АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ Российский патент 1995 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для производства алюминия с самообжигающимися анодами.

Известно анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, в котором для интенсификации процесса электролиза за счет отвода тепла от спеченной части анода над газосборным колоколом врезаны карманы, в которые помещены охлаждающие элементы, имеющие через вырезы в анодном кожухе непосредственный контакт со спеченным телом анода. В качестве охлаждающих элементов могут быть использованы стальные плиты или плиты из другого материала. Возможно использование комбинированных плит, состоящих, например, из угольной части у анода и алюминиевой части, выходящей наружу. Анодный кожух имеет ребра жесткости.

Недостатком известного устройства является то, что отводимое от спеченной части анода тепло распространяется в окружающую среду, т.е. не утилизируется.

Известен анодный кожух алюминиевого электролизера, в котором для обогрева неспеченной части анода с внешней стороны торцевых стенок и углов в верхней части анодного кожуха установлены газоходы, связанные с горелками и системой газоочистки.

Известен алюминиевый электролизер с контрфорсным анодным кожухом, в котором для сохранения тепла в верхней периферийной неспеченной части анода вдоль верхней части анодного кожуха с наружной стороны предусмотрен утеплитель.

Для электролизеров с бесконтpфорсным анодом предусмотрен с той же целью теплозащитный пояс в виде пустотелого кессона, установленного по периметру верхней части анодного кожуха с его внутренней стороны.

Таким образом, известные решения для улучшения качества формирования анода и интенсификации процесса электролиза направлены на охлаждение нижней спеченной части анода и на утепление или даже обогрев верхней неспеченной части.

Известен газосборник алюминиевого электролизера, прикрепленный к нижней части анодного кожуха и образующий с ним канал для прохода воздуха.

В известном устройстве, принятом за прототип, канал для прохода воздуха служит для отбора тепла от стенок анодного кожуха в зоне спеченной части анода и использования его для более эффективного сжигания анодных газов, но не способствует утеплению верхней неспеченной части анода.

Целью изобретения является снижение расхода анодной массы и повышение технико-экономических показателей электролиза.

Поставленная цель достигается тем, что в анодном устройстве с верхним токоподводом, содержащем самоспекающийся анод, анодный кожух с вертикальными ребрами жесткости и газосборный колокол с каналом для прохода воздуха, последний выполнен в виде наружной стенки анодного кожуха, прикрепленной к ребрам жесткости. В нижней части канала могут быть установлены охлаждающие элементы в виде вертикальных пластин из материала с высокой теплопроводностью. В каналах установлен регулятор отбора тепла. Вдоль верхнего борта анода может быть установлен связанный с каналами воздуховод вытяжной системы. Для улавливания анодных газов из подштыревых отверстий воздуховод снабжен клапаном, выполненным в виде продольной щели, перекрытой двумя листами из гибкого материала, между которыми помещен нижний обтекаемой формы патрубок установленной на воздуховоде подвижной насадки, имеющей также боковой в сторону подштыревых отверстий патрубок с заслонкой, снабженной двумя рычагами. Боковой патрубок снабжен откидным патрубком, шарнирно связанным с ним и имеющим фиксатор, взаимодействующий с рычагом заслонки. На верхней и нижней стенках откидного патрубка выполнен вырез под штыри.

В другом варианте щель для всасывания газов из подштыревых отверстий выполнена на боковых стенках откидного патрубка.

Подвижная насадка снабжена роликами, установленными на направляющих, закрепленных на воздуховоде и снабженных выточками под ролики насадки. Насадка, выполненная из антимагнитного материала, снабжена противовесом, прикрепленным с противоположной стороны от бокового патрубка, и приводом возвратно-поступательного перемещения в виде двух роликов с бесконечным тросом.

Отличие данного предложения от прототипа заключается в том, что канал для прохода воздуха выполнен от спеченной части анода до верхней кромки анодного кожуха. Такое выполнение позволяет обеспечить постоянный отбор тепла от спеченной части анода и передачу его в верхнюю неспеченную часть анода путем естественного или принудительного перемещения воздуха по каналу. Тогда как в известном решении отбираемое тепло используется для сжигания анодных газов и не используется для утепления верхней неспеченной части анода. Таким образом, данное предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

Сравнение данного предложения с другими известными решениями показывает следующее.

Сходным признаком предложения и одного из известных решений является наличие охлаждающих элементов, установленных в нижней части анода. Отличие предложения заключается в том, что охлаждающие элементы установлены в нижней части каналов. Такое выполнение обеспечивает передачу тепла с нижней спеченной части анода в верхнюю неспеченную. Тогда как в известном решении отсутствуют каналы, поэтому отбираемое тепло бесполезно теряется в окружающей среде.

