Способ и устройство для автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом

 

Изобретение относится к металлургии легких металлов и может быть использовано для электролитического получения алюминия и стабилизации технологических параметров электролиза. Автоматическое питание алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками проводится через отверстия в корке, образованные пробойниками, совершающими возвратно-поступательные движения. Сырье подают в расплав электролита из дозировочной щели дозатора посредством аэрирующих пневматических импульсов. Прекращение подачи сырья происходит самопроизвольно при прекращении подачи сжатого воздуха в систему. Устройство содержит бункер для сыпучих материалов, дозатор, пневматическую систему, пробойники с приводом и блок управления для оптимизации циклов подачи сырья. Дозатор выполнен в виде металлической коробки, внутри которой установлена наклонная пластина, образующая с днищем короба калиброванную щель. Изобретение позволит оптимизировать рационный режим подачи сырья, стабилизировать объем дозы независимо от внешних факторов, уменьшить потери сырья и улучшить экологическую среду. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому способу получения алюминия, и может быть использовано для автоматизации процесса подачи глинозема и корректирующих добавок, и направлено на совершенствование подачи сырья в расплав электролита для оптимизации технологических режимов процесса.

Известны различные способы и устройства для автоматизированного питания электролизера глиноземом и добавками, принципиальные схемы которых неизменны и заключаются в пробое отверстий в корке электролита и введении заданного количества сырья, но отличающиеся режимами подачи, оборудованием, которые и определяют эффективность, надежность и экономичность работы автоматизированных систем.

Известны способ и устройство для автоматического питания алюминиевых электролизеров глиноземом, в которых используются объемно-вакуумные дозаторы с пневмоцилиндром на поршне, на котором укреплен пробивной механизм (SU 0461973, ВНИИПИ, C 25 C 3/20, 3/14, 28.02.75). Доза подачи глинозема контролируется изменением частоты пневмоимпульсов в зависимости от технологического процесса электролиза. Недостатком данного способа является большой расход сжатого воздуха, инерционность в подаче материалов и непостоянство объема дозы глинозема, поступающего в электролит.

Известен способ питания электролизера (US 3901787, NIZEKI et al., 204/245, 26.08.75), 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 данного способа является неизменность объема дозы, и она определяется объемом камер первого аэрожелоба.

Наиболее близким по решению к заявляемому способу является способ и устройство для его реализации описанный в патенте RU 2121529 C1 "Способ питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками и устройство для его осуществления", 6 C 25 C 3/14. Согласно изобретению глинозем и корректирующие добавки подаются через отверстие в корке, которая поддерживается не зарастающим с помощью циклической работы пробойника. Сырье в расплав электролита истекает через щелевидное выпускное отверстие в боковой стенке емкости под действием аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слои движущегося под действием силы тяжести материала, а отсечка материала происходит за счет самозапирания выпускного отверстия после прекращения подачи аэрирующих пневматических импульсов. Однако известному техническому решению свойственны некоторые недостатки. Аэрирующая коробка, днищем которой является газопроницаемая пластинка с определенным размером пор для предотвращения проникновения частиц глинозема и корректирующих добавок, может загрязняться и забиваться материалами с пылевой фракцией менее 45 мкм. Содержание пылевой фракции менее 45 мкм в глиноземе "промежуточного" типа достигает 10-30%. За счет конструктивных особенностей и расположения газопроницаемой пластины в качестве днища короба, определенная часть которой находится под направляющей течки материала, наблюдается повышенное пыление сыпучих материалов. Пыление мелких частиц сырья на выходе из направляющих течки вызывает повышенный унос глинозема в систему газоотсоса. Газопроницаемая пластина должна характеризоваться определенными свойствами, такими как однородность размера пор, которые не должны пропускать пылевые фракции материала в аэрирующую коробку под собственным весом и вибрации корпуса, термостойкость, механическая прочность материала самой пластины, нагрузка на поверхность пластины лимитирована до 0,1 МПа. Дозатор чувствителен к изменению свойств поступающего глинозема, требует высокой точности изготовления, трудозатрат и качества сжатого воздуха.

