Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами



Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами
Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами
Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами

 


Владельцы патента RU 2479676:

Концур Евгений Петрович (RU)

Изобретение относится к дозатору для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами. Дозатор содержит пустотелый короб с загрузочным отверстием для присоединения к бункеру сыпучего реагента, плоский аэрирующий элемент псевдоожижения, установленный в днище и связанный с блоком подачи пневматических импульсов и управления, выпускное отверстие в форме щели, образованной в боковой стенке короба. Короб разделен открытой со стороны аэрирующего элемента перегородкой, обрез которой параллелен обрезу боковой стенки короба в зоне щели и поверхности аэрирующего элемента. Расстояние от поверхности аэрирующего элемента до обреза боковой стенки равно или превышает указанное расстояние до обреза перегородки, а полость над аэрирующим элементом выполнена с возможностью образования в ней затвора из дозируемого сыпучего реагента и противодействия свободному истечению реагента. Обеспечивается герметичность дозатора при отсутствии сыпучих реагентов в бункере, способность пропускать через себя посторонние включения, встречающиеся в глиноземе, а также совместимость с любыми автоматизированными системами управления подачи реагентов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия на электролизерах с самообжигающимися анодами.

Известен дозатор для питания электролизера (US 3901787, NIZEKI et al., 26.08.1975), где дозатор состоит из двух аэрожелобов, один из которых используется для заполнения мерных камер, а второй - для подачи из камер дозы глинозема в электролит через направляющие трубы. Недостатком такого дозатора является невозможность оперативного изменения объема дозы, задаваемого объемом камер, и большой расход сжатого воздуха для реализации двух циклов - заполнения камер и выгрузки из них.

Дозаторы «клапанного» типа при попадании в них посторонних включений, встречающихся в глиноземе (макрофлекс, бумага и пр.), в зависимости от соотношения размеров могут либо беспрепятственно пропустить это включение вместе с глиноземом, либо надолго изменить величину доз или совсем прекратить работу. В таких случаях для очистки требуется демонтаж дозатора, его разборка, сборка и повторная установка. Поэтому кроме непосредственно дозирования вводится контроль работоспособности системы по разности давлений секционированного аэрирующего элемента псевдоожижения. Из патента (RU 2076782 C1, Рене, 10.04.1997) известно устройство для пневматического транспортирования порошкообразного вещества, ожиженного на пористом основании, и определения засорения пористого основания по разнице давлений в секциях ожижителя.

Известен дозатор для автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками (RU 2175688 C2, Че и др., 10.11.2001), который выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена наклонная пластина, образующая с основанием дозатора калиброванную щель, а дозирование осуществляют аэрирующими пневматическими импульсами путем подачи направленной струи сжатого воздуха в калиброванную щель. Основной недостаток - значительный расход сжатого воздуха - более 20 нормальных литров на килограмм глинозема, что препятствует его применению на электролизерах верхнего токоподвода из-за окисления и выгорания анода в местах подачи глинозема. Кроме того, возможно попадание глинозема в систему управляющей пневматики, происходящее за счет образования «обратного фронта» воздушного потока по окончании импульса. Это явление зачастую приводит к остановке дозирования и к поломке управляющих пневмоклапанов.

Известны системы дозирования сыпучих реагентов, использующие подбор высот реагентов над аэрирующими элементами псевдоожижения для обеспечения заданного расхода (US 6402437 B1, Gasquet, et al., 11.06.2002; US 7048475 B2, Karlsen et.al., 05.08.2008). Однако используемые технические средства не предусматривают расход малыми дозами за счет подачи коротких пневмоимпульсов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является дозатор с импульсным аэрирующим приводом (RU 2121529 C1, Концур, 10.11.1998). Устройство полностью удовлетворяет требованиям к дозаторам для электролизеров с обожженными анодами, а по затратам энергии является наиболее экономичным. 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.

Однако при эксплуатации этого дозатора на электролизерах Содерберга с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом выявляется недостаток. Если бункер для глинозема по объективным или субъективным причинам оказался пустым, то система теряет герметичность. Появляется тяга и поток горячих газов электролиза с продуктами коксования анода попадает в атмосферу заводского корпуса. Помимо ухудшения экологии на внутренних поверхностях течки, дозатора и бункера конденсируются смолистые возгоны, которые повреждают или полностью выводят из строя пористый газопроницаемый элемент дозатора. В результате требуется коррекция величины доз, либо замена дозатора. Посторонние включения, встречающиеся в глиноземе («макрофлекс», перья птиц, бумага и т.п.), попадая в дозирующую щель, могут вызвать остановку дозирования. В глиноземе также присутствуют ферромагнитные частицы (стальные опилки и окалина), которые в сильном магнитном поле электролизера налипают на металлических кромках конструкций, в том числе и кромке дозирующей щели дозатора, изменяя характеристики дозирования. В этих случаях необходима оперативная очистка дозатора.

