Устройство для подачи порошкообразного исходного материала в электролизер

 

Сущность изобретения: в устройстве для подачи порошкообразного исходного материала в электролизер, например окиси алюминия при электролизном производстве алюминия, содержащем подающие и питающие средства, выполненные в виде бункера с трубопроводом, дозатора, вибратора с приводными средствами для создания механических колебаний и питающего узла, который выполнен в виде питающей трубы, питающего элемента, плотно установленного в трубе и соединенного с вибратором для создания вертикальных колебаний посредством поршневого вала. К питающей трубе присоединен регулирующий короб с открытой частью, размещенный в зоне расположения поверхности расплавленного электролита с возможностью работы в корке последнего, 1 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается устройства для подачи порошкообразного исходного материала или сырья, например окиси алюминия, в процесс электролиза алюминия, содержащего анодное и катодное устройства и средства для подачи порошкообразного сырья из бункера или аналогичного устройства в подающее или питающее устройство, с помощью которого сырье подается в расплавленный электролит.

Изобретение относится к области электролитического получения алюминия, достигаемого при электролизе с помощью самоспекающихся анодов, а также может быть использовано в электролизе с обожженными анодами для подачи или питания электролизера окисью алюминия и эквивалентным сырьем.

Известно, что в данной области процесс электролиза алюминия осуществляется как непрерывный процесс и подача сырья обычно производится периодически в виде дозированной подачи за счет прохождения сквозь корку электролита, а на практике - путем подачи неконтролируемой порции окиси алюминия, распределенной перед прохождением по корке.

В связи с известными способами подачи и средствами подачи главные неполадки происходят в процессе электролиза, обуславливая его нестабильность. Это помимо всего прочего обусловлено тем, что концентрация окиси алюминия с расплавленном электролите изменяется от максимальной величины в момент загрузки до минимальной величины в пусковой (начальной) момент загрузки до минимальной величины в пусковой (начальный) момент анодного эффекта. В результате этого расход электроэнергии увеличивается, эффективность тока уменьшается, а на дне электролиза появляется осадок. Главные проблемы, связанные с электролитическим получением алюминия, в настоящее время - как гарантировать надежное и простое питание электролиза без значительного разрушения корки электролита с тем, чтобы могла поддерживаться равномерная концентрация окиси алюминия в электролизе.

Из авт. св. RU N 126217 известно устройство для подачи порошкообразного исходного материала в электролизер, например окиси алюминия для электролиза алюминия, по которому окись алюминия подается в электролит, используя вибрационный способ. Цель этого способа заключается в ускорении растворения окиси алюминия в электролите и в предотвращении его осаждения на дно электролита. В соответствии с авторским свидетельством RU окись алюминия движется из бункера через диспергатор по трубопроводу к подающим средствам, вибрирующим с помощью вибрационных приводных средств.В первом альтернативном варианте питающие средства являются сферическим насосом, снабженным отверстиями для выгрузки окиси алюминия. С помощью вибрации ее амплитуда направлена горизонтально, посредством сферического насоса, погруженного в электролит, обеспечивается более интенсивное растворение окиси алюминия в электролите. В соответствии со вторым альтернативным вариантом горизонтальная плитка крепится на вибраторе, при этом ее вершина погружена в электролит. Подверженная вибрации окись алюминия поступает с плиты в электролит и цель ее в интенсификации процесса растворения окиси алюминия. Указанный известный процесс, реализуемый в известном устройстве, не используется из-за трудностей, связанных с поддержанием поверхности расплавленного электролита, открытой в месте подачи окиси алюминия, поскольку очень быстро на поверхности образуется корка, когда в контакт с электролитом вступает холодная окись алюминия. Дополнительные трудности обусловлены тем, что отсутствуют материалы, противостоящие расплаву криолита - окиси алюминия.

Цель изобретения - дальнейшее развитие описанной области техники с тем, чтобы устранить присущие ей недостатки.

Кроме того, цель изобретения - снижение затрат на энергию, связанную с подачей сыпучего исходного материала в расплав.

Еще одна цель изобретения - повышение надежности работы приводных средств.

Дополнительная необязательная цель изобретения - интенсификация сгорания анодных газов.

Для достижения вышеуказанных целей и тех, что описываются далее, изобретение отличается главным образом тем, что подающее устройство содержит коробку для регулируемой подачи сырья, с которой соединена труба подачи сырья, тем, что подающее или питающее устройство содержит питающие средства внутри коробки, предназначенные для приведения в действие и соединенные с помощью поршневого вала или аналогичного средства с вибратором для сообщения питающим средствам в основном вертикальной вибрации и тем, что подающее или питающее устройство содержит питающие средства внутри коробки, предназначенные для приведения в действие и соединенные с помощью поршневого вала или аналогичного средства с вибратором для сообщения питающим средствам в основном вертикальной вибрации и тем, что открытый нижний конец коробки размещается в непосредственной близости от поверхности расплавленного электролита, т.е. над ней, чтобы действовать в корке электролита.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения вибратор вертикальной вибрации содержит также средства, перемещающие его вертикально относительно поверхности расплава.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения пневматический вибратор используется в качестве подающих приводных средств, выпускной соединитель использованного воздуха которых соединен с установкой для сжигания анодного газа с помощью газопровода, прикрепленного к стенке анодного короба.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения нижний конец питающей трубы выполняет функцию управляющей коробки, установленной в устройстве впуска анодного газа.

