ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1999 года по МПК C25C3/14 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, а именно к электролизерам для получения алюминия с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом, оснащенным устройствами для автоматической подачи сырья.

Известен электролизер для получения алюминия, включающий механизм продавливания корки электролита с продавливающей балкой и устройство для загрузки глинозема в виде бункера, закрепленного на электролизере с возможностью перемещения по вертикали, выпускное отверстие которого закрыто продавливающей балкой в ее верхнем положении (Авт. св-во СССР N 899723, C 25 C 3/14, Опубл. 23.01.82.).

Недостатком данного электролизера для получения алюминия является то, что использование продавливающей балки для разрушения корки электролита при загрузке очередной порции глинозема приводит, во-первых, к тому, что при продавливании корки электролита происходит разрушение значительного массива корки электролита, которая вместе с расположенным на ней глиноземом погружается в расплав, а это может привести к нарушению технологического процесса из-за образования глиноземистых осадков на подине. Во-вторых, продавливающая балка, проламывая значительный массив корки электролита, на длительное время открывает поверхность электролита, что приводит к выбросам газов и тепла в атмосферу электролизного цеха.

Недостатком данного электролизера является также использование устройства для загрузки глинозема, выполненного в виде бункера, закрепленного на электролизере с возможностью перемещения по вертикали, выпускное отверстие которого закрыто продавливающей балкой в ее верхнем положении. Такая конструкция устройства для загрузки глинозема не обеспечивает необходимую точность дозирования глинозема, подаваемого в электролит, поскольку из-за больших размеров выпускного отверстия бункера и перекрывающей его продавливающей балки невозможна подача в электролит строго определенной (заданной) порции глинозема. При работе такого устройства открывается выпускное отверстие большого размера через которое самопроизвольно высыпается неконтролируемая порция глинозема. При этом часть его оседает на верхней поверхности продавливающей балки, а это может препятствовать плотному прилеганию продавливающей балки к выпускному отверстию бункера, приводя тем самым к подтекам и просыпям глинозема. Кроме того, из-за значительных размеров продавливающей балки, а также возможных ее термических деформаций, тяжело выдержать строгую горизонтальность продавливающей балки и обеспечить плотное ее прилегание к выпускному отверстию бункера, что также приводит к подтекам и просыпям глинозема.

Следует также отметить, что при аварийном отключении исполнительных механизмов, осуществляющих вертикальное перемещение продавливающей балки, продавливающая балка опускается в расплавленный электролит, что приводит к ее электрохимическому растворению.

Наиболее близким является электролизер для получения алюминия, включающий анодный кожух, газосборный колокол и закрепленное на анодном кожухе устройство для подачи сырья, состоящее из бункера, соединенного с ним посредством течки дозатора, выполненного в виде трубы и установленного в ней с возможностью перемещения стакана с двумя рядами окон, и коаксиально размещенного в стакане дозатора пробойника со штоком и приводом, при этом нижняя часть трубы дозатора и пробойник размещены внутри рабочей части газосборного колокола, а верхняя часть штока пробойника выполнена в виде поршня, размещенного в стакане дозатора (Авт. св-во СССР N 1560636, C 25 C 3/14, Опубл. 30.04.90.).

Использование объемного дозатора клапанного типа, выполненного в виде трубы и установленного в ней с возможностью перемещения стакана с двумя рядами окон, и коаксиально размещенного в стакане дозатора пробойника корки электролита, обеспечивает необходимую точность дозирования подаваемого в электролит сырья (глинозема и/или фторсолей), не внося при этом возмущений в технологический процесс, поскольку при такой конструкции устройства для подачи сырья проламывается ограниченный объем электролитной корки, достаточный для проникновения очередной порции загружаемого в электролит сырья, а объемный дозатор клапанного типа отхватывается от основного объема строго определенную (заданную) порцию.

Размещение нижней части трубы дозатора и пробойника электролитной корки внутри рабочей части газосборного колокола обеспечивает подачу глинозема и/или фторсолей непосредственно в подколокольное пространство, что предотвращает выбросы газов и тепла в атмосферу электролизного цеха.

Кроме того, при размещении пробойника электролитной корки внутри рабочей зоны газосборного колокола возможно использование привода меньшей мощности, поскольку корка электролита под газосборным колоколом значительно тоньше корки электролита, расположенной вне газосборного колокола. Это позволяет уменьшить вес и габариты устройства для подачи сырья.

