ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия, в частности, к оборудованию для питания электролизеров сырьем как с самообжигающимся, так и обожженными анодами.

Процесс электролиза алюминия осуществляется непрерывно, в питание электролизеров глиноземом, как правило, периодически. Обычно питание осуществляется путем пробивки корки по длине электролизера и введением определенной порции глинозема засыпаемой прямо на корку. При таком питании потери глинозема от общего потребления составляют по официальным данным до 10% что для среднего алюминиевого завода составляет десятки тысяч тонн глинозема в год, причем потери глинозема, связанные с пылеуносом составляют значительную долю. Такие потери вызывают ухудшение состояния окружающей среды. Кроме того, при таком питании в процессе электролиза вносятся значительные возмущения, приводящие к дестабилизации технологического режима. Это вызвано тем, что концентрация глинозема в расплаве изменяется от максимальной, сразу после загрузки, до минимальной величины, в момент наступления анодного эффекта.

В результате этого повышается расход электроэнергии и снижается выход по току, наблюдается выпадение осадка на подине электролизера.

Известен способ питания глиноземом алюминиевых электролизеров по а.с. СССР N 126271, кл. 4 СС 4, 1959, по которому было предложено в электролит подавать глинозем с применением вибрации. По мнению автора, изобретение позволяет быстро растворить глинозем в электролите и предотвратить выпадение осадков на подине.

Технология по данному изобретению реализуется следующим образом. Из бункера через дозирующее устройство глинозема по трубопроводу поступает к питателю, который при помощи вибропривода подвергают вибрации.

В первом варианте питатель представляет собой шаровидную помпу с отверстиями для выхода глинозема. Под действием вибрации, амплитуда которой направлена горизонтально, шаровидная помпа, погруженная в электролит, способствует, по мнению автора, интенсивному растворению глинозема в электролите. По другому варианту к вибратору крепится горизонтальная пластина с наконечником, которая погружена в электролит.

Под действием вибрации глинозем с пластины попадает в электролит к наконечнику, который ускоряет процесс растворения.

Данная технология на нашла применения на практике из-за трудностей, связанных с поддержанием открытой поверхности расплавленного электролита в месте ввода глинозема, так как на ней быстро образуется корка при контакте холодного глинозема с электролитом. Кроме того, трудности возникают из-за отсутствия материалов, длительно устойчивых к криолит-глиноземным расплавам.

Известен способ непрерывного питания алюминиевого электролизера по патенту США N 2713024, кл. 204-67, 1955 г. по которому глинозем непрерывно подается под питатель, установленный над поверхность расплава в трубе, а сам глинозем вводится в расплав под действием давления, создаваемого питателем на столб глинозема, который образуется в месте его ввода.

Особенность данного способа заключается в том, что сам питатель, создающий давление на столб глинозема при его введении в расплав, не соприкасается с расплавом.

Технология по данному патенту реализуется независимо от типа электролизеров устройствами, содержащими бункер, под которым располагают дозирующий узел шнекового типа и транспортный трубопровод, который соединяет дозирующий узел с питателем. В качестве питателей используются различные механизмы шнекового, поршневого типа, кривошипный механизм, преобразующий вращательное движение маховика в возвратно-поступательное движение поршня, который установлен в питающей трубе над поверхностью расплава.

Устройство для питания глиноземом в зависимости от типа электролизера может быть установлен сбоку, внутри или между анодами.

При всех достоинствах известной технологии, она не нашла распространения из-за сложности преодоления значительных сил, возникающих в месте ввода сырья через корку электролита в расплавленный электролит.

Целью изобретения является повышение эффективности работы электролизера за счет стабильной дозируемой подачи сырья в электролизер.

Поставленная цель достигается тем, что в электролизере для получения алюминия, содержащем самообжигающийся анод, заключенный в анодный кожух, катодное устройство, колокольный газосборник, устройство для подачи сырья в электролизер, включающее в себя бункер с разгрузочным окном, дозирующее устройство, транспортный трубопровод, рабочий орган с приводом и устройством для ввода сырья в электролизер, рабочий орган снабжен вибрационным приводом и приводом вертикального перемещения, а дозирующее устройство выполнено в виде поворотного на оси мерного стакана, коаксиально установленного под разгрузочным окном бункера, и снабженного в нижней и верхней частях отсекателями потока сырья, при этом поворотный стакан кинематически связан с приводом вертикального перемещения рабочего органа, а устройство для ввода сырья в электролизер снабжено закрепленными на секции колокольного газосборника неподвижным приемным стаканом для сырья, на днище которого свободно установлена втулка, охватывающая с зазором шток рабочего органа, при этом внутри приемного стакана установлен кромками вниз внутренний стакан меньшего размера, чем приемный стакан, который жестко закреплен на штоке рабочего органа. Кроме того, в электролизере под разгрузочным окном бункера установлена промежуточная емкость, соединенная через дозирующее устройство с транспортным трубопроводом, а дозирующее устройство снабжен корпусом, в котором установлен мерный стакан с зазором относительно стенок корпуса и который выполнен с возможностью одновременного взаимного вращения с поворотным мерным стаканом. Кроме того, в устройстве для ввода сырья в электролизер нижняя кромка внутреннего стакана, обращенная к штоку рабочего органа, снабжена стрелообразным уступом. Кроме того, вибрационный привод и привод вертикального перемещения рабочего органа жестко закреплены на стенке анодного кожуха, а рабочий орган выполнен с возможностью регулирования его длины относительно колокольного газосборника, по мере его износа. Кроме того, устройство для ввода сырья в электролизер соединено двумя транспортными трубопроводами, каждый из которых соединен через дозирующее устройство и промежуточную емкость с бункером.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем.

