АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ Российский патент 1994 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом.

Известно, что в процессе электролиза различные технологические операции связаны с подъемом или опусканием анодной ошиновки с закрепленными на ней анодами. Для этой цели в отечественной промышленности применяются механизмы с четырьмя винтовыми домкратами грузоподъемностью 18-25 т (в зависимости от мощности электролизера), двумя электродвигателями и редукторами. В этом случае механизмы устанавливают на верхнем поясе балки-коллектора и вертикальные винты домкратов соединяют с анодной ошиновкой. При такой схеме компоновки значительно возрастает высота анодного устройства над уровнем рабочей площадки (отметки пола) корпуса электролиза и составляет 3,8 м, тогда как высота верхнего пояса коллектора (без учета высоты винтовых домкратов) составляет всего 2,85 м. Таким образом, размещение механизмов подъема в пределах высотных габаритов коллектора позволяет сделать их более доступными для обслуживания и, что не менее важно, улучшает внешний вид изделия в целом, повышая его конкурентоспособность.

Известен электролизер с обожженными анодами, который характеризуется тем, что в нем применен механизм подъема анодов с одним приводом, установленным вертикально в конце балки-коллектора (в его габаритах), соединенным с системой параллельных двуплечих рычагов, закрепленных на стенках коллектора и соединенных с анодной ошиновкой. Между собой рычаги соединены горизонтальными тягами, длина которых примерно равна расстоянию между точками соединения анодной ошиновки с рычагами механизма, т. е. тяги проходят практически по всей длине коллектора.

Основным недостатком приведенного механизма рычажного типа является возникновение горизонтальной составляющей нагрузки, в результате чего анодная ошиновка вместе с закрепленными на ней анодами совершает горизонтальные перемещения вдоль электролизера. Эти перемещения составляют величину 35-40 мм при вертикальном ходе анодной ошиновки 300 мм. При увеличении хода до 400-450 мм горизонтальные перемещения ошиновки составляют 55-70 мм.

Эти перемещения обусловлены тем, что плечи рычагов, соединеные с анодной ошиновкой, вращаясь вокруг точки закрепления, описывают дугу, при этом разница в положении точки рычага в его горизонтальном положении и в крайних верхнем и нижнем положениях составляет величину горизонтального перемещения точки и, следовательно, всей анодной ошиновки с анодным массивом. Это приводит к тому, что расстояние между анодным массивом и торцевой стенкой катодной футеровки меняется на эту же величину, то приближаясь, то удаляясь от стенки. Для устранения этого недостатка необходимо устанавливать массивные упоры для анодной ошиновки на балке-коллекторе, что затруднего вследствие разности в линейных расширениях анодной ошиновки из алюминиевых шин и стального коллектора. Поэтому практически исключить горизонтальные перемещения не удается и ограничиваются только их уменьшением с помощью упоров.

Другим недостатком является наличие длинных (4-6 м) тяг, соединяющих рычаги, так как они должны надежно работать как "на сжатие" (при опускании анодного массива), так и "на растежение" (при подъеме). При работе "на сжатие" тяги должны обладать достаточной продольной устойчивостью, чтобы исключить из изгиб от усилий, возникающих при взламывании электролитной корки по периметру анодного массива при его опускании. Поэтому тяги выполняют или прямоугольного коробчатого сечения или из трубы диаметром 70-90 мм, что значительно повышает металлоемкость механизма и не способствует улучшению внешнего вида изделия.

Известен электролизер, принятый за прототип, в котором в качестве механизмов подъема применены два винтовых домкрата, установленных по концам на продольной оси коллектора, при этом их вертикальные винты соединены с перемычками, соединяющими пакеты шин анодной ошиновки. Узел соединения находится внутри коллектора, в окнах, через которые пропущены перемычки. Для исключения поперечных перекосов ошиновки из-за ее подвески в двух точках по оси электролизера ошиновка по концам дополнительно подвешена с помощью четырех качающихся тяг к неподвижной металлоконструкции, к коллектору.

Таким образом, качающиеся тяги выполняют роль направляющих, исключая поперечные перекосы ошиновки, а винтовые домкраты осуществляют ее вертикальные перемещения.

Представленная конструкция имеет тот недостаток, что вследствие размещения домкратов на верхнем поясе коллектора создаются трудности в рациональном расположении секций автоматизированного питания глиноземом (АПГ), так как положение точек соединения механизмов подъема с анодной ошиновкой строго фиксировано и определяется расчетным путем из условия минимальных вертикальных прогибов анодной ошиновки под воздействием закрепленных на ней анодов и др. внешних усилий, а также из условия минимальной ее металлоемкости. Поэтому места расположения домкратов и требуемое расположение секций АПГ с точками питания электролизера глиноземом вступают в противоречие и на практике приходится или жертвовать одним из условий для удовлетворения второго, или принимать компромиссные решения.

Другим недостатком конструкции является то, что расположенные на верхнем поясе коллектора домкраты увеличивают высоту электролизера, а расположенные внутри коллектора в окнах узлы соединения винтов домкратов с перемычками анодной ошиновки затрудняют монтажные и демонтажные работы, а также ухудшают условия обслуживания этих узлов в процессе эксплуатации (смазка, осмотр и т. п. ).

Техническим эффектом изобретения является создание условий для рационального размещения секций АПГ с точками питания электролизера, уменьшение количества единиц применяемого оборудования (в сравнении с отечественными конструкциями), исключение горизонтальных перемещений анодного массива в процессе эксплуатации, а также снижение высоты электролизера и улучшение его внешнего вида. Достижение указанного технического эффекта обеспечивается тем, что балка-коллектор дополнительно снабжена валами, расположенными перпендикулярно к ее продольной оси, на которых установлены рычаги. При этом средние рычаги шарнирно соединены с механизмами подъема анодов, а крайние - с анодной ошиновкой через вертикальные тяги, причем рычаги на разных валах расположены навстречу друг другу. Возможен вариант, когда между крайними рычагами валов и вертикальными тягами, соединенными с ошиновкой, дополнительно устанавливают горизонтальные тяги и рычаги.

