Патент на изобретение №2315823

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ СЫРЬЯ В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для подачи сырья (глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита) в алюминиевый электролизер с обожженными анодами и с центральным питанием. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с установленным штоком с пневмоцилиндром. На штоке жестко закреплены нижний запорный элемент и верхний поршень. Нижний запорный элемент закреплен на конце штока и выполнен в виде конусного клапана с присоединенным к нему нижним поршнем. В верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока верхний поршень установлен над загрузочными окнами. Расстояние от основания конусного клапана до нижнего среза дозировочной камеры не менее высоты загрузочных окон. Коническая крышка присоединена к штоку через карданный шарнир с возможностью мягкой самоустановки на нижнем срезе дозировочной камеры. Коническая крышка служит для фиксации штока в верхнем положении, защиты нижнего поршня от горячих агрессивных газов, исходящих от поверхности электролита и для предотвращения просачивания дозируемого материала через зазор между нижним поршнем и внутренней поверхностью дозатора. При открытых загрузочных окнах дозируемый сыпучий материал не высыпается через выпускное отверстие дозатора, которое запирается и отпирается конусным клапаном. Устройство обеспечивает стабильность дозы путем значительного уменьшения зависимости дозы сыпучего материала от физических характеристик сырья и скорости перемещения штока пневмоцилиндра. 2 ил.

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, 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 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 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 4437964, 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 пневмоприводом и установленными на штоке нижним и верхним запорными элементами, согласно предлагаемому изобретению верхний запорный элемент выполнен в виде верхнего поршня, жестко закрепленного на штоке; в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока верхний поршень установлен над загрузочными окнами; а нижний запорный элемент закреплен на конце штока и выполнен в виде конусного клапана с присоединенным к нему нижним поршнем; причем расстояние от основания 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 поршнем золотникового типа, перемещающегося в дозировочной камере. В результате в отличие от прототипа скорость перемещения штока не зависит от степени наполнения бункера.

Другим отличительным признаком изобретения является использование конусного клапана с присоединенным к нему поршнем для предотвращения высыпания дозируемого материала в электролизер при открытых загрузочных окнах. При движении поршня вниз высыпание материала из дозатора происходит при уже закрытых верхним поршнем загрузочных окнах. При движении штока вверх вначале конусный клапан с нижним поршнем закрывает выпускное отверстие дозировочной камеры и только после этого по мере открытия загрузочных окон начинается засыпка новой порции материала в дозировочную камеру. Возможное незначительное просачивание дозируемого материала через зазор между нижним поршнем 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 материал поршня и внутреннюю поверхность дозировочной камеры.

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

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фигуре 1 показано устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, на фигуре 2а – режим загрузки, шток в крайнем верхнем положении, на фигуре 2б – среднее положение штока, на фигуре 2в – режим выгрузки, шток в крайнем нижнем положении.

Устройство дозирования сыпучего материала включает в себя бункер дозируемого материала 1, пневмоцилиндр 2 и дозировочную камеру 3. Нижняя часть 4 дозировочной камеры 3 располагается под загрузочными окнами 5, под отверстием в днище бункера 1. Верхняя часть дозировочной камеры 3, в том числе загрузочные окна 5, располагаются в бункере 1 дозируемого материала. Внутри дозировочной камеры проходит шток 7, приводимый в действие пневмоцилиндром 2. Верхний поршень 8 насажен на шток 7. Нижняя поверхность верхнего поршня 8 при верхнем положении штока 7 находится над загрузочными окнами 5. Функции нижнего запорного элемента выполняют насаженные на шток 7 конусный клапан 10 и присоединенный к нему нижний поршень 11 из термостойкого материала. К нижнему концу штока 7 с помощью карданного шарнира 9 присоединяется коническая крышка 6. Соединение конической крышки 6 со штоком 7 с помощью карданного шарнира 9 дает ей возможность мягко самоустанавливаться на нижнем срезе дозировочной камеры.

Устройство для дозированной подачи сырья работает следующим образом.

Дозируемый материал постоянно заполняет пространство в зоне загрузочного окна 5 дозировочной камеры 3. В исходном состоянии шток 7 находится в верхнем положении, верхний поршень 8 располагается над верхней кромкой загрузочных окон 5, выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 4 закрыто конической крышкой 6, конусный клапан 10 с нижним поршнем 11 находятся в максимально высокой позиции над выпускным отверстием дозировочной камеры. Расстояние от основания конусного клапана 10 (где этот клапан контактирует с нижним поршнем 11) до нижнего среза трубы дозатора не менее высоты загрузочных окон 5. Дозируемый материал из бункера 1 заполняет нижнюю часть дозировочной камеры 4 через загрузочные окна 5. Для разгрузки дозировочной камеры 4 подается управляющий сигнал на пневмоцилиндр 2, приводящий к перемещению вниз штока 7 с верхним поршнем 8, конусным клапаном 10 с присоединенным к нему нижним поршнем 11, и далее через карданный шарнир 9 на коническую крышку 6. При этом загрузочные окна 5 закрываются верхним поршнем 8, а сыпучий материал через выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 4 и далее через течку высыпается в лунку глиноземно-электролитной корки. Конусный клапан 10 с присоединенным к нему нижним поршнем 11 проходит нижний срез дозировочной камеры 4 в момент, когда загрузочные окна 5 уже полностью перекрыты верхним поршнем 8. При этом отсутствует характерный для прототипа сквозной проход для сыпучего материала от бункера 1 через дозировочную камеру 4 и через выпускное отверстие в электролит ванны. Величина хода штока 7 определена экспериментально таким образом, чтобы с помощью нижнего поршня 11 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 основание конусного клапана 10 достигает выпускного отверстия дозировочной камеры раньше, чем начинается открытие загрузочных окон 5. Это исключает прямой проход для сыпучего материала через загрузочные окна 5 и выпускное отверстие дозировочной камеры. Далее, по мере приближения штока 7 к крайней верхней позиции коническая крышка 6 мягко самоустанавливается на фаску нижнего среза дозировочной камеры, не допуская деформации самой крышки и контактирующей поверхности дозатора. Коническая крышка служит для фиксации штока 7 в верхнем положении, защиты нижнего поршня 11 и внутренней поверхности дозировочной камеры 4 от горячих агрессивных газов, исходящих от поверхности электролита, а также для предотвращения просачивания дозируемого материала через зазор между нижним поршнем и внутренней поверхностью дозатора.

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

Формула изобретения

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, содержащее бункер дозируемого материала, дозировочную камеру, имеющую шток с пневмоприводом и установленными на штоке нижним и верхним запорными элементами, отличающееся тем, что оно снабжено конической крышкой, присоединенной к штоку через карданный шарнир с возможностью ее свободного контакта с нижним срезом дозировочной камеры, верхний запорный элемент дозировочной камеры выполнен в виде верхнего поршня, жестко закрепленного на штоке, в верхней части дозировочной камеры, выше основания бункера расположены по периметру загрузочные окна таким образом, что в верхнем положении штока верхний поршень установлен над загрузочными окнами, а нижний запорный элемент закреплен на конце штока и выполнен в виде конусного клапана с присоединенным к нему нижним поршнем, причем расстояние от основания конусного клапана до нижней границы дозировочной камеры при верхнем положении штока составляет не менее высоты загрузочных окон.

РИСУНКИ