По сравнению с традиционным способом подачи сырья расход электроэнергии в соответствии с изобретением может быть существенно уменьшен, а эффективность тока увеличена, так как анодный эффект может быть значительно уменьшен. Кроме того, при герметичной подаче сырья улучшается термобаланс электролиза. Расход присадок, необходимых для улучшения состава электролита, а также стоимость, связанная с работой людей, могут быть также снижены.

На фиг.1 дан общий вид конструкции электролизера; на фиг. 2 - вид в вертикальном сечении A-A на фиг.1 и вид в горизонтальном сечении B-B на фиг.2; на фиг. 3 - подача сырья в расплав и вертикальная передающая система питающих средств.

Для получения алюминия в электролизе предусмотрены анодное устройство 1, катодное устройство 2, узел 3 регенерации анодных газов средства 4 сжигания анодного газа, бункер 5 для порошкообразного исходного материала или сырья, под которым расположены диспергаторы 6, соединенные с трубопроводом 7, ведущим к средствам 8 подачи сырья. Трубопровод 7, предназначенный для транспортировки сырья, снабжен вибратором 9 продольной вибрации.

Питающие или подающие средства порошкообразного сырья содержат вибратор 10, создающий вертикальную вибрацию, соединенный поршневым валом 11 с помощью зажимного элемента 12 с питающими средствами 13, плотно установленными в питающей трубе 14, нижний конец которых выполняет функцию коробка 15, регулирующего подачу сырья.

Вал, прикрепленный к верхнему концу питающих средств 13, проходит через верхнюю стенку короба 15, регулирующего питание. Впуск герметизирован эластичной гармошкой 26 или аналогичным герметизирующим приспособлением.

Как показано на фиг.2,a, по крайней мере нижний конец короба 15, регулирующего питание, имеет прямоугольную форму в горизонтальном сечении. Нижний конец питающих средств 13 также прямоугольный в аналогичном горизонтальном сечении. Между внутренней поверхностью короба 15 и наружной поверхностью питающих средств 13 имеется соответствующий небольшой зазор, находящийся в непосредственной близости от нижнего конца питающих средств 13, величина которого обычно составляет =5-15 мм, и более предпочтительно = 7-10 мм. Через этот зазор сырье проходит под действием вибрации питающих средств 13 в отверстие 22 в корке 25 расплавленного электролита 23.

При использовании пневматического вибратора 10 в качестве приводных средств в питающих средствах порошкообразного сырья предусматривается система впуска и выпуска сжатого воздуха. Таким образом, трубный соединитель 16 использованного воздуха соединен с газопроводом 17, снабженным средствами 4 сжигания анодного газа, который закреплен для нагревания воздуха на стене анодной коробки 18.

Для вертикального перемещения вибратора 10 и одновременно для передачи питающих средств 13 предусмотрены средства 19, например пневматический диафрагменный привод, который с помощью рычажной системы 20 крепится к вибратору 10.

Описанный выше электролизер для получения алюминия работает следующим образом.

Порошкообразный исходный материал, например окись алюминия, поступает из бункера 5 к диспергатору 6, из которого он по герметичному трубопроводу 7 направляется с помощью вибратора 9 к питающей трубе 14. С помощью вибратора 10 поршневой вал 11 вместе с питающими средствами 13, прикрепленными к нему, осуществляют возвратно-поступательное вертикальное вибрационное движение V. Благодаря вибрации V сырье проходит из питающей трубы 14 в короб 15, регулирующий подачу сырья, в результате оно становится теплым постепенно по мере движения вниз. Поскольку сырье подается в электролиз непрерывно небольшими порциями, то оно нагревается до 300 - 400^oC. Таким образом, создаются условия для улучшения растворения сырья в электролите и сведения к минимуму образования корки 25. В процессе движения вниз сырье поступает под питающие средства 13 и начинает там накапливаться. Когда алюминиевый столбец, образовавшийся таким образом, касается питающих средств 13, то начинается их активное воздействие на этот столбец, передающее проникающее усилие корке 25 электролита.

Иначе, в том месте, где сырье поступает внутрь, подаваемый исходный материал должен действовать в качестве инструмента для прохождения сквозь непрерывно образующуюся корку 25.

