Точечный питатель для электролизеров с верхним токоподводом

 

Изобретение относится к получению алюминия электролизом из криолит-глиноземных расплавов и может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема и добавок в электролизер. Питатель содержит по меньшей мере один бункер для сыпучих материалов, дозатор, имеющий кожух с передней стенкой и аэрирующую коробку с газопроницаемым элементом, образующим с передней стенкой кожуха разгрузочное окно, и блок подачи пневматических управляющих импульсов. Питатель снабжен камерой, установленной со стороны разгрузочного окна, пробойник введен через крышу упомянутой камеры и установлен герметично с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Нижняя часть камеры выполнена со средствами для газонепроницаемого сопряжения с подвижной секцией газосборного колокола. Между передней стенкой кожуха дозатора и разгрузочным окном размещен регулятор единичной дозы, выполненный в виде заслонки, установленной консольно на оси с возможностью поворота, свободный конец которой обращен к газопроницаемому элементу и установлен с зазором. Ось имеет рукоятку со стопором и указателем угла поворота заслонки. Изобретение позволяет обеспечить удобство в работе, оперативную коррекцию величины дозы сырья каждого из дозаторов на электролизере, герметичность системы и защиту дозаторов от смолистых возгонов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролизом из криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема и добавок в электролизер.

Одним из важнейших условий достижения высоких технико-экономических показателей при производстве алюминия является поддержание оптимальной концентрации глинозема. Для его реализации в современных условиях с появлением мощных систем автоматизации электролизного производства все более актуальным становится создание соответствующих по техническому уровню и функциональным возможностям систем автоматизированного питания электролизеров глиноземом (АПГ).

Существующие системы подачи сырья в электролизер предусматривают наличие пробойника для перфорации корки электролита и средств дозирования, обеспечивающих последующее введение сыпучего глинозема или добавок в расплав электролита. Указанные пробойник и средства дозирования подключены к системам управления электролизером и действуют по заданной программе. Конструктивно они обычно объединены таким образом, чтобы подача сырья осуществлялась непосредственно в образованное в корке отверстие (SU 1543882 A1, C 25 C 3/14, 10.05.1997) [1]. При этом особое значение приобретают точность дозирования, быстродействие дозаторов и совместимость со средствами автоматизации.

Известны вибрационные питатели, в которых пробойник выполняет кроме основной, еще и дополнительную функцию - обеспечивает вибрационное дозирование и доставку сырья через отверстие в корке, при этом регулирование осуществляется путем изменения амплитудно-частотных свойств пневматических приводов (RU 2106433 C1, Кумера Ой, 10.03.1998) [2].

Известен также точечный питатель, имеющий пробойник и пневматические средства для подачи сырья (WO 92/06229 A1, Portland Smelter Services PTY. Ltd. , C 25 C 3/14, 16.04.1992) [3]. Сырье поступает сверху из бункера в кожух, снабженный газопроницаемой перегородкой, со стороны донной части которой подаются пневматические импульсы. Сырье сжижается и через выпускные трубки направляется непосредственно в отверстие, образованное пробойником. Подача сырья регулируется длительностью вспрыска и периодом между вспрысками, которые определяют скорость подачи сырья. Однако питатели [1-3] ввиду конструктивных особенностей средств подачи сырья не позволяют обеспечить точное регулирование малой дозы сырья и обеспечить его импульсную подачу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для питания алюминиевого электролизера (RU 2121529 C1, Концур, C 25 C 3/14, 10.11.1998) [4]. Устройство содержит бункер для сыпучих реагентов, дозатор с кожухом, течкой и средствами для регулирования режима подачи реагентов, пробойник с приводом, подключенные к блоку подачи пневматических импульсов и управления. Средства для регулирования режима подачи сыпучих реагентов выполнены в виде аэрирующей коробки с газопроницаемым элементом, подключенной к блоку подачи пневматических импульсов и управления, при этом газопроницаемый элемент является днищем кожуха дозатора, передняя стенка кожуха установлена с зазором относительно днища, выступающего за пределы кожуха, и совместно с направляющими бортами, скрепленными с кожухом, образует течку. Устройство поддерживает отверстия в корке незарастающими посредством циклической работы пробойников при минимизации времени их нахождения в крайнем нижнем положении. Истечение сырья в расплав электролита обеспечивают через щелевидное выпускное отверстие в боковой стенке емкости, а отсечку сырья при регулировании величины дозы производят за счет самозапирания выпускного отверстия после прекращения подачи аэрирующих пневматических импульсов.

