Результат интеллектуальной деятельности: Способ питания электролизера глиноземом и устройство для его осуществления

Заявляемое изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролитическим способом, может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема в электролизер и направлено на улучшение его технико-экономических характеристик.

Известно устройство для питания электролизера глиноземом с раздельным размещением пробойника и дозатора [А.с. СССР 1611993, заявл. 15.06.1988, опубл. 07.12.1990]. Подача глинозема в дозатор и разгрузка осуществляются посредством пневможелоба и системы аэрации.

Недостатком известного устройства является значительная доза загружаемого глинозема, от 1,0 до 2,5 кг, приводящая к падению температуры электролита.

Известно устройство для укрытия алюминиевого электролизера и подачи глинозема в электролит, в котором консоль с наклонной стенкой совместно с газосборным колоколом образует бункер, из которого глинозем подается в электролизер при любом перемещении анода [патент РФ №208727].

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулирования подачи глинозема в электролизер, что может привести к колебаниям концентрации растворенного оксида алюминия в электролите.

Наиболее близким к заявляемому относится способ питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками и устройство для его осуществления, включающее дозированную подачу сыпучего материала из емкости в расплав электролита через незарастающее отверстие в корке, поддерживаемое посредством циклической работы пробойника при минимизации до 1-2 с 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 упомянутого 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 незарастающего отверстия в корке, через которое происходит испарение фтористых солей, пыление глинозема и корректирующих добавок при их подаче из дозатора в незарастающее отверстие в корке и связанный с этим повышенный пылеунос в систему организованного газоотсоса, контакт пробойника с расплавом, загрязняющий электролит и производимый алюминий железом.

Целью заявляемого изобретения является обеспечение непрерывной подачи глинозема в электролизер.

Достигается это способом и устройством для его осуществления.

1. Способ питания электролизера глиноземом, включающий его подачу из бункера в расплав электролита и регулирование подачи посредством устройства с управляемыми параметрами. Глинозем в электролизер подают непрерывно, на поверхность расплава, в количестве, обеспечивающим концентрацию растворенного глинозема в расплаве в диапазоне 1,5÷3,0% масс., регулируют величину подачи по силе тока электролизера, при этом поддерживают незарастающим отверстие в корке электролита посредством герметизации зазора между нижним торцом конического раструба устройства подачи глинозема и поверхностью электролита криолито-глиноземной засыпкой толщиной 1-4 см. 2. Погружение глинозема в расплав осуществляют за счет давления сжатого воздуха, подаваемого в устройство в объеме, равном объему загружаемого в единицу времени в электролизер глинозема.

Устройство для питания алюминиевого электролизера глиноземом, включающее бункер, 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 оснащена коническим раструбом с углом раскрытия 45-50°, расположенным на расстоянии 3-5 см от поверхности расплава. Внутри конического раструба расположен распределитель потока.

Целесообразность непрерывной подачи глинозема в электролизер обосновывается тем, что в этом случае исключаются колебания температуры электролита и риск образования осадка на подине. В этом случае количество загружаемого глинозема определяется эмпирически или по его электрохимическому эквиваленту, равному 0,635 г/А⋅ч. В этом случае секундное потребление глинозема электролизерами различной силы тока составит*:

Поддержание в электролите целевой концентрации глинозема в пределах 1,5-3,0% масс. исключает риск возникновения анодного эффекта и снижает энергозатраты, связанные с нагревом избыточно загружаемого в электролизер глинозема и уменьшением колебаний температуры расплава при загрузке в него избыточного глинозема.

Устройство бункера системы АПГ в виде двух, расположенных друг над другом коробов с размещенным между ними роторным питателем, обеспечивает подачу глинозема из верхнего короба, работающего под атмосферным давлением в нижний, работающий под давлением, обеспечивающим текучесть глинозема из нижнего короба в патрубок.

Подача глинозема из верхнего короба в объеме, равном объему загружаемого в электролизер глинозема, обеспечивает стабильность его уровня в нижнем коробе и исключает колебания в нем давления.

Целесообразность подачи глинозема в электролизер за счет давления сжатого воздуха, подаваемого в нижний короб системы АПГ обосновывается тем фактом, что в этом случае обеспечивается его непрерывная равномерная загрузка в расплав, улучшающая условия его растворения в электролите и снижающая риск образования осадка на подине электролизера.

Подача сжатого воздуха в нижний короб системы АПГ в объеме, равном объему загружаемого в электролизер, обеспечивает подачу глинозема в количестве, которое расходует электролизер, производя алюминий. Питание электролизера глиноземом в соответствии с его расходом также исключает риск образования осадков на подине.

