专利名称：分配可流体化材料的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及分配可流体化材料的方法和系统。具体来说，本发明涉及可流体化材料如生产铝的电解设施中的氟化物和/或氧化铝(矾土)的分配。
专利NO 175876描述了一种通过使材料流体化的输送粉末材料的设备。该设备包括一条用于从一个容器向多个出口分配材料的封闭通道。在每个出口设有输送装置，以便将材料如矾土单独地送至电解槽外壳上的单独的输送孔。分配材料的通道包括两个水平分割部分，这两个部分是由多孔壁划分的。上面的部分完全充入流体化材料，而下面的部分用作流体化气体的分配室。下面的部分由风扇供应流体化气体、上述分配装置包括至少一条第二流体化通道，该通道具有呈朝下的管的形状的多个出口。这些出口由一个壳体包围，所述壳体底部有输送孔。朝下的管的端部在壳体底部上方，当壳体内的材料的水平达一定水平时，离开出口的材料就被阻止。随着材料的消耗，壳体内材料水平将下降，所述出口将摆脱材料，随后材料将开始从容器通过第一流体化通道流入壳体，并通过第二流体化通道流入输送装置。为了实现这种自动输送，通道必须借助风扇连续地流体化。另外，在上述系统中，材料将按照一个液压步骤被输送，因此，在最上部材料贮藏和最下部材料出口之间的垂向距离变大。在电解设备中，这种流体化通道可具有几百米的长度，而通道的角度倾斜可为若干度。在某些不需要的场合下，在输送系统中的这种高的静压差可导致材料输送失控，例如，储存的材料快速泄出，因而导致材料向电解槽的不合需要的过度输送。另外，由于上述系统很可能以一种连续流体化模式被驱动以便以满意方式工作，因而系统的能耗相对较高。
借助本发明可避免上述缺陷。按照本发明，输送系统具有两个或更多液压水平，它们借助进口闸彼此串联连接。这种系统以快的材料速度运转，而流体化通道将不被流体化材料加满。在各流体化元件处供应的流体化气体将以非连续(即，只有输送方式是连续的)的受控方式被排放，从而将能耗保持在最小水平上。为此目的，已经研制了专门用来装配在该系统中的流体化元件。另外，排放流体化气体的非连续方式将在每次开始运转时启动系统的冲洗，从而系统排泄不需要的体积大的颗粒等。
将借助实例和以下附图进一步描述本发明。
图1表示按照本发明从一容器向多个材料接纳装置输送材料的原理；图2表示图1所示原理的细节；图3以局部剖视图表示按照本发明所用的新颖流体化元件；图4表示按照该系统进行可流体化材料运输的操作程序。
在图1中表示一个包括可流体化材料2的容器1。该容器设有一个在其底部的伸入一个进口箱4的管状出口3。从容器向进口箱的输送可以按照重力输送原理来进行。进口箱4构制成一个长方体形箱，设有在其底部的至少一个流体化元件5。在该图中，流体化元件未详细画出，但是，这种元件通常是沿着内装待流体化的材料的装置的底部放置。该元件最好只覆盖底部的一部分，而不覆盖相对于出口3的突出区域。流体化元件通过一根进口管6接纳加压气体，该进口管具有一个可控阀(未画出)，以便控制加压气体向流体化元件的供应。或者，该系统的流体化元件也可以设置与进口管连通的进口喷嘴，喷嘴设置的孔的尺寸使通过流体化元件具有需要的流体化速度。进口管4还具有一个出口，该出口与一个气动输送器9连通。输送器的该部分的斜度最好为大约3°。在一个实施例中，术语气动输送器显然也可以类似于气力滑轨输送器。进口箱的功能是使粉末材料可从容器送向进口箱4的底部。进口箱的几何结构、容器的管状出口，以及材料本身的静态或动态滑动角度使材料向着容器1的出口3倾斜蓄积(如图1所示)。在无材料送出进口箱的期间，材料从容器向进口箱的输送将完全停止。管状出口3的长度最好是其内径的五倍或更长。
气动输送器最好具有多个流体化元件10、11、12、13，它们类似于元件5，布置在底部。另外，与对元件5的描述类似，这些流体化元件可通过具有可控阀(未画出)的各自的进口管14、15、16、17接纳加压气体。在输送器中，部分9’最好是一个分离器，该分离器将不合需要的物体从输送器分离出来。该分离器在图中并未详细画出，但最好是可流体化类型的。
