CN102011149A - 流入推压式氧化铝加料装置 - Google Patents

Abstract

流入推压式氧化铝加料装置由推压气缸机构和管式下料连接器机构两部分组成，该装置是向铝电解槽内的电解质溶液层内补充添加氧化铝的装置，该装置采用导料管连续流入加料为主，柱塞推料棒挤压推入加料为辅并相结合的氧化铝加料装置，向电解质溶液层实施氧化铝加料。该装置在铝电解槽上应用，不仅取消了打壳下料装置的打击锤头，减少了打壳锤头的消耗购置安装检修成本，减少了氧化铝粉尘排放损失，保证了氧化铝加料的准确性，有利于稳定电解质溶液中的氧化铝浓度，减少了槽效应的发生，提高了电流效率降低了电解铝的生产成本。

Description

流入推压式氧化铝加料装置

技术领域：流入推压式氧化铝加料装置是一种新型的铝电解槽在生产过程中，致使氧化铝粉添加到电解质熔体中的加料执行装置，是铝电解槽氧化铝加料系统的主要部件结构，主要应用于铝电解槽下料系统的结构设计、制作与安装以及铝电解槽的生产。

技术背景：现通用的铝电解槽氧化铝加料装置通常采用的是点式打壳间隔下料装置，点式间隔打壳下料装置主要由固定在铝电解槽上部横梁构架上的打壳气缸、气缸导向连杆和打壳锤头构造成的打壳装置，以及由加料箱、定容下料器和下料管道构造成的氧化铝粉下料装置两大部件组成。

当电解槽进行电解铝生产，氧化铝加料装置-即点式间隔打壳下料装置，在执行向铝电解槽内的电解质溶液添加氧化铝粉的动作程序，实施加料功能时，先开启打壳气缸，由打壳气缸内的活塞带动气缸导向连杆和打壳锤头进行往复运动，靠打壳锤头的冲击力，先将电解质溶液层上面的电解质和氧化铝构成的冷凝结壳层击穿，形成一个氧化铝粉可以流入到电解质溶液层的孔洞型通道，俗称下料孔，再开启设置在氧化铝加料箱上的定容下料器的阀门，使得氧化铝粉经过氧化铝下料管和打壳锤头侧部，电解质结壳层上部的空间，靠自由落体运动的惯性，流入到下料孔中，添加到电解质溶液层中，完成一个下料程序，当电解质溶液层内的氧化铝经过一定的时间，分解消耗减少到一定量时，再由氧化铝加料装置执行下一个间隔的打壳下料料程序，因此现通用的铝电解槽这种氧化铝加料装置又俗称为点式间隔下料器。

现通用的铝电解槽的氧化铝加料装置即点式间隔打壳下料装置主要存在以下缺点和不足：

1、打壳锤头在频繁的打击电解质冷凝结壳的过层中，与电解质结壳产生摩擦，和打壳在冲击运动到电解质溶液层内与电解质接触后产生电化学侵蚀，致使打壳锤头锤体磨损消耗严重，损耗较快，平均3-5个月就得更换。

2、当打壳锤头在磨损消耗变短和变细后，打壳锤头丧失打壳击穿结壳层下料孔洞的功能，无法将结壳层的下料孔洞打开或打开的部规则，致使氧化铝粉无法全部添加到电解质溶液层中或添加量不准确，从而导致电解质溶液层内的氧化铝浓度的不均匀，影响电解槽的物料平衡，造成电解槽电流效率的降低。

3、在铝电解槽内，当打壳锤头将下料孔洞打开后，氧化铝粉在经过下料管端口注入到下料孔内的电解质溶液层中时，要经过电解槽内的开放的负压空间，由于氧化铝是粉状物料，易使得氧化铝物料在电解槽内的负压空间内飞扬，被驴电解槽的排烟除尘系统抽吸出电解槽外，不能参加电解反应，造成物料输送和排烟除尘系统的功率浪费。

