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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung 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
mit einem Meißel zum Aufbrechen einer Kruste, welche sich
während der Herstellung in dem Gebiet der Anodenmittel
ausbildet, wobei der Meißel einen Messstab, welcher innerhalb eines
Innenrohres des Meißels platziert ist, mit einem Temperatursensor
zur Erfassung der Temperatur des Bades umfasst.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
Aus diesem Grunde ist üblicherweise eine Baugruppe mit
einem Meißel vorgesehen. Da die Konstanz der Temperatur
des Bades einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz des Hall/Heroult-Beckens
hat, muss zusätzlich für gewöhnlich eine
Vorrichtung zum Messen der Temperatur angeordnet werden, um die
Zuführung zum Becken zu regeln.
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Stand der Technik
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Die
US 6,065,867 A offenbart
eine Vorrichtung, bei welcher ein Stab zum Messen der Temperatur
beweglich innerhalb eines Meißels angeordnet ist, welcher
zum Aufbrechen der während des Betriebes des Hall/Heroult-Beckens
auftretenden Kruste vorgesehen ist. Aufgrund der möglichen
Relativbewegung zwischen dem Meißel und dem Messstab kann
eine Aufbrechbewegung des Meißels und eine Messbewegung
des Stabes unabhängig voneinander ausgeführt werden.
Des Weiteren ist der Stab von einem Gehäuse umschlossen,
um eine Führung in einem Innenrohr des Meißels
zu bieten.
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Der
Nachteil einer derartigen Vorrichtung ist, dass die Notwendigkeit
von zumindest zwei beweglichen Kolben besteht, einer zum Bewegen
des Meißels und einer zum Bewegen des Messstabs. Des Weiteren
besteht die Gefahr, dass erstarrtes Bad auf der Oberfläche
des Messstabs ein Festhaften zwischen Meißel und Messstab
erzeugen könnte, so dass keine Relativbewegung zwischen
den beiden mehr möglich ist. Ein weiterer Nachteil ist,
dass aufgrund des umgebenden Gehäuses eine Messung der Temperatur
eine entsprechend lange Zeit in Anspruch nehmen wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Messen der Temperatur des Bades zur Verfügung zu stellen,
welche einen simplen Aufbau und schnelle Messzeiten bietet. Des
Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auswirkungen
von erstarrtem Bad auf die Funktionalität der Vorrichtung
zur reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
wiedergegeben.
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Die
Erfindung umfasst die technische Lehre, dass ein Messstab einen
oberen Teil mit einem größeren Durchmesser und
einer kleinen axialen Erstreckung zum Befestigen des Messstabs am
Meißel und einen restlichen Teil mit einem kleineren Durchmesser
aufweist. Dadurch wird ein Luftspalt zwischen dem Meißel
und dem restlichen Teil des Messstabs gebildet. Aufgrund der festen
Verbindung zwischen Meißel und Messstab ist ein weiterer
Kolben nicht nötig, wobei eine Messung der Badtemperatur
während des Aufbrechens der Kruste mit dem Meißel
ausgeführt wird. Da der Messstab innerhalb des Meißels angeordnet
ist, ist er des Weiteren besser vor der Umgebung geschützt,
so dass ein den Messstab umgebendes Gehäuse nicht benötigt
wird. Daher können die Messzeiten zur Erfassung der Badtemperatur
reduziert werden. Zusätzlich hat aufgrund der Anordnung
des Messstabes erstarrtes Bad auf der Oberfläche der Baugruppe
keinen Einfluss auf die Funktionalität.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Meißel
aus drei Hohlzylindern, von denen der erste als Mantel und in Kombination
mit dem zweiten als Bodenteil des Meißels dient, während
der zweite des Weiteren den ersten Zylinder mit dem dritten verbindet,
welcher das Innenrohr zum Tragen des Messstabes bildet, wobei zwischen
dem ersten und dem dritten Hohlzylinder ein Luftspalt besteht. Dadurch
wird eine Luftisolation zwischen dem Innenrohr und dem Mantel des
Meißels ausgebildet, was die Temperatureinflüsse über den
Mantel reduziert und die Messung verbessert.
