CN110042430A - 氧化铝下料系统及其下料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化铝下料系统及其下料方法，下料系统包括粉碎器和下料器；所述粉碎器上部设有进料口，内部设有旋转导杆，所述旋转导杆上设有对内部氧化铝粉料进行搅拌粉碎的粉碎刀片，所述粉碎器底部与下料器对接连通；所述下料器内部设置延长氧化铝粉料在下料器内部下降路线的层级分流器，所述层级分流器的粉料路线终点设置氧化铝进入到电解槽内部的下料口；所述下料器内部通过风管串联连接到电解槽的集气管道上。本发明的氧化铝下料系统及其下料方法可以明显提高氧化铝分散和溶解的速率，使得氧化铝浓度分布更加均匀，电解槽内的氧化铝浓度波动更加平稳，减少了沉淀的生成，电流效率高，能耗低，特别适用于酸法氧化铝下料。

Description

氧化铝下料系统及其下料方法

技术领域

本发明属于铝电解技术，具体涉及一种氧化铝下料系统及其下料方法。

背景技术

Hall-Héroult电解法一直是工业炼铝的唯一方法。作为铝电解槽熔体的主要原料，氧化铝在电解质中的分散和溶解对于工业生产具有重要意义。对于氧化铝溶解和输运效果不好的电解槽来说，不但会因局部氧化铝浓度过低而诱发阳极效应，而且会因局部浓度过高无法及时溶解氧化铝，导致产生局部沉淀，增大铝液水平电流，影响电解过程的稳定性，进而使得能耗增大，电流效率降低。此外氧化铝的扩散和溶解是强吸热反应，下料后常常伴随电解槽局部温度的大幅降低，从而影响槽子热稳定性，破坏炉帮，降低槽寿命。

20世纪80年代发展出的点式下料技术，比起工业上传统的边部下料技术具有许多的优点，如下料间隔短，单次下料量小，满足工业上“勤加工，少下料”的要求。但是，随着现代铝电解槽容量增大，电解槽逐渐使用更加节能的低极距工艺和低过热度工艺，一些铝厂为抑制铝液的波动而采取减弱槽内熔体流动的设计，使得点式下料技术所加入电解质中的氧化铝越来越难以在槽内输运和分散。氧化铝分散和溶解的困难使得氧化铝空间浓度分布差异加大，浓度波动明显，槽子稳定性变差，电流效率降低。由于加入的氧化铝粉料和电解槽的温度差异过大，每次下料都会对电解槽的热平衡产生影响，使得槽热大幅波动，并且容易形成沉淀，氧化铝粉料的溶解扩散速度慢，所有的这些问题都迫切的需要优化解决。因此，实有必要提出一种新的铝电解槽下料系统来推动上述问题的解决。

另外，经研究开发出“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝的新工艺，其生产系统由配料、溶出、分离洗涤及净化、蒸发结晶、烧结、酸回收六个主体工序，得到了可用于铝电解工业生产的原料—氧化铝。由‘一步酸溶法’得到的酸法氧化铝，与传统碱法氧化铝在物理化学性质、溶解性能、对氟化氢的吸附性能等方面存在一些差异，需要分别从这些方面入手分析现有铝电解工艺过程对氧化铝性质和性能的要求，以及分析酸法氧化铝对现有铝电解工艺过程可能带来的影响、适应性及应对措施。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽下料方式中氧化铝分散和溶解困难导致上述问题，提供一种铝电解槽稳定性好、下料速度平稳、氧化铝均匀分散、电流效率高、能耗低的氧化铝下料系统及其下料方法，特别适合于酸法氧化铝下料。

本发明采用如下技术方案实现：

氧化铝下料系统，包括粉碎器和下料器；

所述粉碎器上部设有进料口，内部设有旋转导杆，所述旋转导杆上设有对内部氧化铝粉料进行搅拌粉碎的粉碎刀片，所述粉碎器底部与下料器对接连通；

所述下料器内部设置延长氧化铝粉料在下料器内部下降路线的层级分流器，所述层级分流器的粉料路线终点设置氧化铝进入到电解槽内部的下料口；

所述下料器内部通过风管串联连接到电解槽的集气管道上。

进一步的，所述粉碎器和下料器的对接处设有筛分口，所述筛分口设有若干控制氧化铝粉料下料颗粒大小的筛分孔。

进一步的，所述筛分口底部设有控制下料速度的下料阀门。

进一步的，所述旋转导杆位于筛分口的上方，所述粉碎刀片为固定套装在旋转导杆上的螺旋刀片。

进一步的，所述进料口位于旋转导杆两侧的粉碎器顶部。

进一步的，所述层级分流器包括若干层沿竖直方向逐级交替倾斜的导流板，所述粉碎器与下料器的对接位置位于最上层导流板的高端上方，下一层导流板的高端位于上一层导流板的底端下方，最下层导流板的底端对接至下料口。