Однако недостатком данного электролизера для получения алюминия является то, что размещение нижней части трубы дозатора и пробойника внутри рабочей части газосборного колокола обеспечивает подачу глинозема в относительно ограниченный объем подколокольного пространства, в котором к тому же размещен пробойник электролитной корки. В процессе эксплуатации электролизера из-за возможных нарушений в работе самообжигающегося анода образуется большое количество угольной пены, которая, выбиваясь в подколокольное пространство в зону подачи сырья, взаимодействует с очередной порцией сырья, загружаемого в электролит. Это приводит к зарастанию объема подколокольного пространства в зоне подачи сырья в электролит. Отсутствие визуального контроля не позволяет своевременно обнаружить это нарушение. Устранение такого нарушения связано со значительными трудозатратами, поскольку оно происходит в труднодоступной для обработки зоне. Зарастание объема подколокольного пространства в зоне подачи сырья препятствует нормальному проникновению глинозема в пробитое в корке электролита отверстие, приводя тем самым к нарушению технологического процесса.

Размещение пробойника электролитной корки внутри рабочей зоны газосборного колокола приводит к тому, что пробойник электролитной корки, находясь в подколокольном пространстве, постоянно подвергается воздействию высоких температур. Это, во-первых, приводит к его коррозионному разрушению, поскольку такое воздействие само является причиной его коррозионного разрушения, а, во-вторых, оно препятствует периодическому образованию на пробойнике защитной корочки намерзшего электролита, являющейся его естественной защитой. Кроме того, размещение пробойника электролитной корки внутри рабочей зоны газосборного колокола приводит к тому, что из-за близости пробойника к расплаву возможно замыкание пробойника электролитной корки и расплавленного электролита при колебаниях уровня металла и электролита, а это приводит к утечкам тока и электрохимическому растворению пробойника при его длительном пребывании в расплаве электролита.

Размещение нижней части трубы дозатора внутри рабочей части газосборного колокола приводит к нарушению работы дозатора, что снижает эксплуатационную надежность устройства для подачи сырья. Поскольку при размещении исполнительных элементов дозатора в зоне высоких температур и непосредственного выделения электролизных газов, содержащих смолистые вещества, происходит проникновение электролизных газов в полость дозирующей камеры, в результате чего происходит зарастание этой полости смолистыми веществами и образование в ней пробки из смеси смолистых веществ и глинозема.

В основу изобретения положена задача разработать электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, конструкция которого обеспечивала бы оптимальный режим работы устройства для подачи сырья, а также возможность визуального контроля и обслуживания как элементов устройства для подачи сырья, так и зоны подачи сырья, что позволит повысить эксплуатационную надежность устройства для подачи сырья и снизить трудозатраты, связанные с обслуживанием этого устройства и обслуживанием зоны подачи сырья.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в электролизере для получения алюминия, включающем анодный кожух, газосборный колокол и устройство для подачи сырья, соединенное с полостью газосборного колокола и состоящее из бункера, объемного дозатора клапанного типа, соединенного с бункером, и коаксиально размещенного относительно дозатора пробойника электролитной корки со штоком и приводом, устройство для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, при этом пробойник электролитной корки снабжен возвратной пружиной.

Возвратная пружина пробойника электролитной корки может быть заключена в обойму, жестко соединенную с бункером.

Обойма может быть снабжена люком для обслуживания возвратной пружины пробойника электролитной корки.

Бункер может быть снабжен люком для обслуживания объемного дозатора.

Электролизер может быть снабжен средством чистки пробойника от намерзшего электролита, расположенным в полости газосборного колокола и/или переходной камеры.

Соединение устройства для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, и наличие при этом возвратной пружины пробойника электролитной корки, обеспечивает оптимальный режим работы устройства для подачи сырья, а также возможность визуального контроля и обслуживания как элементов устройства для подачи сырья, так и зоны подачи сырья, что позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства для подачи сырья и снизить трудозатраты, связанные с обслуживанием этого устройства и обслуживанием зоны подачи сырья.

Наличие переходной камеры, соединяющей устройство для подачи сырья и газосборный колокол, позволяет вынести пробойник электролитной корки из зоны высоких температур и удалить элементы объемного дозатора от зоны непосредственного выделения электролизных газов, содержащих смолистые вещества.

Система газоулавливания электролизера с самообжигащимся анодом и верхним токоподводом предусматривает улавливание выделяющихся в процессе электролиза газов непосредственно в месте их образования и последующее их удаление в систему газоотсоса. Удаление элементов дозатора от места непосредственного выделения электролизных газов снижает вероятность проникновения электролизных газов к элементам дозатора, поскольку выделяющимся в процессе электролиза газам легче уйти из зоны их непосредственного выделения и сбора в систему газоотсоса, чем к зоне размещения элементов дозатора. Это исключает зарастание элементов дозатора смолистыми веществами и образование пробки из смеси смолистых веществ и глинозема и тем самым способствует повышению его эксплуатационной надежности, а следовательно и устройства для подачи сырья в целом.