Известно устройство для обогрева неспеченной части анода газоходом, связанным с горелками. Это устройство также, как и предложенное, позволяет утилизировать тепло анода. Преимущество предложения заключается в том, что каналы не требуют периодической очистки, т.к. они практически не связаны с анодными газами, а через воздуховод проходит лишь часть анодных газов, улавливаемых из подштыревых отверстий только в тот момент, когда производится перестановка штырей. Тогда как в известном решении через газоход проходят газы, улавливаемые из подколокольного пространства, содержащие значительно большее количество пыли и смолистых.

Известное анодное устройство, выполненное в виде пустотелого кессона, установленного вдоль верхней части анодного кожуха, который выполняет роль утеплителя, но не обеспечивает возможности использовать для утепления верхней части анода избыток тепла его нижней части, как этом имеет место в предложенном устройстве.

Таким образом, данное предложение отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 показан общий вид устройства с использованием естественного теплообмена; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 общий вид устройства с использованием принудительного воздухообмена; на фиг. 5 и 6 положение откидного патрубка в нерабочем и рабочем расстояниях; на фиг. 7 и 8 два варианта исполнения откидного патрубка, план; на фиг. 9 вид по стрелке Б на фиг. 4; на фиг. 10 и 11 вариант выполнения устройства для бесконтрфорсного анода.

Устройство содержит самообжигающийся анод 1, газосборный колокол 2, анодный кожух 3 с вертикальными ребрами жесткости 4. К ребрам 4 прикреплена наружная стенка 5 анодного кожуха, образующая с внутренней стенкой (кожух 3) каналы 6. В нижней части этих каналов между ребрами жесткости 4 установлены охлаждающие элементы 7, выполненные в виде вертикальных пластин из материала с высокой теплопроводностью, например из алюминия. Кроме того, каналы 6 снабжены регулятором отбора тепла, выполненным, например, в виде биметаллической спиральной пластины 8, связанной с заслонкой 9.

Во втором варианте исполнения устройства вдоль верхнего борта анода 1 (фиг. 4) установлен связанный с каналами 6 воздуховод 10 вытяжной системы (не показана). Роль вытяжной системы может выполнять существующая система газоочистки или индивидуальная вытяжная система.

Для улавливания анодных газов из подштыревых отверстий в момент перестановки штырей воздуховод 10 снабжен клапаном, выполненным в виде продольной щели 11, перекрытой двумя листами 12 из гибкого материала, например из транспортной ленты. Между листами 12 помещен нижний обтекаемой формы патрубок 13 установленной на воздуховоде 10 подвижной насадки 14. Насадка 14 имеет также боковой в сторону подштыревых отверстий 15 патрубок 16 с заслонкой 17, снабженной двумя рычагами 18 и 19.

К боковому патрубку 16 шарнирно прикреплен откидной патрубок 20 с фиксатором 21, взаимодействующим с рычагами 18 и 19 патрубка 16. Подвижная насадка 14 снабжена роликами 22, установленными на направляющих 23, прикрепленных к воздуховоду 10.

Для фиксации насадки 14 напротив каждой пары штырей (фиг. 7) или между двумя парами штырей (фиг. 8) в направляющих 23 выполнены выточки 24 под ролики 22.

Для перемещения насадки 14 по направляющим 23 может быть использован привод, выполненный в виде бесконечного троса 25 с двумя барабанами 26 и 27, один из которых является ведущим (фиг. 9).

На фиг. 10 и 11 показан вариант выполнения устройства с кессоном 28, расположенным вдоль верхней кромки анодного кожуха 3. Кессон 28 соединен отверстиями 29 с началами 6 и патрубками 30 с воздуховодом 10.

Для повышения устойчивости работы насадки 14 она снабжена противовесом 31, установленным с противоположной стороны от патрубков 16 и 20. Для этой же цели все элементы насадки выполнены из антимагнитного материала, например алюминия.

Устройство работает следующим образом.

Поскольку у стенки анодного кожуха в зоне скоксованной части анода температура выше, чем в верхней, возникает естественный поток воздуха по каналам 6 снизу вверх. При этом воздух, проходя через элементы 7, постоянно отбирает часть отбирает часть тепла и переносит его в верхнюю зону, т.е. идет процесс выравнивания температуры между нижней и верхней зонами.

Для повышения эффективности этого процесса используют принудительный теплообмен. В этом случае нагретый воздух из каналов 6 поступает в воздуховод 10 и удаляется в помещение или систему газоочистки.

