СПОСОБ ДЕМОНТАЖА ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ВАНН Российский патент 1995 года по МПК C25C3/10 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам демонтажа выработавших ресурс ванн для электролиза алюминия.

При производстве алюминия широко используются электролизеры, катодная часть которых представляет собой тонкостенную обфутерованную ванну с размещенными в ней катодными секциями, каждая из которых содержит запрессованные в графитовый наполнитель токоподводящие элементы блюмсы, наружные концы которых выведены за пределы ванны. Набор катодных секций образует подину электролизера. На верхней поверхности подины электролизера после выработки им ресурса, как правило, остается прочное покрытие смесь застывшего алюминия и глинозема, так называемый "козел". Демонтаж выработавших ресурс электролизных ванн и их дальнейшее восстановление является важной составной частью техпроцесса массового производства алюминия.

Известен способ разрушения массивов со свободной поверхностью из малопрочных материалов, включающий бурение шпуров в массиве, размещение в шпурах зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и подрыв зарядов с последующим выбросом материала в сторону свободной поверхности. Недостатками известного способа применительно к демонтажу электролизных ванн являются высокая трудоемкость и стоимость работ, связанные с необходимостью бурения шпуров в обладающем высокой твердостью материале подины, повышенные требования к технике безопасности в связи с использованием ВВ, большие временные затраты из-за необходимости предварительного охлаждения подины электролизера до приемлемой с точки зрения безопасного использования ВВ температуры.

Известен способ демонтажа электролизных ванн контрафорсного типа, выбранный в качестве прототипа. Этот способ включает расконтактирование бортов ванны, вырезку части борта с освобождением выведенных за пределы ванны концов блюмсов, высвобождение блюмсов из подины посредством подъема их освобожденных концов подъемными краном с последующим извлечением блюмсов и удалением наполнителя. Недостатком способа-прототипа является сопутствующее его реализации нарушение конструкции ванны и необходимость ее восстановления перед обновлением подины и повторным монтажом катодной части электролизера. Подобный недостаток становится особенно нетерпимым при использовании усиленных и относительно дорогостоящих ванн шпангоутного типа.

Целью изобретения является повышение производительности труда при демонтаже и восстановлении электролизных ванн, преимущественно шпангоутного типа.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе демонтажа электролизных ванн, включающем высвобождение блюмсов из подины с последующим их извлечением и удалением наполнителя, высвобождение блюмсов осуществляют посредством пропускания электрического тока через основной проводник, в качестве которого выбирают пару противоположных блюмсов, и продольно размещаемый дополнительный проводник "спутник", при этом дополнительный проводник "спутник" устанавливают под дном электролизной ванны, обеспечивая встречное протекание электрического тока по нему и основному проводнику, или над подиной, обеспечивая протекание электрического тока в одинаковом направлении. В частных случаях реализации способа сонаправленное или встречное протекание тока обеспечивают за счет, соответственно, параллельного или последовательного соединения основного и дополнительного проводников в единую электрическую цепь. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается тем, что в нем высвобождение блюмсов из подины осуществляют посредством пропускания электрического тока через пару противоположных блюмсов и продольно размещаемый дополнительный проводник "спутник", устанавливаемый под дном электролизной ванны при обеспечении встречного протекания электрического тока через дополнительный проводник и блюмсы или над подиной при обеспечении сонаправленного протекания электрического тока.

На фиг.1,2 показаны схемы катодной части электролизера с различным расположением дополнительного проводника "спутника"; на фиг.3,4 возможные варианты соединения пары противоположных блюмсов и дополнительного проводника "спутника" в единую электрическую цепь.

