Конструкция систем АПГ

Конструктивно система АПГ состоит их трёх основных элементов: бункера для хранения глинозёма, пробойника для пробивки отверстия в корке и дозирующего устройства для подачи глинозёма. Эти составляющие, объединенные в одну систему, называют секцией АПГ. Наибольшее распространение в промышленности получили секции АПГ точечного типа. На рис. 9.8. показаны схемы точечных дозаторов наиболее распространенных типов.

Весьма эффективными в работе, в том числе по точности дозирования глинозёма, зарекомендовали себя дозаторы объёмно-механического принципа действия, в которых заполнение мерных ёмкостей производится самотёком, без контакта сырья со сжатым воздухом. Воздух используется лишь для привода механизмов пробойника и открытия дозирующего устройства. Это системы АПГ с секторными и клапанными дозаторами глинозёма.

Схематическое изображение точечной секции АПГ клапанного типа с механически синхронизированным дозатором и пробойником показано на рис. 9.8,а. Более детальное изображение непосредственно дозатора приведено на рис.9.9. Система состоит из бункера, дозатора клапанного типа с пробойником, размещенных внутри бункера. Для предотвращения попадания в бункер посторонних предметов в загрузочном устройстве предусмотрена сетка.

Дозатор выполняет функции накопления объёмной дозы глинозёма и подачи её внутрь мундштука, из которого доза поступает на поверхность электролита. Пробойник размещается внутри мундштука и одновременно служит для открывания нижнего клапана дозатора. Нижний выпускной клапан постоянно находится в закрытом положении за счёт сжатия пружины.

После получения сигнала на пробой корки электролита шток пробойника перемещается вниз, пробивает корку электролита и одновременно перемещает шток дозатора. Тем самым открывается нижний клапан дозатора и порция глинозёма ссыпается в мундштук, а верхний клапан прижимается к верхнему срезу мерного цилиндра и перекрывает доступ в него глинозёма из бункера. После подъёма пробойника нижний клапан перекрывает цилиндрический дозатор снизу и открывает его сверху для поступления новой дозы глинозёма.

а)	б)
в)
Рис. 9. 8 . Устройства автоматизированного питания глинозёмом: а – клапанного типа; б – секторного типа с раздельным приводом; в – АПГ «ТоксСофт» с воздушно-импульсным дозатором Fm, Fmp,Fисm - потоки глинозёма соответственно в бункере, на пористой пластине, на разгрузке

Глинозём снизу подпирает мундштук и создаёт внутри его глинозёмный затвор, что служит защитой конструкции от воздействия высоких температур и газа. Время нахождения пробойника в нижнем положении достаточно короткое – порядка 5-15 с. Включение пробойников производится от шкафа управления АСУТП. Давление воздуха в пневмосистеме не должно быть ниже 400 кПа, при более низком давлении усилие пробойника (номинально 1200-

1500 кг) окажется недостаточным для пробивки корки.

Пневмосистема состоит из фильтра-влагоотделителя, пневмораспределителей для подачи сжатого воздуха на каждый цилиндр. Все эти механизмы расположены в пневмопульте. Наибольшее распространение этот тип дозаторов получил на электролизёрах ВТ.

Рис. 9.9. Механически синхронизированный дозатор с пробойником: 1-шток; 2-корпус с мерной цилиндрической ёмкостью; 3-кольцо для фиксирования пружины; 4-кольцо упорное; 5-пружина; 6-верхний клапан; 7-нижний клапан

В состав асинхронно работающего точечного АПГ (см.рис. 9.8,б) входит бункер глинозёма, пробойник с пневмоцилиндром и дозирующее устройство клапанного или секторного типа. Дозирующее и пробивное устройства имеют раздельные приводы, что даёт возможность раздельного управления ими. Дозатор секторного типа оснащён задвижкой, перекрывающей выход глинозёма из дозатора. Задвижка приводится в движение штоком с пневмоцилиндром, который изменяет положение задвижки. При верхнем положении штока задвижка закрыта и выход глинозёму перекрыт, при движении штока вниз задвижка открывается и глинозём заполняет мерную ёмкость дозатора.

При возвращении штока в верхнее положение доза глинозёма ссыпается с направляющего лотка в отверстие в корке электролита. Конструкция секторного дозатора весьма проста в изготовлении, позволяет исключить утечки глинозёма при загрузке бункеров системой ЦРГ и пригодна для дозированной подачи фтористого алюминия. Шкаф управления позволяет регулировать высоту пробойника по уровню расплава в ручном режиме нажатием кнопки.

Непременным условием работоспособности точечных АПГ является совершенство конструкции пневмоцилиндров и длительный срок их службы. В этом плане в последние годы достигнут определенный прогресс. Ряд западных фирм («Паркер», «Фесто») выпускают пневмоцилиндры высокого качества, позволяющие безаварийно эксплуатировать системы АПГ длительное время.

В указанных системах АПГ используются объемные дозаторы. Регулирование подачи глинозёма в них возможно путём изменения частоты срабатывания дозатора. Особенностью таких дозаторов можно считать обязательное условие стабильности свойств глинозема, особенно по объёмной плотности и текучести.

Из приведенных сведений видно, что принципиально точечные дозаторы различаются как

- синхронно работающие, в которых дозаторы и пробойники действуют одновременно и конструктивное устройство АПГ не может обеспечить раздельную их работу (рис. 9.8,а);

- асинхронно работающие, в которых дозатор и пробойник работают по отдельной программе, что позволяет использовать сложные циклограммы управления АПГ в зависимости от технологической необходимости и типа питания (рис. 9.8,б).

