RU2121529C1 - Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment - Google Patents
Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121529C1 RU2121529C1 RU98101491A RU98101491A RU2121529C1 RU 2121529 C1 RU2121529 C1 RU 2121529C1 RU 98101491 A RU98101491 A RU 98101491A RU 98101491 A RU98101491 A RU 98101491A RU 2121529 C1 RU2121529 C1 RU 2121529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alumina
- supply
- pneumatic
- dispenser
- reagents
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролизом из криолит-глиноземных расплавов и может быть использовано при автоматизированной подаче глинозема и добавок на электролизер. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to the production of aluminum by electrolysis from cryolite-alumina melts and can be used in the automated supply of alumina and additives to the electrolyzer.
Существуют различные способы автоматизированного питания электролизеров сырьем и добавками, применяемые в алюминиевой промышленности. Принципиальная схема процесса неизменна для различных реализаций и заключается в образовании отверстия в корке электролита и введении в расплав заданного количества глинозема и добавок. Для этой цели применяются пробойники и дозаторы, управляемые автономно от системы автоматизации процессом электролиза, при этом достаточно широко используются средства пневмоавтоматики. Однако конкретные режимы подачи сырья и применяемое оборудование имеют особенности, в целом определяющие производительность, энергозатраты и устойчивость функционирования системы автоматизированного питания. There are various ways of automated feeding electrolyzers with raw materials and additives used in the aluminum industry. The process flow diagram is unchanged for various implementations and consists in forming a hole in the electrolyte crust and introducing a predetermined amount of alumina and additives into the melt. Punches and batchers are used for this purpose, controlled independently from the automation system by the electrolysis process, while pneumatic automation tools are widely used. However, specific modes of supply of raw materials and equipment used have features that generally determine the performance, energy consumption and stability of the operation of the automated power system.
Так, известны способ и устройство для автоматического питания алюминиевых электролизеров глиноземом, в которых используются объемно-вакуумные дозаторы, сблокированные с пневмоцилиндром, на поршне которого укреплен пробивной механизм (SU 0461973, ВНИИПИ алюминиевой. . , C 25 C 3/20, 3/14, 28.02.75). Скорость подачи глинозема регулируется изменением частоты подачи пневмоимпульсов, исходя из текущего состояния процесса электролиза. Однако данный способ требует при реализации большого расхода сжатого воздуха и не способен обеспечить достаточную оперативность в подаче материалов: пробойник циклически "проталкивает" предварительно поданный на корку глинозем. So, there is a known method and device for automatically feeding aluminum electrolysis cells with alumina, in which volume-vacuum dispensers are used, interlocked with a pneumatic cylinder, on the piston of which a punching mechanism is fixed (SU 0461973, VNIIIPI aluminum., C 25 C 3/20, 3/14 , 02.28.75). Alumina feed rate is controlled by changing the frequency of supply of pneumatic pulses, based on the current state of the electrolysis process. However, this method requires the implementation of a large flow of compressed air and is not able to provide sufficient efficiency in the supply of materials: the punch cyclically “pushes” pre-fed alumina to the crust.
Другой способ питания электролизера (SU 1611992 A1, Петухов и др., C 25 C 3/14, 07.12.90) предусматривает загрузку глинозема слоем заданной толщины на поверхность электролитной корки с последующим продавливанием корки в электролит. Устройство для этой цели представляет собой плиту из жаропрочного материала со сквозными прорезями, жестко соединенную с бункером. Однако такой прием не позволяет оперативно управлять концентрацией глинозема в расплаве с помощью АСУТП и не гарантирует от провалов глинозема в трещины, появляющиеся на корке, при ее продавливании плитой. При повышении температуры электролита, например при возникновении длительного анодного эффекта или расстройстве технологии, корка расплавится, и весь глинозем из бункера попадает на подину электролизера, что крайне нежелательно. Способ не может быть применен в пусковой период, при котором корка отсутствует. Перемещение бункера с глиноземом и плитой требует значительных энергозатрат. Another way to power the electrolyzer (SU 1611992 A1, Petukhov et al., C 25 C 3/14, 12/07/90) involves loading alumina with a layer of a given thickness onto the surface of the electrolyte crust, followed by forcing the crust into the electrolyte. The device for this purpose is a plate of heat-resistant material with through slots, rigidly connected to the hopper. However, this technique does not allow to quickly control the concentration of alumina in the melt with the help of the process control system and does not guarantee from alumina dips into cracks that appear on the crust when it is forced by the plate. When the temperature of the electrolyte increases, for example, when a prolonged anode effect or a breakdown in technology occurs, the crust will melt, and all the alumina from the hopper falls on the bottom of the cell, which is highly undesirable. The method cannot be applied in the starting period, in which the crust is absent. Moving a bunker with alumina and a stove requires significant energy consumption.
В другом изобретении (US 3901787, NIIZEKI et al., 204/245, 26.08.75) описаны способ и устройство для подачи сырья в электролитическую ванну, в котором дозатор имеет два независимых аэрожелоба, один из которых используется для заполнения мерных камер - труб, а другой - для сбрасывания накопленных доз через направляющие трубы пробойников на корку электролита. В изобретении (SU 1611993 A1, Таджикский алюминиевый завод и др., C 25 C 3/14, 07.12.90) описано устройство для питания с раздельным размещением пробойника и дозатора. Подача глинозема в дозатор и его разгрузка осуществляются посредством пневможелоба и системы аэрации. В этих способах величина подаваемой дозы неизменна (1 - 2,5 кг), она определяется объемом дозатора и насыпным весом глинозема. Another invention (US 3901787, NIIZEKI et al., 204/245, 26.08.75) describes a method and device for feeding raw materials to an electrolytic bath, in which the dispenser has two independent aerial channels, one of which is used to fill the measuring chambers - pipes, and the other for dropping the accumulated doses through the guide tubes of the punches on the electrolyte crust. The invention (SU 1611993 A1, Tajik Aluminum Plant and others, C 25 C 3/14, 12/07/90) describes a power device with separate placement of a punch and a dispenser. Alumina is fed into the dispenser and unloaded by means of a pneumatic chute and aeration system. In these methods, the value of the delivered dose is unchanged (1 - 2.5 kg), it is determined by the volume of the dispenser and the bulk weight of alumina.