Однако данная конструкция точечного питателя не вполне удобна при реализации на электролизерах с самообжигающимися анодами, имеющих верхний токоподвод (ВТ). Сложность состоит в том, что этот тип электролизеров имеет подвижный относительно расплава анодный кожух с навешенными на него секциями газосборного колокола, под которые в определенных точках необходимо подавать порции глинозема, не нарушая при этом герметичность системы. Секции должны быть подвижны относительно точки навешивания (угол наклона относительно поверхности расплава может изменяться) и иметь возможность смещаться вдоль электролизера в пределах 20-50 мм. Кроме того, для систем ВТ характерно явление, вызываемое частыми протеками анодной массы при перестановке анодных штырей, или просачивание ее между анодом и кожухом. Анодная масса попадает на расплавленный электролит при температурах от 950^oC и выше, воспламеняется и интенсивно горит, выделяя значительные количества ароматических, алифатических, смолистых и подобных веществ, сажи. Эти вещества конденсируются на внутренних поверхностях секции и деталях, сопряженных с ней. Если не принимать специальных мер, то поверхности дозаторов, иногда включая рабочую, покрываются маслянистым, постепенно твердеющим при коксовании слоем, толщиной 3-10 мм, и они могут быстро выйти из строя.

Кроме того, необходима коррекция величины доз на отдельных дозаторах, соединенных одним длинным пневмопроводом, объективно характеризуемым различным гидравлическим сопротивлением на различных участках. Если коррекцию производить изменением угла наклона дозаторов, как это рекомендуется в [4], то сопряжение их с полостью секции необходимо выполнять подвижным, что трудно реализуемо с соблюдением необходимой герметичности.

Техническим результатом изобретения является обеспечение удобства в работе, оперативной коррекции величины дозы сырья каждого из дозаторов на электролизере ВТ, обеспечение герметичности системы и защита дозаторов от смолистых возгонов.

Технический результат изобретения достигается тем, что точечный питатель для электролизеров с верхним токоподводом содержит по меньшей мере один бункер для сыпучих материалов, дозатор, имеющий кожух с передней стенкой и аэрирующую коробку с газопроницаемым элементом, образующим с передней стенкой кожуха разгрузочное окно, пробойник с приводом, установленный со стороны разгрузочного окна, и блок подачи пневматических управляющих импульсов, подключенный соответствующими выходами к приводу пробойника и аэрирующей коробке.

Питатель снабжен камерой, установленной со стороны разгрузочного окна, пробойник введен через крышу упомянутой камеры и установлен герметично с возможностью возвратно-поступательного перемещения, нижняя часть камеры выполнена со средствами для газонепроницаемого сопряжения с подвижной секцией газосборного колокола, при этом между передней стенкой кожуха дозатора и разгрузочным окном размещен регулятор единичной дозы, выполненный в виде заслонки, установленной консольно на оси с возможностью поворота, свободный конец которой обращен к газопроницаемому элементу и установлен с зазором, а ось имеет рукоятку со стопором и указателем угла поворота заслонки.

Питатель может характеризоваться тем, что средства для газонепроницаемого сопряжения камеры с подвижной секцией газосборного колокола выполнены в виде затвора, образованного сыпучим реагентом, помещенным в полость, образованную на торце упомянутой секции в месте сочленения с хвостовиком нижней части камеры.

Питатель может характеризоваться тем, что в верхней части камеры со стороны разгрузочного окна выполнен люк с крышкой, а также тем, что камера и элементы дозатора выполнены из износостойкого неферромагнитного материала.

Питатель может характеризоваться также тем, что аэрирующая коробка установлена в полости дозатора со стороны штуцера подачи пневматических управляющих импульсов герметично.

Существо изобретения поясняется на фигуре.

Питатель содержит дозатор 1, в верхней части кожуха 2 которого закреплен бункер 3. На дне кожуха 2 установлена аэрирующая коробка 4 с обращенным кверху газопроницаемым элементом 5. Для обеспечения заданного режима истечения сыпучих реагентов (глинозема и фтористых солей) на кожухе над поверхностью элемента 5 размещены передняя стенка 6, а также перегородка 7. Регулятор единичной дозы выполнен в виде заслонки 8, установленной консольно на оси 9 с возможностью поворота. Свободный конец заслонки 8 обращен к газопроницаемому элементу 5 и установлен с зазором, а ось 9 жестко скреплена с рукояткой 10 со стопором (на чертеже не показан) и указателем 11 угла поворота заслонки 8.

Со стороны разгрузочного окна 12 выполнена камера 13, так что дозатор 1 с аэрирующей коробкой оказывается вынесенным за пределы упомянутой камеры. На крыше 14 камеры установлен герметично с возможностью возвратно-поступательного перемещения пробойник 15 с использованием, например, герметизирующего и электроизолирующего элемента (на чертеже не показан). Нижняя часть камеры снабжена хвостовиком 16 для газонепроницаемого сопряжения с подвижной секцией 17 газосборного колокола. Затвор 18 образован посредством сыпучего реагента 19, находящегося в полости 20, образованной на торце упомянутой секции 17 в месте сочленения с хвостовиком 16 нижней части камеры. В верхней части корпуса в зоне разгрузочного окна 12 размещен люк 21, закрываемый крышкой.

Аэрирующая коробка 4 закреплена в кожухе 2 со стороны патрубка 22 для присоединения к пневмомагистрали посредством фланцев 23 через прокладки 24, чтобы исключить движение газов, содержащих смолистые вещества, через полость дозатора наружу.

Устройство функционирует следующим образом.