输送器各部分如部分9”可以具有相对于水平面为1°的斜度。这种小的斜度可以通过采用一种新颖的流体化元件来实现，这将对照图3进一步描述。部分9”在其出口端连接于一个分配箱23，以便至少沿两个方向分配材料。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终止。该管子的长度最好为其内径的五倍或更长。
在这个实施例中分配箱23在其底部设有二个部分覆盖其底部的流体化元件29、29’。一根进口管31、31’通过可控阀(未画出)连接于流体化元件29、29’。与进口箱4类似，分配箱的几何结构，容器的管状出口的布置，以及材料本身的静态或动态滑动角度将使材料向着部分9”的出口28倾斜积蓄(也表示在图1中)。分配箱可以原则上设有一个或多个流体化元件，但是，在本实施例中具有二个流体化元件，这些元件最好相关于出口28对称布置。这些元件可以布置成其间具有间隔，因此，不覆盖出口28下面的突出区域。
分配箱的功能是使粉末材料从输送器部分9”送向分配箱23的底部。在无材料从分配箱输出的期间，材料从输送器部分9”向分配箱的输送将完全停止。
在这个实施例中，如图所示，一个分配箱具有两个出口24、25，分别连接于气动输送器部分26、27。但是，输送可流体化材料的本发明的原理并不局限于只有两个出口的分配箱。例如，分配箱从上方看去可为圆形，并且所具有的出口的数目需要适应于每个单独的应用场合。
在附图中，输送器部分26和27是相同的，因此，下面将只详述第一次提到的部分。这些输送器的斜度最好大约为1°。象前面描述的输送器部分那样，部分26具有一个或多个流体化元件36，所述流体化元件布置在其底部，进而与一根加压气体的出口管37相连，加压气体可由阀(未画出)控制。在这些元件中的至少一个被启动的期间，流体化元件29显然通常是被启动的。如图所示，在部分地被显示的输送器部分26中布置有两个出口32、33。这些出口分别与中间储存罐34、35相连通，例如材料可从每个罐送至单独的电解槽。出口32、33最好布置成输送器的一个侧壁上的开口，所述开口进一步设有朝下的管子。侧向开口是优选的，这是因为如果一个罐34已被填满，因而出口32将被材料堵住，那么，通过部分26的材料流将仍能流过不被在出口区域积蓄的材料阻碍的出口。
在罐34、35的底部布置有朝下的管状出口39、40，它们分别将材料送至进口箱41、42和输送器部分47、51。出口管的长度最好是其内径的五倍或更长。箱都是相同的，因而这里只描述箱41。与进口箱4的功能类似，进口箱41包括至少一个设有由阀(未画出)控制的加压气体通过管44的可流体化元件43。该元件最好只覆盖底部的一部分，而不覆盖相关于出口39的突出区域。
粉末材料将从出口39送向进口箱41的底部。进口箱的几何结构、罐34的管状出口，以及材料本身的静态或动态滑动角度将引起材料向着罐34的出口39的倾斜蓄积(也如图1所示)。在无材料送出进口箱的期间，材料从罐向进口箱的输送将完全停止。
进口箱41具有一个出口46，该出口与气动输送器部分47连动，所述气动输送器部分具有一个或多个流体化元件48，与加压气体的进口管49连接，加压气体可由一个阀(未画出)控制。这个输送器的斜度最好约为1.5°。输送器部分47可将材料如氧化铝和/或氟化物输送至电解槽(未画出)的上部结构中的适当的喂送装置(未画出)。输送器的这个部分的斜度最好约为0.5°。
图2更详细表示图1所示的原理。在图2中表示与图1相同的系统，但在该图中表示了附加设备如脱气装置和不同的液压水平。在部分9(见图1)和容器1之间、部分9”和部分9或部分9’之间。最后是进口箱41和部分26之间分别布置脱气管100、101、102。在这种管中的弯管的高度最好在其上部连接点上方250毫米，以避免材料通过脱气管的输送。
