Способ непрерывного питания алюминиевого электролизёра глинозёмом и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК C25C3/14 

Заявляемое изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролитическим способом и может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема в электролизер.

Известен способ питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками и устройство для его осуществления, включающее дозированную подачу сыпучего материала из емкости в расплав электролита через не зарастающее отверстие в корке, поддерживаемое посредством циклической работы пробойника при минимизации до 1-2 секунд времени его нахождения в крайнем нижнем положении, при этом дозу сыпучих реагентов в диапазоне 0,05-0,35 кг подают под действием аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слой движущегося под действием силы тяжести материала, а отсечку материала при регулировании величины дозы производят за счет самозапирания выпускного отверстия после прекращения подачи аэрирующих пневматических импульсов [патент РФ 2121529, заявл. 27.01.1998, опубл. 10.11.1998].

Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются наличие открытого не зарастающего отверстия в корке, через которое происходит испарение фтористых солей, пыление глинозема и корректирующих добавок при их подаче из дозатора в не зарастающее отверстие в корке и связанный с этим повышенный пылеунос в систему организованного газоотсоса, контакт пробойника с расплавом, загрязняющий электролит и производимый алюминий железом.

Известно устройство и способ утилизации тепла анодных газов RU №2558813 МПК С25С 3/22, дата подачи заявки: 28.03.2014, опубликован: 10.08.2015, Бюл. №22, который включает сжигание анодных газов в горелочном устройстве электролизера и направление дымовых газов в теплообменник, направление глинозема противотоком в межтрубное пространство, выдержку его в течение 10-12 часов для нагрева теплом дымовых газов до температуры 200-250°С с последующим повторением цикла.

Недостатком данного изобретения является длительность нагрева глинозема, что не позволяет питать электролизер непрерывно, а так же конструктивная сложность устройства.

Известно устройство подачи сырья в алюминиевый электролизер с боковым токоподводом, включающее бункер для сырья, течку и дозатор RU №2226572, от 24.03.2003, опубликован: 10.04.2004 Бюл. №10. Устройство содержит пневмопривод со штоком и кожухом, дозировочную камеру с клапаном, дополнительно над дозировочной камерой на штоке жестко закреплен клапан.

Недостатком устройства является прерывное дозированное питание, не позволяющее избавиться от осадков глинозема на подине электролизера, кроме того, устройство имеет пробойник загрязняющий электролит и металл железом.

Известен способ питания электролизера глиноземом и устройство для его осуществления RU 2728985 С1, дата подачи заявки: 30.12.2019, опубликован: 03.08.2020 Бюл. №22. Способ включает подачу глинозема из бункера в расплав электролита и регулирование подачи посредством устройства с управляемыми параметрами. Глинозем в электролизер подают непрерывно, на поверхность расплава, в количестве, обеспечивающем концентрацию растворенного глинозема в расплаве в диапазоне 1,5÷3,0% масс, регулируют величину подачи по силе тока электролизера, при этом поддерживают не зарастающим отверстие в корке электролита посредством герметизации зазора между нижним торцом конического раструба и поверхностью электролита криолит-глиноземной засыпкой толщиной 1-4 см. Подачу глинозема в расплав осуществляют за счет давления сжатого воздуха, подаваемого в устройство в объеме, равном объему загружаемого в единицу времени в электролизер глинозема. Раскрыто устройство для питания алюминиевого электролизера глиноземом, содержащее бункер с течкой, дозатор и средства подачи, при этом бункер выполнен в виде двух расположенных друг над другом коробов - верхнего и установленного на весы нижнего, сообщающихся между собой с помощью роторного питателя, осуществляющего дозированную подачу глинозема из верхнего короба в нижний. Нижняя часть патрубка подачи глинозема выполнена с коническим раструбом с углом раскрытия 45-50°, расположенным на расстоянии 3-5 см от поверхности расплава. Внутри конического раструба расположен распределитель потока. Обеспечивается непрерывное питание электролизера глиноземом, исключение из системы АПГ пробойника, осуществляющего погружение загружаемой порции глинозема в электролит, сокращение уноса фторидов в систему газоудаления и снижение риска образования осадков на подине электролизера Данное изобретение взято за прототип.

Недостатком способа является отсутствие подогрева глинозема, что приводит к понижению температуры расплава при загрузке глинозема а, следовательно, и снижению скорости растворения глинозема и концентрации его в электролите, в конечном итоге это снижает показатели электролиза.

Недостатком устройства является сложность выполнения бункера в виде двух расположенных друг над другом коробов - верхнего и установленного на весы нижнего, также повышается вероятность зависания глинозема в разгрузочном патрубке, так как патрубок имеет горизонтальный участок и поворот под девяносто градусов.

Задача изобретения заключается в нагреве глинозема, обеспечении непрерывной подачи его на поверхность расплава и создании зоны без намерзающей корки над расплавом электролита в точке питания электролизера.

Технический результат изобретения достигается эффективностью непрерывного питания электролизера подогретым глиноземом.

Достигается это способом и устройством для его осуществления.

