УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ СЫРЬЯ В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР Российский патент 1997 года по МПК C25C3/22 

Изобретение относится к алюминиевой промышленности и может быть использовано для повышения эффективности технологии получения алюминия.

Известны различные устройства для подачи сырья в алюминиевый электролизер. Наибольшее распространение получили устройства, связанные с пробивкой корки электролита. Пробивку корки выполняют устройствами, снабженными рабочим органом в виде стержня, например, по а.с. N 1025756, кл. С 25 С 3/22, 1981 г, в виде цилиндра по а.с. N 1837631, кл. С 25 С 3/14, 1991 г, продавливающей балки, например, по а.с. N 899723, кл. С 25 С 3/14, 1979г и др. В периодически образуемые такими органами отверстия подают глинозем под корку электролита.

Недостатком таких и подобным им устройств является необходимость проведения операции пробивки корки электролита.

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение по а.с. N 803531, кл. С 25 С 3/22, 1979. Известное устройство, принятое за прототип, содержит утепленную плиту (поворотную крышку), снабженную приводом и затвором с электроизоляционной прокладкой.

Засыпка глинозема в ванну электролизера производится поворотом плиты через образуемый при этом зазор между крышкой плиты и анодным кожухом.

Недостатком известного устройства является то, что в ней не обеспечивается точная дозировка. Засыпка глинозема производится периодически такими порциями, при которых только часть глинозема растворяется в электролите, а другая часть выпадает в осадок.

Плита, выполненная в известном устройстве из металла, не обеспечивает такой теплоизоляции, которая исключала бы образование корки на поверхности электролита. Применение металлической плиты нежелательно также из соображений электроизоляции между анодом и катодом.

Засыпка глинозема поворотом плиты сопровождается раскрытием ванны, что нежелательно из экологических соображений, приводит к резкому охлаждению поверхности электролита и образованию на ней корки.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение точности дозирования подачи глинозема в расплав и улучшение условий его растворения в электролите, и в результате повышение эффективности процесса электролитического получения алюминия. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве дается новое совместное решение задач укрытия электролизера и подачи глинозема в электролит. Для этого известная утепленная плита укрытия снабжена накопительным (расходным) бункером и щелью шириной 0,5 1,5 мм под ним. Сечение щели рассчитывается по величине силы тока, при которой используется электролизер. Подачу глинозема в рассматриваемом устройстве осуществляют из бункера через щель заданного сечения самотеком, без применения каких-либо пробойников или других механизмов разрушения корки. Корка на поверхности электролита не образуется, так как она постоянно закрыта и утеплена, а глинозем подается в расплав не в виде какой-то разовой порции, приводящей к его местному переохлаждению, а непрерывно, в виде распределенной по длине щели плоской струи.

Отсутствие механизмов пробойников корки и объемных дозирующих устройств позволяет предельно упростить конструкцию и тем самым повысить надежность ее эксплуатации. Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с принятым за прототип заключаются также в упрощении конструкции и повышении ее надежности, поскольку в новом изобретении отсутствует какой-либо механический привод элементов устройства. В то же время, если в прототипе не предусмотрена точная дозировка количества подаваемого в ванну сырья, то в предлагаемом изобретении непрерывно выдерживается постоянная скорость подачи глинозема.

В предлагаемом изобретении условия подачи оксида алюминия в расплав близки к оптимальным, так как каждая частица глинозема поступает на поверхность электролита в режиме свободного падения. Непрерывная, а не дискретная подача оксида в расплав при распределении потока глинозема по продольной оси щели практически исключает процессы агломерирования его и поступления глинозема в осадок. Благодаря улучшению условий растворения глинозема, сохранению герметизации электролизера и снижению потерь тепла повышается эффективность процесса электролиза в целом. За счет исключения стадий разгерметизации ванны улучшаются и экологические характеристики процесса.

Таким образом, сущность предлагаемого устройства заключается в том, что известная утепленная плита укрытия электролизера снабжена щелью заданного сечения и расположенным над ней бункером. Ширина щели задается в пределах 0,5 -1,5 мм. Выполнение зазора менее 0,5 мм в конструкции утепленной плиты трудно осуществимо и еще сложней поддерживать в процессе эксплуатации. По экспериментальным данным частицы глинозема могут закупоривать щель шириной менее 0,5 мм. Использование щели шириной более 1,5 мм также нецелесообразно из-за высокой скорости течения глинозема, ухудшения условий растворения его в электролите и возможности выпадения оксид алюминия в осадок.

Еще одно отличие предложенного устройства от изобретения, выбранного за прототип, заключается в том, что патентуемое устройство снабжено узлом регулирования ширины щели.

Таким образом, предложенное устройство отвечает критерию изобретения "новизна". Для сравнения предложенного устройства с другими известными решениями проведен поиск по патентной и научно-технической литературе.

Известно устройство для подачи сырья в алюминиевый электролизер по заявке Франции N 2235212, кл. С 25 С 3/08, 1972 г. Известное устройство снабжено утепленной плитой со сквозным отверстием под трубопровод, связанный с бункером через дозатор. Кроме того, устройство снабжено утепленной съемной крышкой.