进一步的，所述下料器与粉碎器的对接位置以及下料口分别位于下料器的顶部和底部中心，所述导流板以下料器的中心轴线对称倾斜设置。

进一步的，所述下料口设有按照内环和外环分布的下料孔，所述内环的下料孔均匀分布，所述外环的下料孔围绕内环的圆周区域以内环中心对称分布。

进一步的，所述下料器下部连接有进风管，进风位置位于最下层导流板的上方，所述下料器上部连接有出风管，所述出风位置位于最上层导流板的上方，所述下料器通过进风管和出风管串联连接在电解槽的集气管道上。

本发明还公开了一种氧化铝下料方法，采用本发明上述氧化铝下料系统，具体包括如下步骤：

a.向粉碎器内部加入氧化铝粉料，对氧化铝粉料进行搅拌粉碎，破开粉料结块，增强氧化铝粉料的流动性；

b.通过筛分口对已经被粉碎过的氧化铝粉料进一步筛分，保证通过的粒度满足要求，避免下料口堵塞，通过下料阀门的开度控制下料速率，确保下料均匀畅通；

c.氧化铝粉料进入下料器，通过层级分流器将氧化铝粉料分散开来，沿层级分流器的下料路线逐级下降；

d.将电解槽内收集的烟气通入下料器内部，调节风压使烟气与下料器内部的氧化铝粉料逆向充分接触，脱去氧化铝粉料中含水，并将热量传递给氧化铝粉料，预热氧化铝粉料，氧化铝粉料经过均匀分散后从下料口进入电解槽内。

本发明的氧化铝下料系统通过粉碎器破碎氧化铝粉料，使得粉料颗粒更加均匀，破碎仓往下设有筛分器，可以控制通过氧化铝颗粒的大小，通过筛分口进一步筛选出合乎要求的氧化铝粒径颗粒，保证下料通畅，不容易堵塞下料口。筛分口下部装有下料阀门，可以根据生产需要，通过下料阀门来控制下料的速率。在下料器里面设置有层级分流器，利用这些层级分流器，使得氧化铝粉料逐层下降，既能延缓下料速度，不会造成堵塞，又能使得氧化铝粉料均匀分散开，不会团聚。下料器内部通过风管与电解槽的集气管道串联，利用铝电解的高温烟气对氧化铝粉料进行预热，利用酸法氧化铝粉料安息角大、粒度较小等特点，既能让氧化铝颗粒分布更加均匀，也可以利用废气的余温干燥氧化铝颗粒，除去水分，防止结块，同时废气的热量通过热传递给氧化铝粉料后，使得氧化铝粉料预热，进入铝电解槽内部容易结块，可以更快的溶解，减少沉淀的产生。

本发明的氧化铝下料系统采用粉碎器与下料器相结合的方法，利用粉碎器破碎结块，再经过筛分器，分流器逐层下料，使得氧化铝粉料均匀分散开，然后将电解产生的烟气通入下料器中，进一步分散氧化铝粉料，并且可以除去氧化铝粉料水分，防止结块，起到预热氧化铝粉料的作用，最终实现了氧化铝颗粒的均匀分布，降低电解槽内沉淀的产生，通过预热氧化铝粉料，产生了提高电流效率，减小电耗的效果。

综上所述，本发明具体如下有益效果。

1.粉碎器起到破碎氧化铝粉料结块，防止粉料团聚的效果，同时旋转刀片使得氧化铝粉料不断翻动，保证酸法氧化铝混合均匀，易于流动，避免堵塞筛分口。

2.通过筛分口进一步控制下料颗粒的粒度，既能提高酸法氧化铝进入电解槽后的溶解和扩散性能，也能防止大颗粒氧化铝粉料堵塞下料口。

3.通过层级分流器，让氧化铝粉料逐层下降，在这个过程中氧化铝粉料停留的时间增长，可以充分和气流接触，保证预热充分，同时分布也会更加均匀。

4.将电解槽的集气管连接到下料器，控制通入下料器内部烟气的风速和风量，带动氧化铝粉料在下料器内流动，通过气体与氧化铝粉料的充分接触，将热量传递给氧化铝粉料，达到预热的效果。