Наиболее близким аналогом к заявляемой группе изобретений является способ дозированной подачи глинозема и устройство для его реализации (CH 651074 A5, SCHWEIZERISHE ALUMINIUM AG..., C 25 C 3/14, 30.08.85). Согласно изобретению сырье в точку питания подают импульсами с регулируемой длительностью и частотой, изменяя при необходимости величину дозы. Минимальная величина подаваемой дозы ограничена нижним пределом инерционности управляющего электропневматического клапана. Однако известному техническому решению свойственны недостатки. Синхронное с открыванием клапана срабатывание пневмоцилиндра пробойника при питании малыми дозами приведет к значительному расходу сжатого воздуха, а его высокое давление 0,4 - 0,6 МПа ведет к значительному пылению и уносу глинозема в систему газоотсоса. Дозаторы чувствительны к изменению свойств глинозема и требуют высокой точности изготовления. The closest analogue to the claimed group of inventions is a method of dosed supply of alumina and a device for its implementation (CH 651074 A5, SCHWEIZERISHE ALUMINIUM AG ..., C 25 C 3/14, 30.08.85). According to the invention, the feed is supplied to the feed point by pulses with adjustable duration and frequency, changing the dose if necessary. The minimum value of the delivered dose is limited by the lower inertia limit of the control electro-pneumatic valve. However, the known technical solution is characterized by disadvantages. The actuation of the pneumatic cylinder of the punch synchronized with the opening of the valve when feeding low doses will lead to a significant consumption of compressed air, and its high pressure of 0.4 - 0.6 MPa leads to significant dusting and entrainment of alumina into the exhaust gas system. Dispensers are sensitive to changes in alumina properties and require high precision manufacturing.
Задачей группы изобретений является создание способа и устройства автоматизированного питания электролизеров с повышенной эффективностью и качеством процесса за счет обеспечения рационального режима подачи сырья, воспроизводимости доз, снижения энергетических затрат и потерь дозируемых реагентов, интегрирования с существующими системами автоматизированного управления технологическим процессом. The objective of the group of inventions is to create a method and device for the automated power supply of electrolyzers with increased efficiency and quality of the process by ensuring a rational supply of raw materials, reproducibility of doses, reducing energy costs and losses of dosed reagents, integration with existing automated process control systems.
Технический результат способа обеспечивается тем, что процесс питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками включает дозированную подачу сыпучего материала из емкости в расплав электролита через отверстия в корке, образованные пробойниками, совершающими возвратно-поступательное перемещение, и регулирование величины дозы материала посредством пневматических импульсов с управляемыми параметрами. Отверстия в корке поддерживают незарастающими посредством циклической работы пробойников при минимизации времени их нахождения в крайнем нижнем положении, при этом создают условия для свободного истечения материала через щелевидное выпускное отверстие в боковой стенке емкости 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. The technical result of the method is ensured by the fact that the process of feeding the aluminum electrolyzer with alumina and corrective additives includes a dosed supply of granular material from the tank into the electrolyte melt through holes in the crust formed by punches performing reciprocating movement and adjusting the dose of the material by means of pneumatic pulses with controlled parameters . The holes in the crust are maintained non-fouling by means of the cyclic operation of the punches while minimizing their time in the lowest position, while creating conditions for the free flow of material through the slit-like outlet in the side wall of the tank under the action of aerated pneumatic pulses introduced into the layer moving under the action of gravity of the material and the material is cut off when adjusting the dose by self-locking the said outlet after stopping under chi pneumatic aerating pulses.
Способ может характеризоваться тем, что время нахождения пробойника в крайнем нижнем положении составляет 1-2 сек, а также тем, что величину дозы сыпучих реагентов устанавливают в диапазоне от 0,05 до 0,35 кг на отверстие, причем при прочих равных условиях питают электролизер увеличенными дозами в тех точках питания, где скорость циркуляции электролита выше. The method can be characterized by the fact that the time spent by the punch in its lowest position is 1-2 seconds, and also by the fact that the dose of bulk reagents is set in the range from 0.05 to 0.35 kg per hole, and ceteris paribus feed the cell increased doses at food points where the electrolyte circulation rate is higher.
Способ может характеризоваться тем, что разность давлений, создаваемых пневматическими импульсами под газопроницаемым днищем и над ним, составляет 0,05-2 кПа. The method can be characterized in that the pressure difference created by pneumatic pulses under the gas-permeable bottom and above it is 0.05-2 kPa.
Технический результат устройства обеспечивается тем, что оно включает бункер для сыпучих реагентов, дозатор с кожухом, течкой и средствами для регулирования режима подачи реагентов, пробойник с приводом, подключенные к блоку подачи пневматических импульсов и управления. Средства для регулирования режима подачи сыпучих реагентов выполнены в виде аэрирующей коробки с газопроницаемым элементом, подключенной к блоку подачи пневматических импульсов с регулятором. Газопроницаемый элемент является днищем кожуха дозатора, передняя стенка кожуха установлена с зазором относительно днища, выступающего за пределы кожуха, и совместно с направляющими бортами, скрепленными с кожухом, образует течку. The technical result of the device is ensured by the fact that it includes a hopper for bulk reagents, a dispenser with a casing, estrus and means for regulating the reagent supply mode, a puncturer with a drive connected to the pneumatic impulse supply and control unit. Means for regulating the flow of bulk reagents are made in the form of an aeration box with a gas-permeable element connected to a pneumatic pulse supply unit with a regulator. The gas-permeable element is the bottom of the dispenser casing, the front wall of the casing is installed with a gap relative to the bottom protruding outside the casing, and together with the guide sides fastened to the casing, forms a estrus.