Блок подачи управляющих пневматических импульсов в соответствии с заданным алгоритмом управления процессом электролиза вырабатывает сигнал для работы пробойника 15. После перфорации корки электролита осуществляют подачу пневматических импульсов в дозатор 1 через патрубок 22 для питания электролизера через образованное отверстие. Патентуемое устройство образует с секцией 17 газосборного колокола герметичный объем, вследствие чего на всех этапах функционирования выбросы в атмосферу являются минимальными.

Поскольку питание электролизера предусматривает подачу как глинозема, так и фтористых солей, устройство может иметь один пробойник на два дозатора, объединенных в общей герметичной камере 13.

Корректирование величины доз глинозема производят поворотом рукоятки 10 на угол, соответствующий требуемой массе дозы. В горизонтальном положении заслонка 8 не препятствует истечению доз глинозема по поверхности газопроницаемого элемента 5 дозатора к разгрузочному окну 12. При этом величина единичной дозы соответствует характеристикам дозатора, особенностям его монтажа, сопротивлению пневмопровода от управляющего клапана до патрубка 22 и пропорциональна длительности управляющего импульса. Заслонка 8, пластина которой может иметь сложную конфигурацию профиля, при повороте вниз на 90^o максимально препятствует движению сыпучего реагента 25 и величина доз из дозатора при одинаковой продолжительности управляющего импульса становится меньше. Иными словами, заслонка 8 в различных положениях выполняет функции дополнительной изменяемой дозирующей щели. Нижняя кромка заслонки 8 выполнена с формой, обеспечивающей линейную зависимость изменения величины (массы) дозы от угла поворота заслонки, при этом сохраняется и зависимость величины дозы от длительности пневматического управляющего импульса. После корректировки дозы рукоятку 10 стопорят в нужном положении. Приспособление позволяет отрегулировать все дозаторы на электролизере так, что подаваемые во все точки питания дозы будут строго одинаковыми. Однако при этом сохраняется возможность устанавливать индивидуальный режим в тех точках питания, где это целесообразно.

Элементы конструкции дозатора выполняются из немагнитного износостойкого материала (стали аустенитного класса, нержавеющей стали и др.) для исключения концентрации сильных магнитных полей на кромках ферромагнитных деталей. В противном случае, содержащиеся в глиноземе железные включения налипают на кромках, образуя "бороды", и тем самым изменяют характеристики дозаторов.

Известно, что конденсация смолистых веществ с последующим коксованием происходит преимущественно в зоне попадания прямого излучения от открытой поверхности расплава и в основном на горизонтальных поверхностях конструкций. В патентуемом изобретении дозатор с аэрирующей коробкой вынесен за пределы камеры, сочлененной с секцией газосборного колокола, что гарантирует отсутствие прямого излучения от расплава. Герметизация узлов пробойника и дозатора обеспечивает не только снижение выбросов от электролизера, но и предотвращение возможной конденсации смолистых веществ из движущихся газов.

Перегородка 7 размещена с зазором относительно элемента 5, при этом глинозем из бункера 2 попадает не только в дозатор, но и через зазор 26 заполняет полость в тыльной части дозатором, в процессе функционирования слеживается и создает дополнительную герметизацию в фланцах 23. Соотношение между высотой и длиной дозатора 2 подбирают таким, чтобы глинозем, предназначенный для герметизации, не вытекал из коробки в разгрузочное окно 12.

Формула изобретения

1. Точечный питатель для электролизеров с верхним токоподводом, содержащий по меньшей мере один бункер для сыпучих материалов, дозатор, имеющий кожух с передней стенкой и аэрирующую коробку с газопроницаемым элементом, образующим с передней стенкой кожуха разгрузочное окно, пробойник с приводом, установленный со стороны разгрузочного окна, и блок подачи пневматических управляющих импульсов, подключенный соответствующими выходами к приводу пробойника и аэрирующей коробке, отличающийся тем, что он снабжен камерой, установленной со стороны разгрузочного окна, пробойник введен через крышу упомянутой камеры и установлен герметично с возможностью возвратно-поступательного перемещения, нижняя часть камеры выполнена со средствами для газонепроницаемого сопряжения с подвижной секцией газосборного колокола, при этом между передней стенкой кожуха дозатора и разгрузочным окном размещен регулятор единичной дозы, выполненный в виде заслонки, установленной консольно на оси с возможностью поворота, свободный конец которой обращен к газопроницаемому элементу и установлен с зазором, а ось имеет рукоятку со стопором и указателем угла поворота заслонки.

2. Питатель по п.1, отличающийся тем, что средства для газонепроницаемого сопряжения камеры с подвижной секцией газосборного колокола выполнена в виде затвора, образованного сыпучим реагентом, помещенным в полость, образованную на торце упомянутой секции в месте сочленения с хвостовиком нижней части камеры.

3. Питатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что верхняя часть камеры со стороны разгрузочного окна имеет люк с крышкой.

4. Питатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что камера и элементы дозатора выполнены из износостойкого неферромагнитного материала.

5. Питатель по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что аэрирующая коробка герметично установлена в кожухе дозатора со стороны патрубка подачи пневматических управляющих импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1