Способ непрерывного питания электролизера глиноземом, включающий непрерывную подачу глинозема из бункера в расплав, регулирование величины подачи глинозема и поддержание не зарастающим отверстие в корке электролита, согласно изобретению, непрерывную подачу глинозема осуществляют через отверстие насадки дозатора, регулируют величину подачи глинозема на поверхность расплава с помощью давления сжатого газа в бункере, при этом глинозем подогревают в бункере и камере нагрева, до температуры достаточной для поддержания не замерзающего отверстия в корке, за счет тепловой энергии нагревателя, фокусируемой тепловым отражателем камеры нагрева.

Устройство для непрерывного питания алюминиевого электролизера глиноземом, содержащее бункер, роторный питатель и средства регулирования параметров, согласно изобретению, в среднюю часть бункера подведен газопровод, в конусной части бункера покрытой снаружи теплоизолятором, расположен дозатор, состоящий из насадки с отверстием и клапана регулирующего закрытие отверстия, при этом, клапан взаимосвязан с пневматическим приводом через шток, а насадка дозатора соединена с камерой нагрева, в которой расположены нагреватель и тепловой отражатель.

На клапане дозатора закреплены стержни для ворошения глинозема.

Для регулирования зазора между клапаном и насадкой дозатора, применяется

гайка, расположенная на штоке пневмопривода.

Диаметр отверстия насадки подбирают в зависимости от расхода глинозема, потребляемого электролизером.

Способ непрерывного питания электролизера глиноземом реализуется с помощью устройства (фиг. 1).

Где: 1 - патрубок загрузки глинозема, 2 - роторный питатель, 3 - гайка штока, 4 - пневмопривод, 5 - бункер, 6 - газопровод, 7 - шток, 8 - труба, 9 - стержни для ворошения глинозема, 10 - теплоизолятор, 11 - клапан, 12 - насадка с отверстием, 13 - тепловой отражатель, 14 - камера нагрева, 15 - нагреватель.

Бункер 5, в верхней части, связан с загрузочным патрубком 1 и пневматическим приводом 4, в загрузочный патрубок встроен роторный питатель 2. В боковую часть бункера подведен газопровод 6, к днищу бункера крепится насадка с отверстием 12, которая соединяется с камерой нагрева 14. Клапан 11 крепится на штоке 7, который проходит внутри трубы 8 и соединен с пневматическим приводом 4, на клапане закреплены стержни 9 для ворошения глинозема. Конусная часть бункера покрыта теплоизолятором 10, в камеру нагрева 14 встроен нагреватель 15 и тепловой отражатель 13. Для электропитания нагревателя 15 используется напряжение анодной и катодной шин электролизера. Гайка 3 применяется для регулирования зазора между клапаном 11 и насадкой 12 в исходном положении клапана.

Заявляемый способ с помощью устройства осуществляется следующим образом.

В исходном положении роторный питатель 2 выключен, клапан 11 находится в нижнем положении и закрывает отверстие насадки 12. Устройство устанавливается на корку над расплавом в точке питания электролизера. Включается нагрев, при достижении температуры плавления корки включается роторный питатель 2, глинозем заполняет бункер 5 до нижнего основания загрузочного патрубка 1, роторный питатель выключается. Глинозем в бункере прогревается за счет теплопроводности бункера тепловой энергией от камеры нагрева. По завершению плавления корки электролита, включается регулятор давления газа, в бункере 5 повышается давление, срабатывает пневмопривод 4 и поднимается клапан 11. Подогретый глинозем под давлением газа продавливается через отверстие насадки 12 и, попадая в камеру нагрева 14 дополнительно нагревается до температуры достаточной для поддержания, не замерзающего отверстия в корке, и непрерывно распыляется по поверхности расплава электролита. При снижении уровня глинозема до врезки газопровода 6 роторный питатель 2 включается и загрузка глинозема повторяется. Таким образом, поддерживается необходимый уровень глинозема в бункере, его подогрев и непрерывная подача в электролизер, а также незамерзающее отверстие в корке электролита в точке питания электролизера.

Пример осуществления способа непрерывного питания глиноземом электролизера на силу тока 300 кА.

Диаметр отверстия в насадке дозатора выбирают по графику зависимости расхода глинозема от диаметра отверстия (фиг. 2). Диаметр отверстия должен соответствовать величине потребления глинозема электролизером в секунду. Теоретическое количество глинозема, потребляемое в секунду для электролизера на силу тока 300 кА, составляет 52,9 г/с. По графику выбираем диаметр отверстия насадки равный 5 мм, при этом учитываем количество питателей в электролизере - равное четырем. Это будет соответствовать подаче глинозема в электролизер около 60 г/с при максимальном рабочем давлении в бункере. При снижении напряжения на электролизере давление в бункере необходимо понизить, что уменьшит подачу глинозема и концентрацию его в расплаве, а в результате повысит скорость растворения глинозема. При повышении напряжения на электролизере давление в бункере необходимо повысить, при этом подача глинозема увеличится. Таким образом, происходит регулирование оптимальной концентрации растворенного глинозема, а, следовательно, и технологических параметров работы электролизера.