在该图中还进一步标出不同的水平h0，h1，h2，h3和h4。在流体化状志中，粉末材料不象颗粒物质而更象流体(液体)那样。在工作中，各流体化元件通常将不同时被启动。这些元件或者定期地或者按照各种输送模式根据需要运转，以便保证将材料输送至系统中所有的材料接纳单元，并保证在预定时间段中提供充足的材料量。例如，类似于并包括部分47，在所有的输送器部分的终端可连接一个或多个喂送筒仓(feedingsilos)(布置在每个电解槽的上部结构中)，具有若干运转小时的全部能力。为了将这种筒仓注满，输送系统的分支包括每个部分47只须根据粉末的速度、喂送筒仓的储存能力，以及横截面流动速度相对于实际消耗而部分时间运行。在这种分支不工作期间，在系统中的其余部位可进行类似的操作，从而节省加压气体和能量的瞬时能力。
在该图中，在进口箱41的水平h1指示液体止动(liquid stop)，在材料已在进口箱41内蓄积，随后阻塞罐34的出口39的情形中，这种液体止动将限制在该水平上方的流体化材料通过该水平。类似的情形对于水平h2和h3来说将是代表性的。在水平h2，分配箱23将用作一种液体止动，随后由于材料在该箱中蓄积，材料受到限制不能通过该水平。相应地，在水平h3，进口箱4将用作液体止动，限制材料离开容器1。在该图中，h1指示大气压力，而h0指示终端用户的喂送阀。
在工作中，在分支中系统将被流体化。例如，在一个期间，包括进口箱41、输送器9和9”和输送器部分26的至少一部分的一个分支将被流体化气体启动，材料将从容器1流动并流至罐34。当罐34已被注满时，输送器26在罐34和罐35之间的部分可被流体化，以便引起材料向罐35的输送。如果在输送器部分26下游仍需要材料，那么，材料将继续流动，流经罐34的进口32及罐35的进口33。最后当输送器部分26下游的所有接受器已被注满时，在部分26中的材料流动将被制动而停止。假定在输送器部分27中没有材料流动，那么，在分配箱23中将有材料蓄积，随后通过输送器部分9”和9的材料流动将被制动而停止。随后，进口箱4将接纳材料的蓄积，从容器1至进口箱的材料流动将被停止。
例如相对于输送器部分47来说，如果罐34下游需要材料的注入，这可以通过启动部分47中的流体化元件48来实现。然后，材料将开始从罐34流向材料接收单元。最后当所述输送器部分47下游不再需要材料时，在分支47中材料流将被制动，材料的蓄积将使进口箱47被堵塞。
如果然后通过使流体化气体流过类似的输送器部分27(也见图1)中的流体化元件而启动该输送器部分27，那么，象前述的罐34和35那样，并按照类似的过程，材料将通过部分27流入类似的罐。然后，在分配箱23中的材料蓄积将被停止，这是由于材料从输送器部分27下游的部位被除去的缘故。然后，这种流体止动失效，随后材料开始从输送器9”和9流入分配箱23。然后，进口箱4的流体止动由于与前述分配箱相同原因而失效，随后材料将开始从容器1通过进口箱4流动。只要有关流体化元件有效，这种流动就会继续，直至类似的罐被注满。最终被流体化的材料的流动将按照对第一次提到的包括输送器部分26的分支所述的模式而停止。
显然，借助这种分配系统进行的材料输送可以由计算机处理器(未画出)控制。因此，在分配系统的各元件中可以设置指示装置如材料水平传感装置(未画出)。这种传感装置可以连接于处理器，处理器进一步可以按照规定的程序启动/关闭各流体化元件。
图3中表示输送器通道200的部分横剖面，该输送器通道具有一个底部201、侧部202、203。在该图上部表示一条波浪线，该波浪线表示在该线水平的上方通道是连续的。流体化元件包括一个进口205、底板204和一个透气元件206。该元件可用板材制成，其周边部分固定在底板204上。在该图中，通过弯曲底板的外侧部而夹紧板材的周边侧部，从而固定板材。底板可由金属材料如钢板制成。为了避免流体化气体的泄漏，板材和底板之间的连接部可设有衬垫元件208、209。衬垫元件可以是任何能够承受输送器中的物理和化学环境的适当衬垫材料制成的。上述将构件固定在一起的方式可类似地应用于底板和板材两者的端侧。
