УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ СЫРЬЯ В АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
DEVICE FOR DOSING FEED STOCK SUPPLY TO ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к устройствам для подачи сырья в алюминиевый электролизер, и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер.
Известно устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер (патент США 4437964, 1984, С25С 3/14), 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 аналога относятся следующие.
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.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер (патент России №2315823, С25С 3/14, 2008). Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с установленным штоком с пневмоцилиндром. На штоке жестко закреплены нижний запорный элемент и верхний запорный элемент, выполненный в виде поршня. 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 просыпания дозируемого материала, просочившегося через зазор между нижним поршнем и внутренней поверхностью дозировочной камеры. Устройство обеспечивает стабильность дозы путем значительного уменьшения зависимости дозы сыпучего материала от физических характеристик сырья и скорости перемещения штока пневмоцилиндра.
Недостатком прототипа является высокая стоимость дозатора из-за сложности изготовления и низкая надежность карданного шарнира в среде абразивного материала. Другим недостатком является наличие возможности просачивания некоторого количества глинозема на коническую крышку через зазор между нижним поршнем и внутренней поверхностью дозировочной камеры, а также потенциальная возможность окомкования дозируемого сыпучего материала вблизи загрузочных окон из-за отсутствия ворошения этого материала. Оба фактора ухудшают точность дозирования.
В основу изобретения положена задача разработки устройства для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, конструкция которого, по сравнению с прототипом, обеспечивает не только высокую стабильность дозы сыпучего материала, характерную для прототипа, но, кроме того, работает точнее и надежнее, стоит дешевле, а весит меньше.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер, включающем бункер дозируемого материала, дозировочную камеру, содержащую шток с пневмоприводом, жестко закрепленный на штоке, в верхней части дозировочной камеры верхний запорный элемент, нижний запорный элемент, закрепленный на конце штока и выполненный в виде конусного клапана с конической крышкой, и загрузочные окна, расположенные по периметру в верхней части дозировочной камеры выше основания бункера, согласно предлагаемому изобретению верхний запорный элемент выполнен в виде клапана и расположен на штоке таким образом, что верхняя поверхность клапана в исходном положении штока находится ниже верхней границы загрузочных окон, а в нижнем запорном элементе конусный клапан соединен с конической крышкой через поршень, причем расстояние от основания конусного клапана до нижнего среза дозировочной камеры при верхнем положении штока составляет не менее расстояния от нижней поверхности верхнего запорного элемента до нижней границы загрузочных окон.
Первым отличительным признаком является замена верхнего поршня, перемещающегося в дозировочной камере, на клапан, что определяет относительное увеличение высоты загрузочных окон. В отличие от прототипа, загрузочные окна расположены таким образом, что верхняя граница загрузочного окна находится выше верхней поверхности клапана, а сам клапан всегда находится под слоем глинозема. При движении штока клапан производит «ворошение» глинозема, который находится в районе загрузочных окон. В результате уменьшается количество комков глинозема, которые потенциально могут ограничить загрузку глинозема через загрузочные окна в дозировочную камеру. Кроме того, клапан значительно легче и дешевле поршня.
Другим отличительным признаком изобретения является использование в качестве нижнего запорного элемента жестко размещенных на штоке конусного клапана, поршня и конической крышки, вместо конусного клапана, карданного соединения и конической крышки. Такая конструкция упрощает и удешевляет изделие, повышает его  надежность, а также способствует предотвращению накапливания глинозема между конусным клапаном и крышкой, что дополнительно увеличивает точность дозы глинозема.
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, исходном 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 6, приводимый в действие пневмоцилиндром 2. Клапан 7 насажен на шток 6. Верхняя поверхность клапана 7 при верхнем положении штока 6 находится ниже верхней границы загрузочного окна 5. Функции нижнего запорного элемента выполняют насаженные на шток 6 конусный клапан 8 и присоединенный к нему поршень 9. К нижнему концу штока 6 через поршень 9 присоединяется коническая крышка 10 из термостойкого материала.
Соединение конической крышки 10 со штоком 6 через конусный клапан 8 и поршень 9 дает ей возможность центрироваться относительно оси дозировочной камеры и фаски нижнего среза дозировочной камеры 4.
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 6 находится в верхнем положении, клапан 7 располагается ниже верхней границы загрузочных окон 5, выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 4 закрыто конической крышкой 10, конусный клапан 8 с нижним поршнем 9 находятся в максимально верхней позиции над выпускным отверстием дозировочной камеры. Расстояние от основания конусного клапана 8 (где этот клапан контактирует с нижним поршнем 9) до нижнего среза дозировочной камеры (Нс) дозатора не менее высоты (Нb) между нижней границей загрузочных окон и нижней поверхностью клапана. 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 6 с клапаном 7, конусным клапаном 8 с присоединенным к нему поршнем 9 и конической крышкой 10. При этом проход под загрузочными окнами 5 в нижнюю часть 4 дозировочной камеры 3 перекрывается клапаном 7, а сыпучий материал через выпускное отверстие нижней части дозировочной камеры 4 и далее через течку высыпается в лунку глиноземно-электролитной корки. Основание конусного клапана 8 с присоединенным к нему поршнем 9 проходит нижний срез дозировочной камеры 4 в момент, когда проход под загрузочными окнами 5 уже полностью перекрыт клапаном 7. При этом отсутствует сквозной проход для сыпучего материала от бункера 1 через дозировочную камеру 4 и через выпускное отверстие в электролит ванны. Величина хода штока 6 определена экспериментально таким образом, чтобы с помощью конусного клапана 8 обеспечивалось полное опорожнение дозировочной камеры от сыпучего материала при движении штока с конусным клапаном 8 вниз. После опорожнения дозировочной камеры 4 шток 6 начинает возвращаться вверх в исходное положение, при этом основание конусного клапана 8 достигает выпускного отверстия дозировочной камеры раньше, чем начинается открытие прохода для сыпучего материала под загрузочными окнами 5. Далее, по мере приближения штока 6 к крайней верхней позиции центрируемая конусным клапаном 8 и поршнем 9 коническая крышка 10 точно устанавливается на фаску нижнего среза дозировочной камеры, не допуская деформации самой крышки и контактирующей поверхности дозатора. Коническая крышка служит для фиксации штока 6 в верхнем положении, защиты поршня 9 и внутренней поверхности дозировочной камеры 4 от горячих агрессивных газов, исходящих от поверхности электролита, а также совместно с поршнем 9 для предотвращения просачивания дозируемого материала через зазор между конусным клапаном 8 и внутренней поверхностью дозировочной камеры 4.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение надежности устройства и точности дозирования, что в свою очередь улучшает технологические показатели работы электролизера.