RU2175688C2

RU2175688C2 - Process and facility for automatic feed of aluminum electrolyzer with alumina

Info

Publication number: RU2175688C2
Application number: RU99126341A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Че; В.С. Кужель; В.Н. Иванов; Ю.П. Артемьев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-11-10

Abstract

FIELD: metallurgy of light metals, electrolytic production of aluminum and stabilization of technological parameters of electrolysis. SUBSTANCE: automatic feed of aluminum electrolyzer with alumina and correcting additives is conducted through holes in scum formed by punches executing reciprocating motions. Raw material is fed into electrolyte melt out of metering slit of weighing machine by means of aerating pneumatic pulses. Feed of raw material is stopped spontaneously with interruption of supply of compressed air into system. Proposed facility has hopper for loose materials, weighing machine, pneumatic system, punches with drive and control unit to optimize cycling of feed of raw materials. Weighing machine comes in the form of metal box inside which inclined plate forming calibrating slit jointly with bottom of box is installed. EFFECT: optimized rational mode of feed of raw materials, stabilized volume of dose independent of external factors, diminished loss of raw materials and improved ecology. 8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому способу получения алюминия, и может быть использовано для автоматизации процесса подачи глинозема и корректирующих добавок, и направлено на совершенствование подачи сырья в расплав электролита для оптимизации технологических режимов процесса. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to an electrolytic method for producing aluminum, and can be used to automate the process of feeding alumina and corrective additives, and is aimed at improving the supply of raw materials to the molten electrolyte to optimize process conditions.

Известны различные способы и устройства для автоматизированного питания электролизера глиноземом и добавками, принципиальные схемы которых неизменны и заключаются в пробое отверстий в корке электролита и введении заданного количества сырья, но отличающиеся режимами подачи, оборудованием, которые и определяют эффективность, надежность и экономичность работы автоматизированных систем. There are various methods and devices for the automated power supply of the electrolyzer with alumina and additives, the schematic diagrams of which are unchanged and consist in the breakdown of holes in the crust of the electrolyte and the introduction of a given amount of raw materials, but differing in feed modes, equipment that determine the efficiency, reliability and efficiency of the automated systems.

Известны способ и устройство для автоматического питания алюминиевых электролизеров глиноземом, в которых используются объемно-вакуумные дозаторы с пневмоцилиндром на поршне, на котором укреплен пробивной механизм (SU 0461973, ВНИИПИ, C 25 C 3/20, 3/14, 28.02.75). Доза подачи глинозема контролируется изменением частоты пневмоимпульсов в зависимости от технологического процесса электролиза. Недостатком данного способа является большой расход сжатого воздуха, инерционность в подаче материалов и непостоянство объема дозы глинозема, поступающего в электролит. A known method and device for the automatic power supply of aluminum electrolyzers with alumina, which use volume-vacuum dispensers with a pneumatic cylinder on a piston on which the punching mechanism is mounted (SU 0461973, VNIIIPI, C 25 C 3/20, 3/14, 28.02.75). Alumina feed dose is controlled by changing the frequency of pneumatic pulses depending on the electrolysis process. The disadvantage of this method is the high consumption of compressed air, the inertia in the supply of materials and the variability of the dose of alumina entering the electrolyte.

Известен способ питания электролизера (US 3901787, NIZEKI et al., 204/245, 26.08.75), где дозатор состоит из двух аэрожелобов, один из которых используется для заполнения мерных камер, а второй - для подачи из камер дозы глинозема в электролит через направляющие трубы. Недостатком данного способа является неизменность объема дозы, и она определяется объемом камер первого аэрожелоба. There is a known method of powering an electrolyzer (US 3901787, NIZEKI et al., 204/245, 26.08.75), where the dispenser consists of two aero chutes, one of which is used to fill the measuring chambers, and the second - to supply a dose of alumina from the chambers to the electrolyte through guide tubes. The disadvantage of this method is the invariance of the volume of the dose, and it is determined by the volume of the chambers of the first aeroflow.

