Устройство для послойного отбора проб расплава в алюминиевом электролизере
Устройство относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава алюминиевого электролизера. Устройство для послойного отбора проб расплава состоит из рукояти с уровнемером, направляющей, на которой закреплена несущая пластина, на которой по всей высоте расположены изолированные друг от друга кольца, предназначенные для фиксации съемных пробоотборников. Для герметизации пробоотборников предусмотрено средство, выполненное из металлической пластины в П-образной форме. Устройство позволяет произвести отбор проб электролита и металла по всей высоте расплава, а также в любой точке по всему периметру электролизера с фиксацией точного местоположения отобранной пробы при контролируемом уровне.
Полезная модель относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава электролизера, в частности в электролитическом производстве алюминия.
Известно «Устройство для измерения уровня металла и электролита в ванне алюминиевого электролизера» (свид. на п.м., RU 
19835, опубл. 10.10.2001), включающее в себя термостойкий стержень, снабженный хомутом, к которому жестко прикреплен полукруглый диск с вилкой, шарнирно прикрепленный к диску, в прорези вилки свободно установлен фиксатор, контактирующий с одной стороны с диском, а с другой со стержнем, пропущенным в трубке, связанной одним концом с вилкой, а другим резьбовым соединением с ручкой.
Недостатком данного устройства является невысокая функциональность, так как не возможен отбор проб металла и электролита по всей высоте расплава. Это приводит к увеличению трудозатрат и повышению износа инструмента, в результате чего ухудшается качество производимого металла.
Известно «Устройство для отбора проб расплавленного металла» (свид. на п.м. 24730, опубл. 20.08.2002), содержащее корпус, в котором выполнена камера и стержень, размещенный в камере, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде трубы и соединен с механизмом вертикального перемещения, нижний конец стержня соединен с элементом уплотнения камеры, верхний конец стержня подключен к устройству вертикального перемещения стержня, а полость камеры подключена к линии компрессора (газового вакуум-насоса), при этом нижняя часть камеры выполнена конусной и она снабжена ребрами, образующими несколько объемов для отбора проб.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности контроля уровня отбора проб, а также вероятно смешивание проб с различных уровней, вследствие коррозионного износа ребер, образующих объемы для отбора проб, что приведет к снижению качества анализа и возникновению проблемы с определением технологического состояния процесса.
Известно «Устройство для отбора проб расплава в алюминиевом электролизере» (патент RU 2448199, опубл. 20.04.2012), принятое за прототип, и включающее герметизацию изолированных друг от друга полостей, размещенных на различных уровнях, погружение устройства в расплав, разгерметизацию, заполнение полостей, повторную герметизацию системы и извлечение из расплава. Осуществляется при помощи устройства для отбора проб расплава, включающего в себя корпус с изолированными друг от друга полостями, расположенных по всей его высоте, и средства герметизации полостей, представляющей собой металлическую задвижку.
Недостатками прототипа для отбора проб являются сложное конструктивное исполнение и проблемы выемки полученных проб из полостей. Конструктивным недостатком данного устройства является средство герметизации. Использование червячной передачи для осуществления герметизации полостей металлической задвижкой, приводимой в движение вручную, приводит к повышенным требованиям к точности сборки и необходимости постоянной регулировки, а также высокому износу движущихся частей в режиме повышенных температур. После отбора проб карбидокремниевый корпус извлекают из расплава и охлаждают, вследствие чего пробы кристаллизуются в полостях. Дальнейшая их выбойка может привести к механическому повреждению самого карбидокремниевого корпуса, а также занимает длительное время, что приводит к снижению производительности устройства.
Техническим результатом является повышение точности отбора проб, упрощение конструкции, расширение возможностей и увеличение срока службы устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для послойного отбора проб расплава в алюминиевом электролизере, включающем в себя направляющую с закрепленной в ней сваркой несущей пластиной с изолированными друг от друга кольцами, служащими для закрепления съемных элементов - пробоотборников, расположенных по всей высоте устройства, средство герметизации полостей, рукоять, съемные элементы выполнены из металла, обладающего температурой плавления более высокой, чем температура исследуемой среды, рукоять устройства снабжена уровнемером, при этом средство герметизации пробоотборников закреплено на направляющей.