Патентуемое изобретение направлено на усовершенствование конструкции дозатора, свободного от перечисленных недостатков и пригодного для автоматизированного питания глиноземом электролизеров всех типов.

Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами содержит пустотелый короб с загрузочным отверстием для присоединения к бункеру сыпучего реагента, плоский аэрирующий элемент псевдоожижения, установленный в днище и связанный с блоком подачи пневматических импульсов и управления, выпускное отверстие в форме щели, образованной в боковой стенке короба.

Дозатор отличается тем, что короб разделен открытой со стороны аэрирующего элемента перегородкой, обрез которой параллелен обрезу боковой стенки короба в зоне щели, а также поверхности аэрирующего элемента. Расстояние от поверхности аэрирующего элемента до обреза боковой стенки короба равно или превышает указанное расстояние до обреза перегородки, а полость над аэрирующим элементом выполнена с возможностью образования в ней затвора из дозируемого сыпучего реагента и противодействия свободному истечению реагента.

Дозатор может характеризоваться тем, что стенки короба и перегородка выполнены из износостойкого, термостойкого немагнитного материала, а также тем, что выпускное отверстие имеет форму прямоугольника, размер меньшей стороны которого превышает максимальный размер посторонних включений в реагенте.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении герметичности дозатора при отсутствии сыпучих реагентов в бункере, а также способности пропускать через себя посторонние включения, встречающиеся в реагенте. Конструкция дозатора, кроме того, совместима с любыми автоматизированными системами управления подачи реагентов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на: фиг.1 представлена конструкции дозатора и траектория движения реагента в нем; фиг.2 - принцип запирания дозатора при отсутствии сыпучих реагентов в бункере; фиг.3 - вид на дозатор со стороны течки.

Дозатор включает (фиг.1) пустотелый короб 10, выполняющий функции корпуса дозатора, имеющий основание 101 в донной части, сплошные боковые стенки 102, 103, 104, частично открытую боковую стенку 105 и верхнюю стенку 106.

Обрез 11 боковой стенки 105 формирует выпускное отверстие 12, к которому присоединена течка 13. К коробу 10 течка 13 прикрепляется посредством, например, болтов. В донной части основания 101 размещен плоский аэрирующий элемент 14 с газопроницаемой перегородкой 141 и патрубком 142 для подачи пневматических импульсов. Элемент 14 открыт в полость короба 10 для обеспечения псевдоожижения сыпучего реагента 15 и придания ему текучести. Патрубок 142 элемента 14 связан с блоком подачи пневматических импульсов и управления АСУТП (не показан).

Со стороны, противолежащей выпускному отверстию 12, в верхней стенке 106 имеется загрузочный патрубок 16 для присоединения к бункеру 17 сыпучего реагента (показан условно). Зона загрузки с патрубком 16 отделена от зоны дозирующей щели - выпускного отверстия 12 перегородкой 18, прикрепленной к верхней стенке 106 и открытой в сторону элемента 14. Обрез 19 перегородки 18 параллелен плоскости аэрирующего элемента 14 и обрезу 11 боковой стенки 105. Обрез 11 стенки отстоит от плоскости элемента 14 на расстоянии h1, а обрез стенки 19 - на расстоянии h2, при этом должно выполняться условие: h2≤h1.

Указанные конструктивные признаки обеспечивают в полости 20 над аэрирующим элементом 14 образование затвора из дозируемого сыпучего реагента 15 и противодействие его свободному истечению. Тем самым обеспечивается и достижение технического результата - герметичность дозатора при отсутствии сыпучих реагентов 15 в бункере 17, способность пропускать через себя посторонние включения, встречающиеся в глиноземе (см. ниже). Кроме того, достигается совместимость с любыми автоматизированными системами управления подачи реагентов.

Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего пневматического импульса на аэрирующий элемент 14, и при наличии реагента 15 в полости 20 траектория движения (показана стрелкой) представляет собой перемещение реагента в полости 20 сначала вниз, в сторону дна дозатора. Далее происходит обтекание перегородки 18 и обеспечение состояния псевдоожижения, а затем имеет место перетекание реагента через обрез 11 боковой стенки 105 с последующим падением в течку 13. При псевдоожижении реагента, преимущественно глинозема, наблюдается увеличение его объема на 10-30%, в зависимости от количества воздуха подаваемого через элемент 14 и свойств самого используемого глинозема. Если расстояние h1 до обреза 11 выпускного отверстия 12 превышает расстояние h2 до обреза 19 перегородки 18, то при прекращении поступления глинозема из бункера 17 (см. фиг.2-3) в полости 20 дозатора всегда будет оставаться слой 21 реагента, надежно запирающий выпускное отверстие 12. Такой затвор препятствует движению газов от электролизера и предохраняет газопроницаемую перегородку аэрирующего элемента 14 от контакта со смолистыми возгонами.

Высота обрезов 11 и 19, соответственно расстояний h1 и h2 может быть любой, но очевидно, что толстый слой реагента (глинозема), образованный высокой щелью и соответствующей перегородкой, потребует больших затрат энергии для его ожижения и перемещения. Низкая щель будет часто забиваться мусором, а тонкий слой глинозема (менее 10 мм) не сможет гарантированно защитить газопроницаемую пластину 141 от смолистых возгонов.

Для устранения накопления опилок и окалины в изобретении предусмотрено изготовление передней боковой стенки 105, а также и перегородки 18, из немагнитной аустенитной стали или других нержавеющих сталей, что полностью ликвидирует накопление упомянутых опилок и окалины в виде т.н. «щетки» или «бороды».

Экспериментальная проверка показала, что патентуемая конструкция обладает способностью пропускать через себя посторонние включения без засорения дозатора. Речь идет о встречающихся в глиноземе посторонних включениях с размером менее 30 мм, которые не улавливаются сетками на приемных складах или попадают в реагент непосредственно на заводе. Для гарантированного беспрепятственного выхода посторонних включений из дозатора, высоту дозирующей щели и выпускного отверстия устанавливают большей, чем максимальный размер посторонних включений в глиноземе. С той же целью ширина дозирующей щели и выпускного отверстия должна быть не меньше их высоты. Оптимальной формой дозирующей щели и выпускного отверстия дозатора является прямоугольная фигура, меньшая сторона которой превышает максимальный размер встречающихся посторонних включений.

Достижение технического результата обосновывается нижеприведенными примерами стендовых испытаний.

Для экспериментов использовался металлургический глинозем марки «Г-00» производства Павлодарского алюминиевого завода, соответствующий ГОСТ 17433-80.

Газопроницаемая перегородка 141 имела эффективную ширину 30 мм, а высота и ширина дозирующей щели, как и выпускного отверстия 12, составила 40×40 мм. Расстояние между верхней стенкой 106 и газопроницаемой перегородкой 141 составляло 98 мм, h1=50 мм, h2=42 мм, то есть перекрытие составляло 8 мм.

Управление импульсами сжатого воздуха с давлением 0,05 МПа осуществлялось системой АСУТП, формирующей импульсы, кратные 1 с. Измеренное давление в аэрирующем элементе 14 в момент подачи воздушного импульса и наличии глинозема в дозаторе составило 900 Па (90 мм вод.ст.). При таком давлении глинозем с увеличением объема переходит в «жидкое» состояние и перетекает через обрез 11 выпускного отверстия 12 в количествах, пропорциональных длительности импульсов.

В серии из 20 подач с длительностью импульсов 1 с получена средняя величина дозы 79 г с отклонением 1,2%. При длительности импульсов 2 с - 184,7 г с отклонением 1,27%; при длительности 3 с - 290,3 г с отклонением 1,71%; при длительности 5 с - 472,7 г с отклонением 1,61%. Полученные данные свидетельствуют о том, что устройство вполне адекватно реагирует на изменение длительности импульсов (управляемость) и позволяет обеспечивать хорошую воспроизводимость доз глинозема, превосходящую требования (±10%) к подобным устройствам.