Согласно предлагаемому способу высвобождение блюмсов 1,2 из подины 3 осуществляют посредством пропускания электрического тока I через основной проводник, в качестве которого выбирают пару противоположных блюмсов 1,2 и дополнительный проводник "спутник" 4, размещаемый продольно по отношению к основному. При размещении дополнительного проводника "спутника" 4 под дном 5 ванны (фиг.1) обеспечивают противоположное протекание токов по основному 1, 2 и дополнительному 4 проводникам. Размещению же дополнительного проводника 4 над подиной (фиг.2) сопутствует сонаправленное протекание электрического тока по основному и дополнительному проводникам. В обоих случаях на блюмсы 1,2 действует электромагнитная амперова сила, направленная в сторону свободной поверхности подины 3, высвобождающая ("выламывающая") блюмсы 1, 2 из подины, а при достаточно большом токе обеспечивающая и их частичное извлечение. В частных случаях реализации предлагаемого способа пара противоположных блюмсов 1, 2 и дополнительный проводник "спутник" 4 соединяются в единую электрическую цепь: при нижнем расположении дополнительного проводника 4 последовательно (фиг.3), при верхнем параллельно (фиг.4).

Осуществимость предлагаемого способа при технически реализуемых токах I подтверждается следующими оценками (см. фиг.1).

При пропускании тока I через пару противоположных блюмсов 1, 2 и дополнительный проводник "спутник" 4 на блюмс 1 длиной l действует амперова сила
F
создающая относительно места заделки блюмса 1 в стенке 6 ванны момент
M_I= Fl/2
Необходимое для высвобождения блюмса 1 значение силы тока I может быть определено из условия равенства Амперова момента М_I и момента M_p, создаваемого силой тяги Р подъемного крана при извлечении блюмсов в соответствии с известным способом: M_p Pl.

При Р ≈ 5 ˙10⁵ Н, l ≈ 2,5 м, d≈ 0,5 м, μ_o= 1,25 10^-6 ГН/м необходимый ток оценивается значением I ≈ 1000 кА. Приведенная оценка потребной силы тока I существенно завышена, в частности, по той причине, что 150-тонный подъемный кран, извлекающий одновременно три блюмса в известном способе, работает с существенным коэффициентом запаса. Более точные оценки показывают, что эффективное высвобождение блюмсов из подины посредством "встряхивания", разрыхления наполнителя достигается при токе I ≈ 150 кА, что соответствует штатным токам, обеспечиваемым энергетическим оборудованием электролизных цехов. Расчеты показывают, что токи I ≈150 кА допустимо пропускать через проводники с характерными размерами используемых при электролизе блюмсов в течение нескольких десятков секунд, что достаточно для эффективной диффузии создаваемого дополнительным проводником "спутником" магнитного поля через относительно тонкое проводящее дно ванны и проводящий материал наполнителя, а также для последующего высвобождения блюмсов из подины за счет взаимодействия протекающего по ним тока с магнитным полем.

Использование предлагаемого способа демонтажа электролизных ванн существенно повысит производительность их демонтажа и дальнейшего восстановления, а также снизит затраты на эти операции. Дополнительный положительный эффект состоит в том, что при использовании предлагаемого способа максимальным образом используются энергетические мощности и энергетическое оборудование электролизных цехов.

Использование: электролиз алюминия в цветной металлургии. Сущность изобретения: способ демонтажа электролитных ванн включает высвобождение блюмсов 1, 2 и подины 3 посредством пропускания электрического тока через пару противоположных блюмсов 1, 2 и продольно размещаемый дополнительный проводник "спутник" 4, последующее извлечение блюмсов 1, 2 и удаление наполнителя. Дополнительный проводник "спутник" 4 устанавливают под дном 5 электролизерной ванны, обеспечивая встречное протекание электрического тока по нему и по блюмсам 1, 2, или над подиной 3, обеспечивая протекание тока в одинаковом направлении. Пара противоположных блюмсов 1, 2 и дополнительный проводник "спутник" 4 могут быть включены в единую электрическую цепь, соответственно, последовательно или параллельно. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ДЕМОНТАЖА ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ВАНН, включающий высвобождение блюмсов из подины с последующим их извлечением и удалением наполнителя, отличающийся тем, что высвобождение блюмсов из подины осуществляют посредством пропускания электрического тока через пару противоположных блюмсов и продольно размещаемый дополнительный проводник-"спутник", при этом дополнительный проводник-"спутник" устанавливают под дном электролизной ванны для обеспечения встречного протекания электрического тока по нему и по блюмсам или над подиной для обеспечения протекания электрического тока в одинаковом направлении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пару противоположных блюмсов и дополнительный проводник-"спутник" включают в единую электрическую цепь, соединяя их соответственно последовательно или параллельно.