В том месте, где окись алюминия поступает в расплав 23, возле него непрерывно образуется корка 25 электролита и достигает значительной толщины, в частности, в непосредственной близости от выходного отверстия 21 короба. Это объясняется тем, что на начальной стадии подачи окиси алюминия в электролит такая корка 25 образуется первой, толщина которой растет в процессе продолжающейся подачи холодной окиси алюминия до заданной величины, после этого слой 24 окиси алюминия накапливается на корке. Когда столбец окиси алюминия касается питающих средств 13, то начинается их активное воздействие на этот столбец, который передает проникающее усилие на корку 25 электролита. Под действием этого усилия корка 25 в пределах рабочей зоны питающих средств 13 прогибается и образуется своего рода отверстие 21, через которое в дальнейшем будет производиться подача окиси алюминия. Прочность и толщина корки 25 вокруг отверстия 21 являются большими, поэтому, когда столбец окиси алюминия впрессовывается через отверстие 21 короба, возникают большие силы трения, которые необходимо преодолеть питающим средствам 13.

Для того чтобы подать сырье в расплав 23 без помех, а также для обеспечения более надежной работы подающих средств средства 19 приводятся в действие с интервалом в 30-60 мин, перемещая через рычажную систему 20 вибратор 10 вертикальных вибраций вниз примерно на 150-209 мм. Благодаря одновременному действию вибрации питающие средства 13 также перемещаются на аналогичное расстояние вниз, пока не коснутся поверхности расплава 23. После этого вся система возвращается в первоначальное положение и обычная операция, описанная выше, повторяется. В качестве предупредительной меры используются дополнительные перемещения питающих средств 13 для очистки отверстия 22 на поверхности в корке 25 электролита.

При использовании пневматического вибратора 10 пульсирующий воздух, используемый в нем, первоначально нагретый теплом стенки анодной коробки 18, направляется через соединитель 16 и газопровод 17 к средствам 4 сжигания анодного газа. Пульсирующий сжатый воздух повышает эффективность сгорания смол и канцерогенных веществ, уменьшает загрязнение воздуха.

Когда нижний конец питающих средств 13 постоянно подвергается вибрации и контактирует с окисью алюминия, то он изнашивается. Поэтому для компенсации износа и поддержания нижнего конца питающих средств 13 на заданном уровне над поверхностью расплава 23 питающие средства 13 могут в процессе поддержания быть удлинены путем отрезания изношенной части и приваривания новой части к нижнему концу или же питающие средства 13 могут быть заменены целиком.

Устройство было испытано в промышленных условиях, которые подали окись алюминия с расплав с помощью вибрации питающих средств 13. Сообщение питающим средствам 13 вибрации заданных амплитуд и частот существенно снижают силу трения между столбцом окиси алюминия и стенками отверстия 21 в электролите, одновременно уменьшая расход энергии, если учесть еще и расплав 23. Вследствие более надежной подачи сырья с расплав 23 и лучшего удаления анодных газов от корки 25 электролита вибрирующие питающие средства 13 погружались время от времени в расплав 23 электролита, откуда они удалялись путем соединения вибратора 10 вертикальных вибраций с вертикальными передающими средствами 19, движущимися относительно расплава 23. Кроме того, конструкция позволяет поддерживать отверстие 21 в корке 25 электролита чистым за счет задержки роста корки 25. Вибратор 10 работает на сжатом воздухе. После того, как сжатый воздух высвободит энергию питающих средств 13, пульсирующий сжатый воздух, первоначально нагретый с помощью анода, регенерируется и направляется к средствам сжигания анодного газа, в которых всегда господствует кислородная недостаточность. Благодаря пульсирующему потоку воздуха температура сгорания анодных газов увеличивается, обеспечивая большее эффективное сжигание смолы, а также разрушение и сгорание канцерогенных веществ в простые основные элементы.

Формула изобретения

1. Устройство для подачи порошкообразного исходного материала в электролизер, например окиси алюминия при электролизном производстве алюминия, содержащее подающие и питающие средства, выполненные в виде бункера с трубопроводом, дозатора, вибратора с приводными средствами для создания механических колебаний и питающего узла, отличающееся тем, что питающий узел выполнен в виде питающей трубы, питающего элемента, плотно установленного в трубе и соединенного с вибратором для создания вертикальных колебаний посредством поршневого вала, и присоединенного к питающей трубе регулирующего короба с открытой нижней частью, размещенного в зоне расположения поверхности расплавленного электролита с возможностью работы в корке последнего.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поршневой вал соединен с питающим элементом посредством сжимающегося элемента, например эластичной гармошки.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для вертикального перемещения вибратора и питающего элемента, обеспечивающими подвод нижней части питающего элемента к зоне расположения поверхности расплава и под корку электролита.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что короб и питающий элемент в нижней своей части выполнены с прямоугольной формой поперечного сечения и установлены с зазором 5 - 15 мм, предпочтительно 7 - 10 мм, между внутренней поверхностью короба и наружной поверхностью питающего элемента.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что приводные средства вибратора выполнены в виде пневмопривода, соединенного со стороны впуска воздуха посредством газопровода с устройством сжигания анодного газа.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что газопровод, соединяющий пневмопривод с устройством сжигания анодного газа, выполнен с возможностью соединения со стенкой анодной емкости.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что регулирующий короб выполнен с возможностью сообщения его полости со средствами регенерации анодного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3