ТОЧЕЧНЫЙ ПИТАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК C25C3/14 

Изобретение относится к точечным питателям, предназначенным для подачи добавок, таких как окись алюминия или фторид алюминия, в электролизеры для выплавок алюминия, в частности в электролизеры с самообжигающимися анодами, где анод имеет приблизительно прямоугольный корпус из стали или чугуна, причем добавки подаются в электролит электролизера через отверстие в корке электролита, которое делается с помощью пробойного устройства, содержащего ударный элемент, связанный с цилиндропоршневым узлом.

При получении алюминия с помощью процесса Холла-Эруля следует различать два принципа конструкции. Так, электролизер может иметь самообжигающиеся аноды так называемые аноды Зедерберга, которые являются непрерывными, или могут иметь готовые обожженные аноды из угля так называемые предварительно обожженные аноды, которые необходимо заменять во время проведения электролиза, так как они постепенно расходуются.

В обоих этих типах электролизеров анод располагается над катодом, который в принципе имеет одну и ту же конструктивную схему и включает в себя прямоугольную стальную оболочку, которая на своей внутренней стороне имеет тепловую изоляцию из огнеупорных кирпичей на дне и по бокам. На высокотемпературной стороне оболочки, внутри от тепловой изоляции, имеется угольная обкладка. Эта обкладка выполняется в виде полого контейнера, в котором находятся электролит и осажденный алюминий. В угольной обкладке располагаются стальные стержни так называемые катодные стержни, которые создают электрическую связь между угольным катодом и внешними стержнями шины.

Электролит представляет собой окись алюминия, растворенную в расплавленном криолите, и небольших других добавок, обычно фторида алюминия и фторида кальция. Во время электролиза используется окись алюминия, и она разлагается на кислород, который сразу реагирует с углом анода, и алюминий, который под действием силы тяжести оседает на дно катода. Используются также и другие добавки, а для поддержки химического баланса электролита необходимо подавать новые добавки вместо тех, которые расходуются.

Уже давно известны конструкции для подачи добавок в электролит с помощью одного или более точечных питателей, расположенных на аноде (вводимых через уголь анода), сбоку от анода или, если это электролизер с предварительно обожженными анодами, между угольными блоками анода. Такие конструкции описаны, например, в патенте Норвегии N 844448, 1954.

Точечные питатели не нашли широкого использования вплоть до последнего десятилетия, причем их использование было ограничено лишь электролизерами с предварительно обожженными анодами. Причина неиспользования точечных питателей ранее, очевидно, состоит в том, что не имелось хорошо разработанных систем управления, и в том, что сами питатели не были достаточно стойкими для того, чтобы выдержать вредное воздействие рабочих условий в электролизерах.

Точечные питатели имеют несколько преимуществ. Так, работа электролизеров может быть оптимизирована путем поддержания химического баланса электролита на постоянном уровне. Кроме этого, уменьшается объем ручных операций и объем технического обслуживания, а выделение газов в большой степени предотвращается, так как электролизеры являются полностью закрытыми.

Что касается электролизеров с самообжигающимися анодами, то подача в них добавок по-прежнему осуществляется с помощью обычного способа путем пробивания корки между анодом и стороной электролизера с использованием пробойного устройства и подачи окиси алюминия в расплав с тележки или другого средства.

Точечные питатели, разработанные для электролизеров с предварительно обожженными анодами, не могут быть сразу использованы для электролизеров с самообжигающимися анодами, так как конструкции анодов, рассчитанные на использование в этих двух типах электролизеров, являются различными. В противоположность электролизерами с предварительно обожженными анодами, в которых точечные питатели могут быть расположены между угольными блоками анода и в которых вся анодная конструкция встроена под крышкой, электролизеры с самообжигающимися анодами являются полностью открытыми по отношению к окружающей среде, и единственной реальной возможностью расположения точечных питателей могла бы быть их установка между анодом и боковой коркой электролизера. Одной из главных причин, не позволивших ранее использовать точечное питание в электролизерах с самообжигающимися анодами, является то, что не были разработаны точечные питатели, которые могли бы быть использованы в назначенном месте.

