Konseptutvikling av elektromagnetisk rørestasjon

Abstract

På aluminiumsverket til Hydro Sunndal fraktes aluminiumsmelte av tappevogner. Aluminiumsmelten oppbevares i beholdere (digler) hvor det tilsettes aluminiumsfluorid for å fjerne urenheter. Bedriften ønsker å bruke en ny metode for tilstrekkelig innblanding av aluminiumsfluorid. Den eksisterende metoden anvender grafittrotorer, mens den nye metoden innebærer en elektromagnet som skaper bevegelse med magnetiske pulser. Ved den nye metoden kan diglen forbli lukket, som fører til redusert utslipp av varme og gass.

En teststasjon ble brukt i en prøveperiode for å teste om elektromagnetisk røring kan gi tilfredsstillende innblanding av aluminiumsfluorid. Teststasjonen består av en elektromagnet med stativ og et kjøleanlegg som motvirker overoppheting av elektromagneten under røring. Oppgavens problemstilling går ut på å optimalisere teststasjonen med hensyn til effektivitet, sikkerhet, brukervennlighet og plassbesparelse. Det skal også foreslås plassering av 6 elektromagnetiske rørestasjoner på aluminiumsverket og finne alternative plasseringer for påfylling av aluminiumsfluorid.

Det ble konstruert delkonsepter for: Føringer for sikker posisjonering av tappevogn, ulike stativer til elektromagnet og sammensetning av komponenter til stasjonens kjøleanlegg. Det ble valgt føringer som gjorde at tappevognen sikkert og effektivt kunne plasseres korrekt i forhold til elektromagneten. Videre ble det utviklet tre ulike stativ, som gir riktig avstand mellom digle og elektromagnet. Alle stativene ivaretar samme funksjon, men løser det på ulike måter. Stativene utfører henholdsvis følgene bevegelser: Lineær bevegelse, sirkulær bevegelse og stillestående. Det ble brukt et dataassistert designprogram for å modellere og utføre simuleringer / analyser av de endelige løsningene for stativ og sikkerhetskomponenter. Resultatene indikerte at konstruksjonene var mer enn kapable til å håndtere påført belastning. Kjøleanlegget ble installert med en løsning der komponentene ble plassert bak elektromagneten og stativ. Resultatet ble en plassbesparende stasjon, sikker mot person- og produktskader. Delkonseptene kunne til slutt settes sammen til en helhetlig løsning for elektromagnetisk rørestasjon.

Det ble foreslått gunstige lokasjoner for 6 elektromagnetiske rørestasjoner på aluminiumsverket. Stasjonenes lokasjon ble valgt ut ifra ledige områder og effektive kjøreruter. Det ble bestemt at stasjonene måtte deles opp i to ulike lokasjoner for å best utnytte de ledige områdene. Mulige lokasjoner for påfylling av aluminiumsfluorid ble presentert og evaluert. Endelig plassering ble ikke bestemt da det trengs mer informasjon for å ta en veloverveid beslutning. Til slutt ble de ulike resultatene drøftet og satt sammen i en helhet.

At Hydro Sunndal's aluminium plant, liquid aluminium is transported by tapping vehicles. The aluminium melt is stored in containers (crucibles) where aluminium fluoride is added to remove impurities. The company wants to use a new method for adequate stirring of aluminium fluoride into the aluminium melt. The existing method uses graphite rotors, while the new method involves an electromagnet that creates motion with magnetic pulsation. With the new method, the crucible can remain closed, which leads to reduced emissions of heat and gas.

A test station was used during a trial period to ascertain whether electromagnetic stirring could provide sufficient admixture of aluminium fluoride. The test station consists of an electromagnet with a stand and a cooling system that counteracts heat radiation from the crucible overheating the electromagnet during stirring. The thesis concerns optimizing the test station in terms of efficiency, safety, user-friendliness and space saving. In addition, 6 electromagnetic stirring stations are to be placed at the aluminium plant, and alternative locations for filling aluminium fluoride are to be presented.

Sub-concepts were constructed for: Guides for safe positioning of tapping vehicle, various stands for the electromagnet and assembly of components for the station's cooling system. Guides were chosen so that the tapping vehicle could be placed correctly and efficiently in relation to the electromagnet. Furthermore, three different stands were developed to provide correct distance between the crucible and the electromagnet. All stands maintain the same function, but operate differently. The stands perform the following movements: Linear movement, circular movement and stationary, respectively. A computer-aided design program was used to model and perform simulations / analyses of the final solutions for stands and safety components. The results suggested that the constructions were more than capable of handling the applied load. The cooling system was designed in such a manner that the components were placed behind the electromagnet and stand. The result was a space-saving station, safe from any risk of personal injury and product damage. The sub-concepts could finally be put together into a comprehensive solution for electromagnetic stirring.

Suitable locations were proposed for 6 electromagnetic stirring stations at the aluminium plant. The locations were selected based on available areas and efficient driving routes. It was decided that the stations had to be divided into two different locations to best utilize the vacant areas at the plant. Possible locations for filling of aluminium fluoride were presented and evaluated. The final location was not decided as more information is needed to make a fully informed decision. Finally, the various results were discussed and combined as an entity.