4、铝电解槽的生产过程，是一个连续进行的热电化学反应过程，向电解质中添加氧化铝的过程也应该是一个精确连续的过程，现通用的点式打壳间隔加料装置形成的间隔下料方式，自身设计本身就不符合铝电解槽工作的原理，采用点式打壳间隔加料方式，是使得电解质内的物料平衡即氧化铝浓度的平衡维持在一个波峰曲线区间内，维持电解质化学平衡的机理是用一个平衡破坏，再进行滞后平衡修补的机理，实施氧化铝加料作业的过程。正是这种由于氧化铝加料装置所决定的加料方式，以及由加料方式所决定的电解质溶液层内所滞后的物料平衡化学关系，使得铝电解槽的电流效率降低，并又造成加大了电流损耗和污染环境的槽效应状况的发生。

发明内容：为了使铝电解槽氧化铝加料装置满足铝电解槽热电化学反应机理的需要，致使电解质溶液中的氧化铝浓度趋于稳定在一个较小的线性区间内物料化学平衡，保障铝电解槽电解工艺状况的稳定，防止槽效应的发生，提高电流效率，降低电解铝的电耗，和改变克服上述现通用的氧化铝加料装置，即点式打壳间隔下料装置的打壳锤头易于磨损，氧化铝添加量不精确等缺陷，本发明提供了一种新型的铝电解槽氧化铝加料装置技术方案，即流入推压式氧化铝加料装置。

该氧化铝加料装置的技术方案是：

流入推压式氧化铝加料装置由推压气缸机构和管式下料连接器机构两部分组成，在推压气缸的底部设置一个下管式下料连接器，其管式下料连接器由导向下料管和氧化铝导料管以及下料管端头所构成，导向下料管上端作为设置在推压气缸下部导向连杆下端的柱塞推料棒的导向管，导向下料管的底端与管式下料管端头连接，氧化铝导料管下端与导向下料管进行相贯连接，氧化铝导料管的上端与氧化铝加料机构的流量控制装置相连接，在铝电解槽上，采用导料管连续流入加料为主，柱塞推料棒挤压推入加料为辅两种方式相结合的管式加料机构，将氧化铝粉料通过管道输送添加到电解质溶液层中。

流入推压式氧化铝加料装置在电解槽上构造安装时，其流入推压式氧化铝加料装置管式下料连接器下料器底端的下料管端头，设置在氧化铝加料点的位置的电解质结壳层中，下料管端头的底平面离电解质溶液层的上表面距有一定高度距离，以电解质溶液波动冲刷不到为宜；在实施执行氧化铝加料程序时，上部氧化铝定量输送机构下泄的氧化铝经过氧化铝导料管直接流入到设置在导向下料管下端的下料管端头的管孔腔室内和电解质溶液层中，此时、由于电解质溶液层温度较高，可随时将流入添加的氧化铝粉进行熔解，以便实现氧化铝加料装置向电解质溶液层内连续添加氧化铝的目的；当有一部分未被熔解的残留氧化铝在下料管端头的腔室内形成聚集时，依据设定启动推压气缸、在活塞作用下带动导向连杆下端的柱塞推料棒向下进行往复运动，用柱塞推料棒(相当于活塞柱)将残存在下料管端头腔室内的氧化铝粉挤压推入到电解质溶液层中，同时利用柱塞推料棒清理导向下料管和下料管端头腔室内的下料通道。柱塞推料棒行程的下止点为下料管端头的下端面

依据上述技术方案：管式下料连接器机构的下料管端头作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐热钢或耐热球墨铸铁，制作成管状部件，其水平断面为矩形或圆形，为了便于与导向下料管连接，可在内部设置低碳钢钢管，采用浇铸复合的方法铸造加工而成。

依据上述技术方案：管式下料连接器机构的下料管端头作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐火砖材料或碳素材料与内设钢管一同制成块状复合连接部件，形状为管状部件，其水平断面为矩形或圆形。

管式下料连接器机构的下料管端头的上部可用金属钢结构制成，以便于下料管端头上部的金属材料构件即导向下料管进行连接构造，下部可用耐火砖材料制成复合件，以保障下料管端头底部不被电解质溶蚀和下料空腔变形。

依据上述技术方案：为了保持原打壳下料孔的排气功能，在导向下料管的上部或在导料管的上面部设置有排气孔。致使电解槽内的气体能够沿着氧化铝下料的方向进行逆向排放至电解槽内。