Предлагаемым изобретением предусматривается создание устройства для автоматического питания глиноземом, которое свободно от названных недостатков и является прочным и надежным, но при этом просто в изготовлении и в эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является обеспечение оптимальных режимов подачи сырья, точности и воспроизводимости объема доз, снижения трудоемкости, простоты изготовления дозатора, снижения потерь дозируемого сырья, надежности работы и возможности состыковки с известными системами автоматического управления технологическим процессом электролиза. Технический результат обеспечивается тем, что в способе автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, включающем подачу материала в расплав электролита посредством аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слой движущегося под действием силы тяжести материала из дозировочной щели дозатора в незарастающие отверстия в корке, образованные возвратно-поступательной работой пробойников при минимизации времени их нахождения в крайнем нижнем положении, и регулирование величины подаваемой дозы материала за счет самозапирания дозировочной щели, аэрирующие пневматические импульсы формируют путем подачи направленной струи сжатого воздуха в калиброванную щель, выполненную в дозаторе, а подачу материала к дозировочной щели осуществляют по наклонной пластине.

Способ может характеризоваться тем, что сжатый воздух подают с длительностью импульсов 0,15-1,0 с, цикл дискретной подачи импульсов при прочих равных условиях устанавливают в пределах от 1,5 до 10 c, а входное давление сжатого воздуха в байпасной системе 0,5-0,1 МПа, что позволяет создать направленную струю сжатого воздуха в слое основания столба сыпучего материала, опирающегося на поверхность металлического основания короба, и под действием давления верхнего слоя глинозема и направленной струи сжатого воздуха нижний слой по поверхности металлического основания уносится через дозирующую щель в направляющую и далее в расплав под действием силы тяжести материала.

Кроме этого, способ может характеризоваться тем, что объем дозы глинозема и корректирующих добавок, подаваемых в расплав, устанавливают 0,03-0,50 кг, а также тем, что глинозем и корректирующие добавки подают к дозировочной щели под углом естественного откоса сыпучих материалов, что способствует самозапиранию и прекращению самопроизвольного истечения материала в расплав.

Технический результат обеспечивается также тем, что в устройстве автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, содержащем бункер для сыпучих материалов, дозатор с дозировочной щелью, средства для регулирования режима подачи материала, пробойник и блок управления, дозатор выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена наклонная пластина, образующая с основанием дозатора калиброванную щель.

Устройство может характеризоваться тем, что калиброванная щель имеет высоту 1,5-2 мм и ширину 70-80 мм, а наклонная пластина установлена под углом 40-50^o относительно основания короба, что соответствует углу естественного откоса глинозема с различными физико-механическими свойствами.

Кроме этого, дозатор выполнен с шайбой, имеющей калиброванные отверстия и установленной на входе сжатого воздуха в дозатор для стабилизации давления воздуха в дозаторах, что позволяет независимо от перепада сопротивления в других дозаторах и их количества, установленных в одной пневматической схеме, поддерживать стабильность объема доз и надежность подачи глинозема.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема автоматического питания глиноземом; на фиг. 2 показана схема конструкции дозатора в разрезе.

В основе заявляемого изобретения лежат результаты натурного испытания способа и устройства на лабораторном стенде и на действующем электролизере Седерберга.

Устройство (фиг. 1) состоит из пневматического дозатора 1 для дозирования глинозема в расплав посредством дискретной подачи струи сжатого воздуха через калиброванную щель, при котором заданная доза глинозема поступает через дозировочную щель с направляющей в электролит; пробойника с приводом 2 для пробивки корки электролита; бункера с глиноземом 3, жестко закрепленным с секцией газосборника, в которую вставляется съемный дозатор 1; пневмораспределителей 4 и 5 для дискретной подачи воздуха в дозатор и управления пробойником, соответственно; блока подготовки и распределения сжатого воздуха 6. Формирование и управление дискретной подачи сжатого воздуха происходит с помощью АСУТП (не показано).