Съемные пробоотборники выполнены в виде трубок из металла, например меди, и закреплены на несущей пластине под углом 90°. Средство герметизации выполнено из металлической пластины в П-образной форме, закреплено на направляющей, и имеет ограниченный стопорными винтами запас хода. Пробоотборники расположены по всей высоте несущей пластины и обеспечивают отбор проб по заданной высоте расплава, а изготовление их из меди, температура плавления которой превышает температуру электролита алюминиевого электролизера, предохраняет пробоотборники от коррозии. Подбор близких значений внутреннего диаметра направляющих колец и внешнего диаметра для медных трубок, обеспечивает надежную фиксацию пробоотборников на несущей пластине. Уровнемер, закрепленный на рукояти, позволяет выставить пробоотборник в расплаве вертикально и производить отбор проб с известного расстояния от подины электролизера.
Устройство герметизации пробоотборников в виде металлической пластины П-образной формы, приводимого в движение вручную, позволяет отбирать пробы расплава после установки устройства в рабочее положение и герметизировать их для предотвращения смешивания, обеспечивая при этом надежность и простоту конструкции. Для ограничения запаса хода герметизирующего устройства, в нем, на уровне направляющей, имеются симметричные пазы, в которых установлены головки стопорных винта, ограничивающих траекторию движения.
Сущность технического решения изображена на фиг.1, 2. Устройство для отбора проб расплава состоит из металлической направляющей 5, соединенной с рукоятью 1, на которой установлен уровнемер по оси 3. Ось 3 соединена с направляющей при помощи резьбового соединения, зафиксированного гайкой-фиксатором 4. На направляющей 5 сварным соединением закреплена несущая пластина 6, на которой через равные промежутки по всей длине расположены изолированные друг от друга кольца 7, с зафиксированными съемными пробоотборниками 8. Герметизация пробоотборников 8 осуществляется средством герметизации 10, выполненным из металлической пластины в П-образной форме, запас движения которого ограничен стопорными винтами 9. Для усиления обратного хода средства герметизации 10 предусмотрена пружина 2.
Пример работы устройства для послойного отбора проб расплава. Подготавливаются в требуемом количестве съемные пробоотборники 8 со снятыми фасками по краям. Пробоотборники устанавливаются в кольца 7, после чего они фиксируются средством герметизации 10, перемещенным в нижнее положение, определяемое стопорными винтами 9. Собранное устройство вертикально устанавливается в расплаве алюминиевого электролизера и контролируется уровнемером, закрепленном на рукояти 2. Средство герметизации 10 вручную перемещается в верхнее положение на расстояние, определяемое стопорными винтами 9. В этом положении устройство 10 удерживается 2-3 секунды для заполнения пробоотборников 8. Расплав заполняет пробоотборники 8 с двух сторон. Далее средство герметизации 10 отпускается и под действием силы тяжести и пружины 2 переходит в нижнее положение, герметизируя пробоотборники 8. Устройство за рукоять 1 вынимают из расплава, охлаждают, извлекают пробоотборники 8 с отобранными пробами, которые отправляются на химический анализ. При необходимости, в кольцах 7 фиксируют новые пробоотборники 8 и производят новый послойный отбор проб.
Устройство для отбора проб позволяет произвести отбор проб металла и электролита по всей высоте расплава в шахте алюминиевого электролизера, а также в любой точке по периметру с фиксацией точного местоположения отобранной пробы, что позволяет повысить точность контроля технологических параметров.
1. Устройство для послойного отбора проб расплава в алюминиевом электролизере, включающее в себя несущую пластину с изолированными друг от друга пробоотборниками, расположенными по всей его высоте, рукоять с уровнемером и средство герметизации пробоотборников, отличающееся тем, что оно снабжено металлической направляющей, жестко соединенной с рукоятью с одной стороны посредством оси с резьбовым соединением, а с другой стороны сварным соединением - с несущей пластиной, в которой закреплены направляющие кольца и размещены съемные пробоотборники, при этом средство герметизации в виде металлической пластины П-образной формы выполнено с отверстиями и пазами и соединено пружинным механизмом с рукоятью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство герметизации выполнено подвижным и снабжено симметричными пазами, расположенными на уровне направляющей, а в металлической направляющей закреплены стопорные винты, симметрично по два с двух сторон, при этом головки стопорных винтов размещены в пазах средства герметизации с возможностью ограничения его движения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия металлической пластины П-образной формы, пазы и стопорные винты расположены с возможностью герметизации пробоотборников путем регулирования положения средства герметизации.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемные пробоотборники выполнены в виде трубок и изготовлены из жаропрочного материала, например меди, температура плавления которого превышает температуру электролита алюминиевого электролизера.