Наиболее близким по решению к заявляемому способу является способ и устройство для его реализации описанный в патенте RU 2121529 C1 "Способ питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками и устройство для его осуществления", 6 C 25 C 3/14. Согласно изобретению глинозем и корректирующие добавки подаются через отверстие в корке, которая поддерживается не зарастающим с помощью циклической работы пробойника. Сырье в расплав электролита истекает через щелевидное выпускное отверстие в боковой стенке емкости под действием аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слои движущегося под действием силы тяжести материала, а отсечка материала происходит за счет самозапирания выпускного отверстия после прекращения подачи аэрирующих пневматических импульсов. Однако известному техническому решению свойственны некоторые недостатки. Аэрирующая коробка, днищем которой является газопроницаемая пластинка с определенным размером пор для предотвращения проникновения частиц глинозема и корректирующих добавок, может загрязняться и забиваться материалами с пылевой фракцией менее 45 мкм. Содержание пылевой фракции менее 45 мкм в глиноземе "промежуточного" типа достигает 10-30%. За счет конструктивных особенностей и расположения газопроницаемой пластины в качестве днища короба, определенная часть которой находится под направляющей течки материала, наблюдается повышенное пыление сыпучих материалов. Пыление мелких частиц сырья на выходе из направляющих течки вызывает повышенный унос глинозема в систему газоотсоса. Газопроницаемая пластина должна характеризоваться определенными свойствами, такими как однородность размера пор, которые не должны пропускать пылевые фракции материала в аэрирующую коробку под собственным весом и вибрации корпуса, термостойкость, механическая прочность материала самой пластины, нагрузка на поверхность пластины лимитирована до 0,1 МПа. Дозатор чувствителен к изменению свойств поступающего глинозема, требует высокой точности изготовления, трудозатрат и качества сжатого воздуха. The closest to the solution to the claimed method is the method and device for its implementation described in patent RU 2121529 C1 "Method for feeding an aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives and a device for its implementation", 6 C 25 C 3/14. According to the invention, alumina and corrective additives are fed through an opening in the crust, which is maintained not overgrown by cyclic operation of the punch. The raw material flows into the electrolyte melt through a slit-shaped outlet in the side wall of the vessel under the action of aerated pneumatic pulses introduced into the layers of the material moving under the influence of gravity, and the material is cut off due to self-locking of the outlet after the aeration of pneumatic pulses is stopped. However, the known technical solution has some disadvantages. The aeration box, the bottom of which is a gas-permeable plate with a certain pore size to prevent the penetration of alumina particles and corrective additives, can become contaminated and clogged with materials with a dust fraction of less than 45 microns. The content of the dust fraction of less than 45 μm in the "intermediate" type alumina reaches 10-30%. Due to the design features and the location of the gas-permeable plate as the bottom of the box, a certain part of which is located under the guide channel of the material, increased dusting of bulk materials is observed. Dusting of small particles of raw materials at the outlet of the estrus rails causes an increased entrainment of alumina into the gas exhaust system. A gas-permeable plate should be characterized by certain properties, such as pore size uniformity, which should not allow dust fractions of the material into the aeration box under its own weight and body vibrations, heat resistance, mechanical strength of the plate material, load on the plate surface is limited to 0.1 MPa. The dispenser is sensitive to changes in the properties of incoming alumina, requires high precision manufacturing, labor costs and quality of compressed air.

Предлагаемым изобретением предусматривается создание устройства для автоматического питания глиноземом, которое свободно от названных недостатков и является прочным и надежным, но при этом просто в изготовлении и в эксплуатации. The present invention provides for the creation of a device for the automatic supply of alumina, which is free from the above disadvantages and is strong and reliable, but at the same time easy to manufacture and operate.