依据上述技术方案：管式下料连接器机构的上部设置有与电解槽上部钢结构进行固定连接的连接件，安装时将管式下料连接器固定在铝电解槽上部平板钢结构上。

依据上述技术方案：推压气缸机构铰接固定在铝电解槽上部横梁钢结构上，推压气缸机内的活塞杆与导向连杆相连接，导向连杆的下端与柱式柱塞推料棒箱连接。

依据上述技术方案：为了满足柱塞推料棒在上下运动过程中推料挤压和清理下料管道的功能，又不至于使其插入电解质溶液层中，在与柱塞推料棒连接的导向连杆上设置有限位传感器，致使连接在导向连杆下端的柱塞推料棒的下底面在下行运动到电解质溶液层上端，在设定的空间区域内，完成其挤压推料功能，不和电解质溶液层接触即可，以防止金属制的柱塞推料棒被电解液腐蚀。限位传感器的控制和反馈信号电器线路与槽控箱和推压气缸的换向阀相连接。

依据上述技术方案：管式下料连接器机构的下料管端头的底平面在电解槽内安装设置在电解质结壳层的中下部等温线在700℃-800℃左右电解质溶液刚形成软质柔性的冷凝结壳的温度层内，此处的温度梯度区间既可以保证钢制柱塞推料棒和下料管端头不被电解质液侵蚀和高温熔化，又可以保证氧化铝料粉能够通过其长期形成的动态扩散孔洞区间向电解质溶液层进行流入或注入式补充加料。

采用上述流入推压式氧化铝加料装置技术方案：可以避免和克服现通用的铝电解槽氧化铝加料装置所带来的不足与缺陷，在向电解槽内的电解质溶液层补充添加氧化铝料时，采用导导向下料管连续流入加料为主，柱塞推料棒挤压推入加料为辅并相结合的氧化铝加料装置即流入推压式氧化铝加料装置，向电解质溶液层实施氧化铝加料。该装置在铝电解槽上应用，不仅取消了打壳下料装置的打击锤头，减少了打壳锤头的消耗购置安装检修成本，减少了氧化铝粉尘排放损失，保证了氧化铝加料的准确性，有利于稳定电解质溶液中的氧化铝浓度，减少了槽效应的发生，提高了电流效率降低了电解铝的生产成本，而且为铝电解槽氧化铝加料系统实施氧化铝加料输送装置采用全密封管道加压定量输送装置，和实现电解槽控制系统全息自动化，取消上部构造复杂造价高昂的定容加料箱装置，提供了技术装备和技术支撑。

附图说明：

图1：流入推压式氧化铝加料装置结构示意主视图。

图2：该加料装置管式下料连接器机构下料管端头主视图。

图3：：为图2的俯视截面图。

图4：该加料装置管式下料连接器机构下料管端头主视图。

图5：为图4的俯视截面图。

图6：该加料装置管式下料连接器机构下料管端头主视图。

图7：为图6的俯视截面图。

图8：流入推压式氧化铝加料装置下料管端头主视图。

图9：为图8的俯视截面图。

图10：流入推压式氧化铝加料装置在铝电解槽安装后示意主视图。

其图中所示：1推压气缸机构、2管式下料连接器机构、3导向下料管、4导料管、5下料管端头、6柱塞推料棒、7导向连杆、8结壳层、9溶液层、10内设钢管、11排气孔、12平板钢结构、13连接件、14推压气缸、15导向连杆、16限位传感器、17横梁钢结构、19换向阀、20槽控箱，21氧化铝输送机构、22覆盖料、23阳极碳块、24铝液、25氧化铝。

具体实施例：

流入推压式氧化铝(25)加料装置技术方案是：采用导料管连续流入加料为主，柱塞推料棒挤压推入加料为辅两种方式相结合的管式加料机构，即流入推压式氧化铝(25)加料装置，将氧化铝(25)粉料通过管道输送添加到电解质溶液层中。

