本申请是于2017年3月30日提交的美国临时专利申请号62/315,430的非临时专利申请并要求其优先权，该美国临时专利申请通过引用结合于此。
宽泛而言，本专利申请涉及一种供给系统和使用供给系统将氧化铝供给到熔炼池中的方法。
背景技术
hall-héroult电解池用于在铝的商业生产中由氧化铝生产铝金属，该氧化铝溶解在熔融电解质(冰晶石“浴”)中并且通过dc电流使用可消耗碳阳极来还原。传统的hall-héroult电解池要求每个电解池只有几个供给点。
技术实现要素：
本公开总体上涉及供给系统和相关使用方法，其中该供给系统被配置有气体供应器，其中该气体供应器和系统部件被配置为协作以将进料流化为流化进料，然后经由供给系统部件和装置(在本文中详述)引导该流化进料以向最终用途应用(例如，容器、反应器、电解池或其他工业应用)中的不同位置提供定制的进料输送(例如，量、速率、强度)。
在一些实施方案中，本公开被配置为用于当前和未来的电解池技术，其可以试图在非传统电解池中取决于电解池的物理尺寸在许多点(例如，每个电解池有20到100个或更多个供给点)处供给少量氧化铝。在一些实施方案中，使用析氧阳极(例如，惰性阳极技术)的非传统熔炼池可以在对进料分散和/或对在接近连续供给的同时在整个电解池周围分配和/或散布进料的操作参数的严格控制下操作。
在一个实施方案中，一种用于分配流化进料的供给系统包括：分配单元，其被配置为使进料流化；以及控制单元，其流体地联接到该分配单元，其中该控制单元包括：腔室，其被配置为盛放从该分配单元提供的进料；以及供给器单元，其流体地联接到该腔室；以及第二气体入口，其被配置为向该腔室提供气体；以及出料管，其流体地联接到该腔室和该第二气体入口。
在另一个实施方案中，该进料是氧化铝。
在一些实施方案中，该进料被配置为用气体流化。在一些实施方案中，进料被配置为具有如下性质和/或特性(例如，平均粒径、形态、密度和/或组成)，使得可实现用气体(例如，空气)流化以提供可流动介质。
在另一个实施方案中，该分配单元包括：主体，其具有第一体积；以及第一腔室，其在该第一体积内，在该主体的底部处，其中该第一腔室被配置为将气体(例如，空气)分配到该第一体积内的进料；以及第二腔室，其在该第一体积内并且在该第一腔室上方，其中该第二腔室被配置为盛放该进料。在一些实施方案中，该第一体积是流化材料流动的区域。
在另一个实施方案中，该分配单元包括：第一流化织物，其在该第一腔室与该第二腔室之间，其中该进料搁置在该流化织物的顶部上。
在另一个实施方案中，该分配单元进一步包括：进料入口管，其流体地联接到该第一体积，其中该进料入口管被配置为向该第二腔室供应该进料。
在另一个实施方案中，该分配单元进一步包括：压力端口，其中该压力端口被配置为测量该进料的深度。
在另一个实施方案中，该分配单元进一步包括：该主体中的第一气体(例如，空气)入口，其中该气体(例如，空气)入口被配置为向该第一腔室供应气流(例如，空气)。
在另一个实施方案中，该分配单元进一步包括：该第一体积内的过滤织物，其中该过滤织物被设置在第二通道上方。
在另一个实施方案中，该分配单元进一步包括：在该主体的顶部处的通风口。
在另一个实施方案中，该控制单元包括：第四腔室，其被配置为盛放从该分配单元提供的进料；以及供给器单元，其流体地联接到该第四腔室。
在另一个实施方案中，该供给器单元包括：第二气体(例如，空气)入口，其被配置为向该第四腔室提供气体(例如，空气)；以及出料管，其流体地联接到该第四腔室和该入口。
在另一个实施方案中，该供给器单元包括：进入点装置，其被配置为破坏在熔炼池的开口处形成的结壳。
