DE19805619A1 - Verfahren zur Regelung des AlF¶3¶-Gehaltes in Kryolithschmelzen - Google Patents
Verfahren zur Regelung des AlF¶3¶-Gehaltes in KryolithschmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des AlF3-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die
Aluminium-Reduktion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-4,668,35O bekannt. Bei dem hier offenbarten Verfahren
wird eine bekannte Beziehung zwischen der Badtemperatur und der Badzusammensetzung
(NaF : AlF3) benutzt. Aus dieser Beziehung wird eine Solltemperatur des Bades berechnet ab
hängig von einer Soll-Zusammensetzung (NaF : AlF3). Es wird die Temperatur des Bades ge
messen und AlF3 zugefügt, wenn die Badtemperatur höher ist als die Solltemperatur. Allerdings
wird die Badtemperatur auch von eine Reihe weiterer Faktoren beeinflußt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein sehr genaues Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die
Aluminium-Reduktion bei einer möglichst niedrigen Temperatur, also möglichst energiesparend
zu betreiben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Liquidustemperatur der Kryo
lithschmelze gemessen wird, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem ersten Sollwert
verglichen wird, daß AlF3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur
höher ist als der erste Sollwert, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem zweiten Soll
wert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird, wenn die gemessene
Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und daß NaF oder Na2CO3 dem Bad zu
gegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.
Da die Liquidustemperatur einer Schmelze sehr genaue Rückschlüsse auf den Anteil einzelner
Bestandteile der Schmelze zuläßt, eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit,
den Aluminium-Reduktionsprozeß möglichst energiegünstig und damit möglichst wirtschaftlich
durchzuführen. Die Erfindung umfaßt ausdrücklich auch den umgekehrten Vergleich zwischen
einem Sollwert und dem gemessenen Wert der Liquidustemperatur, nämlich, daß die gemesse
ne Liquidustemperatur zunächst mit dem zweiten Sollwert verglichen wird, daß NaF oder
Na2CO3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger als dieser
zweiter Sollwert ist, daß die gemessene Liquidustemperatur mit dem ersten Sollwert, der größer
als der zweiter Sollwert ist, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist
als der zweite Sollwert und daß AlF3 dem Bad zugegeben wird, die gemessene Liquidustempe
ratur höher ist als dieser erste Sollwert. Wenn also beispielsweise die gemessene Liquidustem
peratur kleiner ist als der zweite Sollwert, ist selbstverständlich ein Vergleich mit den ersten, hö
heren Sollwert überflüssig. Wenn die gemessene Liquidustemperatur zwischen den beiden Soll
werten liegt, erfolgt keine Zugabe einer die Liquidustemperatur beeinflussenden Komponente.
Zwei unterschiedliche Sollwerte sind notwendig, um eine Pufferzone zu schaffen und Überreak
tionen zu vermeiden, die durch ständige Ausgleichszugaben auftreten könnten.
Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sollwerten hängt unter anderem ab von der Sta
bilität des Aluminium-Reduktionsprozesses; ist der Prozeß stabil, kann diese Temperaturdiffe
renz geringer gewählt werden. Die Liquidustemperatur des Bades ist abhängig von allen Be
standteilen, insbesondere von Al2O3 und AlF3. Die Differenz zwischen beiden Sollwerten hängt
daher auch davon ab, auf welche Weise und in welcher Menge und Genauigkeit AlF3 (oder an
deren Komponenten wie Al2O3) zugeführt wird. Beispielsweise kann die Differenz um so kleiner
sein, je geringer die jeweils zugeführte Menge ist. Bei einer Punktdosierung (point feeder) wird
weniger und genauer dosiert als bei einer Mittenbedienung (centre bar breaker) oder Seitenbe
dienung (sideworked cell). Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert hängt
unter anderem auch ab von der Erfahrung des die Schmelze steuerenden Arbeiters, wobei
grundsätzlich gilt, daß die Differenz mit steigender Erfahrung des Arbeiters kleiner werden kann.