Устройство может характеризоваться тем, что аэрирующая коробка с газопроницаемым элементом выполнена из теплопроводного, термо-, износостойкого материала, а также тем, что дозатор снабжен средствами изменения угла наклона корпуса дозатора в вертикальной плоскости. The device can be characterized in that the aeration box with a gas-permeable element is made of heat-conducting, thermo-, wear-resistant material, and also that the dispenser is equipped with means for changing the angle of inclination of the dispenser body in a vertical plane.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 представлена блок-схема устройства,
на фиг. 2 показана конструкция дозатора, вид сбоку,
на фиг. 3 - то же, что на фиг.2, вид в разрезе по А-А.The invention is illustrated in the drawings, where:
in FIG. 1 shows a block diagram of a device,
in FIG. 2 shows the design of the dispenser, side view,
in FIG. 3 is the same as in FIG. 2, a sectional view along AA.
В основе патентуемой группы изобретений лежат установленные изобретателями и основанные на опытных данных условия рационального построения технологической схемы питания электролизеров глиноземом и корректирующими добавками. При этом принимаются во внимание следующие положения. The patented group of inventions is based on the conditions established by the inventors and based on experimental data for the rational construction of a technological scheme for supplying electrolysis cells with alumina and corrective additives. In doing so, the following points are taken into account.
Теоретически максимальная сосредоточенная доза глинозема (по энергии Гиббса), способная раствориться при 960oC в электролите слоем 19 - 21 см, не превышает (700±30) г. На практике эта величина в 2 - 5 раз меньше и зависит от типа глинозема, его растворимости, удельной поверхности, содержания α-фазы, криолитового отношения, температуры и скорости циркуляции расплава концентрации в нем ранее растворенного глинозема. Дозы глинозема 1 - 2,5 кг, отдаваемые в течку, вызывают резкое переохлаждение локального объема электролита, его перенасыщение и лишь частично растворяются. Поэтому под пробойниками на подине электролизера всегда находят осадок, накопление которого ухудшает работу электролизера, вплоть до расстройства технологии. Современная система управления при этом усугубляет состояние электролизера: анализируя его состояние, делает ошибочный вывод о том, что концентрация глинозема в электролите недостаточна и уменьшает интервалы между подачами.Theoretically, the maximum concentrated dose of alumina (according to Gibbs energy), capable of dissolving at 960 o C in an electrolyte with a layer of 19-21 cm, does not exceed (700 ± 30) g. In practice, this value is 2-5 times less and depends on the type of alumina, its solubility, specific surface area, α-phase content, cryolite ratio, temperature and melt circulation rate of the concentration of previously dissolved alumina in it. Doses of alumina 1 - 2.5 kg given into estrus cause a sharp hypothermia of the local volume of the electrolyte, its supersaturation and only partially dissolve. Therefore, under the punches on the bottom of the cell there is always a precipitate, the accumulation of which worsens the operation of the cell, up to the breakdown of technology. At the same time, the modern control system exacerbates the state of the electrolyzer: by analyzing its state, it makes an erroneous conclusion that the concentration of alumina in the electrolyte is insufficient and reduces the intervals between flows.
Чтобы обеспечить приемлемое растворение доз глинозема, применяют специальный "песчаный" глинозем, который, растворяясь на 20 - 40% быстрее, снижает количество осадка на подине, стабилизирует процесс, повышает выход по току на 1-3%. Однако стоимость "песчаного" глинозема выше примерно на треть и плохо транспортируется высоконапорным пневмотранспортом (М.П.Петухов и др. "Необходимость и особенность применения песчаного глинозема на ОАО КрАЗ".// Сб. докладов научно-технического семинара по проблеме "Песочный глинозем: производство и применение", АО ВАМИ, ЗАО "Алюминий", 11-12 сентября 1997, С-Петербург, 1997). To ensure acceptable dissolution of doses of alumina, a special “sand” alumina is used, which, dissolving 20 to 40% faster, reduces the amount of sediment on the bottom, stabilizes the process, increases the current efficiency by 1-3%. However, the cost of “sand” alumina is about one third higher and poorly transported by high-pressure pneumatic conveying (M.P. Petukhov et al. “Necessity and peculiarity of using sand alumina at KrAZ OJSC” .// Collection of reports of a scientific and technical seminar on the problem of “Sand alumina” : production and application ", JSC VAMI, CJSC" Aluminum ", September 11-12, 1997, St. Petersburg, 1997).
Каждую дозу глинозема (независимо от его типа) массой 1-2,5 кг сопровождают движением пробойника из-за того, что глинозем вызывает "обмерзание" отверстия. Пробойник совершает цикл: движение вниз в течение 2 - 3 сек, имеет задержку внизу - 8 - 16 сек, движение вверх 2 - 3 сек. При этом рабочий орган пробойника нагревается до 700-900oC, окисляется, а иногда и растворяется при соприкосновении с электролитом. Это снижает сортность алюминия и межремонтный срок службы пробойников.Each dose of alumina (regardless of its type) weighing 1-2.5 kg is accompanied by the movement of the punch due to the fact that alumina causes freezing of the hole. The punch performs a cycle: downward movement for 2 - 3 seconds, has a delay below - 8 - 16 seconds, upward movement 2 - 3 seconds. In this case, the working body of the punch is heated to 700-900 o C, oxidized, and sometimes dissolves in contact with the electrolyte. This reduces the grade of aluminum and the overhaul life of punches.