Техническим результатом изобретения является обеспечение оптимальных режимов подачи сырья, точности и воспроизводимости объема доз, снижения трудоемкости, простоты изготовления дозатора, снижения потерь дозируемого сырья, надежности работы и возможности состыковки с известными системами автоматического управления технологическим процессом электролиза. Технический результат обеспечивается тем, что в способе автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, включающем подачу материала в расплав электролита посредством аэрирующих пневматических импульсов, вводимых в слой движущегося под действием силы тяжести материала из дозировочной щели дозатора в незарастающие отверстия в корке, образованные возвратно-поступательной работой пробойников при минимизации времени их нахождения в крайнем нижнем положении, и регулирование величины подаваемой дозы материала за счет самозапирания дозировочной щели, аэрирующие пневматические импульсы формируют путем подачи направленной струи сжатого воздуха в калиброванную щель, выполненную в дозаторе, а подачу материала к дозировочной щели осуществляют по наклонной пластине. The technical result of the invention is the provision of optimal feed conditions, accuracy and reproducibility of the volume of doses, reducing the complexity, ease of manufacture of the dispenser, reducing losses of the dosed raw materials, reliability and the ability to dock with known automatic control systems for the electrolysis process. The technical result is ensured by the fact that in the method for automatically feeding aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives, which includes feeding material into the electrolyte melt by means of aerated pneumatic pulses introduced into the layer of material moving under the action of gravity from the metering metering slit into non-growing holes in the crust formed by progressive work of the punches while minimizing the time they are in the lowest position, and adjusting the feed rate nd dose material due to self-locking dosage slit aeration pneumatic pulses are formed by applying a directed jet of compressed air in a calibrated slit formed in the dispenser and feed material to the metering gap is carried on an inclined plate.

Способ может характеризоваться тем, что сжатый воздух подают с длительностью импульсов 0,15-1,0 с, цикл дискретной подачи импульсов при прочих равных условиях устанавливают в пределах от 1,5 до 10 c, а входное давление сжатого воздуха в байпасной системе 0,5-0,1 МПа, что позволяет создать направленную струю сжатого воздуха в слое основания столба сыпучего материала, опирающегося на поверхность металлического основания короба, и под действием давления верхнего слоя глинозема и направленной струи сжатого воздуха нижний слой по поверхности металлического основания уносится через дозирующую щель в направляющую и далее в расплав под действием силы тяжести материала. The method can be characterized in that compressed air is supplied with a pulse duration of 0.15-1.0 s, the cycle of discrete supply of pulses, ceteris paribus, is set in the range from 1.5 to 10 s, and the input pressure of compressed air in the bypass system is 0, 5-0.1 MPa, which allows you to create a directed stream of compressed air in the base layer of a column of bulk material resting on the surface of the metal base of the box, and under the pressure of the upper layer of alumina and a directed stream of compressed air, the lower layer on the surface of the metal eskogo base is carried away through the dispensing slot in the guide and into the melt material under the force of gravity.

Кроме этого, способ может характеризоваться тем, что объем дозы глинозема и корректирующих добавок, подаваемых в расплав, устанавливают 0,03-0,50 кг, а также тем, что глинозем и корректирующие добавки подают к дозировочной щели под углом естественного откоса сыпучих материалов, что способствует самозапиранию и прекращению самопроизвольного истечения материала в расплав. In addition, the method can be characterized by the fact that the dose of alumina and corrective additives supplied to the melt is set to 0.03-0.50 kg, and also by the fact that alumina and corrective additives are supplied to the dosing gap at an angle of repose of bulk materials, which contributes to self-locking and the termination of spontaneous outflow of material into the melt.

Технический результат обеспечивается также тем, что в устройстве автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками, содержащем бункер для сыпучих материалов, дозатор с дозировочной щелью, средства для регулирования режима подачи материала, пробойник и блок управления, дозатор выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена наклонная пластина, образующая с основанием дозатора калиброванную щель. The technical result is also ensured by the fact that in the device for automatically feeding an aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives, containing a hopper for bulk materials, a dispenser with a metering slit, means for regulating the material supply mode, a punch and a control unit, the dispenser is made in the form of a metal box, inside of which an inclined plate is installed, forming a calibrated gap with the base of the dispenser.