Наличие на нижнем торце загрузочного патрубка конического раструба с углом раскрытия 45-50°, внутри которого установлен распределитель потока глинозема, выполненный в виде усеченного конуса, меньшим основанием обращенным вверх, оснащенного коническим отверстием с углом раскрытия 45-50° обеспечивает загрузку глинозема на поверхность расплава тонким слоем, который быстро увлекается циркулирующим электролитом с практически мгновенным растворением, что также исключает риск образования осадков на подине электролизера.

Конический раструб под углом 45-50° и коническая насадка конического распределителя потока глинозема исключает риск зависания глинозема в нижней части патрубка.

Расположение конического раструба на 3-5 см до поверхности расплава исключает риск замыкания патрубка с электролитом, колебания уровня которого относительно вертикальной оси могут достигать 1,5-2,0 см.

Герметизация зазора между нижним торцом конического раструба патрубка подачи глинозема и поверхностью расплава толщиной 1-4 см исключает образование под ним на поверхности электролита корок, препятствующих погружению глинозема в расплав. При толщине меньше 1 см тепловой поток через засыпку будет достаточным для зарастания отверстия. Толщина больше 4 см нецелесообразна в виду конструктивных особенностей устройства. По сравнению с прототипом, уменьшается количество фторидов, уносимых в систему газоудаления, поскольку их адсорбция под коническим раструбом осуществляется загружаемым в электролизер глиноземом.

Заявляемое устройство поясняется графически. На фиг. 1 изображен общий вид системы АПГ, на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1, где 1 и 2 - соответственно, верхний и нижний короба системы АПГ, 3 - роторный питатель, 4 - весы; 5 - самопишущее устройство, фиксирующее массу бункера в режиме реального времени; 6 - патрубок подачи глинозема из нижнего короба в расплав, 7 - конический раструб патрубка подачи глинозема из нижнего короба в расплав, 8 - конический распределитель потока глинозема, 9 - коническое отверстие распределителя потока глинозема, 10 - глиноземная засыпка.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Из верхнего короба 1 глинозем с помощью роторного питателя 3 загружается в нижний короб 2, установленный на весы 4. Глинозем подают непрерывно, на поверхность расплава, в количестве, обеспечивающим концентрацию растворенного глинозема в расплаве в диапазоне 1,5÷3,0% масс., Таким образом, контролируется масса глинозема, загружаемого из верхнего короба 1 в нижний короб 2 и масса глинозема, загружаемого в единицу времени из нижнего короба 2 в электролизер. Из нижнего короба 2 глинозем под действием давления сжатого воздуха через патрубок 6 поступает на поверхность расплава, расположенную под коническим раструбом 7, откуда он увлекается циркулирующим электролитом и практически мгновенно растворяется. Распределение глинозема на поверхности расплава тонким слоем обеспечивает конический раструб 7 и размещенный внутри него распределитель потока 8 с коническим отверстием 9. Во время эксплуатации системы АПГ зазор между нижним торцом конического раструба 7 и поверхностью расплава 9 герметизируется криолито-глиноземной засыпкой 10 криолито-глиноземной засыпкой толщиной 1-4 см..

Пример осуществления способа. Для электролизера силой тока 300 кА и выходом по току 95% потребление глинозема, в соответствии с вышеприведенной зависимостью составляет 50,2 г/с. При насыпной плотности загружаемого глинозема 0,9-1,1 г/см³, объем загружаемого глинозема составит 45-55 см³/с. Отсюда, средний секундный расход сжатого воздуха, подаваемого в нижний короб 2 системы АПГ составит 50 см³/с, а его корректировку производят по показателям работы электролизера - напряжению и концентрации глинозема в электролите. Если по результатам лабораторных исследований или экспресс-анализа состава электролита выявлено, что концентрация глинозема в нем превышает 3% масс., необходимо снизить подачу сжатого воздуха, уменьшив его расход до 50 см³/с и ниже, В случае низкой концентрации глинозема, ниже 1,5% масс., необходимого увеличить подачу глинозема, повысив расход сжатого воздуха до 55 см³/с и более.

Техническая сущность заявляемого изобретения заключается в обеспечении непрерывного питания электролизера глиноземом, исключение из системы АПГ пробойника, осуществляющего погружение загружаемой порции глинозема в электролит, в сокращении уноса фторидов в систему газоудаления и в снижении риска образования осадков на подине электролизера.