Повысить растворимость глинозема можно значительным (в 3-20 раз) снижением величины дозы на отверстие. Однако с обычными способами подачи и применением известных устройств, это вызовет соответствующее снижение ресурса работы дозаторов, пробойников и их приводов, т.к. они действуют в абразивной среде, в атмосфере агрессивных газов, при температурах 100-400oC и в условиях сильным магнитных полей 50 - 150 Гс. Существующие системы являются основными потребителями сжатого воздуха: корпус из 80 электролизеров на силу тока 255 кА, с шестью пробойниками и шестью дозаторами на каждом, при объеме ковшевого дозатора (1,5±0,4) кг потребляет (107±10) нм3 сжатого воздуха в минуту. Так, например, с уменьшением объема ковшевого дозатора до 0,25 кг и повышением частоты подач в 6 раз, пропорционально возрастает расход сжатого воздуха и смазочных материалов для пневмоцилиндров.To increase the solubility of alumina can be a significant (3-20 times) reduction in the dose per hole. However, with the usual feeding methods and the use of known devices, this will cause a corresponding decrease in the life of the dispensers, punches and their drives, because they act in an abrasive medium, in an atmosphere of aggressive gases, at temperatures of 100-400 o C and in conditions of strong magnetic fields of 50 - 150 G. Existing systems are the main consumers of compressed air: a housing of 80 electrolyzers for a current of 255 kA, with six punches and six batchers each, with a bucket batcher volume (1.5 ± 0.4) kg, consumes (107 ± 10) nm 3 compressed air per minute. So, for example, with a decrease in the volume of the bucket dispenser to 0.25 kg and an increase in the feed frequency by 6 times, the flow rate of compressed air and lubricants for pneumatic cylinders increases proportionally.
Таким образом, для эффективного процесса при питании электролизеров глиноземом и корректирующими добавками должны удовлетворяться следующие условия:
- глинозем должен быть введен под криолитно-глиноземную корку в слой расплавленного электролита высотой 10-30 см с криолитовым отношением 1,8-3,0 и обеспечено его полное растворение независимо от типа ("мучнистого", "промежуточного", недопрокаленного", крупнозернистого -"песчаного"), содержания α-фазы, растворимости, фракционного состава и других физико-химических свойств;
- концентрация растворенного глинозема должна поддерживаться в заданном диапазоне, исключающем местные переохлаждения и перенасыщения расплава в местах ввода глинозема, образование осадков на подине электролизера, а также возникновение случайных анодных эффектов при снижении концентрации;
- процесс должен быть совместимым с системами управления технологическим процессом (АСУТП), максимально использовать их возможности с исключением лишних технологических операций по обработке электролизеров;
- процесс должен обеспечивать минимальные потери реагентов и выделение их в атмосферу, а также затраты на ввод реагентов в электролит.Thus, for an efficient process when feeding electrolysis cells with alumina and corrective additives, the following conditions must be satisfied:
- alumina must be introduced under a cryolite-alumina crust into a layer of molten electrolyte with a height of 10-30 cm with a cryolite ratio of 1.8-3.0 and its complete dissolution, regardless of type (“powdery”, “intermediate”, under-calcined, coarse-grained) - “sandy”), α-phase content, solubility, fractional composition and other physicochemical properties;
- the concentration of dissolved alumina should be maintained in a predetermined range, excluding local supercooling and supersaturation of the melt in the places where the alumina is introduced, the formation of precipitation on the bottom of the cell, and the occurrence of random anode effects when the concentration is reduced;
- the process must be compatible with the process control systems (ACS), make maximum use of their capabilities with the exception of unnecessary technological operations for the processing of electrolyzers;
- the process should ensure minimal loss of reagents and their release into the atmosphere, as well as the cost of introducing reagents into the electrolyte.
Соответственно и средства для автоматизированного питания алюминиевых электролизеров должны обеспечивать точную воспроизводимость доз в широких пределах изменения их величины. При анодном эффекте устройство должно выполнить насыщение электролита глиноземом не более чем за 2-3 мин, а для этого время заполнения дозатора и его выгрузки должно быть минимальным. В процессе функционирования пыление и потери дозируемого материала должны быть сведены к минимуму. Устройство должно потреблять минимум электроэнергии, быть экономичным по расходу сжатого воздуха, смазочных материалов. Характеристики устройства в процессе эксплуатации должны быть неизменными или изменяться в минимальной степени при использовании различных глиноземов. Accordingly, the means for the automated supply of aluminum electrolytic cells should ensure accurate reproducibility of doses over a wide range of changes in their magnitude. With the anode effect, the device should saturate the electrolyte with alumina in no more than 2-3 minutes, and for this the filling time of the dispenser and its discharge should be minimal. During operation, dusting and loss of dosing material should be minimized. The device should consume a minimum of electricity, be economical in the consumption of compressed air, lubricants. The characteristics of the device during operation should be unchanged or changed to a minimum extent when using various alumina.
Кроме того, при реализации устройства должны выполняться следующие требования:
- конструкция должна надежно запирать реагенты в отсутствие подачи, исключать самопроизвольную выгрузку, в том числе и при загрузке в бункер под избыточным давлением;
- при дозировании абразивного материала в условиях повышенных температур 150-400oC, высокой запыленности, воздействия агрессивных газов устройство должно иметь срок межремонтной эксплуатации не менее чем срок службы электролизера;
- управляющие элементы устройства должны быть совместимыми с современными средствами автоматизации;
- для электролизеров с самообжигающимися анодами подколокольное пространство должно быть герметизировано, а для электролизеров всех типов - не допускать выброс отходящих газов в атмосферу.In addition, the following requirements must be met when implementing the device:
- the design must reliably lock reagents in the absence of supply, to exclude spontaneous unloading, including when loading into the hopper under excessive pressure;
- when dispensing abrasive material at elevated temperatures of 150-400 o C, high dust, exposure to aggressive gases, the device must have an overhaul period of not less than the life of the cell;
- the control elements of the device must be compatible with modern automation;
- for electrolyzers with self-baking anodes, the bell-shaped space should be sealed, and for electrolyzers of all types - do not allow the emission of exhaust gases into the atmosphere.