Устройство может характеризоваться тем, что калиброванная щель имеет высоту 1,5-2 мм и ширину 70-80 мм, а наклонная пластина установлена под углом 40-50^o относительно основания короба, что соответствует углу естественного откоса глинозема с различными физико-механическими свойствами.The device can be characterized in that the calibrated slot has a height of 1.5-2 mm and a width of 70-80 mm, and the inclined plate is installed at an angle of 40-50 ^o relative to the base of the box, which corresponds to the angle of repose of alumina with various physical and mechanical properties.

Кроме этого, дозатор выполнен с шайбой, имеющей калиброванные отверстия и установленной на входе сжатого воздуха в дозатор для стабилизации давления воздуха в дозаторах, что позволяет независимо от перепада сопротивления в других дозаторах и их количества, установленных в одной пневматической схеме, поддерживать стабильность объема доз и надежность подачи глинозема. In addition, the dispenser is made with a washer having calibrated openings and installed at the inlet of compressed air to the dispenser to stabilize the air pressure in the dispensers, which, regardless of the difference in resistance in other dispensers and their number installed in one pneumatic circuit, maintain the stability of the dose volume and alumina feed reliability.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема автоматического питания глиноземом; на фиг. 2 показана схема конструкции дозатора в разрезе. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a schematic block diagram of an automatic alumina feed; in FIG. 2 shows a sectional diagram of the design of the dispenser.

В основе заявляемого изобретения лежат результаты натурного испытания способа и устройства на лабораторном стенде и на действующем электролизере Седерберга. The basis of the claimed invention are the results of full-scale testing of the method and device on the laboratory bench and on the existing Soderberg electrolyzer.

Устройство (фиг. 1) состоит из пневматического дозатора 1 для дозирования глинозема в расплав посредством дискретной подачи струи сжатого воздуха через калиброванную щель, при котором заданная доза глинозема поступает через дозировочную щель с направляющей в электролит; пробойника с приводом 2 для пробивки корки электролита; бункера с глиноземом 3, жестко закрепленным с секцией газосборника, в которую вставляется съемный дозатор 1; пневмораспределителей 4 и 5 для дискретной подачи воздуха в дозатор и управления пробойником, соответственно; блока подготовки и распределения сжатого воздуха 6. Формирование и управление дискретной подачи сжатого воздуха происходит с помощью АСУТП (не показано). The device (Fig. 1) consists of a pneumatic dispenser 1 for dispensing alumina into the melt by means of a discrete supply of a stream of compressed air through a calibrated slot, in which a given dose of alumina enters through the metering slot with a guide into the electrolyte; punch with drive 2 for punching the electrolyte crust; a hopper with alumina 3, rigidly fixed to the gas collector section, into which a removable dispenser 1 is inserted; pneumatic distributors 4 and 5 for discrete air supply to the dispenser and punch control, respectively; unit for the preparation and distribution of compressed air 6. The formation and control of a discrete supply of compressed air occurs using an automatic process control system (not shown).