在一个实施方案中，所公开的主题涉及一种对熔炼池进行供给的方法，其包括：向分配单元提供进料，使气体(例如，空气)流过该分配单元，其中该气体(例如，空气)使该进料流化；以及使受控量的流化进料经由控制单元从该分配单元流动到熔炼池。
在另一个实施方案中，该进料是氧化铝。
在另一个实施方案中，使该受控量的流化进料流动包括：使该流化进料流动到控制单元，该控制单元包括：腔室，其被配置为盛放从该分配单元提供的进料；以及流体地联接到该腔室的供给器单元，其中该进料被配置为在该腔室中去流化。
在另一个实施方案中，向该供给器单元提供气体(例如，空气)持续第一时间段以使该进料在该腔室中流化。
在另一个实施方案中，将该流化进料从该供给器单元中的出料槽排出到该熔炼池。
在另一个实施方案中，在排出该流化进料之前，将柱塞伸出以在该熔炼池的开口处形成的结壳中形成开口以允许进料进入该熔炼池。
在另一个实施方案中，使气体(例如，空气)流过该分配单元进一步包括：过滤来自该分配单元的气体(例如，空气)，该气体通过该进料以去除进料灰尘颗粒。
在一个实施方案中，所公开的主题涉及一种向熔炼池供给氧化铝的方法，其包括：向分配单元提供氧化铝；使气体(例如，空气)流过该分配单元，其中该气体(例如，空气)使该氧化铝流化；以及使该流化氧化铝流动到控制单元，该控制单元包括：腔室，其被配置为盛放从该分配单元提供的氧化铝，其中该氧化铝在该腔室中去流化，以及流体地联接到该腔室的供给器单元；向该供给器单元提供气体(例如，空气)持续第一时间段以使该氧化铝在该腔室中流化；以及将受控量的该流化氧化铝从该供给器单元中的出料槽排出到该熔炼池。
在一个实施方案中，所公开的主题涉及一种向目的地供给进料的方法，其包括：向分配单元提供进料；使气体(例如，空气)流过该分配单元，其中该气体(例如，空气)使该进料流化；以及使该流化进料流动到控制单元，该控制单元包括：流体地联接到该分配单元的供给器单元；向该供给器单元提供气体(例如，空气)持续第一时间段以使该进料在该控制单元中流化；以及将受控量的该流化进料从该供给器单元中的出料槽排出到该熔炼池。
附图说明
为了更完整地理解本公开，参考以下对结合附图考虑的示例性实施方案的详细描述。
图1描绘了根据本公开的一些实施方案的与氧化铝矿石储仓可操作地连通的供给系统的示意俯视图。
图2描绘了根据本公开的一些实施方案的与多个控制单元可操作地连通的分配单元的示意平面图。
图3描绘了根据本公开的一些实施方案的与多个控制单元可操作地连通的分配单元的示意正视图。
图4描绘了根据本公开的一些实施方案的与多个控制单元可操作地连通的分配单元的示意图。
图5描绘了根据本公开的一些实施方案的与控制单元可操作地连通的分配单元的示意横截面视图。
图6描绘了根据本公开的一些实施方案的控制单元的示意横截面视图。
图7a到7b描绘了根据本公开的一些实施方案的具有进入点装置的进给器单元的示意横截面视图。
图8描绘了根据本公开的一些实施方案的与控制单元可操作地连通的分配单元的示意横截面视图。
具体实施方式
图1描绘了根据本公开的一些实施方案的供给系统的示意俯视图。供给系统100与进料存储系统102可操作地连通。在一些实施方案中，进料是当经受低压气体(例如，空气)时流化(即，表现得像流体)的固体材料。在一些实施方案中，该进料是氧化铝。在一些实施方案中，该进料是已经通过烟气处理系统(例如，混合)的熔炼级氧化铝和/或加载有氟化物的反应氧化铝。在一些实施方案中，取决于所用氧化铝的类型，将供给系统不同地校准。在一些实施方案中，可以将氟化铝添加到分配器单元中以将它与送到熔炼池中的进料混合。
