kathodischen Gefäß (1) und den Anodenmittel (2) zur Gewinnung von geschmolzenem Aluminium (3) aus einem Bad (4), und eine Baugruppe (6) zum Aufbrechen einer Kruste (5), welche sich während der Herstellung im Bereich der Anodenmittel (2) ausbildet, mit einem Meißel (9), welcher durch einen Pneumatikzylinder (7), der einen Sensor (12) zur Erfassung des Hubes einer Kolbenstange (8) des Zylinders (7) aufweist, betrieben wird und elektrisch mit einem Anschluss einer Elektronikeinheit (11) verbunden ist, während ein anderer Anschluss der Elektronikeinheit (11) mit dem kathodischen Gefäß (1) verbunden ist, um einen Wechselstrom zwischen dem Meißel (9) und dem kathodischen Gefäß (1) zu erzeugen und das Potential und/oder den Wechselstrom zwischen beiden zu messen, wobei der Meißel (9) Mittel zur Bildung einer Elektrode im Bodenbereich und elektronische Verbindungsmittel zur Verbindung der Elektrode mit dem einen Anschluss der Elektronikeinheit (11) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung von Aluminium, umfassend ein kathodisches Gefäß, Anodenmittel, eine elektrische Quelle zur Erzeugung eines Gleichstromes zwischen dem kathodischen Gefäß und den Anodenmitteln zur Gewinnung von geschmolzenem Aluminium aus einem Bad, und eine Baugruppe zum Aufbrechen einer Kruste, welche sich während der Herstellung in dem Gebiet der Anodenmittel ausbildet, mit einem Meißel, welcher durch einen Pneumatikzylinder, der einen Sensor zur Erfassung des Hubes einer Kolbenstange des Zylinders aufweist, betrieben wird und elektrisch mit einem Anschluss einer Elektronikeinheit verbunden ist, während ein anderer Anschluss der Elektronikeinheit mit dem kathodischen Gefäß verbunden ist, um einen Wechselstrom zwischen Meißel und dem kathodischen Gefäß zu erzeugen und das Potential und/oder den Wechselstrom zwischen beiden zu messen.
Hintergrund der Erfindung
Der sehr wichtige Rohstoff Aluminium wird heutzutage mittels Verfahren wie einem Hall/Heroult-Becken gewonnen. Während dieses Verfahrens wird Aluminium aus einem Bad durch Erzeugen eines elektrischen Flusses zwischen einem kathodischen Gefäß, welches das Bad enthält, und einer Anode gewonnen. Dadurch wird eine Schicht geschmolzenen Aluminiums auf dem Boden des kathodischen Gefäßes gebildet und mittels Absaugen entnommen, während der sich während der Elektrolyse bildende Sauerstoff mit dem Kohlenstoff der Anode zu Kohlendioxid reagiert. Außerdem bildet sich eine Kruste im Bereich der Anode, welche das Bad überdeckt. Diese Kruste muss aufgebrochen werden, um dem kathodischen Gefäß während der Aluminiumherstellung weiteres Aluminiumoxid zuzuführen.
Stand der Technik
WO 01/06039 offenbart eine derartige Anordnung zur Herstellung von Aluminium mittels eines Hall/Heroult-Beckens, welches ein kathodisches Gefäß, Anodenmittel und eine elektrische Quelle zur Erzeugung eines elektrischen Flusses zwischen dem Gefäß und der Anode umfasst. Außerdem ist eine Baugruppe angeordnet, welche einen Pneumatikzylinder mit einem Meißel, welcher elektronisch mittels einer Elektronikeinheit mit dem Gefäß verbunden ist, beinhaltet, um eine Kruste aufzubrechen, welche sich während des Prozesses der Herstellung von Aluminium im Bereich der Anode ausbildet. Der Pneumatikzylinder und damit die Bewegung des Meißels werden mittels der elektronischen Verbindung des Meißels mit dem Gefäß gesteuert, so dass eine thermische Belastung des Meißels während des Aufbrechens der Kruste und des Eintauchens in die Schmelze minimiert wird.
US 4,857,157 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Zugabe von Aluminiumoxid zu dem Hall/Heroult-Becken durch Messung des Niveaus von Bad und Schmelze im Gefäß-Hierzu wird der Hub eines Meißels einer Baugruppe zum Aufbrechen der Kruste durch einen elektrischen Kontakt und einen Widerstand gemessen. Wenn der Meißel dann Kontakt mit dem Bad hat, steigt das Potential des Widerstandes plötzlich an und der derzeitige Hub des Meißels wird registriert. Durch eine geschätzte Höhe der Schicht von geschmolzenem Aluminium ist es demnach möglich, die Höhe des Bades zu berechnen.
