ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ Российский патент 1997 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к получению алюминия способом электролиза.

Известен электролизер с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом. (Справочник металлурга по цветным металлам. М. Металлургия, 1971, с. 177-178).

Согласно этому описанию в состав анодного устройства входит каркас (т.е. кожух анодный), в котором происходит формование и спекание анода.

Каркас представляет собой царгу прямоугольной формы с несколькими горизонтальными поясами жесткости и вертикальными ребрами. В верхней части боковые стенки каркаса связаны между собой поперечными балками шпангоутами, которые увеличивают жесткость каркаса царги и одновременно служат для подвески анода при перетяжки анодной рамы.

К нижнему горизонтальному поясу подвешивается газосборник (система колокольного газоотсоса) с горелками.

Необходимо отметить, что в современных отечественных электролизерах с верхним токоподводом типа С-8Б и С-8БМ мощностью 150 кА количество поперечных балок-шпангоутов, соединяющих между собой боковые стенки и обеспечивающих достаточную жесткость кожуха, составляет 5-6 шт, расположенных примерно равномерно по длине кожуха на расстоянии 1,5-2 м друг от друга.

Кроме этого известно, что на анодном кожухе устанавливают в настоящее время различное оборудование, обеспечивающее технологические нужды процесса электролизера. К таковым относятся, например, система автоматизированного питания глиноземом (АПГ), включающая в себя пневмоцилиндры с трубопроводами для подвода сжатого воздуха с укрытиями по боковым и торцевым сторонам и специальными каналами для сбора и удаления газов; емкости с суточным запасом глинозема (бункера АПГ) с устройствами для их периодической загрузки и прочее оборудование.

Основным недостатком установки перечисленного оборудования на анодном кожухе является то, что в процессе эксплуатации кожух перемещается вверх-вниз на величину 100-150 мм и поэтому трудно осуществлять подвод сетей сжатого воздуха и загрузки глинозема к пневмооборудованию и бункерам АПГ. По этой же причине трудно загерметизировать укрытие электролизера и получить достаточно высокий КПД газоулавливания.

Известен электролизер с верхним токоподводом с системой газоотсоса по авт. свид. N 269494. Согласно приведенному описанию анодный кожух в этом случае выполнен так, что "замкнутый по периметру обечайки анодного кожуха (его внутренняя листовая обшивка) коллектор равномерного всасывания, пирамидальные патрубки и поперечные воздуховоды (т.е. шпангоуты), выполняя функции элементов газоотсоса, одновременно выполняют функции элементов жесткости и силовых связей анодного кожуха "
Из сказанного видно, что система газоотсоса смонтирована на подвижном анодном кожухе и поэтому отвод газов в цеховую систему газоотсоса производится через телескопическое соединение.

Основные недостатки данной конструкции обусловлены тем, что анодный кожух подвижен и перемещается в вертикальном направлении на 100-150 мм в процессе эксплуатации. Это значительно усложняет вопросы по герметизации электролизера, так как укрытия закрепляются на кожухе, по подводу сжатого воздуха к системе АПГ и отводу газов от электролизера в цеховую систему газоотсоса, т.к. в этом случае необходимо применять гибкие элементы и телескопические соединения.

Кроме этого, представленная конструкция анодного кожуха не может быть применена в сочетании с "сухой" анодной массой, которая характеризуется пониженным содержанием связующих. Применение "сухой" анодной массы требует прорезки анода, т.е. отделение анода от стенок кожуха по всей длине боковых его сторон с помощью специальных машин и, следовательно, делает невозможным применение каких-то связей (поперечные воздуховоды) между боковыми стенками для увеличения жесткости кожуха.

Необходимо отметить и то, что, как показано на рисунках, все свободное пространство на стенках кожуха по всему периметру занято элементами системы газоотсоса (коллектор, газоотсасывающие патрубки, воздуховоды и т.п.) и практически нет возможности разместить систему АПГ, емкости (бункера) для суточного запаса глинозема, систему подвода сжатого воздуха и загрузки бункеров АПГ.

Известен электролизер с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом по заявке N 5015289/02/078229 с положительным решением ВНИИГПЭ, принятый за прототип, согласно которой электролизер снабжен рамой с опорами, установленной по периметру анодного кожуха с возможностью перемещения, а торцевые и боковые укрытия закреплены на раме.