В варианте исполнения для улавливания анодных газов приводом 25-27 подводят насадку 14 к штырю (штырям), который необходимо переставить на новый горизонт, при этом ролики 22, попадая в выточки 24 на направляющих 23, точно фиксируют ее напротив штыря. Затем откидывают патрубок 20 в рабочее положение, одновременно с этим рычагом 18 с фиксатором 21 открывается заслонка 17. После перестановки штыря откидной патрубок 20 устанавливают в исходное положение, а заслонка 17 закрывается рычагом 19.

В варианте исполнения с кессоном 28 (фиг. 10 и 11) процесс теплообмена идет точно также, как и в предыдущем варианте, только воздух из каналов 6 через отверстия 29 попадает в кессон 28, а затем через патрубки 30 в помещение (фиг. 10) или воздуховод 10 (фиг. 11).

Регулятор отбора тепла в зависимости от изменения температуры окружающей среды (например, в летнее или зимнее время) или изменения технологического режима работы электролизера с помощью спиральной биметаллической пластины 8 открывает или прикрывает заслонкой 9 каналы 6, увеличивая или уменьшая количество пропускаемого по каналам 6 воздуха, т.е. соответственно увеличивая или уменьшая количество отбираемого утилизируемого тепла. Таким образом обеспечивается поддержание оптимального температурного режима на боковой поверхности анодного кожуха.

Наличие противовеса обеспечивает более устойчивую работу насадки 14 на направляющих 23.

Поскольку входное отверстие (щель) в каналы 6 расположено в нижней части анодного кожуха над колоколом 2, данное устройство может быть использовано для улавливания газов в момент разгерметизации ванны, например при пробивке корки электролита или очистке пены из ванны. В связи с тем, что температура этих газов выше, чем у окружающего воздуха, эффективность охлаждения боковой поверхности в зоне скоксованной части анода будет ниже. Но учитывая то, что процесс обработки ванны длится значительно меньше времени, чем остальной нормальный процесс, большого ухудшения охлаждения не будет.

Таким образом, данное предложение позволяет утилизировать излишки тепла, используя его для улучшения самого процесса электролиза, а также улавливать анодные газы из подштыревых отверстий и с поверхности ванны в момент ее разгерметизации.

Изобретение относится к конструкции алюминиевых электролизеров. В электролизере канал для прохода воздуха образован наружной стенкой, прикрепленной к ребрам жесткости анодного кожуха, а воздуховод, сообщенный с каналом для прохода воздуха, имеет клапан. Клапан выполнен в виде продольной щели, перекрытой двумя листами из гибкого материала, между которыми помещен нижний обтекаемой формы патрубок установленной на воздуховоде подвижной насадки, имеющей боковой в сторону подштыревых отверстий патрубок с заслонкой, снабженной двумя рычагами. 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ, содержащее самообжигающийся анод, анодный кожух с вертикальными ребрами жесткости и газосборный колокол с каналом для прохода воздуха, отличающееся тем, что, с целью снижения расхода анодной массы и повышения технико-экономических показателей электролиза, канал для прохода воздуха образован наружной стенкой прикрепленной к ребрам жесткости анодного кожуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части канала для прохода воздуха установлены охлаждающие элементы в виде вертикальных пластин из материала с высокой теплопроводностью. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каналах установлен регулятор отбора тепла, выполненный в виде биметаллической спиральной пластины, соединенной с заслонкой. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вдоль верхнего борта анода установлен сообщенный с каналами воздуховод вытяжной системы. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что для улавливания анодных газов из подштыревых отверстий воздуховод имеет клапан, выполненный в виде продольной щели, перекрытой двумя листами из гибкого материала, между которыми помещен нижний патрубок обтекаемой формы установленной на воздуховоде подвижной насадки, имеющей также боковой в сторону подштыревых отверстий патрубок с заслонкой, выполненной с двумя рычагами. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что боковой патрубок выполнен с откидным патрубком, шарнирно связанным с ним и имеющим фиксатор, взаимодействующий с рычагами заслонки. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на верхней и нижней стенках откидного патрубка выполнен вырез под штыри. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что щель для всасывания газов из подштыревых отверстий выполнена на боковых стенках откидного патрубка. 9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что подвижная насадка имеет ролики, установленные на направляющих, закрепленных на воздуховоде. 10. Устройство по пп.5 и 7, отличающееся тем, что для фиксации насадки напротив каждой пары штырей в направляющих выполнены выточки под ролики насадки. 11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что насадка выполнена с противовесом, прикрепленным к ней с противоположной стороны от бокового патрубка. 12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что насадка выполнена из антимагнитного материала. 13. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что насадка имеет привод возвратно-поступательного перемещения в виде двух роликов с бесконечным тросом.