В авт. св. СССР N 1560636 описано устройство для точечного питания электролизеров с самообжигающимися анодами, в которых точечный питатель располагается в отверстии в корпусе анода. Если бы было нужно использовать такое техническое решение в существующих электролизерах с самообжигающимися анодами, то пришлось бы изменить конструкцию корпуса анода, что обусловило бы большие расходы. Кроме этого, такой точечный питатель имеет конструкцию обычного типа, в которой пробойное устройство содержит цилиндро-поршневой узел, снабжено вертикальной трубкой, открытой в нижней части в направлении электролита, и в которой добавки подаются через патрубок, куда они подаются через вертикальную трубу. В названной конструкции шток поршня цилиндро-поршневого узла открыт для воздействия газа, пыли и тепла от электролита, и это, в сочетании с боковыми силами, воздействующими на пробойник, скоро приводит к протеканию уплотнения между штоком поршня и цилиндром в результате износа.

Настоящим изобретением предусматривается создание точечного питателя, который свободен от названных недостатков, т.е. который является прочным и надежным, но при этом является дешевым с точки зрения изготовления и простым в эксплуатации.

Такой точечный питатель рассчитан, в частности, на его расположение на газовом кожухе корпуса анода электролизеров с самообжигающимися анодами, но он может также быть расположен вне газового кожуха, т.е. в пространстве между газовым кожухом и стороной катода.

Этот точечный питатель имеет такую конструкцию, что шток поршня цилиндро-поршневого узла не подвергается действию боковых сил. Кроме этого, цилиндро-поршневой узел, включая шток поршня, не приходит в контакт с газом, пылью и теплом от электролита. Изобретение отличается особенностями, выраженными в прилагаемой формуле изобретения. Ниже один из вариантов конструкции точечного питателя по настоящему изобретению будет описан со ссылками на прилагаемый чертеж.

На чертеже представлен вертикальный поперечный разрез точечного питателя, установленного на электролизере с самообжигающимся анодом (показана лишь часть электролизера). Он содержит: корпус (раму) 1, внутри которого находится пробойное устройство 2, и патрубок 28, соединенный с корпусом и служащий для подачи добавок в электролит 11.

Корпус 1 включает в себя верхнюю часть 3, 4, полностью или частично открытую по отношению к окружающей среде, и нижнюю часть 5, открытую внизу, но закрытую относительно верхней части и закрытую по отношению к окружающей среде. Чтобы облегчить установку и снятие точечного питателя, верхняя часть корпуса разделена на два компонента, которые связаны между собой с помощью фланцевого соединения 6 с винтами 7.

Аналогичное фланцево-винтовое соединение 8, 9 использовано между верхней частью 3, 4 и нижней частью 5 корпуса.

Как отмечалось, пробойное устройство 2 расположено внутри корпуса 3, 4, 5. Оно состоит из цилиндропоршневого узла 12 с ударным элементом 14. Ударный элемент 14 соединен со штоком 13 поршня через шарнир 16 и проходит вниз через втулку 17, а цилиндро поршневой узел на другой своей стороне соединен с универсальным шарниром 18. Цель такой конструкции пробойного устройства 2 - предотвращение воздействия на шток 13 поршня боковых сил, когда ударный элемент 14 с усилием проходит через корку 10. Благодаря этому в большой степени предотвращается износ штока 13 поршня и уплотнения цилиндропоршневого узла.

Втулка 17 направляет ударный элемент 14 и служит для снятия, во время возвращения этого элемента в исходное положение, всех частиц электролита, которые могли налипнуть на этот элемент. Зазор между ударным элементом и втулкой является настолько малым, что предотвращается выход газа и пыли в верхнюю часть корпуса (окружающую среду).

Втулка снабжена фланцем 20 и опирается через этот фланец на выступающее внутрь фланцевое соединение 8 между верхней и нижней частями корпуса 1. Фиксирующий штырь 19, проходящий через стенку корпуса сверху от фланца 20, удерживает втулку 17 в фиксированном положении.

Фланец 20, соединяя втулку с корпусом, служит также элементом, закрывающим отверстие между верхней и нижней частями корпуса.

Как отмечалось, такой точечный питатель является подходящим для подачи добавок через газовый кожух корпуса анода электролизеров с самообжигающимися анодами. На чертеже показано, что точечный питатель расположен на верхней стороне газового кожуха 21. Он опирается на газовый кожух и удерживается на месте с помощью направляющей 22 на нижней части 5 корпуса, которая проходит выше через отверстие 23 в кожухе. Точечный питатель прикреплен к корпусу 26 анода с помощью кронштейнов 24 и винтовых соединений 25. Поэтому точечный питатель не связан с газовым кожухом своей нижней частью 5, а для ремонта и технического обслуживания его можно просто снять и заменить новым питателем, путем отвинчивания винтов 25 и отсоединения корпуса цилиндропоршневого узла 12 и подающей трубы (не показана) патрубка 28.

