устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер

Формула изобретения

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, содержащее бункер дозируемого материала, дозировочную камеру со штоком с пневмоцилиндром и установленными на штоке нижним и верхним запорными элементами, отличающееся тем, что верхний запорный элемент выполнен из двух частей: рассекателя сыпучего материала и блока верхних цилиндрических щеток, жестко закрепленных на штоке, в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока верхний запорный элемент установлен над загрузочными окнами, а нижний запорный элемент закреплен на конце штока и выполнен в виде расположенных соосно нижнего конусного клапана и нижней цилиндрической щетки, причем расстояние от основания нижнего конусного клапана до нижней границы дозировочной камеры при верхнем положении штока составляет не менее высоты загрузочных окон, при этом к нижнему конусному клапану через карданный шарнир присоединена коническая крышка с возможностью ее свободного контакта с нижним срезом дозировочной камеры.

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.

Известно устройство для дозированной подачи сырья для алюминиевых электролизеров (патент РФ №2226572, 2004, С25С 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 в глубь 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 известного 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 4,437,964, 1984, С25С 3/14) для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, включающее 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 запорных элементов, выполненных в виде конусных 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 конусных клапана также опускаются, причем верхний клапан запирает верхнюю часть дозировочной камеры, 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 пневмоцилиндром и установленными на штоке нижним и верхним запорными элементами, согласно предлагаемому изобретению верхний запорный элемент выполнен в виде комбинации из рассекателя сыпучего материала и верхних цилиндрических щеток, жестко закрепленных на штоке; в верхней части дозировочной камеры, выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока верхний запорный элемент установлен над загрузочными окнами, а нижний запорный элемент закреплен на конце штока и выполнен в виде нижнего конусного клапана с присоединенной к нему нижней цилиндрической щеткой, причем расстояние от основания нижнего конусного клапана до нижней границы дозировочной камеры при верхнем положении штока составляет не менее высоты загрузочных окон; кроме того, устройство дополнительно снабжено конической крышкой, присоединенной к штоку через карданный шарнир с возможностью ее свободного контакта с нижним срезом дозировочной камеры.

Первым отличительным признаком является замена верхнего конусного клапана, используемого в прототипе, верхним запорным элементом, состоящим из рассекателя сыпучего материала (сырья) и упругих верхних цилиндрических щеток в нижней части этого запорного элемента. Использование такой конструкции вместо верхнего клапана, применяемого в прототипе, позволило увеличить ход штока с целью перекрытия загрузочных окон при открытом нижнем конусном клапане. Вторым отличительным признаком изобретения является использование нижнего конусного клапана с присоединенной к нему нижней цилиндрической щеткой с ворсом из стальной проволоки для предотвращения высыпания дозируемого материала в электролизер при открытых загрузочных окнах. Упругий стальной ворс щетки служит также для центровки нижнего конусного клапана. Третьим отличительным признаком является использование конической крышки, присоединенной к нижнему конусному клапану с помощью карданного соединения. Коническая крышка предназначена для исключения просыпания сырья через зазор между нижней цилиндрической щеткой и внутренней поверхностью дозировочной камеры, для предохранения внутренней поверхности дозировочной камеры от действия горячих агрессивных газов, а также для ограничения хода штока вверх.

В исходном положении рассекатель находится в слое сырья, а упругие щетки - в верхней части дозировочной камеры над загрузочными окнами. При движении штока вниз рассекатель входит в дозировочную камеру, предотвращая попадание дозируемого сыпучего материала в верхнюю часть дозировочной камеры. Одновременно с этим, по мере продвижения штока вниз верхний запорный элемент начинает перекрывать загрузочные окна. При дальнейшем движении штока вниз высыпание материала из дозатора происходит при уже закрытых верхним запорным элементом загрузочных окнах.

При движении штока вверх вначале нижний конусный клапан с нижней цилиндрической щеткой закрывает выпускное отверстие дозировочной камеры, и только после этого, по мере открытия загрузочных окон начинается засыпка новой порции материала в дозировочную камеру. Рассекатель, находящийся в слое сырья, раздвигает этот сыпучий материал, облегчая движении штока вверх.

Возможное незначительное просачивание дозируемого материала через зазор между нижней цилиндрической щеткой и внутренней поверхностью дозировочной камеры полностью исключается использованием конической крышки, которая также является фиксатором верхнего положения штока. Кроме того, коническая крышка уменьшает воздействие горячих агрессивных газов на металлический ворс нижней цилиндрической щетки и внутреннюю поверхность дозировочной камеры.