Предлагаемое устройство лишено перечисленных недостатков прототипа и более полно отвечает современным требованиям. The proposed device is devoid of the above disadvantages of the prototype and more fully meets modern requirements.
Устройство (фиг. 1) состоит из бункера 10 для глинозема 12, в нижней части которого размещен дозатор 14, открытая часть которого образует течку 16. Со стороны течки 16 размещен пробойник 18 с приводом 20. Блок 22 подачи пневматических импульсов подключен к источнику сжатого воздуха (на фиг. непокан) магистралью 24. Выходные магистрали 26, 28 подключены соответственно к дозатору 14 и к приводу 20 (вместо пневматического привода возможно использовать и электропривод, что, однако, не касается существа изобретения). Блок 22 подключен к блоку 30 управления, который формирует управляющие сигналы для пневмораспределителей 32, 34. В нижней части фиг.1 условно показано отверстие 36, образованное в корке 38 электролита, закрывающей ванну электролизера 40. The device (Fig. 1) consists of a
Дозатор 14 (фиг.2) присоединен к нижней части бункера 10, в которой размещены элементы 42 (например, пластины, жалюзи) для обеспечения постоянства высоты столба, определяющей скорость истечения реагента. Кожух 44 жестко скреплен с аэрирующей коробкой 46, представляющей собой короб 48 из сплошного материала, имеющий газопроницаемый элемент 50. Газопроницаемый элемент 50 выполняет функции днища 52 кожуха 44 дозатора. Элемент 50 может образовывать днище целиком, либо часть днища. Передняя стенка 54 кожуха установлена с зазором относительно днища 52, образующего выпускное отверстие в боковой стенке - дозирующую щель 56. Днище выступает (поз. 58) за пределы кожуха 44 и совместно с направляющими бортами 60, скрепленными с кожухом, образует течку 16. Магистраль 26 подключается к аэрирующей коробке 46 через штуцер 62. Для регулирования наклона дозатора по вертикали имеется шарнирная подвеска 64 между бункером 10 и кожухом 44, а также тяга 66, через шарнирную подвеску 68 соединенная с бортами 60. Направление перемещения тяги 66 схематично показано стрелкой 70. Ось пробойника 18 показана поз.72. The dispenser 14 (figure 2) is attached to the lower part of the
Аэрирующая коробка 46 с газопроницаемым элементом 50 выполнена из теплопроводного, термо- износостойкого материала, например из пористой керамики, пористых нержавеющих сталей, латуни. Днище может иметь плоскую, выпуклую или вогнутую формы. Удельное гидравлическое сопротивление материала днища не должно превышать 0,1 МПа, поскольку при больших давлениях необходимо принимать меры по дополнительному укреплению днища снаружи. Материал днища 52 должен выдерживать температуру до 600oC без деформаций и разрушения, нагрузку от столба глинозема или добавок, а поры материала не должны пропускать частицы дозируемого вещества в аэрирующую коробку.The
Способ питания осуществляют следующим образом. The method of nutrition is as follows.
Пробойник 18 возвратно-поступательным движением пробивает, а затем поддерживает незарастающим отверстие 36 в корке 38 электролита периодическими движениями с интервалом 120 - 1400 сек. При отсутствии пневматических импульсов в магистрали 26 глинозем (или сыпучие корректирующие добавки), заполняющий бункер и полость дозатора, неподвижен из-за образовавшегося на выходе из дозирующей щели 56 пневмослоевого затвора, размеры которого зависят от угла естественного откоса данного глинозема, высоты щели и угла наклона дозатора (днища) к горизонту. The punch 18 punches, and then supports a non-growing hole 36 in the electrolyte crust 38 with periodic movements with an interval of 120-1400 sec. In the absence of pneumatic pulses in line 26, alumina (or loose corrective additives), the filling hopper and the dispenser cavity, is stationary due to the pneumatic layer shutter formed at the outlet of the
Для продвижения материала в аэрирующую коробку 46 подают сжатый воздух с давлением, большим чем гидравлическое сопротивление днища. При этом угол естественного откоса изменится, пневмослоевый затвор разрушается, дозируемый материал истекает по течке к отверстию в электролите. Давление воздуха регулируют так, чтобы его расход был минимальным, но достаточным для точного дозирования с максимальным отклонением по дозам ±5-6%. Давление, превышающее гидравлическое сопротивление днища менее чем на 0,05 кПа, мало для дозирования отдельных глиноземов с содержанием α-фазы более 32%. Давление, превышающее гидравлическое сопротивление днища более чем на 2 кПа, создает "кипящий слой" материала, его сегрегацию по крупности, повышенное пыление при подаче и увеличивает расход сжатого воздуха. Параметры воздуха (пневматических импульсов) подбираются так, чтобы дозируемый глинозем истекал равномерно и плавно, с минимальной производительностью 6 - 10 кг на дозатор в минуту. To move the material into the
Пример реализации. Дозаторы установили на бункера глинозема действующего электролизера с автоматизированным управлением, на котором ранее использовали обычное дозирующее устройство ковшевого типа, с соответствующим алгоритмом управления. Алгоритм управления электролизера изменили с тем, чтобы обеспечить режимы реализации патентуемого способа. Дозаторы предназначены для электролизера 190 килоампер, потребность которого в глиноземе при анодном эффекте 70-72 кг, а время ликвидации анодного эффекта лимитировано 120 секундами. Каждый дозатор имел установленное горизонтально днище из пористой нержавеющей стали с гидравлическим сопротивлением 0,5 кПа (50 мм вод. ст.) размерами (182•44) мм. Вертикальная передняя стенка образует с днищем дозирующую щель высотой 18 мм и шириной 53 мм. Все дозаторы подключили одним воздушным шлангом к пневмораспределителю типа П-ЭПРЗ с условным проходом 1,6 мм, номинальной мощностью электромагнита 9 Вт, максимальной частотой срабатываний 1600 мин-1. Давление в магистрали сжатого воздуха составляло 0,55-0,6 МПа. Результат дозирования глинозема: при расходе воздуха около 0,3 нормальных литра в сек, за 2,08 сек каждый дозатор выдает стабильно по (243±11) г, а за 121,21 сек-(14020±106) г глинозема, (суммарно 70,2 кг). Истечение глинозема плавное, равномерное, без пыления, с практически мгновенным началом и окончанием в момент включения и отключения блоком 22 управляющих пневматических