供给系统100被配置为经由一个或多个分配单元向一个或多个熔炼池104提供进料。在一些实施方案中，熔炼池104是常规的hall-héroult电解池。在一些实施方案中，熔炼池104是先进的电解池(例如，包括析氧阳极和/或惰性阳极的非铁金属的熔炼器)。
不受特定机制或理论的束缚，供给系统100被配置为利用流化原理和/或利用液压头原理来允许对通向熔炼池和在熔炼池内的离散供给点低速分配进料。在一些实施方案中，与同气体(例如，空气)重力输送机一起使用的那些类似，该分配系统可以在有限长度的平坦部分中以及在平缓下坡上携带进料。在一些实施方案中，该供给系统允许沿供给系统的倾斜部分的长度排出进料(例如，不使用分流阀)。此外，排出到熔炼池的进料的量在不使用物理闸门或坝的情况下是可控制的。在一些实施方案中，该供给系统被配置为没有暴露于进料的活动部件，否则活动部件将经受磨损和/或可能导致或产生进料的损耗。
在一些实施方案中，在维持每个供给点的总供给速率相同的情况下供给强度是可调的。在一些实施方案中，来自熔炼过程的废热用于预热氧化铝进料以降低熔炼过程的总能量需求。在一些实施方案中，沿熔炼池的周边存在多个供给点。在一些实施方案中，供给点可以从供给回路中移除和/或隔离以进行维护，同时附近的供给点仍然完全起作用并且继续将材料供给到熔炼池中(继续以其操作参数操作)。在一些实施方案中，即使在从同一分配器单元供应时，也可以独立于相邻供给点来设定每个单独供给点的供给量。
在一些实施方案中，供给系统100包括一个或多个分配单元106。在一些实施方案中，从入口管108向每个分配单元106提供进料，该入口管与另一个分配单元106或进料存储系统102可操作地连通。在一些实施方案中，分配单元106通过多个供给点110向熔炼池提供进料。
在一些实施方案中，一个或多个控制单元(图1中未示出)流体地联接到每个分配单元106。控制单元被配置为调节从分配单元106向熔炼池104分配的量和/或进料。
图2到5描绘了根据本公开的一些实施方案的与一个或多个控制单元可操作地连通的分配单元的示意图。在一些实施方案中，分配单元106包括主体202。在一些实施方案中，分配单元106的主体202由具有足够强度的材料(例如，金属、铝和/或铝合金、钢、特种金属和/或与进料和/或流化进料不反应的材料)制成以支撑系统部件。在一些实施方案中，主体202是中空的。在一些实施方案中，主体202具有第一体积204。在一些实施方案中，主体202包括顶壁、相对侧壁以及相对端壁以限定第一体积204。在一些实施方案中，主体202包括在第一体积204下方的第一腔室206，其被配置为经由气体(例如，空气)可渗透膜(流化织物)向第一体积内的进料分配气体(例如，空气)。在一些实施方案中，该第一体积是流化材料流动的区域。在一些实施方案中，第一腔室206是气体(例如，空气)室(plenum)。如本文所使用，气体(例如，空气)室是结构中的气体(例如，空气)填充腔室，其例如从鼓风机或风扇接收气体(例如，空气)以供分配。在一些实施方案中，主体202进一步包括在第一体积204内并且在第一腔室206上方的第二腔室208，其中第二腔室208被配置为盛放从入口管108接收的进料。在一些实施方案中，该第二腔室是进料室。如本文所使用，进料室是结构中的进料填充腔室，其接收进料以供分配。
