устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер

Формула изобретения

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, включающее бункер дозируемого материала, дозировочную камеру, содержащую шток с пневмоприводом и установленными на штоке нижним коническим клапаном и верхним запорным элементом, отличающееся тем, что верхний запорный элемент выполнен в виде поршня, жестко закрепленного на штоке, в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по ее периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока поршень установлен над загрузочными окнами, а нижнюю часть дозировочной камеры охватывает юбка, выполненная с внутренним сужением диаметра ее верхней части, при этом на конце штока жестко закреплен цилиндрический наконечник с внутренней полостью, в которой свободно размещено шаровое утолщение пальца, на котором с возможностью горизонтального перемещения закреплен нижний конический клапан, причем высота цилиндрической части наконечника, расположенная над внутренним сужением юбки при верхнем положении штока, выполнена равной высоте загрузочного окна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к устройствам для подачи сырья в алюминиевый электролизер, и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер с обожженными анодами и центральным питанием.

Известно устройство для дозированной подачи сырья для алюминиевых электролизеров (Патент РФ №2226572, 2004, С 25 С 3/14), содержащее бункер для сырья, дозатор, имеющий привод со штоком, дозировочную камеру с клапаном. Над дозировочной камерой на штоке жестко закреплен клапан, выполненный в верхней части в виде полусферы, установленной основанием вниз, а в нижней - в виде конуса вершиной вниз. Диаметр полусферы больше, а диаметр основания конуса меньше диаметра дозировочной камеры. Дозировочная камера оснащена направляющим элементом и закреплена при помощи самоустанавливающегося фланца на течке для сырья с выступом вглубь бункера. Кожух соединен с дозировочной камерой металлическими шпильками, распределенными равномерно по ее окружности. Расстояние от кожуха до клапана, установленного над дозировочной камерой, при нижнем крайнем положении клапана в дозировочной камере составляет 2-20 от хода штока.

К недостаткам упомянутого устройства относятся:

1. Поскольку верхний клапан полностью погружен в сыпучий материал, перемещение этого клапана вверх приводит к тому, что усилие, преодолеваемое поршнем пневмоцилиндра, а следовательно, скорость перемещения штока, зависят от уровня сыпучего материала в бункере.

2. При перемещении штока из верхнего положения в нижнее положение нижний клапан уже открыт для высыпания материала из камеры, а верхний еще не закрыт. Это дает возможность пополнения камеры новыми порциями сыпучего материала. Разные условия (скорость перемещения штока, влажность дозируемого материала и т.п.) могут приводить к тому, что эти дополнительные порции сыпучего материала будут различными. Следовательно, доза сыпучего материала будет колебаться.

3. В связи с неблагоприятной окружающей средой и значительными усилиями на шток может происходить его деформация. Деформация штока, на котором жестко установлены клапаны, может привести также к деформации клапанов и торцевых поверхностей дозировочной камеры, а следовательно, к возможному высыпанию материала при закрытых клапанах.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство (Патент США 4437964, 1984, С 25 С 3/14) для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, включающее в себя установленный вертикально пневмоцилиндр, бункер дозируемого материала, защитный кожух, который отделяет механизмы дозатора от сыпучего материала. Объемный дозатор состоит из дозировочной камеры, штока, который приводится в действие пневмоцилиндром, и двух конических клапанов, жестко закрепленных на штоке, причем вершина конуса верхнего клапана направлена вниз, а вершина конуса нижнего клапана направлена вверх. Дозировочная камера помещается под отверстием в нижней части защитного кожуха дозатора, через который проходит шток пневмоцилиндра. Крепление дозировочной камеры к защитному кожуху дозатора выполнено посредством множества ребер с широким пространством между ребрами. Когда шток находится в приподнятом положении, верхний клапан открыт для доступа сыпучего материала, а нижний клапан запирает дно дозировочной камеры.

При этом, вследствие гравитационных сил, дозируемый материал засыпается между ребрами, заполняя дозировочную камеру. При движении штока вниз оба конических клапана также опускаются, причем верхний клапан запирает верхнюю часть стакана, а нижний клапан отходит вниз от нижней кромки камеры, позволяя, таким образом, дозе материала высыпаться через распределительный желоб в отверстие в корке электролита, сделанное пробойником.

К недостаткам прототипа относятся:

1. При перемещении штока из верхнего положения в нижнее положение нижний клапан уже открыт для высыпания материала из камеры, а верхний еще не закрыт. Это дает возможность пополнения камеры новыми порциями сыпучего материала. Разные условия (скорость перемещения штока, влажность дозируемого материала и т.п.) могут приводить к тому, что эти дополнительные порции сыпучего материала будут различными. Следовательно, доза сыпучего материала не является постоянной.

2. В связи с неблагоприятной окружающей средой и значительными усилиями на шток может происходить его деформация. Деформация штока, на котором жестко установлены клапаны, иногда приводит к деформации клапанов и торцевых поверхностей дозировочной камеры, а следовательно, к возможному высыпанию материала при закрытых клапанах.

В основу изобретения положена задача разработки устройства для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, конструкция которого обеспечивает стабильность дозы путем значительного уменьшения зависимости дозы сыпучего материала от физических характеристик сырья и скорости перемещения штока пневмоцилиндра.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, включающем бункер дозируемого материала, дозировочную камеру, содержащую шток с пневмоприводом и установленными на штоке нижним коническим клапаном и верхним запорным элементом, согласно предлагаемому изобретению верхний запорный элемент выполнен в виде поршня, жестко закрепленного на штоке; в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по ее периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока поршень установлен над загрузочными окнами; а нижнюю часть дозировочной камеры охватывает юбка, выполненная с внутренним сужением диаметра ее верхней части; при этом на конце штока жестко закреплен цилиндрический наконечник с внутренней полостью, в которой свободно размещено шаровое утолщение пальца; на котором с возможностью горизонтального перемещения закреплен нижний конический клапан, причем высота цилиндрической части наконечника, расположенной над внутренним сужением юбки при верхнем положении штока, выполнена равной высоте загрузочного окна.

Первым отличительным признаком является замена верхнего конического клапана поршнем золотникового типа, перемещающегося в трубе, которая в своей нижней части является дозировочной камерой. В результате этого скорость перемещения штока не зависит от степени наполнения бункера.

Другим отличительным признаком изобретения является использование наконечника на штоке и внутреннего сужения юбки для предотвращения высыпания дозируемого материала с момента движения штока вниз вплоть до полного запирания поршнем загрузочных окон. Высыпание материала происходит при движении поршня вниз при уже закрытых поршнем загрузочных окнах. При движении поршня вверх по мере открытия загрузочных окон начинается засыпка новой порции материала в дозировочную камеру. Однако высыпание дозируемого материала через нижний, пока еще открытый клапан, затруднено (практически отсутствует) из-за малого проходного сечения, образованного цилиндрической частью наконечника на штоке и внутренним сужением юбки.

Возможные деформации нижнего клапана и контактирующей с ним нижней грани (седла) дозатора, характерные для прототипа, предотвращаются использованием шарового шарнира, который представляет собой палец с шаровым окончанием, вложенным в полость наконечника штока. Размер шарового окончания больше нижнего отверстия наконечника, через которое проходит палец. На нижней части пальца жестко прикреплен конический клапан. Эта конструкция обеспечивает свободное перемещение нижнего конического клапана в горизонтальной плоскости и позволяет ему мягко самоустанавливаться в седле дозировочной камеры.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На чертеже показано устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер.

Устройство дозирования сыпучего материала включает в себя бункер дозируемого материала 1, пневмоцилиндр 2 и трубу дозатора 3. Собственно дозировочная камера 4 располагается в трубе дозатора 3 между загрузочными окнами 5 и клапаном 6. Верхняя часть вертикально установленной трубы дозатора 3, в том числе загрузочные окна 5, располагаются в бункере 1 дозируемого материала, а нижняя часть трубы дозатора 3, то есть дозировочная камера 4, расположена под отверстием в днище бункера 1 с дозируемым материалом. Внутри трубы дозатора проходит шток 7, приводимый в действие пневмоцилиндром 2. Поршень 8 насажен на шток 7. Нижняя поверхность поршня 8, при верхнем положении штока 7, находится над загрузочными окнами 5 в трубе дозатора 3. Запорным устройством дозатора является конический клапан 6, прикрученный гайками к резьбе шарового пальца 9, шаровое окончание которого вставлено в полость наконечника 10, прикрученного к штоку 7. Такое соединение (шаровой шарнир) дает возможность клапану 6 свободно перемещаться в горизонтальной плоскости. Вершина конуса клапана 6 направлена вверх. К нижнему торцу дозировочной камеры привинчена юбка 11 с внутренним сужением 12. Внешняя поверхность наконечника 10 представляет собой цилиндр с коническим сужением в верхней части. В верхнем положении штока 7 величина цилиндрической части наконечника 10, возвышающейся над сужением 12, равна высоте загрузочного окна. Длина поршня 8 на 10-20 мм превышает величину, равную сумме высоты загрузочных окон 5 и величины хода штока 7.

Дозирующее устройство работает следующим образом.

Дозируемый материал постоянно заполняет пространство в зоне загрузочного окна дозировочной камеры. В исходном состоянии шток 7 находится в верхнем положении, поршень 8 располагается над верхней кромкой загрузочных окон 5, выпускное отверстие дозировочной камеры 4 закрыто клапаном 6, наконечник 10 находится в максимально высокой позиции над сужением 12. Последнее означает, что расстояние от этого сужения до верхней кромки цилиндрической части цилиндра наконечника 10 равно высоте загрузочных окон 5. Дозируемый материал из бункера 1 заполняет дозировочную камеру 4 через загрузочные окна 5. Для разгрузки дозировочной камеры 4 подается управляющий сигнал на пневмоцилиндр 2, приводящий к перемещению вниз штока 7 с поршнем 8, наконечником 10, шаровым пальцем 10 и клапаном 6, при этом загрузочные окна 5 дозировочной камеры 4 закрываются поршнем, а сыпучий материал через выпускное отверстие дозировочной камеры 4 и, далее, через течку высыпается в лунку в корке ванны. Малая величина зазора между наконечником 10 и сужением 12 препятствует быстрому высыпанию материала из дозировочной камеры, в результате чего дозировочная камера опорожняется уже после того, как поршень 8 перекроет загрузочные окна 5. Величина хода штока 7 определена экспериментально таким образом, чтобы с помощью поршня обеспечивалось полное опорожнение дозировочной камеры от сыпучего материала при движении штока с поршнем вниз.

После опорожнения дозировочной камеры 4 шток 7 начинает возвращаться вверх в исходное положение, при этом цилиндрическая часть наконечника 10 достигает сужения 12 раньше, чем начинается открытие загрузочных окон дозатора. Это создает препятствие для прямого прохода сыпучего материала через загрузочные окна 5 и выпускное отверстие дозатора. Далее, по мере приближения штока 7 к крайней верхней позиции, клапан 6 мягко самоустанавливается на фаску юбки 11, не допуская деформации самого клапана и контактирующей поверхности юбки.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение точности дозирования, что, в свою очередь, улучшает технологические показатели работы электролизера.