пробойник для систем автоматизированного питания алюминиевых электролизеров

Формула изобретения

1. Пробойник для систем автоматизированного питания алюминиевых электролизеров, содержащий корпус удлиненной формы, имеющий закрытый и открытый концы, пневмоцилиндр со штоком, укрепленный в корпусе со стороны закрытого конца и пробойник, присоединенный через шарнир одним концом к штоку, а другой конец установлен в направляющем узле с возможностью осевого перемещения через открытый конец корпуса и взаимодействия с коркой электролита, отличающийся тем, что он снабжен средством для регулируемого ограничения перемещения штока в осевом направлении, выполненным в виде стопора, опорных планок для укладки стопора, размещенных по длине корпуса и укрепленных на его стенках, и шкворня, при этом шарнир штока выполнен с фланцем для взаимодействия с упомянутым стопором.

2. Пробойник по п.1, отличающийся тем, что шарнир и/или стопор снабжены электроизоляционными термостойкими элементами, препятствующими гальванической связи при их взаимодействии.

3. Пробойник по п.1 или 2, отличающийся тем, что пневмоцилиндр укреплен со стороны закрытого конца через электроизоляционный элемент.

4. Пробойник по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что опорные планки в количестве 4 - 10 для укладки стопора размещены по длине корпуса на расстоянии 20 - 70 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для обслуживания электролизера и может быть использовано в технологическом процессе электролитического производства алюминия.

Автоматизированное питание алюминиевых электролизеров глиноземом и добавками (АПГ) предусматривает периодическое пробивание корки электролита пневматическими пробойниками в заданных точках и дозированную подачу сырья в образовавшиеся отверстия. Пробойник выполняет вспомогательную функцию и время его нахождения непосредственно в расплаве должно быть минимальным (1 - 2 сек). Растворение пробойника вызывает загрязнение расплава и преждевременный его износ. Перспективным режимом питания электролизера является поддержание отверстий в корке незарастающими при осуществлении импульсной подачи сырья (RU 2121529 C1, C 25 c 3/14, Концур, 10.11.98) [1].

Известно устройство для продавливания электролитной корки, содержащее пневматический привод со штоком, к которому прикреплен пробойник. При движении вниз пробойник воздействует закрепленным на штоке диском на дозатор, приводя в действие его клапаны. При этом порция сырья высыпается через переходную камеру в отверстие в корке (RU 2135644 C1, ООО "Алкорус Инжиниринг", C 25 C 3/14, 25.07.1999) [2].

Известно также устройство для продавливания корки электролита, содержащее установленный герметично в корпусе пневмоцилиндр со штоком, к которому через шарнир присоединен пробойник. При этом и сам пневмоцилиндр своей тыльной частью соединен с корпусом через шарнир. Тело пневмоцилиндра пропущено через втулку, которая через имеющийся на ней фланец оперта на нижнюю часть корпуса. Такое исполнение позволяет использовать втулку как направляющую (US 5045168, Dalen et al., C 25 C 3/14, 204/245, 03.09.1991; RU 2094539 C1, C 25 C 3/14, 27.10.1997) [3] (ближайший аналог).

Однако известные решения, включая ближайший аналог, имеют существенный недостаток: отсутствие удобного и простого механизма регулировки длины рабочей части пробойника. Необходимость в такой регулировке возникает вследствие изменения уровня расплава электролита в процессе функционирования электролизера, которое может достигать 150 мм. Для электролизеров с верхним токоподводом весьма существенным является также положение подвижного анодного кожуха, с закрепленной на нем системой АПГ, относительно уровня расплава (перемещение анодного кожуха вниз относительно анода запрещено). Реально здесь допустимо отклонение 250 - 300 мм. Кроме того, при погружении пробойника на большие глубины (более 60 мм) на его поверхности происходит интенсивное нарастание корки электролита, что приводит к нарушениям в технологическом процессе. Меньшая глубина погружения не приводит к таким последствиям, так как налипающий материал обламывается сам.

Изменение положения пневмоцилиндров с пробойником относительно расплава, учитывая количество оборудования (тысячи единиц), его вес с разводкой сжатого воздуха также трудоемко. Замена пробойников на более короткие или длинные требует затрат ручного труда, наличия дополнительных комплектов оборудования, а остановка АПГ для проведения этого мероприятия вызывает сбои в технологическом режиме.

Техническим результатом изобретения является устранение отказов в работе системы АПГ при изменении уровня расплава на электролизере, а также снижение трудозатрат на обслуживание оборудования за счет возможности регулирования глубины погружения пробойника.

Технический результат обеспечивается тем, что пробойник для систем автоматизированного питания алюминиевых электролизеров содержит корпус удлиненной формы, имеющий закрытый и открытый концы, пневмоцилиндр со штоком, укрепленный в корпусе со стороны закрытого конца, и пробойник, присоединенный через шарнир одним концом к штоку, а другой конец установлен в направляющем узле с возможностью осевого перемещения через открытый конец корпуса и взаимодействия с коркой электролита.

Пробойник снабжен средством для регулируемого ограничения перемещения штока в осевом направлении, выполненным в виде стопора, опорных планок для укладки стопора, размещенных по длине корпуса и укрепленных на его стенках, и шкворня, при этом шарнир штока выполнен с фланцем для взаимодействия с упомянутым стопором.