сигналов. Аналогичная линейная зависимость величины дозы с длительностью подаваемых пневмоимпульсов получена для корректирующей добавки: дозы от 96 г до (345±21) г устанавливаются соответственно временем дозирования от 0,549 сек до 1,648 сек. Контроль длительности включения вели электронным секундомером с точностью 0,001 сек.Implementation example. The batchers installed on the alumina bunker an operating electrolyzer with automated control, on which a conventional bucket-type metering device, with an appropriate control algorithm, had previously been used. The control algorithm of the electrolyzer was changed in order to ensure the implementation modes of the patented method. Dosers are designed for an electrolyzer of 190 kiloamperes, the need for which is alumina with an anode effect of 70-72 kg, and the time to eliminate the anode effect is limited to 120 seconds. Each dispenser had a horizontally mounted bottom made of porous stainless steel with a hydraulic resistance of 0.5 kPa (50 mm water column) with dimensions (182 • 44) mm. The vertical front wall forms a metering slit with a bottom 18 mm high and 53 mm wide. All dispensers were connected with a single air hose to a P-EPRZ type air distributor with a nominal diameter of 1.6 mm, a rated power of an electromagnet of 9 W, and a maximum response frequency of 1600 min -1 . The pressure in the compressed air line was 0.55-0.6 MPa. Alumina dosing result: at an air flow rate of about 0.3 normal liters per second, for 2.08 seconds each dispenser delivers stably (243 ± 11) g, and for 121.21 sec - (14020 ± 106) g alumina, (total 70.2 kg). Alumina outflow is smooth, uniform, without dusting, with an almost instantaneous start and end at the moment of switching on and off by the control pneumatic signals block 22. A similar linear dependence of the dose value with the duration of the supplied pneumatic pulses was obtained for the corrective additive: doses from 96 g to (345 ± 21) g are set respectively by the dosing time from 0.549 sec to 1.648 sec. The duration of the start was controlled by an electronic stopwatch with an accuracy of 0.001 sec.
Электролизеры на 190 килоампер имеют большую скорость циркуляции электролита под третьим пробойником. Регулировочной тягой изменяли угол наклона третьего дозатора, увеличивая дозу до 370 г, пока не появился осадок глинозема. Угол наклона уменьшили и оставили соответствующим дозе 300 г глинозема. У одинаковых электролизеров характер циркуляции расплава одинаков, поэтому на остальных электролизерах под третьим дозатором установили такую же дозу. Некоторые электролизеры, например в торце корпуса, имеют заметно отличающуюся циркуляцию расплава, поэтому дозаторы на них можно настраивать индивидуально. Electrolyzers with 190 kiloamperes have a high electrolyte circulation rate under the third punch. The draft angle changed the angle of inclination of the third dispenser, increasing the dose to 370 g, until an alumina precipitate appeared. The angle of inclination was reduced and a dose of 300 g of alumina was left appropriate. In the same electrolytic cells, the melt circulation pattern is the same, therefore, on the remaining electrolyzers, the same dose was set under the third batcher. Some electrolyzers, for example, at the end of the casing, have noticeably different melt circulation, therefore, dispensers can be individually configured on them.
Для применяемых на практике глиноземов "промежуточного" типа с содержанием α-фазы 22 - 40%, углом естественного откоса 30-40o, насыпной плотностью 0,85-1,15 г/см3, содержанием пылевых фракций (-45 мкм) 10-30%, величина дозы 230-250 г при длительности импульса 2,08 сек оказалась достаточной. Испытания глиноземов "песочного" типа не потребовали изменений и не показали каких-либо особенностей. Для глиноземов, растворяемых труднее, величину дозы легко уменьшить. Можно изготовить дозаторы с изменяемой высотой дозирующей щели и регулированием добиться требуемых дозировок материала. Устройство требует подачи свободного от пылевых включений и смазочных масел воздуха. Лимитировать срок его службы может только пневмораспределитель, например, типа П-ЭПРЗ, имеющий подвижный клапан. Для упомянутого пневмораспределителя средняя наработка на отказ составляет по паспорту 8•106 циклов. При максимальной частоте 1 цикл за 30 секунд (1051200 циклов в год) срок службы составляет около 7,6 года, что соответствует сроку эксплуатации лучших электролизеров. Примерно такой же срок службы и у пробойников, которые в соответствии с изобретением срабатывают в 3-15 раз меньше, чем в известных решениях. Предлагаемый способ предусматривает минимизировать задержку (до 1-2 сек) пробойника в крайнем нижнем положении. Пробойник, даже соприкоснувшись с расплавом, не успевает нагреваться, при этом их срок службы повышается.For practical alumina of the “intermediate” type with an α-phase content of 22–40%, an angle of repose of 30–40 o , a bulk density of 0.85–1.15 g / cm 3 , and a content of dust fractions (-45 μm) 10 -30%, the dose of 230-250 g with a pulse duration of 2.08 seconds was sufficient. Tests of sand-type alumina did not require changes and did not show any features. For alumina that are more difficult to dissolve, the dose can be easily reduced. It is possible to make dispensers with a variable height of the dispensing slit and adjusting to achieve the required dosages of the material. The device requires the supply of dust-free inclusions and lubricating oils free of air. Only a pneumatic distributor, for example, type P-EPRZ, with a movable valve, can limit its service life. For the mentioned pneumatic distributor, the mean time between failures according to the passport is 8 • 10 6 cycles. At a maximum frequency of 1 cycle in 30 seconds (1051200 cycles per year), the service life is about 7.6 years, which corresponds to the life of the best electrolytic cells. Approximately the same service life is also observed for punching devices, which, according to the invention, operate 3-15 times less than in known solutions. The proposed method involves minimizing the delay (up to 1-2 seconds) of the punch in the lowest position. The punch, even after touching the melt, does not have time to heat up, while their service life is increased.