Основным преимуществом предложенного устройства является то, что вследствие расположения рычагов (и рычажных систем), работающих от разных приводов, навстречу друг другу возникающие в них горизонтальные составляющие нагрузки направлены также навстречу друг другу и взаимоуничтожаются, поэтому исключается возможность перемещения анодной ошиновки с анодами вдоль оси электролизера. Перемещение же точек рычагов по дуге компенсируется поворотом на несколько градусов вертикальных тяг относительно их точки закрепления на анодной ошиновке.

Другим преимуществом является то, что горизонтальные тяги (во втором варианте) по длине составляют 1-1,5 м и легко обеспечивается их устойчивость при работе "на сжатие" при опускании анодного массива. Кроме того, располагаясь лишь по концам анодного устройства, рычаги и тяги не портят внешнего вида изделия, а горизонтально расположенные механизмы с винтами домкратов практически вписываются по высоте в габарит коллектора и верх анодного устройства становится "чистым", без выступающих элементов, что также облагораживает внешний вид.

На фиг. 1 изображено анодное устройство, вид сбоку и в плане; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - узел II на фиг. 1; на фиг. 4 - вид на анодное устройство с дополнительными тягами и рычагами с боковой стороны.

Предполагаемая конструкция анодного устройства состоит из балки-коллектора 1 с установленными в ней по концам валами 2, средними рычагами 3 и крайними рычагами 4, качающихся механизмов 5 подъема с винтами 6, установленными на платформе 7 в цапфах 8, вертикальных тяг 9, соединенных с пакетами шин 10 посредством распорок 11. Возможен вариант с установкой дополнительных горизонтальных тяг 12 и рычагов 13, соединенных с помощью осей 14 соответственно с рычагами 4 и вертикальными тягами 9. Рычаги 13 установлены в цапфах 15, укрепленных в стенках коллектора 1.

Устройство работает следующим образом.

При включении механизмов 5 подъема "на подъем" анодной ошиновки винты 6 втягиваются внутрь механизма (в домкрат) и поворачивают средние рычаги 3 с валами 2 и крайними рычагами 4. Благодаря тому, что рычаги на валах установлены навстречу друг другу, валы с рычагами на левом конце коллектора поворачиваются против часовой стрелки, а на правом конце - по часовой (относительно приведенных чертежей). Далее возможна работа в двух вариантах.

В первом варианте крайние рычаги 4 выполнены двуплечими и непосредственно соединены с вертикальными тягами 9, соединенными через распорки 11 с анодной ошиновкой (шинами 10). В этом случае поворот рычагов 4 вызывает натяжение вертикальных тяг 9 и подъем анодной ошиновки с закрепленными на ней анодами.

Описанный вариант целесообразно применять в электролизерах малой и средней мощности (до 200 кА) с относительно небольшой длиной ошиновки.

Во втором варианте крайние рычаги 4 выполнены с одним плечом и соединены через горизонтальные тяги 12 с дополнительными двуплечими рычагами 13, расположенными ближе к поперечной оси коллектора.

В этом случае поворот рычагов 4 через тяги 12 вызывает поворот рычагов 13 в том же направлении и подъем шин 10 с распорками 11 с помощью вертикальных тяг 9, соединенных с рычагами 13 с помощью осей 14. Устройство по данному варианту целесообразно применять в электролизерах большой мощности (свыше 200 кА), имеющих анодную ошиновку большой протяженности, когда точки подвески ошиновки должны располагаться ближе к ее поперечной оси для уменьшения прогибов ошиновки.

При включении механизмов 5 "на опускание" происходит выдвижение винтов 6 из механизмов наружу (в сторону поперечной оси коллектора), поворот всей рычажной системы с валами 2 в обратном направлении и анодная ошиновка с анодами опускается.

Применение данного изобретения в алюминиевой промышленности позволит:
- исключить горизонтальные составляющие нагрузки и возможные перемещения анодной ошиновки с анодами вдоль электролизера в процессе эксплуатации;
- снизить в два раза количество единиц оборудования (домкратов) на одном электролизере (применяется два домкрата вместо четырех в существующих электролизерах);
- уменьшить высоту анодного устройства электролизера на 800 мм;
- улучшить внешний вид электролизера за счет исключения выступающих над верхней плоскостью коллектора элементов конструкции. (56) Патент ЕПВ N 0256848, кл. С 25 С 3/10, 1988.

Использование: цветная металлургия, в частности получение алюминия электролизом. Сущность: устройство снабжено валами, установленными перпендикулярно к продольной оси балки-коллектора, на валах установлены рычаги, средние из которых шарнирно соединены с механизмом подъема анодов, а крайние - с анодной ошиновкой вертикальными тягами, при этом рычаги на валах расположены навстречу друг другу. Между рычагами валов и вертикальными тягами дополнительно установлены горизонтальные тяги и рычаги. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ, включающее балку-коллектор, механизмы подъема анодов, соединенные с анодной ошиновкой, рычаги и вертикальные тяги, отличающееся тем, что устройство снабжено валами, установленными перпендикулярно продольной оси балки-коллектора, на валах установлены рычаги, средние из которых шарнирно соединены с механизмом подъема анодов, а крайние - с анодной ошиновкой вертикальными тягами, при этом рычаги на валах расположены навстречу друг другу. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между рычагами валов и вертикальными тягами дополнительно установлены горизонтальные тяги и рычаги.