Пневматический дозатор (фиг. 2) расположен в нижней части бункера с глиноземом 3, в котором установлена металлическая сетка для предотвращения попадания в бункер инородных материалов. Дозатор выполнен в виде металлического короба, внутри которого установлена металлическая пластина 10 с углом наклона 40-50^o, которая образует с основанием дозатора калиброванную щель 14 высотой 1,5-2 мм. Металлическая пластина 10 с дном дозатора образует камеру для создания с поступающим сжатым воздухом 9 струи воздуха в калиброванной щели 14. Каждый дозатор снабжен шайбой с калиброванными отверстиями 8, поэтому они работают индивидуально и не зависят от перепада давления сжатого воздуха в других дозаторах и их количества, установленных в одной пневматической схеме. Размеры отверстий на шайбах, установленных на входе сжатого воздуха в каждый дозатор, рассчитаны таким образом, что обеспечивают соответствующий перепад давления, необходимый для импульсной подачи определенной дозы сыпучих материалов из дозатора. Сопротивление, создаваемое столбом глинозема поступающей струе воздуха, способствует образованию направленной воздушной подушки между слоем глинозема и поверхностью основания дозатора 7, под действием которой происходит передвижение слоя глинозема через дозировочную щель в расплав под действием силы тяжести. Дискретная подача сжатого воздуха в дозатор в заданном цикле, кратковременные импульсы от 0,15 с до 1,0 с создают условия для точного и равномерного истечения слоя глинозема через дозировочную щель 12 и направляющую дозатора 13, установленную на передней стенке дозатора 11 в расплав электролизера. При прекращении подачи сжатого воздуха в дозатор глинозем истекает по наклонной пластине к дозировочной щели и запирает ее, образуя слой с углом естественного откоса. Размер слоя глинозема, запирающего дозировочную щель, зависит от высоты щели, типа глинозема и легко разрушается действием направленной воздушной подушки. При подаче сжатого воздуха в дозатор с давлением 0,5-0,1 МПа, рассчитанным для оптимизации режима дискретной подачи глинозема и его дозы, происходит дальнейшее поступление глинозема в расплав. Входное давление сжатого воздуха рассчитывают таким образом, чтобы не происходило пыление глинозема на выходе из дозатора, и достаточно для образования направленной воздушной подушки, и зависело от алгоритма задания объема дозы и режима питания электролизера. Найдено, что при дискретной подаче направленной струи воздушной подушки с количеством от 8 до 15 пульсаций диапазон объема дозы доставляет 120 - 6000 граммов и зависит от времени заданного цикла работы устройства. Цикл дискретной подачи направленной струи воздушной подушки задается с блока автоматической системы управления технологического процесса и может соответствовать широкому диапазону времени, и зависит от необходимых параметров поддержания технологического процесса электролизера. Конструктивная особенность дозатора позволяет дозировать шихтованную смесь глинозема с фторсолями в соотношении 70:30, соответственно, без изменения режима работы дозатора. В реальной ситуации анодного эффекта электролизера устройство может в течение 2-3 мин насытить электролит глиноземом за счет минимизации времени поступления глинозема из бункера к дозировочной щели и далее в расплав электролита. Натурные испытания показывают стабильность и надежность работы устройства и возможность подачи до 20-25 кг глинозема в расплав в режиме частого питания в течение 3 мин.A pneumatic dispenser (Fig. 2) is located at the bottom of the silo with alumina 3, in which a metal mesh is installed to prevent foreign materials from entering the silo. The dispenser is made in the form of a metal box, inside of which there is a metal plate 10 with an angle of inclination of 40-50 ^o , which forms a calibrated slot 14 with a height of 1.5-2 mm with the base of the dispenser. A metal plate 10 with the bottom of the dispenser forms a chamber for creating with the incoming compressed air 9 jets of air in the calibrated slot 14. Each dispenser is equipped with a washer with calibrated openings 8, so they work individually and do not depend on the differential pressure of compressed air in other dispensers and their number, installed in one pneumatic circuit. The dimensions of the holes on the washers installed at the inlet of the compressed air to each dispenser are designed in such a way that they provide the corresponding pressure drop necessary for the pulsed supply of a certain dose of bulk materials from the dispenser. The resistance created by the alumina column to the incoming air stream promotes the formation of a directed air cushion between the alumina layer and the surface of the base of the dispenser 7, under the influence of which the alumina layer moves through the dosing slot into the melt under the influence of gravity. The discrete supply of compressed air to the dispenser in a predetermined cycle, short pulses from 0.15 s to 1.0 s create the conditions for an accurate and uniform outflow of the alumina layer through the dispensing slit 12 and the dispenser guide 13 mounted on the front wall of the dispenser 11 into the molten cell. When the supply of compressed air to the dispenser is stopped, the alumina flows out along the inclined plate to the dispensing slit and locks it, forming a layer with an angle of repose. The size of the alumina layer that locks the metering slit depends on the height of the slit, such as alumina, and is easily destroyed by the directional air cushion. When compressed air is supplied to the dispenser with a pressure of 0.5-0.1 MPa, calculated to optimize the mode of discrete supply of alumina and its dose, further admission of alumina to the melt occurs. The inlet pressure of the compressed air is calculated so that there is no dusting of alumina at the outlet of the dispenser, and is sufficient for the formation of a directional air cushion, and depended on the algorithm for setting the dose volume and the power mode of the cell. It was found that with a discrete feed of a directional jet of an air cushion with an amount of 8 to 15 pulsations, the dose volume range delivers 120 - 6000 grams and depends on the time of a given device operation cycle. The discrete feed cycle of the directional jet of the air cushion is set from the block of the automatic process control system and can correspond to a wide range of time, and depends on the necessary parameters for maintaining the technological process of the electrolyzer. The design feature of the dispenser allows you to dose a mixture of alumina with fluorine salts in a ratio of 70:30, respectively, without changing the mode of operation of the dispenser. In a real situation of the anode effect of the electrolyzer, the device can saturate the electrolyte with alumina for 2-3 minutes by minimizing the time that the alumina arrives from the hopper to the metering slit and then into the molten electrolyte. Field tests show the stability and reliability of the device and the ability to feed up to 20-25 kg of alumina into the melt in the frequent power mode for 3 minutes.