Grundsätzlich kann die Liquidustemperatur der Schmelze durch Zugabe von AlF3 gesenkt und
durch Zugabe von NaF erhöht werden. Für eine Erhöhung ist jedoch auch die Zugabe von
Na2CO3 möglich, da Na2CO3 zur Bildung von NaF in der Schmelze und damit zur Erhöhung des
NaF-Anteils und zur Verringerung des AlF3-Anteils beiträgt. Eine zu hohe Liquidustemperatur
zeigt eine zu geringe AlF3-Konzentration an, während eine zu geringe Liquidustemperatur eine
zu hohe AlF3-Konzentration anzeigt. Bei Zugabe von NaF oder Na2CO3 wird zusammen mit AlF3
Kryolith gebildet und so die AlF3-Konzentration gesenkt. Anfangs kann ein Sollwert für eine Li
quidustemperatur ermittelt werden aus den bekannten Phasendiagrammen unter Berücksichti
gung der Ausgangszusammensetzung des Bades. Der zweite Sollwert wird festgelegt für eine
angenommene Badzusammensetzung. Die konkreten Zusammenhänge zwischen der Badzu
sammensetzung und der Badtemperatur an sich sind in US-A-4,668,350 ausführlich beschrie
ben. Insofern wird auf diese Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.
Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Abkühlkurve einer Probe der Schmelze außer
halb des Schmelzbades selbst gemessen und dabei die Liquidustemperatur bestimmt wird. Prin
zipiell ist es allerdings auch möglich, die Liquidustemperatur durch andere geeignete und dem
Fachmann hinreichend bekannte Verfahren zu messen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Der erste Sollwert kann aus der durchschnittlichen oder aktuellen Badzusammensetzung be
rechnet werden. Zum Beispiel ein Bad mit einem Anteil von 5% CaF2, 3% Al2O3 und mit einem
Überschuß von 12% AlF3 (Halvor Kvande in Journal of Metallurgy, November 1994, S. 22ff.)
weist eine Liquidustemperatur von 955°C auf. Bei einem AlF3-Überschuß von 11% beträgt
die Liquidustemperatur 960°C und bei einem AlF3-Überschuß von 13% beträgt die Liquidus
temperatur 950°C. Das heißt, eine Änderung des AlF3-Überschusses von 2% bewirkt eine
Änderung der Liquidustemperatur von 10°C. Derartige Berechnungen sind beispielsweise in
Solheim et al., Light Metals 1995, S. 451ff. (The Minerals, Metals & Materials Society 1995) be
schrieben. Wenn der erste Sollwert beispielsweise 960°C beträgt und eine Liquidustemperatur
von 970°C gemessen wird, ist der AlF3-Überschuß um 2% zu erhöhen.
Bei stabilem Bad kann die Solltemperatur (der Sollwert) gesenkt werden. Dadurch steigt die
AlF3-Konzentration, was zu einer höheren Stromeffizienz führt. Wenn die Badzelle instabil wird
ist die Liquidustemperatur (der Sollwert) zu erhöhen. Die Zellenstabilität kann auf üblicher Weise
durch regelmäßige Kontrollen mit einem geeigneten Sensor überwacht werden.
Der zweite Sollwert hängt ab unter anderem von der Art der Zugabe von Al2O3 zu dem Bad. Bei
einer automatischen oder einer Punkt-Dosierung kann der zweiter Sollwert etwa 10°C unterhalb
des ersten Sollwertes liegen, bei Mittenbedienung und ohne Automatisierung der Zugabe kann
der zweite Sollwert etwa 20°C unterhalb des ersten Sollwertes liegen. Liegt der gemessene
Wert der Liquidustemperatur oberhalb des ersten Sollwertes, wird entsprechend der obenge
nannten Modell-Zusammensetzung AlF3 zugeführt, liegt er unterhalb des zweiten Sollwertes,
wird NaF (beziehungsweise Na2CO3) zugeführt, wobei eine Zugabe von 3% NaF (bezogen auf
das gesamte Bad) zu einer Erhöhung der Liquidustemperatur von etwa 10°C führt. Wenn der
zweite Sollwert 950°C beträgt und eine Liquidustemperatur von 940°C gemessen wird, ist eine
Zugabe von 3% NaF (oder eine dementsprechende Menge Na2CO3), bezogen auf das gesamte
Bad, erforderlich.
Die Messungen können beispielsweise alle zwei Tage oder täglich durchgeführt werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Regelung des AlF3-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduk
tion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Liquidustemperatur gemessen wird, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem
ersten Sollwert verglichen wird, daß AlF3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene
Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert, daß die gemessene Liquidustempera
tur mit einem zweiten Sollwert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird,
wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und daß NaF
oder Na2CO3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedri
ger ist als der zweite Sollwert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlkurve einer Probe
der Schmelze außerhalb des Schmelzbades gemessen und dabei die Liquidustemperatur
bestimmt wird.
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