ГАЗОСБОРНЫЙ УЗЕЛ АНОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1994 года по МПК C25C3/22 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к оборудованию для электролитического получения алюминия.

Известен газосборный колокол алюминиевого электролизера, состоящий из наклонной внешней стенки, горизонтальной перегородки, оканчивающейся вертикальной стенкой, и подвески. Колокол подвесками навешивается на пояс так, что вертикальная стенка прижата к телу анода и защищает ее от окисления (авт. св. N 418564, кл. C 25 C 3/22, 1977).

Исполнение подвески не обеспечивает герметизацию. Так как секция колокола просто навешена на уголок кожуха, деформации кожуха и секции различны. В процессе эксплуатации из-за механического и термического воздействий анодный кожух деформируется, появляется "бочкообразность", в то же время секция (подвеска) деформируется меньше и зачастую в обратную сторону.

Отсюда отсутствие достаточной герметизации. Кроме того, положение усугубляется тем, что секции, как правило, не имеют полного контакта по всей длине, так как изготовлены отдельно. При сборке, как показывает практика, имеются перепады высот подвески, колеблющейся в пределах 5-7 мм, а это говорит о том, что имеется прямой контакт воздуха с верхним каналом.

Тело анода формируется в кожухе, следовательно, и анод имеет соответствующую "бочкообразность", но, так как секции колокола деформируются иначе, то вертикальная стенка не может быть прижата по всей плоскости к аноду, т. е. имеются неплотности, через которые осуществляется газообмен. Происходит окисление анода. Оно зависит от величины деформации пояса кожуха, которая из-за снижения прочности будет со временем нарастать. В этих условиях вертикальная стенка будет лишь помогать разрушению боковой поверхности анода в силу того, что из-за приближения к расплаву она "наберет" температуру последнего. Величина неплотностей между вертикальной стенкой и анодом значительно увеличится при "поддергивании" кожуха, т. е. поднятии кожуха относительно анода. В этот момент возможны прорывы жидкой фазы анода, что нередко в практике, которая, попадая в верхний канал, будет коксоваться, а, проникая в неплотности между анодом и вертикальной стенкой - припекаться. При очередном поддергивании кожуха произойдет деформация или разрушение как пояса, на котором висит колокол, так и горизонтальной полки с вертикальной стенкой. В силу чего указанный колокол не нашел применения в практике.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) взят газосборный узел анодного устройства серийного алюминиевого электролизера типа С-8БМ. Он состоит из анодного кожуха, на Г-образный пояс которого навешен газосборник из отдельных секций, образующий совместно с анодом канал, по которому удаляются газообразные продукты электролиза на дожиг и очистку ("Справочник механика заводов цветной металлургии" М. , Металлургия, 1981, с. 401-405).

После навески секций газосборника на пояс кожуха и закрепления их между собой контроль за герметизацией практически невозможен. И лишь после ввода в эксплуатацию электролизера обнаруживаются выбросы газа через неплотности между газосборником и поясом кожуха. Появлению неплотностей и увеличению их размеров способствует термическая деформация нижней части анодного кожуха, находящаяся в зоне агрессивной среды и высоких температур.

Устранение неплотностей процесс трудоемкий и поэтому они устраняются только там, где выбросы носят интенсивный характер.

Наряду с выбросами газа происходят и подсосы воздуха, как в неплотности, так и во время обработки электролизера, что способствует обгоранию "юбочки" (части кожуха ниже пояса) и самого пояса. Разрушение пояса из-за обгорания носит не только локальный характер, но в любом случае осуществляется ремонт "на ходу" - на действующем электролизере, что обуславливает повышенную трудоемкость, при этом длительное время электролизер находится в открытом состоянии и выбросы газа, как и подсосы воздуха, увеличиваются многократно.

Значительная часть анодных кожухов (в частности, "юбочка" и пояс) подвергаются ремонту после 1-й кампании, что характеризует, наряду с изложенными недостатками, низкую надежность данного узла.

Кроме того, наличие подсосов воздуха способствует интенсивному обгоранию не защищенной части тела анода, которая с обгоранием "юбочки" увеличивается. Это приводит к нарушению технологического режима, снижению производительности, увеличению трудоемкости эксплуатации и т. д.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности узла, снижение газовых выбросов и выгорания боковой части анода.

Для достижения цели в известном газосборном узле анодного устройства алюминиевого электролизера содержащем анодный кожух и газосборник, пояс анодного кожуха имеет трапецеидальную форму, а выполненный наклонный экран газосборника, собранный из отдельных секций и подвешенный на этот пояс, установлен с зазором по отношению к нижней стенке пояса, причем, угол наклона экрана с целью самозаполнения зазора глиноземом и (или) шихтой (сырьем) во время эксплуатации электролизера, а так же эффективности экранирования, составляет 15-50^о относительно подошвы анода. Кроме того, вертикальная стенка пояса (с целью скатывания пыли с верхней стенки в зазор) снабжена прорезями.