Воспроизводимость дозы глинозема, в большей степени определяется неравномерным распределением фракционного состава глинозема в бункере и составляет ±10%, относительных. Дозатор изготавливают из нержавеющей стали. The reproducibility of the dose of alumina is, to a greater extent, determined by the uneven distribution of the fractional composition of alumina in the hopper and is ± 10%, relative. The dispenser is made of stainless steel.

В настоящее время способ и устройство для автоматического дозирования глинозема в электролизер проходят промышленное испытание на действующем электролизере. Currently, the method and device for automatic dosing of alumina into the electrolysis cell is undergoing industrial testing on the existing electrolysis cell.

Claims

1. A method for automatically feeding an aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives, including feeding material into the electrolyte melt by means of aerated pneumatic pulses introduced into the layer of material moving under the action of gravity from the metering metering slit into non-growing holes in the crust formed by the reciprocating work of the punches while minimizing the time of their stay in the lowest position, and the regulation of the magnitude of the supplied dose of the material due to the self-locking doziro internal slit, characterized in that the aerating air pulses are formed by applying a directed jet of compressed air in a calibrated slit formed in the dispenser and feed material to the metering gap is carried on an inclined plate.

2. The method according to claim 1, characterized in that the compressed air is supplied with a pulse duration of 0.15 - 1.0 s, the cycle of discrete supply of pulses, ceteris paribus, is set in the range from 1.5 to 10 s, and the input pressure of the compressed air in the bypass system of 0.5 - 0.1 MPa.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the dose volume of alumina and corrective additives supplied to the melt, set 0.03 - 0.50 kg

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the alumina and corrective additives are fed to the metering slit at an angle of repose of bulk materials.

5. A device for automatically feeding an aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives, containing a hopper for bulk materials, a dispenser with a metering slit, means for regulating the material supply mode, a punch and a control unit, characterized in that the dispenser is made in the form of a metal box, inside of which there is an inclined a plate forming a calibrated gap with the base of the dispenser.

6. The device according to claim 5, characterized in that the calibrated slot has a height of 1.5 - 2 mm and a width of 70 - 80 mm.

7. The device according to claim 5, characterized in that the inclined plate is installed at an angle of 40 - 50 ^o relative to the base of the box.

8. The device according to claim 5, characterized in that the dispenser is made with a washer having calibrated holes and installed at the inlet of compressed air to the dispenser.