В месте подачи глинозема в расплав и вокруг него постоянно образуется корка электролита, причем ее толщина имеет значительную величину, особенно вокруг места подачи. Это вызвано тем, что в первоначальный период при подаче глинозема в расплавленный электролит сначала образуется корка, которая по мере поступления холодного глинозема растет до определенного размера, затем на этой корке накапливается глинозем. Как только столб глинозема касается рабочего органа питателя, начинается его активное воздействие на этот столб, который передает усилие продавливания на корку электролита.

Под действием этого усилия корка в зоне действия рабочего органа продавливается и возникает своего рода "прорубь", через которую непрерывно подается глинозем. Прочность и толщина корки вокруг этой проруби имеют значительную величину и поэтому при подаче столба глинозема через эту "прорубь" возникают значительные силы трения, которые необходимо преодолеть. Снабжение рабочего органа вибрационным приводом и приводом вертикального перемещения позволяет снизить силы трения ввода сырья и кроме того проводить профилактическую операцию по поддержанию "проруби" в открытом состоянии. Использование дозирующего устройства в виде поворотного мерного стакана, кинематически связанного с приводом вертикального перемещения рабочего органа позволит точно дозировать подачу сырья в электролизер.

Использование устройства для ввода сырья предложенной конструкции позволит исключить выход анодных газов из подколокольного газосборника (образуется своего рода песочный затвор) в месте ввода сырья и обеспечить при этом равномерное питание электролизера.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от него признаками, предложенными в отличительной части формулы изобретения.

Сравнение предложенного технического решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники показывает, что совокупность как известных, так и неизвестных признаков позволяет получить положительный эффект более высокого уровня по сравнению с прототипом, а именно:
повысить эффективность работы электролизера;
снизить потери сырья благодаря снижению условий его уноса;
повысить надежность работы устройств по доставке сырья в электролизер.

На фиг. 1 показан электролизер для получения алюминия; на фиг.2 устройство для ввода сырья в электролизер; на фиг.3 дозирующее устройство в период заполнения его сырьем; на фиг.4 дозирующее устройство в период его разгрузки от сырья; на фиг.5 устройство для ввода сырья в электролизер.

Электролизер для получения алюминия содержит самообжигающийся анод 1, заключенный в анодный кожух 2, катодное устройство 3, колокольный газосборник 4 для улавливания анодных газов, устройство для подачи сырья, которое включает в себя бункер 5 с разгрузочным окном 6, промежуточную емкость 7 с разгрузочным окном 8, дозирующее устройство, которое содержит поворотный мерный стакан 9, установленный в корпусе 10 кинематически связанные при помощи элементов 11 с приводом вибрационного и вертикального перемещения 12, транспортный трубопровод 13, верхний и нижний отсекатели потока 14; устройство для ввода сырья и электролизер, которое состоит из неподвижного приемного стакана 15, на днище которого установлена втулка 16, внутреннего стакана 17, закрепленного на штоке 18 рабочего оpгана 19, причем кромка стакана снабжена стрелообразным уступом 20. Кроме того, на фигурах показана корка электролита 21 с прорубью 22, расплав электролита 23, сыпучее сырье 24 (глинозем).

Электролизеры для получения алюминия работает следующим образом.

Из бункера 5 сыпучее сырье 24 через разгрузочное окно 6 поступает в промежуточную емкость 7, назначение которой снизить воздействия обвального обрушения сырья 24 из бункера 5 на дозирующее устройство и исключить уплотнение сырья в зоне загрузки его и дозирующее устройство. Затем через разгрузочное окно 8 сырье 24 поступает в дозирующее устройство.