Предложенное техническое решение отличается от прототипа тем, что пояс кожуха выполнен трапецеидальной формы, а экран газосборника - наклонным, с углом 15-50^о относительно подошвы анода и установлен по отношению к нижней стенке пояса с зазором, самозаполняющимся сырьем (изолятором) во время обработки электролизера. Другое отличие в том, что вертикальная стенка пояса снабжена прорезями для стекания сырьевой пыли с верхней стенки в зазор.

Ни из патентной, ни из научно-технической литературы неизвестно использование указанных отличительных признаков с целью повышения надежности узла, а также снижения выбросов газа и выгорания боковой части анода.

Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 показан поперечный разрез узла; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

Газосборный узел анодного устройства состоит из кожуха 1, в котором формируется анод 2, и газосборника 3 собранного из отдельных секций.

Кожух 1 представляет собой металлическую конструкцию, нижняя часть которой снабжена поясом, содержащим стенки верхнюю 4, нижнюю 5 и вертикальную 6 с прорезями.

Пояс совместно с обечайкой кожуха, ограниченной снизу полочкой 7, образует полость 8 трапецеидальной формы. Для фиксации газосборника к поясу вертикальная стенка 6 снабжена кронштейнами 9.

Секция газосборника 3 состоит из экрана 10, стенки 11 и подвесок 12. Подвесками 12 секция навешивается на вертикальную стенку 6 пояса кожуха, а экраном 10 опирается на полочку 7. После стягивания секций друг к другу клиньями 13 они прижимаются к поясу кожуха.

При отсутствии полочки секция экраном 10 должна примыкать к обечайке кожуха, при этом зазоры между ними ликвидируются с помощью ваты или огнеупорной замазки 14.

Работа узла. При загрузке в электролизер сырья или шихты происходит заполнение зазора этими материалами самотеком за счет наклона экрана 10 газосборника относительно подошвы анода на 15-50^о, в силу чего обеспечивается постоянная герметичность разъема, этому же способствуют прорези на вертикальной стенке 6 пояса, через которые скатывается в зазор сырьевая пыль с наклонной верхней стенки 4 пояса.

Газы по каналу, образованному газосборником и анодом, направляются на дожиг и очистку.

Угол наклона экрана относительно подошвы анода выбран в пределах 15-50^о по следующим соображениям.

Известно, что угол естественного откоса глинозема лежит в пределах 20-45^о. Следовательно, нижний предел угла естественного откоса и был бы нижним пределом угла наклона экрана. Но так как глинозем, попадающий в зазор, имеет некоторую первоначальную скорость (подается машиной), предел снижен на 5^о.

Снижение предела менее 15^о нецелесообразно, ибо в этих условиях необходимо увеличение скорости подачи, а это как правило сопровождается пылением.

При угле наклона экрана на 50^о кромки стенки газосборника и экрана находятся на одном уровне - условие максимальной экранизации.

Увеличение угла наклона более 50о снижает срок службы газосборника, так как кромка ее в этом случае будет находиться в зоне действия расплава. Следовательно, произойдет быстрое обгорание, а затем нарушение герметизации.

Выполнение разъема между поясом и газосборником с зазором, заполняющимся во время обработки электролизера сырьем, а так же его пылью, обладающими хорошими теплоизоляционными свойствами, обеспечивает постоянную герметизацию разъема и позволяет создать защиту пояса от прямого воздействия агрессивной среды и высоких температур, что, наряду с повышением механической прочности (пояс коробчатый) обуславливает надежную работу узла, при этом снижаются выбросы газа, увеличивается срок службы - снижается трудоемкость ремонта и обслуживания узла.

Кроме того, выполнение экрана газосборника и нижней стенки пояса наклонными позволяет осуществить защиту обнаженной боковой части анода выше расплава, что в значительной степени снизит его окисляемость.

Отсюда, как результат, снижение трудоемкости обслуживания электролизера, расход материала, а также повышение стабильности технологического режима и соответственно производительности электролизера. (56) Авторское свидетельство СССР N 418564, кл. C 25 C 3/22, 1977.

Использование: в электролизерах для получения алюминия. Цель изобретения - повышение надежности узла, снижение обгорания боковой поверхности анода и выбросов газов. Сущность: узел содержит кожух, снабженный поясом, имеющим наклонные и вертикальную стенки, газосборник из отдельных секций, закрепленный на поясе и снабженный внешней стенкой, подвеской и экраном. Согласно изобретению экран вместе с наклонной стенкой пояса образует разъем с зазором, заполненным глиноземом. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ГАЗОСБОРНЫЙ УЗЕЛ АНОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, содержащий анодный кожух с поясом, на котором укреплен газосборник, состоящий из экрана, стенки и подвесок, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности узла, снижения выбросов газов и выгорания боковой части анода, пояс кожуха имеет трапецеидальную форму, а экран газосборника выполнен наклонным относительно подошвы анода и установлен с зазором к нижней стенке пояса. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона экрана газосборника к подошве анода составляет 15-50^o. 3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что вертикальная стенка пояса выполнена с прорезями.