进口205是由包括一个垂向延伸的管211的管线接头210构成的，管211有一个孔212。在透气元件206和孔212之间布置一个防护元件213，以便防止该元件穿孔。该元件可以在其一个或多个侧表面上设置开口，或者如该图所示在端部敞口。流体化元件的底板204设有一个内螺纹部分215，与一个具有外螺纹的中空套筒螺母连通。这种布置穿通输送器通道的底部201上的一个孔，因而用于使流体化元件保持固定在输送器通道的底部上。在通道的侧部202、203上可设有凸起216、217，以便固定流体化元件，防止不合需要的位移。
与上述流体化元件相关的一个特殊优点在于，充气室具有很小的容积，因而将流体化气体引入充气室时提供了材料快速的流体化反应。这又意味着在输送系统中的不合要求的不可流体化的物体借助相对较强的气流脉冲可逐渐移出系统，所述相对较强的气流脉冲是借助元件的启动而出现的。
通过流体化元件的透气部分的流体化速度最好设定为每秒0.02米(即，每秒流体化气体的容积对流体化元件的透气部分的面积)。
图4表示按照该系统进行可流体化材料输送的工作程序。在这种程序中，具有参照图1描述的类似的构件，其中一个容器301与一个进口箱304相连通。该进口箱与一个具有至少一个流体化元件F的输送器309相连通。该输送器与一个分配箱323相连通，该分配箱可以分配输送器326和/或输送器327中的材料。输送器326将材料输送至6个罐334-339，而输送器327将材料送至相似数目的罐。与输送器326和输送器327相连的系统在这个实施例中是相同的(未画出全部零件)，因而这里只描述一个输送器。在分配箱323下游设有一个流体化元件f1。当启动输送器309所述元件中的元件F时，材料将从容器301送至罐334，消耗的加压气体很少。借助时间，以及还可能借助满罐指示的控制，在F和f1仍启动时将启动流体化元件f2。然后，罐335可借助材料的输送而被注满。借助与前述罐相同的控制方式，流体化元件f3将被启动，从而开始填注罐336。为罐337、338和339可以进行类似的过程。然后，为与输送器327相连接的类似的罐可以进行类似的过程，其中流体化元件f7-f12可以相继地启动。加压气体的平均消耗可以根据以流体化元件的平均启动时间为基础的下述关系式来计算F+(f1…fn)×1/2。下标“n”代表流体化元件的总数及在一个类似于输送器326的输送器中的相应的罐数。
在上述实施例中，流体化元件被一个接一个地逐步流体化，以便一个接一个地填注罐。或者，在一个程序中可以填注成组的罐。例如，在一个程序中可以同时启动流体化元件f1和f2，以便填注罐334和335。当罐335已被注满时，例如被一个水平指示器(未画出)检测出来，可以启动流体化元件f3和f4，以便进行类似的填注过程。
在该图中示意地表示一个由来自喂送单元350-355喂送的电解槽E。这样的喂送器通常由一个小容器和一个计量器构成，以便通过一根管360或类似物将材料喂入电解槽。喂送器接收来自由一个或多个流体化元件F3的输送器347的材料。当流体化元件F3被启动时，材料开始从罐336通过进口箱341流入输送器347。然后，喂送单位350-335接收材料并被注满。当进行罐336的填注时，该后一个分支最好不被启动，以避免材料从容器301直接流至喂送单元350-355。但是，即使自始至终系统在各输送器中被流体化，使这种直接流动成为可能，也将借助其间的限流/堵塞来限定液压水平。这是由于在进口箱的定向进口下游的突出区域，以及所述进口的长度对直径的关系将开始系统中的非流体化流动的节流的缘故。
在系统中的材料的输送最好以最经济方式进行，这与瞬时加压气体容量相关，以便满足与整体最小填注水平相关的需要。