В исходном положении поворотный мерный стакан 9 коаксиально установлен относительно разгрузочного окна 8, а нижний конец корпуса 10 перекрыт отсекателем потока 14. В этом положении сырье 24 заполняет весь объем мерного стакана 9. Через определенный промежуток времени (который задается технологией) срабатывает привод 12 вертикального перемещения рабочего органа 19, под действием которого он перемещается вниз на очистку "проруби" 22. Так как привод 12 кинематически связан с корпусом 10 и мерным стаканом 9, то, благодаря элементу 11, осуществляется поворот дозирующего устройства. При этом повороте верхний отсекатель потока 14 перекрывает разгрузочное окно 8 и подача сырья 24 в мерный стакан 9 прекращается. В то же время нижние отверстия стакана 9, а с ним и корпуса 10 выходят из зоны действия нижнего отсекателя потока 14 и дозируемая порция сырья 24 поступает в транспортный трубопровод 13. Так как дозирующее устройство связано с приводом 12, которое выполняет одновременно функции вибратора, то через кинематическую связь эта вибрация (ее незначительная часть) передвигается всем элементам дозирующего устройства, обеспечивая надежное заполнение мерного стакана 9, повышает точность дозирования и, в то же время, обеспечивая полную его разгрузку. Незначительные просыпи сырья 24, которые могут наблюдаться при поворотах дозирующего устройства, улавливаются в пространстве между мерным стаканом 9 и корпусом 10. В конечном счете эти просыпи поступают в транспортный трубопровод 13 без потерь. Далее сырье 24 через транспортный трубопровод 13 поступает в неподвижный приемный стакан 15. При его заполнении до уровня, когда нижняя кромки внутреннего стакана 17 с ее стрелообразным уступом 20 входит в контакт с сырьем 24 и под действием вибрации внутреннего стакана 17, который закреплен на штоке 18, происходит подбрасывание сырья вверх. Оно, опускаясь, попадает в зазор между штоком 18 и втулкой 16 и далее в зону действия рабочего органа 19.

Конструктивное исполнение неподвижного приемного стакана 15 и внутреннего стакана 17 при наличии в них сырья позволяет обеспечить своего рода "песочный" затвор, который препятствует выходу анодных газов из под колокольного пространства. Очистка проруби 22 производится периодически, при этом рабочий орган 19, непрерывно вибрируя, перемещается вниз. За это время дозирующее устройство разгружается от сырья 24. При перемещении рабочего органа 19 в положение вверх (рабочее положение) дозирующее устройство занимает исходное положение "загрузка". Цикл этот повторяется непрерывно. При этом сырье 24 непрерывно поступает в электролизер в количестве, необходимом и достаточном для процесса электролиза.

Данный электролизер прошел промышленные испытания и показал высокую эффективность.

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия, в частности к оборудованию для питания электролизеров сырьем как самообжигающихся, так и обожженными анодами. Сущность: электролизер для получения алюминия содержит самообжигающийся анод, катодное устройство, колокольный газосборник, устройство для подачи сырья, которое включает в себя бункер, транспортный трубопровод, рабочий орган с вибрационным приводом и приводом вертикального перемещения, дозирующее устройство, выполненное в виде поворотного мерного стакана, установленного коаксиально под разгрузочным окном бункера и кинематически связанного с приводом вертикального перемещения, а устройство для ввода сырья в электролизер снабжено на секции колокольного газосборника неподвижным приемным стаканом, внутри которого установлен кромками вниз внутренний стакан, жестко закрепленный на штоке. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, содержащий самообжигающийся анод, заключенный в анодный кожух, катодное устройство, колокольный газосборник, устройство для подачи сырья в электролизер, включающее в себя бункер с разгрузочным окном, дозирующее устройство, транспортный трубопровод, рабочий орган с приводом и устройством для ввода сырья в электролизер, отличающийся тем, что оно снабжено вибрационным приводом и приводом вертикального перемещения рабочего органа, а дозирующее устройство выполнено в виде поворотного на оси мерного стакана, коаксиально установленного под разгрузочным окном бункера и установленными в нижней и верхней частях отсекателями потока сырья, при этом поворотный стакан кинематически связан с приводом вертикального перемещения рабочего органа, а устройство для ввода сырья в электролизер выполнено с закрепленным на секции колокольного газосборника неподвижным приемным стаканом для сырья, на днище которого свободно установлена втулка, охватывающая с зазором шток рабочего органа, при этом внутри приемного стакана установлен кромками вниз внутренний стакан меньшего размера, чем приемный стакан, который жестко закреплен на штоке рабочего органа. 2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что под разгрузочным окном бункера установлена промежуточная емкость соединенная через дозирующее устройство с транспортным трубопроводом. 3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что дозирующее устройство выполнено с корпусом, в котором установлен мерный стакан с зазором относительно стенок корпуса, выполненного с возможностью одновременного взаимного вращения с мерным стаканом. 4. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что в устройстве для ввода сырья в электролизер нижняя кромка внутреннего стакана, обращенная к штоку рабочего органа, выполнена со стрелообразным уступом. 5. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что вибрационный привод и привод вертикального перемещения рабочего органа жестко закреплены на станке анодного кожуха. 6. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен с возможностью регулирования его длины относительно колокольного газосборника по мере его износа. 7. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что устройство для ввода сырья в электролизер соединено двумя транспортными трубопроводами, каждый из которых соединен через дозирующее устройство и промежуточную емкость с бункером.