Der Nachteil am bekannten Stand der Technik ist, dass das Niveau der Schicht aus geschmolzenem Aluminium nur geschätzt werden kann, nicht gemessen. Aufgrund von Kriechströmen aus dem Bad ist das elektrische Potential am oberen Ende des Meißels höher als am Boden. Da das elektrische Potential am oberen Ende des Meißels gemessen wird, verursacht dies Messungenauigkeiten. Ein anderes Problem ist, dass die Spannung der elektrischen Quelle schwankt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Messung des Niveaus der Schicht aus geschmolzenem Aluminium mit hoher Genauigkeit zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Meißel Hilfsmittel zur Erzeugung einer Elektrode im Bodenbereich und elektrische Verbindungsmittel zur Verbindung der Elektrode mit einem Anschluss einer Elektronikeinheit umfasst. Demnach ist es möglich, das Niveau der Schicht aus geschmolzenem Aluminium im Gefäß zu messen, da der Punkt der Messung in den Bodenbereich des Meißels verlegt wird und Kriechströme keinen Einfluss auf die Messung haben.
In Weiterbildung der Erfindung sind die elektrischen Verbindungsmittel in einer Ausnehmung entlang der Mittelachse des Meißels angeordnet und die obere Abdeckung des Meißels ist hierzu elektrisch isoliert. Folglich kann der Meißel aus einem herkömmlichen Material hergestellt sein, während eine genaue Messung garantiert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die elektrischen Verbindungsmittel durch ein elektrisches Kabel gebildet. Der Vorteil ist hierbei, dass eine Verbindung zu dem einen Anschluss der elektrischen Einheit mit niedrigem Herstellungsaufwand erreicht werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung werden die elektrischen Verbindungsmittel durch einen Meißelstab gebildet, welcher in der Ausnehmung des Meißels angeordnet ist und als ein mechanisches Verspannungselement für das Meißelrohr und die obere Abdeckung des Meißels dient. Dadurch ist es möglich, eine robuste Ausführung des Meißels zu erzielen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Meißel aus einem elektrischen Isolationsmaterial. Der Vorteil ist hierbei, dass ein derartiger Meißel nur auf den gewünschten Oberflächen leiten lässt.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Seitenwände des Meißels elektrisch isoliert. Vorteilhaft ist hierbei das Kriechströme mit niedrigem Aufwand unterbunden werden können, da ein herkömmlicher Meißel in Kombination mit einem isolierenden Mantel verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Meißel mit der Kolbenstange mittels einer mechanischen Verbindung verbunden, welche aus einem elektrisch leitendem Material besteht. Durch diese Maßnahme kann eine Verbindung des Meißels mit der elektronischen Einheit mit niedrigem Aufwand verwirklicht werden, da diese mittels des Pneumatikzylinders durchgeführt werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung besteht das Isolationsmaterial aus einem Keramikwerkstoff. Dadurch wird eine zuverlässige Isolation erzielt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen Widerstandssensor. Der Vorteil ist, dass der Hub der Kolbenstange des Pneumatikzylinders und dadurch der Hub des Meißels genau und mit niedrigem Aufwand ermittelt werden kann.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun detaillierter vor dem Hintergrund der Ausführungsformen und mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben, wobei
1 schematisch die Anordnung zur Herstellung von Aluminium entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
2 schematisch die Anordnung zur Herstellung von Aluminium entsprechend eine zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
3 schematisch die Anordnung zur Herstellung von Aluminium entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 1 ist die Anordnung zur Herstellung von Aluminium entsprechend der Erfindung gezeigt, welche ein kathodisches Gefäß 1 und Anodenmittel 2 umfasst, welche mittels einer – nicht gezeigten – elektrischen Quelle verbunden sind. Diese elektrische Quelle erzeugt einen elektrischen Strom zwischen dem kathodischen Gefäß 1 und den Anodenmitteln 2, um den Effekt eines Hall/Heroult-Beckens in einem Bad 4, in welchem Aluminium in einer Verbindung vorliegt, zu erzeugen. Dadurch häuft sich eine Schicht reinen Aluminiums 3 im Bodenbereich des kathodischen Gefäßes 1 an, während eine Kruste 5 das Bad 4 nahe der Anodenmittel 2 abdeckt. Zum Aufbrechen dieser Kruste 5 ist eine Baugruppe 6 nahe dem kathodischen Gefäß 1 angeordnet. Diese Baugruppe 6 umfasst einen Pneumatikzylinder 7 mit einer Kolbenstange 8, welche mechanisch mit einem Meißel 9 mittels eines mechanischen Verbindungsteils 10 aus einem elektrische leitenden Material verbunden ist. Der Meißel 9 ist außerdem mittels des mechanischen Verbindungsteils 10 und der Kolbenstange 8 elektronisch mit einer Elektronikeinheit 11 verbunden, während ein anderer Anschluss der Elektronikeinheit 11 mit dem kathodischen Gefäß 1 verdrahtet ist. Im oberen Bereich des Pneumatikzylinders 7 ist zudem ein Linearsensor 12 platziert, um den Hub der Kolbenstange 8 und des Meißels 9 zu erfassen. Um Kriechströme durch die Seitenwände des Meißels 9 zu vermeiden, ist eine Ummantelung aus einem Isolationsmaterial 13 zur Verfügung gestellt.