相比传统的下料方式，本发明的氧化铝下料系统及其下料方法可以明显提高氧化铝分散和溶解的速率，使得氧化铝浓度分布更加均匀，此外，电解槽内的氧化铝浓度波动更加平稳，减少了沉淀的生成，电流效率高，能耗低，特别适用于酸法氧化铝，对于铝电解生产有着重要的意义。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的氧化铝下料系统整体结构示意图。

图2为实施例中的筛分口示意图。

图3为实施例中的下料口示意图。

图中标号：1-进料口，2-旋转导杆，3-粉碎器，4-粉碎刀片，5-筛分口，6-下料阀门，7-出风阀，8-出风管，9-下料器，10-层级分流器，11-进风阀，12-进风管，13-电解槽，14-下料口，15-内环，16-外环，17-下料孔。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的氧化铝下料系统为本发明的具体实施方案，具体包括粉碎器3和下料器9两大部分，粉碎器3和下料器9沿竖直方向上下布置，粉碎器3的底部和下料器9的顶部对接连通，其中整个下料系统的进料口1位于粉碎器3的顶部，下料口14位于下料器9的底部，整个下料系统布置于电解槽13上方，下料口14设置在电解槽13的下料位置，经过本下料系统处理的氧化铝粉料通过下料口14添加到电解槽13内部。

其中，粉碎器3内部设置有旋转导杆2，旋转导杆2转动装配在粉碎器3的顶部，并于电机传动连接，粉碎器3内部的旋转导杆2上设置有粉碎刀片4，粉碎刀片4为螺旋状，固定套装在螺旋导杆2上，沿旋转导杆2轴向均匀的分布在旋转导杆上，一直延伸至粉碎器3的底部与下料器9对接通道上方，粉碎刀片4选用牢固耐用的金属材料制作而成，旋转导杆2通过电机驱动转动，带动粉碎刀片4旋转，使得加入到粉碎器3内部的氧化铝粉料良好破碎并匀速落入到粉碎器底部。

旋转导杆2和粉碎刀片4组成的粉碎组件沿粉碎器3的中心轴线竖直布置，进料口1，进料口1设置在旋转导杆两侧的粉碎器3顶部。

下料器9对接设置在粉碎器3的下部，下料器9的顶部直接与粉碎器3的底部对接，在对接处设置有筛分口5，筛分口5为圆盘型金属装置，其上设置若干筛分孔，如图2所示，筛分孔在圆盘上均匀分布且直径均一，本实施例中的筛分口5采用网孔孔径为2～4mm的不锈钢筛网，通过筛分口5上的筛分孔控制氧化铝粉料进入到下料器9内部的粉料颗粒大小。

筛分口5的下方的粉碎器3和下料器9的对接口还设置有下料阀门6，下料阀门6可以采用由下料电机控制的闸阀，通过下料电机控制下料阀门6对粉碎器3和下料器9之间通道的开合程度，控制从筛分口5进入到下料器9内部的氧化铝粉料下料速度。

下料器9内部设置有层级分流器10，通过层级分流器10使进入下料器内部的氧化铝粉料均匀分布并且延长氧化铝粉料在下料器内部的下降路线，使氧化铝粉料在下料器9内部停留更长时间，便于对氧化铝粉料进行预热。下料口14位于下料器9的底部，与层级分流器10上的粉料路线终点汇接。

具体的，层级分流器10包括若干沿竖直方向逐级交替倾斜的导流板，即导流板在同一竖直方向上沿不同的方向交替倾斜，下一层导流板的高端位于下一层导流板的底端下方，最上层的导流板的高端位于筛分口5和下料闸门6的下方，最下层导流板的底端对接至下料口14，从筛分口5和下料闸门6进入下料器9的氧化铝粉料落入到最上层导流板的高端，沿着该导流板的倾斜表面向底端滑落，然后落入到下一层导流板的高端，再次沿着该导流板的倾斜表面向底端滑落，逐级交替滑落到最下层导流板上，并最终滑落到下料口14。层级分流器10利用逐级架设的导流板形成之字形下料结构，氧化铝粉料进入下料器9后沿着导流板以之字形路线下降，较氧化铝粉料在下料器9内部垂直下落的路线更长，明显提高了氧化铝在下料器9内部的停留时间，有利于氧化铝粉料在下料器内部进一步分散，避免了氧化铝粉料在下料口的堆积，并且便于在下料器9内部对氧化铝粉料进行预热。