如图1、图10所示：流入推压式氧化铝加料装置由推压气缸机构(1)和管式下料连接器机构(2)两部分组成，在推压气缸机构(1)导向连杆的底端设置构造安装上柱塞推料棒(6)；管式下料连接器机构(2)由导向下料管(3)和氧化铝(25)导料管(4)以及下料管端头(5)所构成，导向下料管(3)上端作为设置在推压气缸下部导向连杆(7)下端的柱塞推料棒的导向套管，氧化铝(25)导料管(4)下端与导向下料管(3)进行相贯连接，氧化铝(25)导料管(4)的上端与氧化铝(25)料输送机构的流量控制装置(21)连接。

如图1、图10所示：流入推压式氧化铝加料装置在电解槽上构造安装时，其流入推压式氧化铝加料装置管式下料连接器机构(2)底端的下料管端头(5)，设置在氧化铝(25)加料点的位置的电解质结壳层(8)中，下料管端头(5)的底平面离电解质溶液层(9)的上表面距有一定高度距离，以电解质溶液层(9)波动冲刷不到为宜；在实施执行氧化铝(25)加料程序时，上部氧化铝(25)定量输送机构(21)下泄的氧化铝(25)经过导料管(4)直接流入到设置在导向下料管(3)下端的下料管端头(5)的管孔腔室内和电解质溶液层(9)中，此时由于电解质溶液层(9)温度较高，可随时将流入添加的氧化铝(25)粉进行熔解，以实现氧化铝加料装置向电解质溶液层(9)内连续添加氧化铝(25)的功能；当有一部分未被熔解的残留氧化铝(25)下料管端头(5)的腔室内形成积聚料时，依据设定，用设置在导向下料管(3)内的柱塞推料棒(6)，在推压气缸(14)的活塞作用下，带动导向连杆(7)下端的柱塞推料棒(6)向下进行往复运动，用相当于活塞的柱塞推料棒(6)将残存在下料管端头(5)底部腔室内的氧化铝(25)粉挤压推入到电解质溶液层(9)中，同时利用柱塞推料棒清理导向下料管和下料管端头管腔内通道。柱塞推料棒(6)行程的下止点为下料管端头(5)的下端面处。

如图2、图3管式下料连接器机构的下料管端头(5)作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐热钢或耐热球墨铸铁，制作成管状部件，其断面为矩形或圆形。

如图4、图5所示：为了便于与导向下料管(3)连接可在内部设置低碳钢钢管，采用浇铸复合的方法铸造加工而成。

如图6、图7、图8、图9所示：管式下料连接器机构(2)的下料管端头(5)作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐火砖材料或碳素材料在内设钢管(10)，制成块状复合连接部件。管式下料连接器机构(2)的下料管端头(5)的上部可用金属钢结构制成，以便与下料管端头(5)上部的金属材料构件和导向下料管(3)进行连接构造，下部可用耐火砖材料制成复合件，以保障下料管端头(5)底部不被电解质溶蚀和下料空腔变形。

如图1所示：为了使管式下料连接器机构(2)具有排气功能，在导向下料管(3)的上部或在导流下料管(4)的上半面部设置有排气孔(11)。致使电解槽内的气体能够沿着氧化铝(25)下料的方向进行逆向排放至电解槽内。

如图10所示：管式下料连接器机构(2)的上部设置有与电解槽上部平板钢结构(12)进行固定连接的连接件(13)，安装时将管式下料连接器机构(2)固定在铝电解槽的上部平板钢结构(12)上。推压气缸(14)机构铰接固定在铝电解槽上部横梁钢结构(17)上，推压气缸机(14)内的活塞杆(15)与导向连杆(7)相连接，导向连杆(7)的下端与柱式柱塞推料棒(6)相连接。

如图10所示：为了满足柱塞推料棒(6)在上下运动过程中推料挤压和清理下料通道的功能，又不至于使其插入电解质溶液层(9)中，造成熔蚀性烧损，在与柱塞推料棒(6)上端相连接连接的导向连杆(7)上设置有限位传感器(16)，致使连接在导向连杆(7)下端的柱塞推料棒(6)的下底面，在下行运动到电解质溶液层(9)上端，即在设定的空间区域内，完成其对氧化铝(25)料的挤压推料功能，不和电解质溶液层(9)接触即可，以防止金属制的柱塞推料棒(6)被电解液腐蚀。限位传感器(16)的控制和反馈信号电器线路与槽控箱和推压气缸的换向阀(91)相连接。