在一些实施方案中，主体202进一步包括第一流化织物210。在一些实施方案中，第一流化织物210被设置在第一腔室206的顶部与第二室208的底部之间。在一些实施方案中，第二腔室208中的进料搁置在第一流化织物210的顶部上。在一些实施方案中，第一流化织物210是气体(例如，空气)可渗透的，从而允许来自第一腔室206的气体(例如，空气)通过以到达第二腔室208中的进料并且使进料流化。在一些实施方案中，第一流化织物210不可渗透进料，因此不允许或大致上不允许任何进料从第二腔室208进入第一腔室206。在一些实施方案中，第一流化织物210延伸腔室206、208的长度和宽度。在一些实施方案中，第一流化织物210是可商购的气体(例如，空气)可渗透膜。合适的流化织物的一个例子是由
在一些实施方案中，进料入口管108流体地联接到分配单元106的第一体积204以向第二腔室208供应进料。在一些实施方案中，进料入口管108由金属和/或金属合金(例如，铝)制成。在一些实施方案中，进料入口管108位于分配单元主体的中心，或分配单元主体的一端，或分配单元主体的其他合适位置。在一些实施方案中，分配单元106可以包括一个或多个进料入口管108。
在一些实施方案中，分配单元106的主体202进一步包括一个或多个压力端口212。在一些实施方案中，在分配器单元106中使用压力端口212以确定进料在流化区内的深度。在一些实施方案中，压力端口212是恰位于流化织物上方并且连接到电子压力计的管或端口，该电子压力计将流体压力与深度关联并且向控制装置发送信号，该信号用于监控供给系统的状况并且确定何时可能会出现问题，使得控制系统可以采取纠正措施。在一些实施方案中，压力传输器可以是本地安装的和/或远程的。
在一些实施方案中，分配单元106的主体202进一步包括一个或多个第一气体(例如，空气)入口214，其被配置为向第一腔室206供应气体(例如，空气)。在一些实施方案中，第一气体(例如，空气)入口214流体地联接到第一腔室。在一些实施方案中，从风扇或鼓风机向第一气体(例如，空气)入口214供应气体(例如，空气)。
在一些实施方案中，当来自第一腔室206的气体(例如，空气)通过第二腔室208中的进料并且使第二腔室中的进料流化时，该气体(例如，空气)能够包含进料灰尘颗粒。在一些实施方案中，主体202包括过滤系统216以从气体(例如，空气)中去除进料灰尘颗粒。在一些实施方案中，过滤系统216是第一体积204内的滤尘织物。在一些实施方案中，滤尘织物被设置在第二腔室208上方的第三腔室218中以在气体(例如，空气)通过滤尘织物时从气体中过滤灰尘。在一些实施方案中，滤尘织物是可商购的过滤织物，其典型地用于商业集尘单元中。在一些实施方案中，过滤系统是主体202顶部的通风口。在一些实施方案中，第三腔室218在靠近第二腔室208的第一端处具有第一宽度，该第一宽度逐渐扩大到在靠近主体202的顶部的相反第二端处的第二宽度。第二宽度大于第一宽度。
图2到5描绘了根据本公开的一些实施方案的与一个或多个控制单元可操作地连通的分配单元的示意图。图6描绘了根据本公开的一些实施方案的控制单元的示意横截面视图。在一些实施方案中，控制单元220包括第四腔室226，该第四腔室被配置为盛放从分配单元106提供的进料。在一些实施方案中，第四腔室是脱气(例如，除气)腔室。在一些实施方案中，第四腔室226流体地联接到第二腔室208。在一些实施方案中，第四腔室226经由如图5中所示的管224和出料块222流体地联接到第二腔室208。流化进料流入体积226，在那里它不再与来自分配单元106的气体(例如，空气)接触。因此，进料可能不再流化并且可能表现得不像液体。