Пробойник может характеризоваться тем, что шарнир и/или стопор снабжены электроизоляционными термостойкими элементами, препятствующими гальванической связи при их взаимодействии.

Пробойник, кроме того, может характеризоваться тем, что пневмоцилиндр укреплен в корпусе со стороны закрытого конца через электроизоляционный элемент, а кроме того, тем, что опорные планки в количестве 4-10 для укладки стопора размещены по длине корпуса на расстоянии 20 - 70 миллиметров.

Существо изобретения поясняется на рисунках,

где на фиг. 1 показано устройство пробойника, вид спереди;

на фиг. 2 - то же, вид сбоку, в разрезе.

Устройство содержит корпус 1, пробойник 2, связанный штоком 3 с пневмоцилиндром 4. Связь штока и пневмоцилиндра осуществляется посредством шарнира 5, имеющего электроизоляционный термостойкий элемент 6. Пневмоцилиндр укреплен на корпусе через электроизоляционный элемент 7.

Шток 3 установлен в направляющем герметизирующем элементе 8. Устройство имеет средство 10 для регулируемого ограничения хода штока 3 в осевом направлении, выполненное в виде стопора 11, шкворня 12 и опорных планок 13 для укладки стопора 11. Планки 13 размещены по длине корпуса 1 и укреплены на его стенках 14. Термостойкий электроизоляционный элемент 15 устанавливается на стопоре 11.

Количество опорных планок 13 может составлять до 10 штук, расстояние между ними 20 - 70 миллиметров.

Для безопасного обслуживания электролизеров в устройстве предусмотрено ограждение 16, предназначенное для исключения случайного доступа к подвижным частям и стопору 11. Прорези 17 напротив зон установки стопора 11 предназначены для осмотра полости. Для определения глубины погружения пробойника в расплав электролита имеются люки 18.

Работа устройства. Обслуживание и регулирование устройства осуществляют в остановленном состоянии (при плановом или аварийном прекращении подачи сжатого воздуха на АПГ). Верхнюю точку остановки пробойника 2 располагают так, чтобы при максимальном уровне расплава он не касался поверхности. Крайнее нижнее положение пробойника 2 обусловлено ходом пневмоцилиндра, поэтому ограничение в этой точке не требуется. В одном из вариантов исполнения стопор может иметь хвостовик с размером, меньшим, чем прорези в ограждении, и входить в прорезь 17. Стопор 11 шире прорези 17 и при закрытой пластине (дверце) ограждения лишен подвижности. Шкворень в таком случае удерживает пластину (дверцу) ограждения 16 в закрытом состоянии.

В процессе функционирования электролизера длину системы пневмоцилиндр - пробойник выбирают такой, при которой пробойник 2 в нижнем положении надежно достает до минимально возможного уровня расплава, а затем перемещение пробойника вниз ограничивают посредством стопора 11 в точках, соответствующих погружению в расплав на оптимальную глубину.

Применяемые на практике пневмоцилиндры систем АПГ имеют ход 250 - 450 мм, диаметры 160 - 300 мм и работают при давлениях 0,35 - 1,0 МПа. Из этих условий, с учетом развиваемых пневмоцилиндрами усилий, выполняют необходимое количество опорных пластин 13 и интервалы между ними. Для коротких пневмоцилиндров достаточное количество пластин 3-4. Для пневмоцилиндров с рабочим ходом более 350 мм целесообразно их большее количество, - это позволит более точно регулировать положение пробойника.

Оптимальное расстояние между пластинами 20 - 70 мм. Интервал между точками остановки до 20 мм слишком мал, он не дает заметной разницы в результатах. Максимально допустимая глубина погружения пробойника в электролит сильно зависит от криолитового отношения (КО): при значении КО > 2,7 предельная глубина погружения не более 60 мм. При значении КО < 2,5 допустимая глубина погружения 80 мм, поскольку при этом образующиеся корки растрескиваются, остывая на пробойнике.

Фланец, опорные пластины и стопор должны выдерживать многократные динамические нагрузки без деформации. Кроме того, следует учесть, что конструкция АПГ находится под потенциалом анода электролизера. Пробойник, двигаясь вниз, может вызывать короткое замыкание. Для того чтобы стопор не мог создавать электрическую цепь алюминий - пробойник - опорная пластина - анод, на поверхности стопора 11 предусмотрено расположение электроизоляционной пластины 15. Для предотвращения повреждений системы АПГ, особенно при анодных эффектах, пневмоцилиндр 4 крепят на изоляторе (элемент 7).

Если применить в качестве термостойкого электроизоляционного материала пластину из термостойкой транспортерной ленты (в элементах 6,15), то можно также получить снижение шума и вибрации от удара фланца о стопор.

Оценивать визуально погружение пробойников в расплав на всех типах электролизеров достаточно легко, кроме электролизеров с верхним токоподводом, где для контроля необходимо оборудовать специальные люки с герметизирующими крышками. Для безопасного обслуживания электролизеров с системой АПГ в устройстве предусмотрено ограждение, ограничивающее случайный доступ к подвижным частям и стопору. Для оценки положения стопора в ограждении выполнены отверстия (прорези) напротив точек установки стопора.

Перестановка стопоров не занимает много времени. На электролизере с 6-ю точками АПГ один человек справляется с этой операцией менее чем за минуту, поэтому перестановку стопоров производят с отключением пробойников без ущерба для управления процессом электролиза.