Минимальная доза 0,05 кг на отверстие определена из условий попадания глинозема на поверхность расплава. При меньшей дозировке конвективные потоки горячего газа, выходящего из отверстия в корке, подхватывают глинозем, и значительная часть его улетает в газоходный тракт газоочистки. Вследствие этого повышается пылевая нагрузка газоочистки, что приводит к повышению мощности дымососов и лишним энергозатратам. Максимальная доза для металлургического глинозема марок "Г-О" и "Г-ОО" - 0,35 кг. Она не дает осадков только в тех точках питания, где постоянно имеется большая скорость циркуляции электролита. В точках, где скорость минимальна, эта дозировка вызывает появление осадка толщиной 2-4 см на подине электролизера. Оптимальную величину доз выбирают в этих пределах, исходя из температуры электролиза, скорости циркуляции электролита, его криолитового отношения, с обязательным достижением полного растворения доз глинозема под пробойником. The minimum dose of 0.05 kg per hole is determined from the conditions of alumina getting on the surface of the melt. At a lower dosage, the convective flows of hot gas leaving the hole in the crust pick up alumina, and a significant part of it flies into the gas duct of the gas purification. As a result, the dust load of the gas treatment increases, which leads to an increase in the power of smoke exhausters and unnecessary energy consumption. The maximum dose for metallurgical alumina grades "GO" and "G-OO" - 0.35 kg. It does not produce precipitation only at those supply points where there is always a high electrolyte circulation rate. At points where the speed is minimal, this dosage causes the appearance of a precipitate 2-4 cm thick on the bottom of the cell. The optimal dose is chosen within these limits, based on the temperature of the electrolysis, the rate of circulation of the electrolyte, its cryolite ratio, with the obligatory achievement of the complete dissolution of doses of alumina under the punch.
Частоту дозировок задают, исходя из условий поддержания оптимальной концентрации глинозема в электролите и максимизации либо выхода по току (при минимальных концентрациях), либо выхода по энергии (при концентрациях, соответствующих минимальному падению напряжения в электролите при заданном межполюсном расстоянии анод-катод). The dosage frequency is set based on the conditions of maintaining the optimal concentration of alumina in the electrolyte and maximizing either the current efficiency (at minimum concentrations) or the energy efficiency (at concentrations corresponding to the minimum voltage drop in the electrolyte at a given anode-cathode interpolar distance).
При малых (менее 0,35 кг) дозах глинозема они достаточно быстро растворяются, не перенасыщая и не охлаждая расплав, поэтому нет необходимости сопровождать каждую дозу движением пробойника, - достаточно, чтобы она попадала в отверстие. Возвратно-поступательные перемещения пробойники совершают с интервалами 120-1400 сек, чтобы поддерживать отверстие в корке незарастающими. Эта частота в 3 - 10 раз меньше, чем при обычном питании, но она является достаточной и обеспечивает соответствующее снижение энергетических затрат на работу пробойников. Осуществлять движение пробойниками с большим, чем 1400 сек интервалом времени, нецелесообразно, так как изменение внешней температуры может привести к появлению корки в отверстии, задержке глинозема на ней и появлению случайных анодных эффектов. На практике отверстие диаметром 96 мм в междурядье анодов при криолитовом отношении 2,65 замерзает при температуре в корпусе электролиза минус 27oC за 1080-1140 секунд, если в отверстие не подают больших доз глинозема. В предлагаемом способе насыщение электролита глиноземом при анодном эффекте может обеспечиваться включением дозаторов на 90-180 секунд с одновременным уменьшением интервала между циклами работы пробойников. За 90-180 секунд дозаторы подают по 10-22 кг глинозема на отверстие, а пробойники, опускаясь с интервалом 10-15 секунд и задерживаясь внизу не более чем на 1 - 2 секунды, перекрывают собой отверстия в корке лишь на 16 - 36 секунд за 8 - 18 циклов. Это обеспечивает попадание в раствор большего количества глинозема.At small (less than 0.35 kg) doses of alumina, they dissolve quickly enough without supersaturated and without cooling the melt, so there is no need to accompany each dose with the movement of the punch, it is enough to get into the hole. Punches do reciprocating movements at intervals of 120-1400 seconds to keep the opening in the crust non-fouling. This frequency is 3 to 10 times less than with ordinary food, but it is sufficient and provides a corresponding reduction in energy costs for the work of punch. It is impractical to carry out movement with punches with a longer than 1400 sec interval, since a change in the external temperature can lead to the appearance of a crust in the hole, the delay of alumina on it and the appearance of random anode effects. In practice, a hole with a diameter of 96 mm in the spacing of the anodes with a cryolite ratio of 2.65 freezes at a temperature in the electrolysis body of minus 27 o C for 1080-1140 seconds, if large doses of alumina are not supplied to the hole. In the proposed method, the saturation of the electrolyte with alumina with the anode effect can be achieved by switching on the dispensers for 90-180 seconds while reducing the interval between the work cycles of the punch. For 90-180 seconds, the dispensers supply 10-22 kg of alumina per hole, and the punches, dropping down with an interval of 10-15 seconds and lingering at the bottom for no more than 1 - 2 seconds, cover the holes in the crust only for 16 - 36 seconds per 8 to 18 cycles. This ensures that more alumina enters the solution.