如图1所示：管式下料连接器机构(2)的下料管端头(6)的底平面在电解槽内安装设置在电解质结壳层(8)的中下部等温线在750℃-820℃左右，即电解质溶液刚形成软质柔性的冷凝结壳层(8)的温度层内，此处的温度梯度区间，既可以保证钢制柱塞推料棒(6)和下料管端头(5)不被电解质液侵蚀和高温熔化，又可以保证氧化铝(25)料粉能够通过其长期下料形成的动态扩散孔洞区域，向电解质溶液层(9)进行流入或注入式补充加料。

Claims (8)

1.流入推压式氧化铝加料装置是向铝电解槽内的电解质溶液层内补充添加氧化铝的装置，该装置的特征是：该装置由推压气缸机构(1)和管式下料连接器机构(2)两部分机构组成，推压气缸机构(1)的推压气缸机(14)内的活塞杆(15)与导向连杆(7)相连接，导向连杆(7)的底端设置构造有柱塞推料棒(6)；管式下料连接器机构(2)由导向下料管(3)和氧化铝(25)导料管(4)以及下料管端头(5)所构成。

2.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)导向下料管(3)上端作为设置在推压气缸下部导向连杆(7)下端的柱塞推料棒的导向套管，氧化铝(25)导料管(4)下端与导向下料管(3)进行相贯连接。

3.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)的上部设置有与电解槽上部平板钢结构(12)进行固定连接的连接件(13)。

4.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)的导向下料管(3)的上部或在导流下料管(4)的上半面部设置有排气孔(11)，致使电解槽内的气体能够沿着氧化铝(25)下料的方向进行逆向排放至电解槽内。

5.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：在电铝解槽上构造安装时，其流入推压式氧化铝加料装置管式下料连接器机构(2)底端的下料管端头(5)，设置在氧化铝(25)加料点的位置的电解质结壳层(8)中，下料管端头(5)的底平面离电解质溶液层(9)的上表面距有一定高度距离，以电解质溶液层(9)波动冲刷不到为宜；在实施执行氧化铝(25)加料程序时，上部氧化铝(25)定量输送机构(21)下泄的氧化铝(25)经过导料管(4)直接流入到设置在导向下料管(3)下端的下料管端头(5)的管孔腔室内和电解质溶液层(9)中，此时由于电解质溶液层(9)温度较高，可随时将流入添加的氧化铝(25)粉进行熔解，以实现氧化铝加料装置向电解质溶液层(9)内连续添加氧化铝(25)的功能；当有一部分未被熔解的残留氧化铝(25)下料管端头(5)的腔室内形成积聚料时，依据设定，用设置在导向下料管(3)内的柱塞推料棒(6)，在推压气缸(14)的活塞作用下，带动导向连杆(7)下端的柱塞推料棒(6)向下进行往复运动，用相当于活塞的柱塞推料棒(6)将残存在下料管端头(5)底部腔室内的氧化铝(25)粉挤压推入到电解质溶液层(9)中，同时利用柱塞推料棒清理导向下料管和下料管端头管腔内通道，即加料时采用管式下料连接器机构(1)的导料管(4)连续流入加料，推压气缸机构(1)的柱塞推料棒(6)挤压推入加料两种方式相结合进行，氧化铝(25)粉料通过导向下料管(3)和下料管端头(5)输送添加到电解质溶液层(9)中。

6.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)的下料管端头(5)作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐热钢或耐热球墨铸铁，制作成管状部件，其断面为矩形或圆形，为了便于与导向下料管(3)连接可在内部设置低碳钢钢管，采用浇铸复合的方法铸造加工而成。

7.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)的下料管端头(5)作为耐热抗氧化部件，其材料选用耐火砖材料或碳素材料在内设钢管(10)，制成块状复合连接部件。

8.依据权利要求1所述的流入推压式氧化铝加料装置，其特征是：管式下料连接器机构(2)的柱塞推料棒(6)上端相连接连接的导向连杆(7)上设置有限位传感器(16)，限位传感器(18)的控制和反馈信号电器线路与槽控箱和推压气缸的换向阀(91)相连接。

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