Вынесение пробойника электролитной корки из зоны высоких температур, во-первых, снижает коррозионное воздействие на него высоких температур, а, во-вторых, обеспечивает необходимый тепловой режим его работы, при котором на пробойнике периодически образуется защитная корочка, служащая его естественной защитой, которая затем по достижению определенных размеров спадает в электролит.

Наличие в переходной камере герметично закрывающегося люка обеспечивает возможность визуального контроля над работой элементов объемного дозатора и состоянием пробойника электролитной корки, а в случае необходимости возможность обслуживание этих элементов при наименьших трудозатратах.

Наличие в переходной камере люка обеспечивает также возможность визуального контроля состояния зоны подачи сырья, расположенной в подколокольном пространстве, а в случае зарастания этой зоны ее обработку. Возможность визуального контроля позволяет своевременно обнаружить это нарушение, а возможность доступа к этой зоне позволяет устранить его с наименьшими трудозатратами.

При этом наличие возвратной пружины пробойника электролитной корки способствует сокращению времени пребывания его в расплаве электролита. Наличие возвратной пружины предотвращает погружение пробойника в расплав электролита при аварийном отключении его привода.

Заключение возвратной пружины пробойника электролитной корки в обойму, жестко соединенную с бункером, препятствует попаданию глинозема или других инородных предметов в зону деформации возвратной пружины. При этом наличие в обойме люка обеспечивает визуальный контроль работы возвратной пружины, а в случае необходимости возможность доступа к ней и устранения возникшего нарушения в ее работе.

Наличие в бункере люка для обслуживания объемного дозатора обеспечивает визуальный контроль работы дозатора, а в случае необходимости возможность доступа к его элементам и устранения возникшего нарушения в его работе.

Наличие расположенного в полости газосборного колокола и/или переходной камеры средства чистки пробойника электролитной корки от намерзшего на него электролита обеспечивает скалывание достигшего предельно допустимой толщины слоя электролита, намерзшего на пробойник вследствие его чрезмерной глубины погружения в электролит из-за заниженного расстояния газосборный колокол - электролит или из-за возможного перекоса анодного массива или несоответствия криолитового отношения электролита требованиям технологической инструкции. В результате этого отпадает необходимость сдирать намерзший на пробойник электролит, что значительно сокращает трудозатраты по обслуживанию устройства для подачи сырья и не нарушает периодичность питания электролизера глиноземом.

Таким образом, соединение устройства для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, и наличие при этом возвратной пружины пробойника электролитной корки позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства для подачи сырья и снизить трудозатраты, связанные с обслуживанием этого устройства и обслуживанием зоны подачи сырья.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен фрагмент электролизера для получения алюминия, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез устройства для подачи сырья Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3 (исходное положение); на фиг 5 - то же, крайнее нижнее положение пробойника.

Электролизер для получения алюминия включает анодный кожух 1, газосборный колокол 2 и устройство для подачи сырья (глинозема и/или фторсолей), закрепленное на анодном кожухе 1 электролизера и соединенное с газосборным колоколом 2 через переходную камеру 3, выполненную с герметично закрывающимся люком 4.

Устройство для подачи сырья состоит из бункера 5, объемного дозатора клапанного типа и пробойника 6 электролитной корки со штоком 7 и приводом 8.

Бункер 5 представляет собой металлический короб с одной вертикальной стенкой и тремя наклонными. Наклон стенок выполнен с таким расчетом, чтобы обеспечить стекание глинозема в нижнюю часть бункера к дозатору. Габариты бункера позволяют его использование в корпусах с напольно-рельсовой техникой (МНР) с наклонными фрезами. В нижней части бункера имеется люк 9 для обслуживания и контроля работы дозатора.

Объемный дозатор клапанного типа выполнен в виде трубы 10, установленной в нижней части бункера 5, и установленного в ней с возможностью перемещения полого штока 11 с двумя запирающими клапанами 12, 13 и ребрами 14, центрующими шток 11 относительно трубы 10. Шток 11 дозатора выполнен составным из двух жестко соединенных между собой частей - нижней и верхней. Внутри штока 11 дозатора проходит шток 7 пробойника 6. На штоке 7 пробойника 6 закреплен диск 15, перемещающийся внутри верхней части штока 11 дозатора и взаимодействующий с торцом нижней части штока 11 дозатора. Возвратная пружина 16 размещена в верхней части штока 11 дозатора, при этом верхний ее конец упирается в опорный диск 17, закрепленный на верхней части штока 11 дозатора, нижний - в опорный фланец 18, закрепленный на бункере 5 и выполненный с отверстием для пропуска штока 11 дозатора. Возвратная пружина 16 и верхняя часть штока 11 дозатора заключены в обойму 19, жестко соединенную с бункером 5. Обойма снабжена люком 20.