Доза фтористых солей должна возможно быстрее нагреваться и попадать в расплав, потому что влага, попадающая на электролизер с сырьем и из воздуха, реагирует с фтористыми солями, разлагая их при температурах 200-250oC до газообразной фтористоводородной кислоты и глинозема по реакции
Чтобы эта реакция проходила в минимальной степени, фтористые соли вводят в отверстие дозами 0,05-0,35 кг с постоянной частотой, совпадающей с частотой пробойника, опережая начало движения пробойника "вниз" на 3-4 секунды. Такой способ снижает потери фтора на 0,2-0,5 кг/т алюминия, а также обеспечивает плавный переход на требуемое криолитовое отношение и точное его поддержание.The dose of fluoride salts should be heated as quickly as possible and enter the melt, because moisture entering the electrolyzer with raw materials and from the air reacts with fluoride salts, decomposing them at temperatures of 200-250 o C to gaseous hydrofluoric acid and alumina by reaction
In order to minimize this reaction, fluoride salts are introduced into the hole in doses of 0.05-0.35 kg with a constant frequency coinciding with the frequency of the punch, 3-4 seconds ahead of the punch. This method reduces the loss of fluorine by 0.2-0.5 kg / t of aluminum, and also provides a smooth transition to the desired cryolite ratio and its exact maintenance.
Промышленная применимость. Способ и устройство могут быть воспроизведены по описанию изобретения с достижением технического результата на промышленных электролизерах для производства алюминия с использованием как существующих систем автоматизированного управления технологическим процессом, так и вновь создаваемых, например системы "ТРОЛЛЬ" (АО "ТоксСофт", Москва). Изобретение позволяет обеспечить одинаково высокие показатели как при использовании обычного металлургического глинозема, так и более дорогостоящего глинозема "песчаного" типа. Кроме того, изобретения позволяют увеличить межремонтный срок службы оборудования и снизить энергетические затраты. Industrial applicability. The method and device can be reproduced according to the description of the invention with the achievement of a technical result on industrial electrolyzers for aluminum production using both existing automated process control systems and newly created ones, for example, the TROLL system (ToxSoft JSC, Moscow). The invention allows to provide equally high rates as when using conventional metallurgical alumina, and more expensive alumina "sand" type. In addition, the invention allows to increase the overhaul life of equipment and reduce energy costs.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101491A RU2121529C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101491A RU2121529C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2121529C1 true RU2121529C1 (en) | 1998-11-10 |
RU98101491A RU98101491A (en) | 1999-02-27 |
Family
ID=20201635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98101491A RU2121529C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2121529C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2479676C2 (en) * | 2011-04-25 | 2013-04-20 | Евгений Петрович Концур | Feeder for supplying aluminium electrolysis cell with granular materials |
RU2728985C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-08-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of feeding electrolytic cell with alumina and device for its implementation |
-
1998
- 1998-01-27 RU RU98101491A patent/RU2121529C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2479676C2 (en) * | 2011-04-25 | 2013-04-20 | Евгений Петрович Концур | Feeder for supplying aluminium electrolysis cell with granular materials |
RU2728985C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-08-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of feeding electrolytic cell with alumina and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1307325C (en) | Apparatus for generating fluorine gas | |
CA1175396A (en) | Device for accurately controlled feeding of a fine- grained, free-running particulate material | |
AU662798B2 (en) | Continuous alumina feeder | |
JP2007075814A (en) | Powder supply system | |
JP2004169123A (en) | Fluorine gas generator | |
RU2496923C2 (en) | Method for making aluminium in electrolysis unit | |
RU2121529C1 (en) | Method of feeding aluminum electrolyzer with alumina and correcting additions and device for its embodiment | |
CN1060506A (en) | The method and apparatus of alundum without interruption (aluminum oxide) | |
US3371026A (en) | Electrolytic reduction cell with crustbreaking and ore feeding means | |
EP0206555B1 (en) | Apparatus for feeding particulate material | |
US20050247568A1 (en) | Method of controlling an aluminum cell with variable alumina dissolution rate | |
US5855756A (en) | Methods and apparatus for enhancing electrorefining intensity and efficiency | |
RU2093611C1 (en) | Method of automatically controlling feed of aluminum electrolyzer using silica | |
EP0026735A1 (en) | Apparatus for charging electrolytic ovens and process for its operation | |
US6837982B2 (en) | Maintaining molten salt electrolyte concentration in aluminum-producing electrolytic cell | |
US6989041B2 (en) | Process for producing titanium sponge | |
US5759382A (en) | Injection of powdered material into electrolysis cells | |
WO2004033761A2 (en) | Point feeder and use of point feeder | |
JP4884676B2 (en) | Electric tin plating method | |
WO1993014248A1 (en) | Trickle alumina feeder | |
US5091065A (en) | Process for preparation of neodymium or neodymium-iron alloy | |
RU2175688C2 (en) | Process and facility for automatic feed of aluminum electrolyzer with alumina | |
JP2007084847A (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Ti | |
EA035849B1 (en) | Feeding systems and methods of using feeding systems | |
CN110528030A (en) | A kind of Rare Earth Electrolysis device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090128 |