在一些实施方案中，控制单元220进一步包括与第四腔室226流体地联接的供给器单元228。在一些实施方案中，供给器单元228包括第二气体(例如，空气)入口230。在一些实施方案中，从气体(例如，空气)入口230供应的气体(例如，空气)通过第二流化织物232到达第五腔室234。在一些实施方案中，材料通道236具有与第五腔室流体地联接的第一端和与第四腔室226流体地联接的第二端。在一些实施方案中，来自第二气体(例如，空气)入口的气体(例如，空气)接触第五腔室234中的进料并且使进料流化。在一些实施方案中，出料管238流体地联接到第五腔室234。在一些实施方案中，从出料管238向熔炼池104或另一个分配单元106排出流化进料。
在一些实施方案中，脱气(例如，除气)腔室允许来自分配器单元的流化输入进料潜在地去流化，由此产生通向供给器单元入口的恒压头(constanthead)。在一些实施方案中，通向供给器单元入口的恒压头被配置为消除对分配器单元内的进料深度的严格控制的需要，并且允许供给器单元在需要时快速响应进料流。在一些实施方案中，供给器单元的内部部分被布置成一旦流化气体(例如，空气)被激活就允许液压压力立即推动材料通过供给器单元。在一些实施方案中，通向每个供给器单元的流化气体(例如，空气)由阀(例如，在24vdc下操作的常闭电磁阀；其可以直接与plc控制器对接)控制。在一些实施方案中，来自供给器单元的进料剂量可以小到几分之一克，气体(例如，空气)开启时间低到0.05秒，每秒多个气体(例如，空气)脉冲。在一些实施方案中，取决于电磁阀的开启时间，间歇地提供的进料剂量可以是几克到几百克。在一些实施方案中，提供给熔炼池的进料的量可根据熔炼池的尺寸以及根据需要来定制以有时取决于熔炼池的操作环境供给更多或更少的进料。在一些实施方案中，供给器单元上的流化压力与分配器单元所需的流化压力相同，并且可以由同一气体(例如，空气)源供应。在一些实施方案中，供给器单元尺寸是可变的和可定制的。
在一些实施方案中，如图8中所描绘，控制单元220没有第四腔室226。在一些实施方案中，如图9中所描绘，控制单元220经由管224和出料块222流体地联接到分配单元202。
在一些实施方案中，供给器单元228进一步包括进入点装置，该进入点装置被配置为冲破可阻塞出料管238的开口的加工材料。在一些实施例中，进入点装置被配置为冲破在该熔炼池的开口处形成的结壳(crust)以允许进料进入该熔炼池。
图7a到7b描绘了根据本公开的一些实施方案的具有进入点装置的进给器单元的示意图。在一些实施方案中，出料管238具有结壳破碎器用于冲破可能在电解质浴的顶部上形成的并且阻止进料在电解质浴的液体部分中混合的任何结壳或其他障碍物。在一些实施方案中，结壳破碎器是安装到出料管238的开口上的活塞702。在一些实施方案中，经计量的进料在行进通过出料管238之后立即在供给点处注入熔炼池。在一些实施方案中，活塞可以从出料管238的开口伸出以冲破电解质浴中的障碍物。在一些实施方案中，当活塞如图7b中所描绘般伸出时，出料管238打开，允许进料在供给点处进入熔炼池。在一些实施方案中，当活塞如图7a中所描绘般缩回时，出料管238关闭并且阻止进料进入熔炼池。在一些实施方案中，当活塞缩回时，进料积聚在活塞上方的出料管238中。在一些实施方案中，当活塞缩回时，出料管238相对于来自电解质浴的烟气密封，防止电解质浴烟气与出料管238内部的进料混合并堵塞出料管238。在一些实施方案中，当活塞处于部分伸出位置时，向熔炼池的供给点分配进料，但是活塞不进入浴中。在一些实施方案中，当活塞处于完全伸出位置时，进料被分配到熔炼池的供给点，并且活塞进入浴中，在供给点处破坏浴上的任何障碍物。