Далее, глинозем в бункере искусственно загрязняли посторонними включениями - вспененным «макрофлексом», обрывками ткани и бумаги. Максимальный размер включений составлял 35×35 мм, что порядка указанного выше размера 40×40 мм выпускного отверстия 12. Серии опытов показали, что посторонние включения беспрепятственно проходят сквозь щель выпускного отверстия - при псевдоожижении всплывают на поверхность глинозема и вытекают вместе с ним, т.е. работоспособность дозатора не нарушается. Непосредственно в момент преодоления включениями совместно с глиноземом обреза 11 боковой стенки 105 наблюдается снижение веса нескольких (от двух до пяти) доз до 35%, а затем точность дозирования восстанавливается.

Вытеснением воды определено, что устройство потребляет 1,071-1,075 нормальных литров воздуха на килограмм глинозема, - это в три раза больше, чем у устройства-прототипа, но в 7 раз ниже, чем у лучших механических дозаторов.

При опорожнении бункера и продолжении подачи импульсов дозирование прекращается, но в опытном дозаторе стабильно остается минимальный уровень глинозема 43-45 мм, надежно перекрывающий дозирующую щель.

В результате стендовых испытаний установлено, что патентуемое устройство отвечает всем требованиям, предъявляемым к дозаторам глинозема, но обладает дополнительной возможностью дозировать глинозем, содержащий посторонние включения и «запирать» систему в случае опорожнения бункера.

Промышленная применимость. Устройство может быть воспроизведено по описанию изобретения с достижением технического результата на промышленных электролизерах любого типа, с использованием любого металлургического глинозема. Изобретение позволяет улучшить технико-экономические показатели электролиза. Устройство совместимо с любой современной системой управления, причем для АСУТП «Тролль» не требуется даже корректировки программы.

1. Дозатор для питания алюминиевого электролизера сыпучими реагентами, содержащий пустотелый короб с загрузочным отверстием для присоединения к бункеру сыпучего реагента, плоский аэрирующий элемент псевдоожижения, установленный в днище короба и связанный с блоком подачи пневматических импульсов и управления, выпускное отверстие в форме щели, образованной в боковой стенке короба, отличающийся тем, что короб разделен открытой со стороны аэрирующего элемента перегородкой, обрез которой параллелен обрезу боковой стенки короба в зоне щели и поверхности аэрирующего элемента, при этом расстояние от плоскости аэрирующего элемента до обреза боковой стенки короба равно или превышает указанное расстояние до обреза перегородки, а полость над аэрирующим элементом выполнена с возможностью образования в ней затвора из дозируемого сыпучего реагента и противодействия свободному истечению реагента.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что стенки короба и перегородка выполнены из износостойкого, термостойкого немагнитного материала, преимущественно аустенитной стали.

3. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что выпускное отверстие имеет форму прямоугольника, размер меньшей стороны которого превышает максимальный размер посторонних включений в реагент.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству пробойника-дозатора системы автоматического питания сырьем алюминиевого электролизера. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия на электролизерах с предварительно обожженным анодом, и может быть применено для управления пневматическим цилиндром пробойника системы автоматической подачи глинозема в расплавленный электролит.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия на электролизерах с верхним токоподводом к самообжигающемуся аноду. .

Изобретение относится к области автоматического управления технологическим процессом производства алюминия и может быть использовано в системах автоматического питания глиноземом (АПГ) электролизных ванн при электролитическом производстве алюминия.

Изобретение относится к устройству управления ходом пробойника системы питания электролизера для получения алюминия с расплавом электролита, покрытым коркой. .

Изобретение относится к получению алюминия на электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом. .

Изобретение относится к системе механического и электрического соединения между концами двух по существу коаксиальных валов, к оборудованию электролизера для электролизного производства алюминия и к устройству пробивания и измерения.

Изобретение относится к устройству для питания алюминиевых электролизеров глиноземом. .