Общими признаками предложенного устройства и известного является наличие утепленной плиты и бункера над сквозным отверстием. Отличие предложенного устройства заключается в том, что утепленная плита снабжена щелью шириной 0,5 1,5 мм, обеспечивающей подачу сырья в расплав электролита непрерывной лентой, тогда как известным устройством для подачи малыми дозами того же количества сырья в расплав электролита потребуется множество трубопроводов с дозаторами. Кроме того, в предложенном техническом решении накопительный бункер является частью утепленной плиты укрытия, тогда как в рассматриваемой французской заявке использован бункер, установленный над укрытием.

На фиг. 1 показана секция укрытия в разрезе и в плане, где 1 плита укрытия, выполненная из карбида кремния, жароупорного бетона или других жаро и химстойких материалов, обладающих низкой тепло и электропроводностью. Накопительный бункер 2 является составной частью плиты укрытия, в которой по продольной оси симметрии бункера выполнена щель 3 шириной h и длиной l, где величина h составляет от 0,5 до 1,5 мм. Плита укрытия I утеплена сверху глиноземом или смесью оксида алюминия и фтористых солей 4. Технологический глинозем или глинозем с добавками фторидов 5 из накопительного бункера 2 через щель 3 непрерывно поступает в электролит. Расход глинозема задается изменением ширины щели h, ее длины l и угла раскрытия стенок накопительного бункера Φ Расход глинозема можно корректировать также по характеристикам его сыпучести с помощью плиты клина 6 (фиг.2), установленной на наклонной стенке накопительного бункера 2. Плита-клин может быть выполнена как металлической, например, чугунной, так и керамической. Перемещение плиты-клина 6 по стенке бункера сопровождается изменением расстояния h и расхода глинозема через щель.

Для электролизеров с анодами Зодерберга секции предложенного устройства навешиваются шарнирно на ребра жесткости анодной рубашки (а-в по фиг.3) и опираются другой кромкой на катодный кожух 8. Для электролизеров с обожженными анодами устройство 1 может устанавливаться, например, между внутренними рядами анодов 9 так, как это показано на фиг. 4.

Устройство работает следующим образом. Из систем централизованной раздачи глинозема сырье подается в накопительный бункер 2 и далее через щель 3 заданного сечения поступает в электролит. Для определения требуемых размеров сечения дозирующий узел предложенного устройства был реализован на модельном стенде с использованием технического глинозема. При изменении угла раскрытия стенок накопительного бункера, ширины и длины щели были получены исчерпывающие экспериментальные зависимости расхода глинозема через щель от геометрических параметров питателя.

Установлено, что ширина щели (h) может задаваться в пределах от 0,5 до 1,5 мм, при этом оптимальное значение h составляет 0,8 1,2 мм. Зависимость расхода глинозема W, кг/ч•м от ширины щели при v 58^o и l=970 мм, например, выражается уравнением
W=45+123•h-4,2•h²
Применительно к электролизерам различной мощности величина расхода глинозема через щель предложенного устройства задается, главным образом, за счет изменения длины l дозирующей щели. Так для диапазона обычно используемой силы тока на ваннах примерно от 75 до 300 кА и соответственно расхода глинозема от 1000 до 4000 кг/сутки на электролизер значения длины щели при h=0,8 мм изменяются от 290 мм до 1150 мм (таблица).

Таким образом, реализация предложенного устройства на модельном стенде показала, что для электролизеров любой используемой мощности длина дозирующей щели не будет превышать 1200 мм. Следовательно, в системе укрытия электролизера достаточно иметь 1- 2 утепленные плиты устройства предложенного типа. Остальные плиты секции укрытия электролизера выполняются без накопительного бункера и дозирующей щели.

При технологической необходимости раскрытия электролизера утепленные плиты легко снимаются с помощью мостового крана или иных подъемно-транспортных устройств. В плитах укрытия могут выполняться также технологические люки, что конструктивно не представляет затруднений.

Совместное решение задач укрытия электролизера и непрерывного питания его глиноземом с рассредоточенным по поверхности электролита введением оксида является новым прогрессивным техническим решением, способствующим снижению расхода энергии, улучшению эффективности электролиза и его экологической чистоты.

Использование: изобретение относится к электролизу алюминия из расплава глинозема. Сущность: в устройстве для подачи сырья в алюминиевый электролизер с утепленными плитами укрытия плита укрытия снабжена накопительным бункером и расположенной под ним дозирующей щелью прямоугольного сечения шириной от 0,5 до 1,5 мм. Устройство содержит узел регулирования ширины щели, который может быть выполнен в виде клина, установленного на внутренней наклонной плоскости накопительного бункера с возможностью перемещения и фиксации на ней. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для подачи сырья в алюминиевый электролизер, содержащее плиту укрытия и расположенный на ней бункер, отличающееся тем, что оно выполнено в виде дозирующей щели заданного сечения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дозирующая щель выполнена прямоугольного сечения шириной от 0,5 до 1,5 мм. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что щель расположена в плите укрытия параллельно ближайшей боковой стороне анода. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено узлом регулирования ширины щели. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что узел регулирования ширины щели выполнен в виде клина, установленного на внутренней наклонной плоскости бункера с возможностью перемещения и фиксации на ней. 6. Устройство по любому из пп. 1 5, отличающееся тем, что бункер выполнен за одно целое с плитой укрытия. 7. Устройство по любому из пп. 1 6, отличающееся тем, что плита укрытия утеплена расположенным на ней слоем глинозема. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плиты укрытия оперты на катодный кожух и подвешены к конструкциям анодной рамы или анодной рубашки.