Для равномерного распределения загружаемого в электролит сырья вокруг пробитого в электролитной корке отверстия нижний запирающий клапан 12 дозатора выполнен в виде усеченного конуса.

В полости газосборного колокола 2 и/или переходной камеры 3 могут быть установлены средства чистки пробойника от намерзшего электролита, выполненные, например, в виде ножей (не показаны).

В качестве привода 8 пробойника 6 электролитной корки может быть использован любой обеспечивающий возвратно-поступательное движение исполнительный механизм, например пневмоцилиндр.

При эксплуатации электролизера для получения алюминия устройство для подачи сырья работает следующим образом.

В исходном положении пробойник 6 электролитной корки находится в крайнем верхнем положении, верхний запирающий клапан 13 дозатора приподнят над трубой 10 (дозирующей камерой), через этот зазор из бункера 5 сырье (глинозем и/или фторсоли) затекает в полость трубы 10, при этом нижний запирающий клапан 12 дозатора прижат возвратной пружиной 16, расположенной между опорным диском 17 и опорным фланцем 18, к нижнему торцу трубы 10.

Под действием привода 8 пробойник 6 электролитной корки перемещается вниз и продавливает электролитную корку, образуя в ней отверстие для подачи сырья. В конце своего хода пробойник 6 воздействует закрепленным на штоке 7 диском 15 на верхний торец нижней части штока 11 дозатора, сжимая при этом пружину 16, расположенную между опорным диском 17 и опорным фланцем 18, и приводя в движение клапаны 12, 13 дозатора. При этом нижний запирающий клапан 12 дозатора открывает трубу 10, которая одновременно перекрывается верхним запирающим клапаном 13 дозатора. При этом порция сырья (глинозема и/или фторсолей) высыпается через переходную камеру 3 в подколокольное пространство в пробитое пробойником отверстие в электролитной корке. При возврате пробойника 6 в исходное положение возвратная пружина 16 способствует его перемещению вверх, сокращая время его пребывания в расплаве электролита и возвращая при этом клапаны 12, 13 дозатора в исходное положение.

В процессе эксплуатации электролизера через герметично закрывающийся люк 4, выполненный в переходной камере 3, осуществляется визуальный контроль за работой элементов объемного дозатора и состоянием пробойника 6 электролитной корки, а в случае необходимости осуществляется обслуживание этих элементов.

Через этот люк также осуществляется визуальный контроль состояния зоны подачи сырья и в случае зарастания этой зоны производится ее обработка.

Заключение возвратной пружины 16 пробойника 6 электролитной корки в обойму 19, жестко соединенную с бункером 5, препятствует попаданию глинозема или других инородных предметов в зону деформации возвратной пружины 16. При этом наличие в обойме 19 люка 20 обеспечивает визуальный контроль работы возвратной пружины 16, а в случае необходимости возможность доступа к ней и устранения возникшего нарушения в ее работе.

Наличие расположенного в полости газосборного колокола и/или переходной камеры средства чистки пробойника электролитной корки от намерзшего на него электролита обеспечивает скалывание достигшего предельно допустимой толщины слоя электролита, намерзшего на пробойник вследствие его чрезмерной глубины погружения в электролит из-за заниженного расстояния газосборный колокол - электролит или из-за возможного перекоса анодного массива или несоответствия криолитового отношения электролита требованиям технологической инструкции.

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, а именно к электролизерам для получения алюминия с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом, оснащенным устройствами для автоматической подачи сырья. В электролизере для получения алюминия, включающем анодный кожух, газосборный колокол и устройство для подачи сырья, соединенное с полостью газосборного колокола и состоящее из бункера, объемного дозатора клапанного типа, соединенного с бункером, и коаксиально размещенного относительно дозатора пробойника электролитной корки со штоком и приводом, устройство для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, при этом пробойник электролитной корки снабжен возвратной пружиной. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности устройства для подачи сырья и снижение трудозатрат, связанных с обслуживанием этого устройства и обслуживанием зоны подачи сырья. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электролизер для получения алюминия, включающий анодный кожух, газосборный колокол и устройство для подачи сырья, соединенное с полостью газосборного колокола и состоящее из бункера, объемного дозатора клапанного типа, соединенного с бункером и коаксиально размещенного относительно дозатора пробойника электролитной корки со штоком и приводом, отличающийся тем, что устройство для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, при этом пробойник электролитной корки снабжен возвратной пружиной. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что возвратная пружина пробойника электролитной корки заключена в обойму, жестко соединенную с бункером. 3. Электролизер по п.2, отличающийся тем, что обойма снабжена люком для обслуживания возвратной пружины пробойника электролитной корки. 4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что бункер снабжен люком для обслуживания объемного дозатора. 5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен средством чистки пробойника от намерзшего электролита, расположенным в полости газосборного колокола и/или переходной камеры.