Целесообразность непрерывной подачи подогретого глинозема в электролизер обосновывается тем, что в этом случае исключаются колебания температуры электролита и изменения скорости растворения глинозема в расплаве, создаются оптимальные условия растворения глинозема в электролизере, в результате снижаются риски образования осадка на подине и возникновения анодного эффекта на анодах.

Целесообразность подачи глинозема в электролизер за счет давления сжатого газа в бункере, обосновывается тем, что обеспечивается его равномерная непрерывная тонкослойная подача на поверхность циркулирующего расплава, улучшающая условия его растворения в электролите.

Предлагаемое изобретение позволяет подогревать глинозем в бункере и камере нагрева за счет тепловой энергии нагревателя, обеспечивать непрерывную подачу подогретого глинозема на поверхность электролита за счет давления сжатого газа в бункере, плавить корку и создавать зону без замерзания отверстия в корке в точке питания электролизера глиноземом за счет фокусируемой отражателем тепловой энергии нагревателя, кроме того, такой способ питания сокращает унос фторидов и глинозема в систему газовой очистки, ускоряет и способствует полному растворению глинозема без образования осадков на подине электролизера.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролитическим способом, и может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема в электролизер. Способ включает непрерывную подачу глинозема из бункера в расплав, регулирование величины подачи глинозема и поддержание отверстия в корке электролита незарастающим, при этом непрерывную подачу глинозема осуществляют через отверстие насадки дозатора, регулируют подачу глинозема на поверхность расплава с помощью давления сжатого газа в бункере, при этом глинозем подогревают в бункере и камере нагрева до температуры, достаточной для поддержания отверстия в корке электролита незарастающим, подогрев осуществляется за счет тепловой энергии нагревателя, фокусируемой тепловым отражателем камеры нагрева. Устройство содержит бункер, роторный питатель и средства регулирования параметров для непрерывного питания алюминиевого электролизера глиноземом, также снабжено дозатором, состоящим из насадки с отверстием и клапана, регулирующего закрытие отверстия, газопроводом, пневматическим приводом со штоком, камерой нагрева, в которой расположены нагреватель и тепловой отражатель, при этом бункер выполнен со средней частью и конусной частью, покрытой снаружи теплоизолятором, в среднюю часть бункера подведен газопровод, в конусной части бункера расположен дозатор, при этом клапан взаимосвязан с пневматическим приводом через шток, а насадка дозатора соединена с камерой нагрева, в которой расположены нагреватель и тепловой отражатель. На клапане дозатора возможно закрепление стержней для ворошения глинозема. Устройство может быть снабжено гайкой для регулирования зазора между клапаном и насадкой дозатора, расположенной на штоке пневмопривода. Диаметр отверстия насадки подбирают в зависимости от расхода глинозема, потребляемого электролизером. Технический результат - возможность подогрева глинозема в бункере и камере нагрева, обеспечение непрерывной подачи подогретого глинозема на поверхность электролита, создание зоны без замерзания отверстия в корке, в точке питания электролизера глиноземом, сокращение уноса фторидов и глинозема в систему газовой очистки, ускорение и полное растворение глинозема без образования осадков на подине электролизера. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Способ непрерывного питания электролизера глиноземом, включающий непрерывную подачу глинозема из бункера в расплав, регулирование величины подачи глинозема и поддержание отверстия в корке электролита незарастающим, отличающийся тем, что непрерывную подачу глинозема осуществляют через отверстие насадки дозатора, регулируют подачу глинозема на поверхность расплава с помощью давления сжатого газа в бункере, при этом глинозем подогревают в бункере и камере нагрева до температуры, достаточной для поддержания отверстия в корке электролита незарастающим, при этом подогрев осуществляется за счет тепловой энергии нагревателя, фокусируемой тепловым отражателем камеры нагрева.

2. Устройство для непрерывного питания алюминиевого электролизера глиноземом для осуществления способа по п. 1, содержащее бункер, роторный питатель и средства регулирования параметров для непрерывного питания алюминиевого электролизера глиноземом, отличающееся тем, что снабжено дозатором, состоящим из насадки с отверстием и клапана, регулирующего закрытие отверстия, газопроводом, пневматическим приводом со штоком, камерой нагрева, в которой расположены нагреватель и тепловой отражатель, при этом бункер выполнен со средней частью и конусной частью, покрытой снаружи теплоизолятором, в среднюю часть бункера подведен газопровод, в конусной части бункера расположен дозатор, при этом клапан взаимосвязан с пневматическим приводом через шток, а насадка дозатора соединена с камерой нагрева, в которой расположены нагреватель и тепловой отражатель.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на клапане дозатора закреплены стержни для ворошения глинозема.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что для регулирования зазора между клапаном и насадкой дозатора снабжено гайкой, расположенной на штоке пневмопривода.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что диаметр отверстия насадки выполнен с возможностью подбора в зависимости от расхода глинозема, потребляемого электролизером.