В основе конструкции дозатора «ТоксСофт» заложен совершенно иной принцип (см. рис 9.8,в). Дозатор состоит из металлической коробки, верхняя пластина которой выполнена из пористого материала, а с торца установлен патрубок для подвода сжатого воздуха. Без подачи воздуха глинозём подпирает выходное отверстие бункера и материал из него не вытекает. При подаче воздушного импульса глинозём аэрируется, происходит снижение силы трения между частицами и глинозём начинает вытекать из дозатора.

В зависимости от продолжительности воздушного импульса изменяется количество вытекшего материала и соответственно регулируется доза глинозёма. Дозаторы этого типа хорошо зарекомендовали себя как на электролизёрах ВТ (ВгАЗ), так и на ОА (НАЗ). Преимуществом дозаторов «ТоксСофт» можно считать возможность более тонкого регулирования подачи глинозёма, как за счёт частоты срабатывания, так и массы дозы.

В ходе эксплуатации перечисленных выше систем происходит быстрый износ наконечников пробойников из-за их коррозии в электролите и в газовой фазе, а также за счёт истирания о криолитоглинозёмную корку. Поэтому конструкция пробойника должна предусматривать возможность регулирования положения наконечника по высоте, а также оперативной его замены. Пробойники должны быть электрически изолированными от анодного узла электролизёра.

Системы АПГ для электролизёров ВТ разрабатывались для работающих серий электролизёров, что вызвало немало трудностей с их привязкой к конструкции электролизёров. Как правило, эти электролизёры оснащаются системой из четырёх секций синхронизированных дозаторов клапанного АПГ, по две секции с каждой стороны ванны, как показано на рис 9.10. Компактность конструкции с совмещённым приводом дозатора и пробойника имеет важное значение для электролизёра ВТ, т.к. возможности размещения АПГ весьма ограничены.

Рис. 9.10. Размещение секций АПГ по продольным сторонам электролизёра ВТ

Механизм привода пробойника и дозирующее устройство располагается внутри бункера глинозёма. Бункеры глинозёма и механизмы АПГ жестко крепятся к анодному кожуху таким образом, что при нижнем положении поршня выход наконечника составляет 150-200 мм от кромки газосборного колокола. При недостаточной герметизации конструкции АПГ на электролизёрах ВТ возможно пыление глинозёма, при этом пыль оседает поверх анода и негативно сказывается на его качество.

На электролизёрах БТ используются преимущественно АПГ клапанного типа. Их достаточно удобно расположить на электролизёре с использованием существующих бункеров глинозёма. На каждой продольной стороне устанавливаются по паре секций АПГ, работающих в режиме раздельного или совмещенного привода.

а)	б)
Рис. 9.11. Размещение секции АПГ с раздельным приводом дозатора и пробойника на электролизёре ОА: а: 1-бункер глинозёма; 2-шток дозатора; 3-пробойник; 4- шток пробойника; 5-дозатор клапанный; 6-течка дозатора; б: клапанный дозатор (рис. 9.11а, п.5)

Для ванн с обожженными анодами лучшие результаты получены при использовании клапанных АПГ асинхронного типа. Бункер АПГ расположен на балке- коллекторе или является частью конструкции балки- коллектора. Каждая секция (рис.9.11) имеет в своём составе бункер, один или два пробойника и один или два дозатора клапанного или секторного типа с раздельным приводом. Диаметр пробойников составляет 60-90 мм, ход 300-400 мм. Приводом для перемещения штоков пробойников и дозаторов служат пневмоцилиндры диаметром соответственно 160-200 и 50-100 мм. Вместимость дозатора составляет 1,0-1,5 дм³.

Управление пневмоцилиндрами осуществляется с помощью распределителей, устанавливаемых непосредственно на секциях или в специальном шкафу на электролизёре. При монтаже и демонтаже каждой из секций АПГ производится только одно присоединение к коллектору подвода воздуха, остальная разводка и аппаратура управления устанавливаются на секции и транспортируются вместе с ней.

Погрешность дозирования составляет 5%, а имеющие место колебания давления сжатого воздуха в пределах 350-600 кПа не влияют на работоспособность системы. Точность дозирования очень важна, но не следует забывать, что в любом случае на неё накладывается ряд факторов: меняющаяся объёмная масса глинозёма, унос части материала в виде пыли, неполное попадание глинозёма в лунку и др. Конечная точность дозирования за счёт этого снижается в два-три раза.

На современных электролизерах ОА устанавливаются системы автоматизированной подачи фтористых солей АПФ, с помощью которых производится загрузка фтористого алюминия. Конструкция секций АПФ аналогична конструкции АПГ. Обычно расход фторида алюминия на современных электролизёрах составляет около 20 кг на одну тонну произведенного алюминия.

При работе точечных питателей в корке образуются пробоины с выходящим факелом догорания анодных газов. Такие «огоньки» на электролизёрах ОА интенсивно окисляют боковую поверхность анодов. Поэтому пробойники желательно располагать в зоне стыка анодов, т.е. в удалении от ниппелей. В целях удобства монтажа и обслуживания систем АПГ их целесообразно конструировать и изготовлять в унифицированном модульном исполнении.