本实施例中的下料器9与粉碎器3的对接位置以及下料口14分别位于下料器的顶部和底部中心，层级分流器10中位于同一层导流板以下料器的中心轴线对称倾斜设置，本实施例的层级分流器10设有五层，其中从上往下的第一层、第三层和第五层为无缝拼接的两块导流板按照屋顶结构搭建成的分流结构，氧化铝粉料从中间向两边分流滑落，周边与下料器9内壁留有下料用的通道，第二层和第四层为按照相反倾斜方向对称在下料器侧壁上的两块导流板，氧化铝粉料从两边向中间滑落，在导流板中间留有下料用的通道。层级分流器10通过逐层逐级往复的流动，利用酸法氧化铝松装密度较小，颗粒较轻，流动性更好的特点，使得下料过程更加均匀、稳定，不容易堵塞下料口，大大提高下料过程的可控性。

下料器9内部的氧化铝粉料的预热利用电解槽产生的高温烟气。在下料器9的下部连接带有进风阀11的进风管12，进风管12的进风位置设置在最下层导流板的上方，避免通入的烟气大量通过下料口直接返回电解槽，下料器上部连接带有出风阀7的出风管8，出风管8的出风位置位于最上层导流板的上方，下料器9的内部通过进风管12和出风管8串联连接在电解槽13的集气管道上，集气管道收集的高温烟气通入下料器9内部，烟气绕下料器9内部一圈上升至顶部的出风位置，再通过出风管8返回集气管道，利用高温烟气的余温干燥下料器内部的氧化铝粉料，除去水分，进一步防止下料器内部的粉料结块，烟气的热量通过热传递给氧化铝粉料后，使得氧化铝粉料预热，氧化铝进入铝电解槽内部可以更快的溶解，减少沉淀的产生。进风阀11和出风阀7用于控制进出下料器的烟气风速和风量大小。

如图3所示，本实施例中的出料口14设有按照内环15和外环16分布的下料孔17，位于内环15的下料孔17为均匀分布的圆孔，位于外环16的下料孔17围绕内环的圆周区域以内环中心对称分布，如图示中设置成朝同一角度倾斜的柳叶状开口，便于氧化铝粉料分散进入到电解槽内更广的区域。

本实施例的氧化铝下料系统控制氧化铝下料的具体方法步骤如下：

a.向粉碎器内部加入氧化铝粉料，利用电机带动旋转导杆2转动，使得粉碎刀片4对加入粉碎器3内部的氧化铝粉料进行粉碎，破开粉料结块，增强氧化铝粉料的流动性。

b.筛分口5将已经被粉碎过的氧化铝粉料进一步筛分，保证通过的氧化铝粉料粒度满足要求，以免下料口堵塞，调节下料阀门6的开度，使得下料速率为36-72kg/h，确保下料均匀畅通。

c.氧化铝粉料进入下料器9，层级分流器10将氧化铝粉料分散开来，呈对称的之字形路线逐层下降，经过分流器的作用得到了均匀的分散，并在下料器9内停留足够长的时间从而对氧化铝粉料进行预热。

d.将电解槽集气管道的烟气通入下料器9，利用进风阀11调节风压在1.5-2.5Bar，即可使得烟气以一定流速进入下料器9内，并与氧化铝粉料运动方向呈相反路线向上运动，从而与氧化铝粉料充分接触，脱去氧化铝含水，并将热量传递给氧化铝粉料，起到预热效果，然后通过下料器9上部的出风管8离开，升温速率为10-20℃/h。

本发明可在氧化铝下料过程中，粉碎氧化铝粉料颗粒，确保氧化铝粒度合乎要求，精准控制下料速率和下料量，进行连续下料，通过层级分流器10的分散流动和烟气的预热效果，保证氧化铝均匀分布，不会造成结块和堵塞，可实现氧化铝粉料在电解槽更快的溶解扩散。

以下结合两个本实施例的应用实例说明本发明的有益效果。

应用实例1

对于工厂运行的400KA的铝电解槽，采用最大装载酸法氧化铝容量为200kg的粉碎器，通过旋转导杆带动粉碎刀片转动，从而破碎大块氧化铝粉料，采用的筛分口直径为50cm，其上均匀分布2.5mm大小的筛分孔道，通过筛分口进行筛分，隔离出大块氧化铝粉料。通过下料阀门控制下料速率为42kg/h，根据实际生产需要以及电解槽在线监测系统的反馈，当需要欠量下料和过量下料时相应的减小或者增大下料电机的下料速率。层级分流器分五层导流板，一层、三层和五层为无缝拼接的两块导流板搭建成的分流结构，二层和四层为对称放置的连接在下料器侧壁上的水平倾斜向下的导流板，且这两块导流板中间留有下料用的通道。进风管与下料器连接的位置设置在第四层和第五层导流板的中间位置，出风管设置在第一层导流板的上部，调节进风管内流入气体的风压在2.0Bar，可以对下料器内的氧化铝粉料起到吹散和预热作用，保证氧化铝颗粒均匀分散，良好受热。经过上述过程，可以对氧化铝粉料进行破碎作用，进行充分打散和混合均匀化处理，同时氧化铝粉料在蒸发除去水分以及预热后加入电解槽中，不宜产生结块和沉淀，得到更好更快的溶解和扩散效果，保证下料持续畅通。