喂送单元350-355的控制显然最好与电解槽的操作相关连，从这种喂送单元的排放可以按照这里不作进一步规定的电解槽控制程序来控制。
上述系统将提供若干优点。一个重要的特征在于，向多个材料接收器的相对较小的、分批量的输送和分配将有助于抵抗偏析(counteractsegration)，从而使材料均匀化。因此，被分配材料质量改变的后果将在系统中所有的材料接收器中拉平(evened out)。
权利要求
1.一种分配可流体化材料的方法，包括一个待分配材料的容器(1)，可流体化的输送装置(9，26，27，47)将材料分配至一个或多少材料接收单元(34，35)，其特征在于所述材料从容器通过至少两个液压水平送至材料接收单元，所述液压水平是由一个或多个进口闸(4，23，41)限定的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述可流体化输送装置(9，26，27，47)以非连续方式被加压流体化气体启动。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述可流体化材料被分配至一个或多个用于生产铝的电解槽。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述可流体化输送装置(9，26，27)按照一种方式借助一个预编程序的计算机启动和控制，在所述方式中流体化元件以渐进方式被启动。
5.一种分配可流体化材料的系统，包括一个待分配材料的容器(1)，可流体化输送装置(9，26，27，47)用于将材料分配至一个或多个材料接收单元(350)，其特征在于所述输送装置(9，26，27，47)包括至少一个材料闸(4，23，41)，从而在输送装置中限定至少两个液压水平。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述可流体化输送装置(9，26，27，47)包括多个用于将可流体化材料分配至多个材料接收单元(350-355)的分支，从而限定在所述容器(1)和每个单独的材料接收单元之间多条分配路径，其中每条路径以非连续方式被加压气体流体化。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述材料闸(4，23，41)包括一个朝下的进口(3，28，39)，一个部分地流体化的底部和一个与可流体化的输送器(9，26，47)连通的出口(8，24，46)。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述可流体化输送装置(9，26，27，47)包括至少一个流体化元件，所述流体化元件由一个底板(204)、一个加压气体进口(205)和一个连接在所述底板上的透气元件(206)构成，从而在底板和透气元件之间形成一个充气室。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述可流体化材料是被分配至一个或多个电解槽的氧化铝或氟化物。
10.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述材料接收单元(350)是一个或多个布置在电解槽(E)中的喂送装置。
全文摘要
本发明涉及一种将可流体化材料从材料容器(1)分配至一个或多个材料接收单元的方法和系统。按照本发明，分配系统具有在容器和材料接收单元之间的至少两个液压水平。该系统还包括一种具有良好动态反应性质的新颖的流体化元件。该系统最好用于将氧化铝和/或氟化物分配至电解槽中的喂送设备，使流体化气体的消耗得以降低。
文档编号B65G53/30GK1505586SQ02809049
公开日2004年6月16日 申请日期2002年3月20日 优先权日2001年3月21日
发明者莫腾·卡尔森, 伯恩特·纳格尔, 谢尔·M·达伦, 纳格尔, M 达伦, 莫腾 卡尔森 申请人:诺尔斯海德公司