НАКОНЕЧНИК УЗЛА ПРОБОЙНИКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ СЫРЬЯ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АЛЮМИНИЯ ИЗ КРИОЛИТ-ГЛИНОЗЕМНЫХ РАСПЛАВОВ
TIP OF PUNCH UNIT FOR RAW MATERIAL AUTOMATIC SUPPLY IN ELECTROLYTIC CELLS PRODUCING ALUMINIUM OUT OF CRYOLITE-ALUMINA MELTS

Изобретение относится к металлургии легких металлов и может быть использовано при электролитическом получении алюминия из криолит-глиноземных расплавов и стабилизации технологических параметров электролиза.
Известны «Способ и устройство для автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом» (Пат. РФ №2175688, опубл. 2001.11.10, аналог), по которому питание алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками производится через отверстие в корпусе, образованное пробойником, совершающим возвратно-поступательные движения. В приведенном в описании патента аналога устройстве наконечник для пробивки корки электролита изготавливают из стали.
Подобные наконечники эксплуатируются на промышленных электролизерах, имеют следующие недостатки.
1. При работе устройства из-за высокой теплопроводности стали наконечника происходит налипание электролита на наконечник, что ухудшает эффективность работы устройства и снижает срок службы пневмоцилиндра узла пробойника вследствие возникновения дополнительных нагрузок.
2. Поскольку на наконечник, входящий в электролит, действует разность потенциалов от 1,5 до 40 Вольт (40 В при анодном эффекте), то происходит интенсивное растворение металла наконечника в электролите, а следовательно, его загрязнение.
3. Быстрый износ наконечника создает необходимость частых регулировок положения пробойника.
Известен также патент на полезную модель «Наконечник узла пробойника систем автоматической подачи сырья в электролизеры по производству алюминия из криолит-глиноземных расплавов» (RU 33120 U1, С25С 3/14 от 10.10.2003, по заявке №2002135175, прототип), по которому в пробойнике, содержащем корпус, шток, шарнирно связанный с пневмоприводом, наконечник и электроизоляционные вставки, между корпусом и штоком вдоль образующей штока и в корпусе между торцами штока и наконечника выполнена жаростойкая бетонная заливка, а электроизоляционные вставки выполнены в виде втулок, одна из которых установлена между хвостовой частью штока и корпуса, а другая между корпусом и концевой частью штока. Наконечник жестко прикреплен к корпусу, а внутренняя поверхность наконечника снабжена поперечными выступами (ребрами), аналогично поверхность штока снабжена подобными выступами (ребрами).
Применение изоляции между стальным наконечником и штоком пробойника позволило исключить электрохимическую составляющую взаимодействия металла наконечника с электролитом, однако сохранились следующие недостатки.
При работе устройства из-за высокой теплопроводности стали наконечника происходит налипание электролита на наконечник, что ухудшает эффективность работы устройства и снижает срок службы пневмоцилиндра узла пробойника вследствие возникновения дополнительных нагрузок.
Скорость растворения наконечника в электролите уменьшилась (нет разности потенциалов), но остается довольно высокой, следовательно, необходимость регулировок положения пробойника сохраняется.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных в аналоге и прототипе недостатков, а именно повышение срока службы и эффективности работы устройства для пробивки корки электролита в алюминиевых электролизерах.
3
4
2
2
3
4
Для решения поставленной задачи в пробойник системы автоматической подачи сырья в электролизер по производству алюминия из криолит-глиноземных расплавов, содержащий шток с закрепленным на нем наконечником, наконечник выполняют из армированного композитного диэлектрика, в качестве которого используют карбид кремния с содержанием SiC примерно 60-85% и SiN - 40-15%, с добавкой оксидов металлов, таких как SiO+Si или плавленый кварц с содержанием 80-99% SiO, или титанат алюминия AlTi, или керамику SiN, а шток пробойника в его верхней части выполнен с кольцевым выступом, к которому плотно прилегает верхний фланец наконечника, удерживаемый фиксаторами, установленными на кольцевом выступе.
3
4
2
2
3
4
Существенным отличием является то, что наконечник выполняют из армированного композитного диэлектрика, в качестве которого используют карбид кремния с содержанием SiC примерно 60-85% и SiN - 40-15%, с добавкой оксидов металлов, таких как SiO+Si или плавленый кварц с содержанием 80-99% SiO или титанат алюминия AlTi, или керамику SiN.
Данное техническое решение исключает непосредственный контакт узла пробойника с расплавом электролита и, следовательно, отрицательный эффект электрохимического взаимодействия электролита с материалом наконечника, т.е. узел изоляции переносится в место непосредственного механического контакта штока пробойника с электролитом.
Вторым существенным отличием является то, что шток пробойника в его верхней части выполняют с кольцевым выступом, к которому плотно прилегает верхний фланец наконечника, удерживаемый фиксаторами, установленными на кольцевом выступе.
Данное техническое решение (наличие выступа) решает задачу крепления наконечника на штоке пробойника и способствует более равномерному распределению ударных нагрузок на наконечник штока пробойника и, следовательно, увеличивает срок его работы.
На чертеже представлен наконечник, где ведены следующие обозначения:
шток пробойника - 1, фиксатор - 2 наконечника - 3 из армированного композитного диэлектрика, материал армирования - 4, кольцевой выступ штока пробойника - 5, верхний фланец - 6 наконечника. Наконечник (3) из армированного композитного диэлектрика устанавливают на шток (1) пробойника так, чтобы верхний фланец (6) наконечника плотно прилегал к кольцевому выступу (5) верхней части штока пробойника (1), в этом положении наконечник (3) удерживается фиксаторами (2) наконечника.
Применение в пробойнике системы автоматической подачи сырья в электролизер по производству алюминия из криолит-глиноземных расплавов наконечников (3) из армированного композитного диэлектрика с включением материала армирования (4) с соответствующим креплением наконечника штока (3) пробойника, который в его верхней части выполняют с кольцевым выступом (5), к которому плотно прилегает верхний фланец (6) наконечника, удерживаемый фиксаторами (2), установленными на кольцевом выступе (5).
Данное техническое решение позволяет получить следующие преимущества по отношению к существующей конструкции:
- исключить узел изоляции, что позволяет упростить конструкцию пробойника и повысить надежность работы всей системы АПГ;
- поскольку армированный композиционный материал, из которого изготовлен наконечник, является хорошим изолятором, выдерживающим высокие температуры, упрощается задача использования системы АПГ во всех режимах, в том числе и на анодном эффекте, без серьезных последствий для частей систем АПГ, следовательно, повышается эффективность работы АПГ;
- стойкость армированного композитного материала к расплаву электролита и способность выдерживать большие давления при высокой температуре позволит производить гарантированный пробой корки электролита, а следовательно, обеспечить питание электролизера сырьем в соответствии с заданным технологами регламентом без дополнительных затрат на корректировки положения пробойника в связи с износом наконечника в процессе эксплуатации;
- в случае аварийного отключения воздуха исключен выход из строя узла пробойника в результате выгорания и растворения металла в расплаве электролита.
Промышленное изготовление наконечников из армированного композитного диэлектрика является в настоящее время решенной технической задачей.