Пневматический дозатор (фиг. 2) расположен в нижней части бункера с глиноземом 3, в котором установлена металлическая сетка для предотвращения попадания в бункер инородных материалов. Дозатор выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена металлическая пластина 10 с углом наклона 40-50^o, которая образует с основанием дозатора калиброванную щель 14 высотой 1,5-2 мм. Металлическая пластина 10 с дном дозатора образует камеру для создания с поступающим сжатым воздухом 9 струи воздуха в калиброванной щели 14. Каждый дозатор снабжен шайбой с калиброванными отверстиями 8, поэтому они работают индивидуально и не зависят от перепада давления сжатого воздуха в других дозаторах и их количества, установленных в одной пневматической схеме. Размеры отверстий на шайбах, установленных на входе сжатого воздуха в каждый дозатор, рассчитаны таким образом, что обеспечивают соответствующий перепад давления, необходимый для импульсной подачи определенной дозы сыпучих материалов из дозатора. Сопротивление, создаваемое столбом глинозема поступающей струе воздуха, способствует образованию направленной воздушной подушки между слоем глинозема и поверхностью основания дозатора 7, под действием которой происходит передвижение слоя глинозема через дозировочную щель в расплав под действием силы тяжести. Дискретная подача сжатого воздуха в дозатор в заданном цикле, кратковременные импульсы от 0,15 с до 1,0 с создают условия для точного и равномерного истечения слоя глинозема через дозировочную щель 12 и направляющую дозатора 13, установленную на передней стенке дозатора 11 в расплав электролизера. При прекращении подачи сжатого воздуха в дозатор глинозем истекает по наклонной пластине к дозировочной щели и запирает ее, образуя слой с углом естественного откоса. Размер слоя глинозема, запирающего дозировочную щель, зависит от высоты щели, типа глинозема и легко разрушается действием направленной воздушной подушки. При подаче сжатого воздуха в дозатор с давлением 0,5-0,1 МПа, рассчитанным для оптимизации режима дискретной подачи глинозема и его дозы, происходит дальнейшее поступление глинозема в расплав. Входное давление сжатого воздуха рассчитывают таким образом, чтобы не происходило пыление глинозема на выходе из дозатора, и достаточно для образования направленной воздушной подушки, и зависело от алгоритма задания объема дозы и режима питания электролизера. Найдено, что при дискретной подаче направленной струи воздушной подушки с количеством от 8 до 15 пульсаций диапазон объема дозы доставляет 120 - 6000 граммов и зависит от времени заданного цикла работы устройства. Цикл дискретной подачи направленной струи воздушной подушки задается с блока автоматической системы управления технологического процесса и может соответствовать широкому диапазону времени, и зависит от необходимых параметров поддержания технологического процесса электролизера. Конструктивная особенность дозатора позволяет дозировать шихтованную смесь глинозема с фторсолями в соотношении 70:30, соответственно, без изменения режима работы дозатора. В реальной ситуации анодного эффекта электролизера устройство может в течение 2-3 мин насытить электролит глиноземом за счет минимизации времени поступления глинозема из бункера к дозировочной щели и далее в расплав электролита. Натурные испытания показывают стабильность и надежность работы устройства и возможность подачи до 20-25 кг глинозема в расплав в режиме частого питания в течение 3 мин.

Воспроизводимость дозы глинозема, в большей степени определяется неравномерным распределением фракционного состава глинозема в бункере и составляет ±10%, относительных. Дозатор изготавливают из нержавеющей стали.

В настоящее время способ и устройство для автоматического дозирования глинозема в электролизер проходят промышленное испытание на действующем электролизере.

Формула изобретения

1. Способ автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, включающий подачу материала в расплав электролита посредством аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слой движущегося под действием силы тяжести материала из дозировочной щели дозатора в незарастающие отверстия в корке, образованные возвратно-поступательной работой пробойников при минимизации времени их нахождения в крайнем нижнем положении, и регулирование величины подаваемой дозы материала за счет самозапирания дозировочной щели, отличающийся тем, что аэрирующие пневматические импульсы формируют путем подачи направленной струи сжатого воздуха в калиброванную щель, выполненную в дозаторе, а подачу материала к дозировочной щели осуществляют по наклонной пластине.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатый воздух подают с длительностью импульсов 0,15 - 1,0 с, цикл дискретной подачи импульсов при прочих равных условиях устанавливают в пределах от 1,5 до 10 с, а входное давление сжатого воздуха в байпасной системе 0,5 - 0,1 МПа.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что объем дозы глинозема и корректирующих добавок, подаваемых в расплав, устанавливают 0,03 - 0,50 кг.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что глинозем и корректирующие добавки подают к дозировочной щели под углом естественного откоса сыпучих материалов.

5. Устройство автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, содержащее бункер для сыпучих материалов, дозатор с дозировочной щелью, средства для регулирования режима подачи материала, пробойник и блок управления, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена наклонная пластина, образующая с основанием дозатора калиброванную щель.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что калиброванная щель имеет высоту 1,5 - 2 мм и ширину 70 - 80 мм.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что наклонная пластина установлена под углом 40 - 50^o относительно основания короба.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что дозатор выполнен с шайбой, имеющей калиброванные отверстия и установленной на входе сжатого воздуха в дозатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2