Изобретение относится к автоматической подаче сырья в электролизеры для получения алюминия с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом для питания их глиноземом и фтористыми солями. Система содержит магистральный аэрожелоб, соединенный одним концом с узлом разгрузки глинозема из прикорпусного силоса, а другим - с раздающим аэрожелобом, соединенным с бункером модуля автоматической подачи глинозема АПГ, пробойник модуля АПГ со штоком и приводом, бункер модуля автоматической подачи фторсолей АПФ, систему воздухоснабжения. Бункеры модуля АПГ установлены на стойках анодной ошиновки, наклонная часть бункера модуля АПГ защищена футеровочным материалом с коэффициентом трения, меньшим коэффициента трения глинозема, а пробойник модуля АПГ оснащен двумя ступенями электроизоляции. В систему воздухоснабжения входят радиальные вентиляторы высокого давления, механические задвижки и коллектор, спутниковый трубопровод и датчик давления. Бункер модуля автоматической подачи фторсолей АПФ установлен на анодном кожухе. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы, снижение количества использованного оборудования, снижение затрат на изготовление, монтаж и обслуживание системы. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для подачи сырья, в частности глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита, в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с установленным штоком и пневмоцилиндром. На штоке жестко закреплен в верхней части клапан. На конце штока закреплен запорный элемент, состоящий из конусного клапана, поршня и конической крышки. В верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна. Верхние границы загрузочных окон расположены выше верхнего положения клапана, чтобы при подъеме штока клапан ворошил сырьевой материал. Расстояние от основания конусного клапана запорного элемента до нижнего среза дозировочной камеры - не менее расстояния от нижней поверхности клапана до нижней границы загрузочных окон. Коническая крышка в составе нижнего запорного устройства жестко установлена на штоке. При движении штока вверх центрирование крышки нижнего запорного элемента, установленного на штоке, обеспечивается конусным клапаном и поршнем. Дозируемый сыпучий материал загружается в дозировочную камеру только при закрытом нижним запорным элементом выпускном отверстии дозатора, а выгрузка из дозировочной камеры осуществляется только при закрытом верхнем клапане. Обеспечивается стабильность дозы сырья, подающегося в электролизер. 2 ил.

Изобретение относится к устройству для пробивки корки на расплаве металла. Устройство содержит пневмоцилиндр, имеющий корпус, поршень, установленный с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, и шток, закрепленный на поршне и выведенный через отверстие в корпусе с возможностью перемещения штока между крайним выдвинутым и крайним втянутым положениями при осевом перемещении поршня, электронный блок управления и клапанную систему, управляемую электронным блоком управления и связанную рабочими линиями с подпоршневой камерой и надпоршневой камерой, находящимися в корпусе пневмоцилиндра, по меньшей мере одну металлическую пластину, неподвижно установленную внутри корпуса пневмоцилиндра и определяющую крайнее положение поршня или штока, причем металлическая пластина и поршень электрически связаны с блоком управления таким образом, что контакт поршня с металлической пластиной вызывает замыкание электрической цепи, сигнализирующей блоку о достижении поршнем и штоком поршня крайнего положения. Обеспечивается возможность простыми средствами надежно и точно сигнализировать о достижении поршнем крайнего положения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к системе автоматической подачи сырья в алюминиевый электролизер с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом. Система содержит магистральный аэрожелоб, бункер модуля АПГ, систему воздухоснабжения, содержащую радиальные вентиляторы высокого давления, задвижки, коллектор спутникового трубопровода. Подача глинозема в бункеры модуля АПГ осуществляется с помощью раздающей аэрационной трубы, выполненной из высокопрочного материала с герметично установленными разгрузочными патрубками и состоящей из аэрирующей трубы, разгонной секции и транспортирующей секции или секций, а нагнетание воздуха через спутниковый трубопровод в дутьевые полости магистрального аэрожелоба и аэрирующей трубы осуществляется системой воздухоснабжения, содержащей по крайней мере два вентилятора высокого давления, а коллектор спутникового трубопровода снабжен поворотными автоматически управляемыми задвижками. Обеспечивается повышение надежности автоматической подачи и отсутствие пыления и потерь сырья. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для подачи сырья в алюминиевый электролизер и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с загрузочными окнами, расположенными по периметру в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера, шток с пневмоприводом, жестко закрепленный на штоке в верхней части дозировочной камеры верхний запорный элемент, расположенный в верхнем положении штока между нижним и верхним срезами загрузочных окон, и нижний запорный элемент, закрепленный на конце штока, расположенный в верхней части дозировочной камеры над верхним запорным элементом, по меньшей мере, один челночный клапан. Челночный клапан жестко закреплен на штоке таким образом, что верхняя кромка челночного клапана в исходном положении штока находится ниже верхнего среза загрузочных окон. По второму варианту внутри бункера выше верхнего запорного элемента установлены не менее чем одно закрепленное в верхней части дозировочной камеры круговое ребро, закрепленные на стенках бункера по меньшей мере одно ребро и не менее чем одна поперечная перегородка с возможностью прохода материала через зазоры между кромками перегородки и стенками бункера и дозировочной камеры. Обеспечивается повышение стабильности дозы сырья, улучшение технологических показателей работы электролизера. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх