分配可流體化材料的方法及系統的製作方法
2023-05-06 14:14:26
專利名稱：分配可流體化材料的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及分配可流體化材料的方法和系統。具體來說，本發明涉及可流體化材料如生產鋁的電解設施中的氟化物和/或氧化鋁(礬土)的分配。
專利NO 175876描述了一種通過使材料流體化的輸送粉末材料的設備。該設備包括一條用於從一個容器向多個出口分配材料的封閉通道。在每個出口設有輸送裝置，以便將材料如礬土單獨地送至電解槽外殼上的單獨的輸送孔。分配材料的通道包括兩個水平分割部分，這兩個部分是由多孔壁劃分的。上面的部分完全充入流體化材料，而下面的部分用作流體化氣體的分配室。下面的部分由風扇供應流體化氣體、上述分配裝置包括至少一條第二流體化通道，該通道具有呈朝下的管的形狀的多個出口。這些出口由一個殼體包圍，所述殼體底部有輸送孔。朝下的管的端部在殼體底部上方，當殼體內的材料的水平達一定水平時，離開出口的材料就被阻止。隨著材料的消耗，殼體內材料水平將下降，所述出口將擺脫材料，隨後材料將開始從容器通過第一流體化通道流入殼體，並通過第二流體化通道流入輸送裝置。為了實現這種自動輸送，通道必須藉助風扇連續地流體化。另外，在上述系統中，材料將按照一個液壓步驟被輸送，因此，在最上部材料貯藏和最下部材料出口之間的垂向距離變大。在電解設備中，這種流體化通道可具有幾百米的長度，而通道的角度傾斜可為若干度。在某些不需要的場合下，在輸送系統中的這種高的靜壓差可導致材料輸送失控，例如，儲存的材料快速洩出，因而導致材料向電解槽的不合需要的過度輸送。另外，由於上述系統很可能以一種連續流體化模式被驅動以便以滿意方式工作，因而系統的能耗相對較高。
藉助本發明可避免上述缺陷。按照本發明，輸送系統具有兩個或更多液壓水平，它們藉助進口閘彼此串聯連接。這種系統以快的材料速度運轉，而流體化通道將不被流體化材料加滿。在各流體化元件處供應的流體化氣體將以非連續(即，只有輸送方式是連續的)的受控方式被排放，從而將能耗保持在最小水平上。為此目的，已經研製了專門用來裝配在該系統中的流體化元件。另外，排放流體化氣體的非連續方式將在每次開始運轉時啟動系統的衝洗，從而系統排洩不需要的體積大的顆粒等。
將藉助實例和以下附圖進一步描述本發明。
圖1表示按照本發明從一容器向多個材料接納裝置輸送材料的原理；圖2表示圖1所示原理的細節；圖3以局部剖視圖表示按照本發明所用的新穎流體化元件；圖4表示按照該系統進行可流體化材料運輸的操作程序。
在圖1中表示一個包括可流體化材料2的容器1。該容器設有一個在其底部的伸入一個進口箱4的管狀出口3。從容器向進口箱的輸送可以按照重力輸送原理來進行。進口箱4構製成一個長方體形箱，設有在其底部的至少一個流體化元件5。在該圖中，流體化元件未詳細畫出，但是，這種元件通常是沿著內裝待流體化的材料的裝置的底部放置。該元件最好只覆蓋底部的一部分，而不覆蓋相對於出口3的突出區域。流體化元件通過一根進口管6接納加壓氣體，該進口管具有一個可控閥(未畫出)，以便控制加壓氣體向流體化元件的供應。或者，該系統的流體化元件也可以設置與進口管連通的進口噴嘴，噴嘴設置的孔的尺寸使通過流體化元件具有需要的流體化速度。進口管4還具有一個出口，該出口與一個氣動輸送器9連通。輸送器的該部分的斜度最好為大約3°。在一個實施例中，術語氣動輸送器顯然也可以類似於氣力滑軌輸送器。進口箱的功能是使粉末材料可從容器送向進口箱4的底部。進口箱的幾何結構、容器的管狀出口，以及材料本身的靜態或動態滑動角度使材料向著容器1的出口3傾斜蓄積(如圖1所示)。在無材料送出進口箱的期間，材料從容器向進口箱的輸送將完全停止。管狀出口3的長度最好是其內徑的五倍或更長。
氣動輸送器最好具有多個流體化元件10、11、12、13，它們類似於元件5，布置在底部。另外，與對元件5的描述類似，這些流體化元件可通過具有可控閥(未畫出)的各自的進口管14、15、16、17接納加壓氣體。在輸送器中，部分9』最好是一個分離器，該分離器將不合需要的物體從輸送器分離出來。該分離器在圖中並未詳細畫出，但最好是可流體化類型的。
輸送器各部分如部分9」可以具有相對於水平面為1°的斜度。這種小的斜度可以通過採用一種新穎的流體化元件來實現，這將對照圖3進一步描述。部分9」在其出口端連接於一個分配箱23，以便至少沿兩個方向分配材料。所述部分的出口28包括一根朝下的管子或管路，其在分配箱的底部上方終止。該管子的長度最好為其內徑的五倍或更長。
在這個實施例中分配箱23在其底部設有二個部分覆蓋其底部的流體化元件29、29』。一根進口管31、31』通過可控閥(未畫出)連接於流體化元件29、29』。與進口箱4類似，分配箱的幾何結構，容器的管狀出口的布置，以及材料本身的靜態或動態滑動角度將使材料向著部分9」的出口28傾斜積蓄(也表示在圖1中)。分配箱可以原則上設有一個或多個流體化元件，但是，在本實施例中具有二個流體化元件，這些元件最好相關於出口28對稱布置。這些元件可以布置成其間具有間隔，因此，不覆蓋出口28下面的突出區域。
分配箱的功能是使粉末材料從輸送器部分9」送向分配箱23的底部。在無材料從分配箱輸出的期間，材料從輸送器部分9」向分配箱的輸送將完全停止。
在這個實施例中，如圖所示，一個分配箱具有兩個出口24、25，分別連接於氣動輸送器部分26、27。但是，輸送可流體化材料的本發明的原理並不局限於只有兩個出口的分配箱。例如，分配箱從上方看去可為圓形，並且所具有的出口的數目需要適應於每個單獨的應用場合。
在附圖中，輸送器部分26和27是相同的，因此，下面將只詳述第一次提到的部分。這些輸送器的斜度最好大約為1°。象前面描述的輸送器部分那樣，部分26具有一個或多個流體化元件36，所述流體化元件布置在其底部，進而與一根加壓氣體的出口管37相連，加壓氣體可由閥(未畫出)控制。在這些元件中的至少一個被啟動的期間，流體化元件29顯然通常是被啟動的。如圖所示，在部分地被顯示的輸送器部分26中布置有兩個出口32、33。這些出口分別與中間儲存罐34、35相連通，例如材料可從每個罐送至單獨的電解槽。出口32、33最好布置成輸送器的一個側壁上的開口，所述開口進一步設有朝下的管子。側向開口是優選的，這是因為如果一個罐34已被填滿，因而出口32將被材料堵住，那麼，通過部分26的材料流將仍能流過不被在出口區域積蓄的材料阻礙的出口。
在罐34、35的底部布置有朝下的管狀出口39、40，它們分別將材料送至進口箱41、42和輸送器部分47、51。出口管的長度最好是其內徑的五倍或更長。箱都是相同的，因而這裡只描述箱41。與進口箱4的功能類似，進口箱41包括至少一個設有由閥(未畫出)控制的加壓氣體通過管44的可流體化元件43。該元件最好只覆蓋底部的一部分，而不覆蓋相關於出口39的突出區域。
粉末材料將從出口39送向進口箱41的底部。進口箱的幾何結構、罐34的管狀出口，以及材料本身的靜態或動態滑動角度將引起材料向著罐34的出口39的傾斜蓄積(也如圖1所示)。在無材料送出進口箱的期間，材料從罐向進口箱的輸送將完全停止。
進口箱41具有一個出口46，該出口與氣動輸送器部分47連動，所述氣動輸送器部分具有一個或多個流體化元件48，與加壓氣體的進口管49連接，加壓氣體可由一個閥(未畫出)控制。這個輸送器的斜度最好約為1.5°。輸送器部分47可將材料如氧化鋁和/或氟化物輸送至電解槽(未畫出)的上部結構中的適當的餵送裝置(未畫出)。輸送器的這個部分的斜度最好約為0.5°。
圖2更詳細表示圖1所示的原理。在圖2中表示與圖1相同的系統，但在該圖中表示了附加設備如脫氣裝置和不同的液壓水平。在部分9(見圖1)和容器1之間、部分9」和部分9或部分9』之間。最後是進口箱41和部分26之間分別布置脫氣管100、101、102。在這種管中的彎管的高度最好在其上部連接點上方250毫米，以避免材料通過脫氣管的輸送。
在該圖中還進一步標出不同的水平h0，h1，h2，h3和h4。在流體化狀志中，粉末材料不象顆粒物質而更象流體(液體)那樣。在工作中，各流體化元件通常將不同時被啟動。這些元件或者定期地或者按照各種輸送模式根據需要運轉，以便保證將材料輸送至系統中所有的材料接納單元，並保證在預定時間段中提供充足的材料量。例如，類似於並包括部分47，在所有的輸送器部分的終端可連接一個或多個餵送筒倉(feedingsilos)(布置在每個電解槽的上部結構中)，具有若干運轉小時的全部能力。為了將這種筒倉注滿，輸送系統的分支包括每個部分47隻須根據粉末的速度、餵送筒倉的儲存能力，以及橫截面流動速度相對於實際消耗而部分時間運行。在這種分支不工作期間，在系統中的其餘部位可進行類似的操作，從而節省加壓氣體和能量的瞬時能力。
在該圖中，在進口箱41的水平h1指示液體止動(liquid stop)，在材料已在進口箱41內蓄積，隨後阻塞罐34的出口39的情形中，這種液體止動將限制在該水平上方的流體化材料通過該水平。類似的情形對於水平h2和h3來說將是代表性的。在水平h2，分配箱23將用作一種液體止動，隨後由於材料在該箱中蓄積，材料受到限制不能通過該水平。相應地，在水平h3，進口箱4將用作液體止動，限制材料離開容器1。在該圖中，h1指示大氣壓力，而h0指示終端用戶的餵送閥。
在工作中，在分支中系統將被流體化。例如，在一個期間，包括進口箱41、輸送器9和9」和輸送器部分26的至少一部分的一個分支將被流體化氣體啟動，材料將從容器1流動並流至罐34。當罐34已被注滿時，輸送器26在罐34和罐35之間的部分可被流體化，以便引起材料向罐35的輸送。如果在輸送器部分26下遊仍需要材料，那麼，材料將繼續流動，流經罐34的進口32及罐35的進口33。最後當輸送器部分26下遊的所有接受器已被注滿時，在部分26中的材料流動將被制動而停止。假定在輸送器部分27中沒有材料流動，那麼，在分配箱23中將有材料蓄積，隨後通過輸送器部分9」和9的材料流動將被制動而停止。隨後，進口箱4將接納材料的蓄積，從容器1至進口箱的材料流動將被停止。
例如相對於輸送器部分47來說，如果罐34下遊需要材料的注入，這可以通過啟動部分47中的流體化元件48來實現。然後，材料將開始從罐34流向材料接收單元。最後當所述輸送器部分47下遊不再需要材料時，在分支47中材料流將被制動，材料的蓄積將使進口箱47被堵塞。
如果然後通過使流體化氣體流過類似的輸送器部分27(也見圖1)中的流體化元件而啟動該輸送器部分27，那麼，象前述的罐34和35那樣，並按照類似的過程，材料將通過部分27流入類似的罐。然後，在分配箱23中的材料蓄積將被停止，這是由於材料從輸送器部分27下遊的部位被除去的緣故。然後，這種流體止動失效，隨後材料開始從輸送器9」和9流入分配箱23。然後，進口箱4的流體止動由於與前述分配箱相同原因而失效，隨後材料將開始從容器1通過進口箱4流動。只要有關流體化元件有效，這種流動就會繼續，直至類似的罐被注滿。最終被流體化的材料的流動將按照對第一次提到的包括輸送器部分26的分支所述的模式而停止。
顯然，藉助這種分配系統進行的材料輸送可以由計算機處理器(未畫出)控制。因此，在分配系統的各元件中可以設置指示裝置如材料水平傳感裝置(未畫出)。這種傳感裝置可以連接於處理器，處理器進一步可以按照規定的程序啟動/關閉各流體化元件。
圖3中表示輸送器通道200的部分橫剖面，該輸送器通道具有一個底部201、側部202、203。在該圖上部表示一條波浪線，該波浪線表示在該線水平的上方通道是連續的。流體化元件包括一個進口205、底板204和一個透氣元件206。該元件可用板材製成，其周邊部分固定在底板204上。在該圖中，通過彎曲底板的外側部而夾緊板材的周邊側部，從而固定板材。底板可由金屬材料如鋼板製成。為了避免流體化氣體的洩漏，板材和底板之間的連接部可設有襯墊元件208、209。襯墊元件可以是任何能夠承受輸送器中的物理和化學環境的適當襯墊材料製成的。上述將構件固定在一起的方式可類似地應用於底板和板材兩者的端側。
進口205是由包括一個垂向延伸的管211的管線接頭210構成的，管211有一個孔212。在透氣元件206和孔212之間布置一個防護元件213，以便防止該元件穿孔。該元件可以在其一個或多個側表面上設置開口，或者如該圖所示在端部敞口。流體化元件的底板204設有一個內螺紋部分215，與一個具有外螺紋的中空套筒螺母連通。這種布置穿通輸送器通道的底部201上的一個孔，因而用於使流體化元件保持固定在輸送器通道的底部上。在通道的側部202、203上可設有凸起216、217，以便固定流體化元件，防止不合需要的位移。
與上述流體化元件相關的一個特殊優點在於，充氣室具有很小的容積，因而將流體化氣體引入充氣室時提供了材料快速的流體化反應。這又意味著在輸送系統中的不合要求的不可流體化的物體藉助相對較強的氣流脈衝可逐漸移出系統，所述相對較強的氣流脈衝是藉助元件的啟動而出現的。
通過流體化元件的透氣部分的流體化速度最好設定為每秒0.02米(即，每秒流體化氣體的容積對流體化元件的透氣部分的面積)。
圖4表示按照該系統進行可流體化材料輸送的工作程序。在這種程序中，具有參照圖1描述的類似的構件，其中一個容器301與一個進口箱304相連通。該進口箱與一個具有至少一個流體化元件F的輸送器309相連通。該輸送器與一個分配箱323相連通，該分配箱可以分配輸送器326和/或輸送器327中的材料。輸送器326將材料輸送至6個罐334-339，而輸送器327將材料送至相似數目的罐。與輸送器326和輸送器327相連的系統在這個實施例中是相同的(未畫出全部零件)，因而這裡只描述一個輸送器。在分配箱323下遊設有一個流體化元件f1。當啟動輸送器309所述元件中的元件F時，材料將從容器301送至罐334，消耗的加壓氣體很少。藉助時間，以及還可能藉助滿罐指示的控制，在F和f1仍啟動時將啟動流體化元件f2。然後，罐335可藉助材料的輸送而被注滿。藉助與前述罐相同的控制方式，流體化元件f3將被啟動，從而開始填注罐336。為罐337、338和339可以進行類似的過程。然後，為與輸送器327相連接的類似的罐可以進行類似的過程，其中流體化元件f7-f12可以相繼地啟動。加壓氣體的平均消耗可以根據以流體化元件的平均啟動時間為基礎的下述關係式來計算F+(f1…fn)×1/2。下標「n」代表流體化元件的總數及在一個類似於輸送器326的輸送器中的相應的罐數。
在上述實施例中，流體化元件被一個接一個地逐步流體化，以便一個接一個地填注罐。或者，在一個程序中可以填注成組的罐。例如，在一個程序中可以同時啟動流體化元件f1和f2，以便填注罐334和335。當罐335已被注滿時，例如被一個水平指示器(未畫出)檢測出來，可以啟動流體化元件f3和f4，以便進行類似的填注過程。
在該圖中示意地表示一個由來自餵送單元350-355餵送的電解槽E。這樣的餵送器通常由一個小容器和一個計量器構成，以便通過一根管360或類似物將材料餵入電解槽。餵送器接收來自由一個或多個流體化元件F3的輸送器347的材料。當流體化元件F3被啟動時，材料開始從罐336通過進口箱341流入輸送器347。然後，餵送單位350-335接收材料並被注滿。當進行罐336的填注時，該後一個分支最好不被啟動，以避免材料從容器301直接流至餵送單元350-355。但是，即使自始至終系統在各輸送器中被流體化，使這種直接流動成為可能，也將藉助其間的限流/堵塞來限定液壓水平。這是由於在進口箱的定向進口下遊的突出區域，以及所述進口的長度對直徑的關係將開始系統中的非流體化流動的節流的緣故。
在系統中的材料的輸送最好以最經濟方式進行，這與瞬時加壓氣體容量相關，以便滿足與整體最小填注水平相關的需要。
餵送單元350-355的控制顯然最好與電解槽的操作相關連，從這種餵送單元的排放可以按照這裡不作進一步規定的電解槽控制程序來控制。
上述系統將提供若干優點。一個重要的特徵在於，向多個材料接收器的相對較小的、分批量的輸送和分配將有助於抵抗偏析(counteractsegration)，從而使材料均勻化。因此，被分配材料質量改變的後果將在系統中所有的材料接收器中拉平(evened out)。
權利要求
1.一種分配可流體化材料的方法，包括一個待分配材料的容器(1)，可流體化的輸送裝置(9，26，27，47)將材料分配至一個或多少材料接收單元(34，35)，其特徵在於所述材料從容器通過至少兩個液壓水平送至材料接收單元，所述液壓水平是由一個或多個進口閘(4，23，41)限定的。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述可流體化輸送裝置(9，26，27，47)以非連續方式被加壓流體化氣體啟動。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述可流體化材料被分配至一個或多個用於生產鋁的電解槽。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述可流體化輸送裝置(9，26，27)按照一種方式藉助一個預編程序的計算機啟動和控制，在所述方式中流體化元件以漸進方式被啟動。
5.一種分配可流體化材料的系統，包括一個待分配材料的容器(1)，可流體化輸送裝置(9，26，27，47)用於將材料分配至一個或多個材料接收單元(350)，其特徵在於所述輸送裝置(9，26，27，47)包括至少一個材料閘(4，23，41)，從而在輸送裝置中限定至少兩個液壓水平。
6.如權利要求5所述的系統，其特徵在於所述可流體化輸送裝置(9，26，27，47)包括多個用於將可流體化材料分配至多個材料接收單元(350-355)的分支，從而限定在所述容器(1)和每個單獨的材料接收單元之間多條分配路徑，其中每條路徑以非連續方式被加壓氣體流體化。
7.如權利要求5所述的系統，其特徵在於所述材料閘(4，23，41)包括一個朝下的進口(3，28，39)，一個部分地流體化的底部和一個與可流體化的輸送器(9，26，47)連通的出口(8，24，46)。
8.如權利要求5所述的系統，其特徵在於所述可流體化輸送裝置(9，26，27，47)包括至少一個流體化元件，所述流體化元件由一個底板(204)、一個加壓氣體進口(205)和一個連接在所述底板上的透氣元件(206)構成，從而在底板和透氣元件之間形成一個充氣室。
9.如權利要求5所述的系統，其特徵在於所述可流體化材料是被分配至一個或多個電解槽的氧化鋁或氟化物。
10.如權利要求5所述的系統，其特徵在於所述材料接收單元(350)是一個或多個布置在電解槽(E)中的餵送裝置。
全文摘要
本發明涉及一種將可流體化材料從材料容器(1)分配至一個或多個材料接收單元的方法和系統。按照本發明，分配系統具有在容器和材料接收單元之間的至少兩個液壓水平。該系統還包括一種具有良好動態反應性質的新穎的流體化元件。該系統最好用於將氧化鋁和/或氟化物分配至電解槽中的餵送設備，使流體化氣體的消耗得以降低。
文檔編號B65G53/30GK1505586SQ02809049
公開日2004年6月16日 申請日期2002年3月20日 優先權日2001年3月21日
發明者莫騰·卡爾森, 伯恩特·納格爾, 謝爾·M·達倫, 納格爾, M 達倫, 莫騰 卡爾森 申請人:諾爾斯海德公司