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Vorteilhafterweise
steht der restliche Teil des Messstabes mit einer Spitze über
den Bodenbereich des Meißels vor. Dies resultiert in einer
weiteren Verbesserung der Messung, da der Messstab früher
mit dem Bad in Kontakt tritt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform steht die Messspitze über
den Bodenbereich des Meißels um ungefähr 0 bis
50 mm vor. Mit einem Überstand dieser Größe
ist eine optimale Messung möglich, während gleichzeitig
die mechanische Belastung des Messstabes während des Aufbrechens
der Kruste niedrig gehalten werden kann.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der obere Teil
des Messstabes nicht metallisch ist. Dadurch besteht kein metallischer
Kontakt zwischen dem Messstab und dem Meißel und der Messfehler
wird entsprechend reduziert.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
besteht das Innenrohr des Meißels aus Stahl. Dies hat den
Vorteil, dass das Innenrohr in der Lage ist, der thermischen Belastung
in dem Bad standzuhalten und den Messstab zuverlässig zu
tragen.
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Vorteilhafterweise
liegt die Größe des Luftspalts zwischen Meißel
und Messstab bei einem Außendurchmesser des Meißels
von 50 bis 150 mm im Bereich von 1 bis 50 mm. Bei diesem Verhältnis zwischen
den Größen des Meißels und des Luftspalts
wird eine ausreichende Luftisolation erreicht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Temperatursensor
durch Platzieren eines Thermoelements an dem unteren Ende des Messstabs ausgeführt,
während ein Kabel zum Verbinden des Thermoelements innerhalb
des Messstabs verläuft. Durch Verwendung eines derartigen Aufbaus
kann eine Temperaturmessung genau und auf einfache Art und Weise
ausgeführt werden.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnung
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Die
einzige Figur zeigt schematisch den Meißel 1 zum
Messen der Temperatur in einem Bad eines – hier nicht gezeigten – Hall/Heroult-Beckens. Der
Meißel 1 weist einen ersten Hohlzylinder 2 auf, welcher
den Mantel des Meißels 1 definiert und welcher
an einem unteren axialen Ende mit einem zweiten Hohlzylinder 3 verbunden
ist, um den Boden des Meißels 1 zu bilden. Dieser
zweite Zylinder 3 ist des Weiteren an seiner radialen Innenseite
mit einem dritten Hohlzylinder 4 verbunden und hat eine
derartige radiale Erstreckung, dass ein Luftspalt 5 zwischen dem
ersten Hohlzylinder 2 und dem dritten Hohlzylinder 4 gebildet
wird. Der dritte Hohlzylinder 4 wiederum definiert das
Innenrohr, in welchem der Messstab 6 angeordnet ist. Insbesondere
ist der Messstab 6 mit dem dritten Hohlzylinder 4 mittels
eines oberen Teils 7 verbunden, welcher einen zu dem Innendurchmesser
des Hohlzylinders 4 korrespondierenden Außendurchmesser
aufweist. Der restliche Teil 8 des Messstabs 6 hat
einen kleineren Durchmesser als der obere Teil 7 und erstreckt
sich in Richtung des Bodenbereichs des Meißels 1,
wobei er über den letztgenannten mit einer Spitze 9 übersteht.
Dem Fachmann wird allerdings klar sein, dass es auch möglich
ist, die Spitze 9 auf der selben Höhe wie der
Bodenbereich des Meißels 1 zu platzieren oder
etwas darüber. Aufgrund des kleineren Durchmessers des
restlichen Teils 8 des Messstabs 6 wird zwischen
dem Meißel 1 und dem Messstab 6 ein Luftspalt 10 erzeugt.
Des Weiteren ist in der Spitze 9 ein Thermoelement 11 platziert,
welches mit einer – hier nicht gezeigten – elektronischen
Einheit des Hall/Heroult-Beckens mittels eines Kabels 12 verbunden
ist, welches innerhalb des Messstabs 6 verläuft.
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Folglich
ist es mit einem derartigen Aufbau möglich, die Temperatur
des Bades eines Hall/Heroult-Beckens während des Aufbrechens
der sich bildenden Kruste mit dem Meißel 1 zu
messen.
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- 1
- Meißel
- 2
- erster
Hohlzylinder
- 3
- zweiter
Hohlzylinder
- 4
- dritter
Hohlzylinder
- 5
- Luftspalt
- 6
- Messstab
- 7
- oberer
Teil Stab
- 8
- restlicher
Teil Stab
- 9
- Spitze
- 10
- Luftspalt
- 11
- Thermoelement
- 12
- Kabel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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