Возможные деформации конической крышки и контактирующего с ней нижнего среза дозировочной камеры, характерные для прототипа, предотвращаются использованием карданного соединения конической крышки с нижним коническим клапаном. Эта конструкция позволяет конической крышке мягко самоустанавливаться на нижнем срезе дозировочной камеры.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 показано устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер; на фиг.2,а, 2,б, 2,в последовательно показаны различные позиции установленных на штоке элементов по мере опускания штока вниз.

Устройство дозирования сыпучего материала включает в себя бункер дозируемого материала 1, пневмоцилиндр 2 и дозировочную камеру 3. Нижняя часть дозировочной камеры 3 под загрузочными окнами 4 располагается под отверстием в днище бункера 1. Верхняя часть дозировочной камеры 3, в том числе загрузочные окна 4 располагаются в бункере 1 дозируемого материала. Внутри дозировочной камеры проходит шток 5, приводимый в действие пневмоцилиндром 2. На шток 5 насажен верхний запорный элемент, который состоит из двух частей: рассекателя 6 и блока упругих верхних цилиндрических щеток 7. Нижняя поверхность верхнего запорного элемента при верхнем положении штока 5 находится над загрузочными окнами 4. Функции нижнего запорного элемента выполняют насаженный на шток 5 нижний конусный клапан 8 и присоединенная к нему нижняя цилиндрическая щетка 9 с металлическим ворсом. К нижнему конусному клапану 8 с помощью карданного шарнира 10 присоединяется коническая крышка 11. Использование карданного шарнира 10 дает конической крышке 11 возможность мягко самоустанавливаться на нижнем срезе дозировочной камеры 3. Дозировочная камера 3 с помощью прутков 12 связана с трубой 13, являющейся несущей конструкцией, которая также защищает верхнюю часть дозатора от попадания сыпучего материала.

Устройство для дозированной подачи сырья работает следующим образом.

Дозируемый материал постоянно заполняет пространство в зоне загрузочных окон 4 дозировочной камеры 3. В исходном состоянии шток 5 находится в верхнем положении, верхний запорный элемент располагается над верхней кромкой загрузочных окон 4, причем рассекатель 6 находится в слое сыпучего материала, а верхние цилиндрические щетки 7 - в верхней части дозировочной камеры, выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 3 закрыто конической крышкой 11, нижний конусный клапан 8 с нижней цилиндрической щеткой 9 находятся в максимально высокой позиции над выпускным отверстием дозировочной камеры. Расстояние от основания нижнего конусного клапана 8 (где этот клапан контактирует с нижней цилиндрической щеткой 9) до нижнего среза дозировочной камеры не менее высоты загрузочных окон 4. Дозируемый материал из бункера 1 заполняет нижнюю часть дозировочной камеры 3 через загрузочные окна 4. Для разгрузки дозировочной камеры 3 подается управляющий сигнал на пневмоцилиндр 2, приводящий к перемещению вниз шток 5 с насаженными на него верхним запорным элементом (рассекатель 6 и цилиндрические щетки 7), нижним конусным клапаном 8 с присоединенной к нему нижней цилиндрической щеткой 9 и далее через карданный шарнир 10 на коническую крышку 11. При этом загрузочные окна 4 закрываются верхним запорным элементом (6 и 7), а сыпучий материал через выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 3 и далее через течку высыпается в лунку глиноземно-электролитной корки. Нижний конусный клапан 8 с присоединенной к нему нижней цилиндрической щеткой 9 проходит нижний срез дозировочной камеры 3 в момент, когда загрузочные окна 4 уже полностью перекрыты верхним запорным элементом (6 и 7). При этом отсутствует характерный для прототипа сквозной проход для сыпучего материала от бункера 1 через дозировочную камеру 3 и через выпускное отверстие в электролит ванны. Величина хода штока 5 выбрана такой, чтобы в нижнем положении штока 5 нижний конусный клапан 8 был на расстоянии от среза дозировочной камеры достаточном для полного опорожнения дозировочной камеры 3. Далее шток 5 начинает возвращаться вверх, при этом основание нижнего конусного клапана 8 достигает выпускного отверстия дозировочной камеры раньше, чем начинается открытие загрузочных окон 4. Это исключает прямой проход для сыпучего материала через загрузочные окна 4 и выпускное отверстие дозировочной камеры. Далее по мере приближения штока 5 к крайней верхней позиции коническая крышка 11 мягко самоустанавливается на фаску нижнего среза дозировочной камеры, не допуская деформации самой крышки и контактирующей поверхности дозировочной камеры.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение точности дозирования, что, в свою очередь, улучшает технологические показатели работы электролизера. Испытания, проведенные на заводах КрАЗ и САЗ, показали, что точность дозы глинозема и дробленого электролита ни разу не превысили 3% от средней и/или от расчетной величины дозы. При использовании изобретения обычно объем и масса доз колеблется в пределах 2% от расчетной величины.