Благодаря простоте прикрепления точечного питателя к корпусу анода, представляется возможным оснастить существующие электролизеры с самообжигающимися анодами такими точечными питателями, осуществив лишь небольшие изменения.

Что касается патрубка 28 для подачи добавок в электролит, то он связан с нижней частью 5 корпуса. Добавки подаются в патрубок через не показанную трубу от дозирующего устройства, которое, предпочтительно, располагается вблизи точечного питателя на аноде. Как вариант, это дозирующее устройство может быть типа, описанного в заявке на патент Норвегии N 874220, поданной заявителями настоящей заявки.

Как отмечалось, нижняя часть 5 корпуса точечного питателя образует закрытое пространство по отношению к верхней части 3, 4 корпуса. Поэтому предотвращается воздействие на цилиндропоршневой узел пыли, тепла и газов, имеющихся в нижней части 5 корпуса и под газовым кожухом 21. Кроме этого, верхняя часть 3, 4 корпуса снабжена отверстиями 27, или каким-то другим образом открыта по отношению к окружающей среде, благодаря чему воздух циркулирует через верхнюю часть корпуса и охлаждает цилиндропоршневой узел. При использовании описываемой конструкции точечного питателя будет достигаться увеличение срока службы цилиндропоршневого узла.

Описываемый точечный питатель работает следующим образом. Когда нужно подать в расплав добавки (главным образом, окись алюминия), ударный элемент 14 перемещается вниз с помощью цилиндропоршневого узла 12 и делает отверстие в корке 10. После этого ударный элемент возвращается в свое исходное положение, и все частицы электролита, которые могли прилипнуть к ударному элементу, удаляются нижней кромкой втулки 17. Затем можно подавать добавки в расплав через отверстие корки с помощью патрубка 28.

Возникает вероятность короткого замыкания, когда ударный элемент проходит в расплав, поэтому верхняя часть 3, 4 корпуса с цилиндро-поршневым узлом, ударным элементом и втулкой 17 электрически изолирована относительно анода (корпуса анода и газового кожуха).

Что касается корпуса точечного питателя, то он может быть выполнен из стальных труб с любым поперечным сечением, например, квадратным, круглым и т. д. Как вариант, верхняя часть 3, 4 корпуса может представлять собой полностью открытую рамную конструкцию из стальных стержней.

Следует заметить, что хотя ранее и говорилось, что точечный питатель, предпочтительно, располагается на корпусе анода и служит для подачи добавок через газовый кожух, точечный питатель может также использоваться для подачи добавок через оболочку вне газового кожуха. В этом случае предпочтительно, чтобы нижняя часть 5 корпуса проходила вниз вплоть до корки. Следует также подчеркнуть, что предлагаемый точечный питатель может использоваться не только в электролизерах с самообжигающимися анодами, но также и в электролизерах с предварительно обожженными анодами.

Использование: заявка относится к конструкции точечного питателя для подачи добавок в алюминиевый электролизер. Сущность: точечный питатель выполнен в виде корпуса, состоящего не менее, чем из двух трубчатых секций, соединенных фланцевым соединением. Пробойник проходит через направляющую в виде стакана, установленную между верхней и нижней частями корпуса, подающий патрубок расположен в нижней части корпуса. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Точечный питатель электролизера для получения алюминия, в частности электролизера с ванной-катодом, самообжигающимся анодом с прямоугольным кожухом из стали или чугуна, газосборным колоколом, содержащий пробойник, размещенный в корпусе питателя с подающим патрубком, закрепленным на кожухе анода и газосборном колоколе, привод со штоком, соединенным с пробойником, отличающийся тем, что корпус питателя выполнен в виде не менее чем двух трубчатых секций, соединенных фланцевым соединением, на стыке нижней и верхней частей закреплена направляющая в виде стакана, через который пропущен пробойник, крепление стакана выполнено в виде буртика, размещенного на фланцевом соединении, и верхняя часть верхней трубчатой секции выполнена открытой по отношению к окружающей среде, подающий патрубок расположен в нижней части корпуса. 2. Питатель по п.1, отличающийся тем, что соединение пробойника со штоком выполнено шарнирным. 3. Питатель по п.2, отличающийся тем, что шарниры выполнены универсальными. 4. Питатель по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть корпуса питателя выполнена из стальных труб с круглым или квадратным и другим поперечным сечением. 5. Питатель по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть корпуса выполнена в виде рамы из стальных труб с круглым или квадратным или другим поперечным сечением.