应用实例2

在工厂200KA较小的槽型上，由于生产能力低了一些，采用的粉碎器最大装载量为120kg，采用的筛分口直径小一些，为30cm，其上分布的筛分孔道直径不变，仍然是2.5mm，这样下料的量会比400KA的槽型减缓。在这个电解槽上的下料速率控制在20kg/h，同样的根据实际生产需要以及在线监测系统的反馈，可以相应的增大或者减小下料阀门的下料速率。该电解槽内的氧化铝下料量较小，下料器内设置三层导流板的层级分流器，其中一层、三层为无缝拼接的两块导流板搭建成的分流结构，二层为对称放置的连接在下料器侧壁上的水平倾斜向下的导流板，且这两块导流板中间留有下料用的通道。进风管与下料器连接的位置设置在第二和第三层导流板的中间位置，出风管设置在第一层导流板的上部，调节进风管内流入气体的风压在2.0Bar，可以对下料器内的氧化铝粉料起到吹散和预热作用，保证氧化铝颗粒均匀分散，良好受热。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域内的普通技术人员来说，在未脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修饰和改进，但这些修饰和改进都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.氧化铝下料系统，其特征在于：包括粉碎器和下料器；

所述粉碎器上部设有进料口，内部设有旋转导杆，所述旋转导杆上设有对内部氧化铝粉料进行搅拌粉碎的粉碎刀片，所述粉碎器底部与下料器对接连通；

所述下料器内部设置延长氧化铝粉料在下料器内部下降路线的层级分流器，所述层级分流器的粉料路线终点设置氧化铝进入到电解槽内部的下料口；

所述下料器内部通过风管串联连接到电解槽的集气管道上。

2.根据权利要求1所述的氧化铝下料系统，所述粉碎器和下料器的对接处设有筛分口，所述筛分口设有若干控制氧化铝粉料下料颗粒大小的筛分孔。

3.根据权利要求2所述的氧化铝下料系统，所述筛分口底部设有控制下料速度的下料阀门。

4.根据权利要求2所述的氧化铝下料系统，所述旋转导杆位于筛分口的上方，所述粉碎刀片为固定套装在旋转导杆上的螺旋刀片。

5.根据权利要求4所述的氧化铝下料系统，所述进料口位于旋转导杆两侧的粉碎器顶部。

6.根据权利要求1所述的氧化铝下料系统，所述层级分流器包括若干层沿竖直方向逐级交替倾斜的导流板，所述粉碎器与下料器的对接位置位于最上层导流板的高端上方，下一层导流板的高端位于上一层导流板的底端下方，最下层导流板的底端对接至下料口。

7.根据权利要求6所述的氧化铝下料系统，所述下料器与粉碎器的对接位置以及下料口分别位于下料器的顶部和底部中心，所述导流板以下料器的中心轴线对称倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的氧化铝下料系统，所述下料口设有按照内环和外环分布的下料孔，所述内环的下料孔均匀分布，所述外环的下料孔围绕内环的圆周区域以内环中心对称分布。

9.根据权利要求6所述的氧化铝下料系统，所述下料器下部连接有进风管，进风位置位于最下层导流板的上方，所述下料器上部连接有出风管，所述出风位置位于最上层导流板的上方，所述下料器通过进风管和出风管串联连接在电解槽的集气管道上。

10.氧化铝下料方法，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述的氧化铝下料系统，具体包括如下步骤：

a.向粉碎器内部加入氧化铝粉料，对氧化铝粉料进行搅拌粉碎，破开粉料结块，增强氧化铝粉料的流动性；

b.通过筛分口对已经被粉碎过的氧化铝粉料进一步筛分，保证通过的粒度满足要求，避免下料口堵塞，通过下料阀门的开度控制下料速率，确保下料均匀畅通；

c.氧化铝粉料进入下料器，通过层级分流器将氧化铝粉料分散开来，沿层级分流器的下料路线逐级下降；

d.将电解槽内收集的烟气通入下料器内部，调节风压使烟气与下料器内部的氧化铝粉料逆向充分接触，脱去氧化铝粉料中含水，并将热量传递给氧化铝粉料，预热氧化铝粉料，氧化铝粉料经过均匀分散后从下料口进入电解槽内。