Während der Herstellung von reinem Aluminium 3 aus einem Bad 4 durch ein Hall/Heroult-Becken wird die auftretende Kruste 5 durch den Meißel 9 aufgebrochen. Der Hub des Meißels, welcher durch den Pneumatikzylinder 7 bewegt wird, wird kontrolliert durch die Elektronikeinheit 11. Hierzu wird eine relativ niedrige Spannung an dem Meißel 9 angelegt. Der Meißel 9 wird dann in Abhängigkeit des elektrischen Stroms, welcher am Eingang der elektronischen Einheit 11, die mit dem kathodischen Gefäß 1 verbunden ist, gemessen wird, abwärts bewegt bzw. zurückgezogen. Im Bereich der Kruste 5 ist die Leitfähigkeit sehr gering, während sie in der Schicht des Bades 4 höher ist, ihr Maximum in der Schicht aus reinem Aluminium 3 erreichend, wo der Meißel 9 wegen der hohen Temperatur schnell zurückgezogen werden muss. Da der Linearsensor 12 den Hub der Kolbenstange 8 und des Meißels 9 erfasst, kann in Kombination mit dem gemessenen elektrischen Strom durch die Elektronikeinheit 11 das Niveau der unterschiedlichen Schichten gemessen werden.
Im Unterschied dazu sind in 2 nur der innere und der Bodenbereich des Meißels 9 elektrisch mit der Elektronikeinheit 11 mittels einer Meißelstange 15 in einer Ausnehmung 16 des Meißels 9 verbunden, während zwischen den Seitenwänden des Meißels 9 und der Meißelstange 15 ein Luftspalt vorhanden ist. Die Kriechströme zwischen den Seitenwänden und dem Bodenbereich des Meißels 9 sind durch einen Widerstand verdeutlicht. Außerdem besteht die obere Abdeckung 14 zwischen dem Meißel 9 und den Verbindungsmitteln aus einem Isolationsmaterial.
In 3 ist der Meißel 9 komplett aus einem Isolationsmaterial 13 hergestellt, während die elektronische Verbindung zu der elektronischen Einheit 11 mittels eines Kabels 17 realisiert wird, welches in dem Innenbereich des Meißels 9 verläuft. Erneut besteht die obere Abdeckung 14 des Meißels 9 aus einem Isolationsmaterial.

1: kathodisches Gefäß
2: Anodenmittel
3: Aluminiumschicht
4: Schichtbad
5: Kruste
6: Baugruppe
7: Pneumatikzylinder
8: Kolbenstange
9: Meißel
10: mechanischer Verbindungsteil
11: Elektronikeinheit
12: Linearsensor
13: Isolationsmaterial
14: obere Abdeckung Meißel aus Isolationsmaterial
15: Meißelstange
16: Ausnehmung
17: Kabel

Claims

Anordnung zur Herstellung von Aluminium, umfassend ein kathodisches Gefäß (1), Anodenmittel (2), eine elektrische Quelle zur Erzeugung eines Gleichstromes zwischen dem kathodischen Gefäß (1) und den Anodenmitteln (2) zur Gewinnung von geschmolzenem Aluminium (3) aus einem Bad (4), und eine Baugruppe (6) zum Aufbrechen einer Kruste (5), welche sich während der Herstellung im Bereich der Anodenmittel (2) ausbildet, mit einem Meißel (9), welcher durch einen Pneumatikzylinder (7), der einen Sensor (12) zur Erfassung des Hubes einer Kolbenstange (8) des Zylinders (7) aufweist, betrieben wird und elektrisch mit einem Anschluss einer Elektronikeinheit (11) verbunden ist, während ein anderer Anschluss der Elektronikeinheit (11) mit dem kathodischen Gefäß (1) verbunden ist, um einen Wechselstrom zwischen dem Meißel (9) und dem kathodischen Gefäß (1) zu erzeugen und das Potential und/oder den Wechselstrom zwischen beiden zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass der Meißel (9) Mittel zur Ausbildung einer Elektrode im Bodenbereich und elektronische Verbindungsmittel zur Verbindung der Elektrode mit dem einen Anschluss der Elektronikeinheit (11) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Verbindungsmittel innerhalb einer Ausnehmung (16) entlang der Mittelachse des Meißels (9) angeordnet sind, und dass die obere Abdeckung (14) des Meißels (9) hierzu elektrisch isoliert ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Verbindungsmittel durch ein elektrisches Kabel (17) gebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsmittel durch eine Meißelstange (15), welche in der Ausnehmung (16) des Meißels (9) angeordnet ist und als ein mechanisches Verbindungselement für das Meißelrohr und die obere Abdeckung (14) des Meißels (9) dient, ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Meißel (9) aus einem elektrischen Isolationsmaterial (13) besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände des Meißels (9) elektrisch isoliert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Meißel (9) mit der Kolbenstange (8) mittels eines mechanischen Verbindungsteils (10), welcher aus einem elektrisch leitenden Material besteht, verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial (13) aus einem Keramikmaterial besteht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) ein Widerstandssensor ist.