在一些实施方案中，活塞可以行进第一距离而到达完全伸出位置。在一些实施方案中，第一距离为3到12英寸，或5到12英寸，或7到12英寸，或9到12英寸，或11到12英寸，或3到9英寸，或3到7英寸，或3到5英寸。在完全伸出位置中，活塞用作结壳破碎器，破坏阻止进料进入浴的液体部分的任何结壳或其他障碍物。在一些实施方案中，活塞可以行进第二距离(例如，0.1到3英寸)而到达部分伸出位置。在在一些实施方案中，第二距离是0.1到3英寸，或1到3英寸，或2到3英寸，或0.1到2英寸，或0.1到1英寸。在部分伸出位置，活塞不会伸入到浴的液体部分中。在一些实施方案中，在完全和部分伸出位置中，出料管238打开，允许进料从出料管238中离开。
在一些实施方案中，除非另有说明，否则供给系统100由具有螺栓式设计的铝构成，该螺栓式设计利用铝中带有肩部螺栓的螺旋线插入件来维持在分配器和料封管装置中使用的不同流化织物上的已知密封压力和压缩。在一些实施方案中，材料部件结构(例如，铝结构)导致系统在熔炼池周围不会变得有磁性。在一些实施方案中，进料气体(例如，空气)重力输送机的至少一部分是非导电的(例如，由玻璃纤维或类似复合材料构成)以维持熔炼池与相邻建筑结构之间的电绝缘。在一些实施方案中，取决于待分配的进料的量，进料分配器单元在流化织物表面处的宽度可为约0.5英寸宽到约5英寸。
在一些实施方案中，本文所述的各种流化织物在供给系统内可具有不同的特性，诸如额定渗透性、厚度、褶、材料等，这取决于它们的位置和使用方式。在一些实施方案中，供给系统内使用的流化织物可以与可商购部件一起采用。
在一些实施方案中，用于流化的气体(例如，空气)中的颗粒被过滤掉。
在一些实施方案中，用于流化的气体(例如，空气)可以通过离心鼓风机或正排量鼓风机产生。在一些实施方案中，本公开中描述的供给系统的气体(例如，空气)消耗将接近氧化铝的最小流化要求(例如，最小化气体的浪费)。因此，在流过进料之后要过滤灰尘的气体(例如，空气)的量也是最小的。在一些实施方案中，局部过滤织物可以用在配备有自动清洁机构的特殊气体(例如，空气)释放腔室上以消除对通常与集尘系统相关联的外部管道和风扇的需要。在一些实施方案中，通风罩用于将来自分配单元的加载有颗粒的气体(例如，空气)携带到集尘系统或将它转移回熔炼池范围内，在那里它与来自熔炼池的正常烟气排气混合。
在一些实施方案中，一种使用上述供给系统100的实施方案供给熔炼池的方法包括：向分配单元提供进料，使气体(例如，空气)流过该分配单元，其中该气体(例如，空气)使该进料流化；以及使受控量的流化进料经由控制单元从该分配单元流动到熔炼池。
在一些实施方案中，使受控量的流化进料流动包括：使流化进料流动到如上所述的控制单元，其中进料在控制单元腔室(例如，第四腔室226)中去流化。在一些实施方案中，向供给器单元提供气体(例如，空气)持续第一时间段，例如至少约0.5秒，以使进料在料封管228中流化并且向熔炼池分配预定量的进料。
在一些实施方案中，一种向目的地供给进料的方法包括：向分配单元提供进料；使气体(例如，空气)流过该分配单元，其中该气体(例如，空气)使该进料流化；以及使该流化进料流动到控制单元，该控制单元包括：流体地联接到该分配单元的供给器单元；向该供给器单元提供气体(例如，空气)持续第一时间段以使该进料在该控制单元中流化；以及将受控量的该流化进料从该供给器单元中的出料槽排出到该熔炼池。
应当理解，本文描述的实施方案仅仅是示例性的，并且本领域技术人员可以在不脱离所公开的主题的精神和范围的情况下做出许多改变和修改。所有这样的改变和修改都意图包括于本公开的范围内。