Кроме этого, рама выполнена в виде короба для сбора и удаления газов и закреплена на стенках катодного кожуха.

Техническое решение, приведенное в материалах заявки, направлено на решение локального вопроса по герметизации электролизера и повышения КПД укрытия за счет применения неподвижной рамы-короба, установленной вокруг анодного кожуха, на которой закреплены боковые и торцевые укрытия. Здесь не рассматриваются вопросы, связанные:
с прочностными характеристиками анодного кожуха в условиях применения "сухой" анодной массы;
с применением системы АПГ с пневмооборудованием и с размещением бункеров глинозема и т.д.

Это объясняется тем, что поставленная задача по герметизации электролизера не требует разработки новой конструкции анодного кожуха, а лишь дополняет существующую конструкцию новым элементом рамой. Основным же недостатком существующего анодного кожуха является наличие поперечных элементов жесткости шпангоутов между продольными стенками, которые в условиях применения "сухой" анодной массы не позволяют прорезать механизированными методами пригары массы к стенкам кожуха (такая операция не применяется при использовании обычной (жирной) анодной массы.

Другим недостатком является то, что рама обладает жесткостью и прочностью, достаточной только для установки на ней торцевых и боковых укрытий. Поэтому она выполнена легкой, с опиранием на боковые и торцевые стороны катодного кожуха, что ограничивает возможности поточной обработки электролитной корки с применением напольно-рельсовых машин. Для того, чтобы убрать опоры с боковых сторон пришлось бы в несколько раз увеличить прочностные характеристики рамы и, соответственно, ее металлоемкость, не получив должной компенсации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является конструкция анодного кожуха без поперечных связей между стенками, которая позволяет осуществлять технологию электролиза алюминия с использованием "сухой" анодной массы, обеспечивающей повышение показателей работы электролизеров с верхним токоподводом, т.к. при этом легко осуществить подвод сжатого воздуха к системе АПГ и отвод газов от электролизера в цеховую систему газоотсоса, не прибегая к гибким или телескопическим устройствам; возможность поточной обработки электролитной корки напольно-рельсовой машиной.

Сущность изобретения поясняется чертежами, изображено: на фиг. 1 - поперечный разрез электролизера; на фиг. 2 вид на электролизер с боковой стороны; на фиг. 3 вид на анод с кожухом по разрезу А-А.

Предлагаемая конструкция электролизера состоит из соединенного с механизмом подъема анодного кожуха 1, свободно установленного внутри силового каркаса 2, снабженного по торцам опорами 3 и неподвижно закрепленного на торцевых стенках катодного кожуха 4 через опорные тумбы 5 с узлами электроизоляции. Внутри стенок каркаса, по боковым сторонам, выполнены каналы 6 для сбора и отведения газов в цеховую систему газоотсоса и емкости 7 для глинозема. В нижней части каркаса, на его нижнем поясе, установлены секции 8 колокольного газоотсоса с горелками (на рисунках не показаны), а в средней части каркаса на уровне входа в каналы 6, закреплено поворотное укрытие 9, образующее вместе с каналами и торцевыми укрытиями 10 систему вторичного газоотсоса. В боковых стенках каркаса, в емкостях глинозема, выделены некоторые пустые объемы, в которых установлены пневмоцилиндры 11 с пробойниками системы АПГ точечного типа, а подача глинозема в ванну осуществляется дозаторами 12, закрепленными в нижней части емкостей 7.

Для предохранения нижней части угольного анода 13 от окисления, к нижнему поясу анодного кожуха 1 прикреплены по всему периметру чугунные плиты 14, которые вместе с секциями 8 образуют систему колокольного (первичного) газоотсоса.

В процессе работы анодный кожух 1, соединенный по торцам с механизмами подъема, совершает возвратно-поступательные перемещения в вертикальном направлении внутри силового каркаса 2, закрепленного неподвижно на торцах катодного кожуха. Для надежности в работе между кожухом и каркасом выполняется гарантированный кольцевой зазор, равный 3-5 мм, а также могут устанавливаться направляющие ролики. В процессе работы горизонтальные распирающие нагрузки, возникающие в угольном аноде 12, передаются на стенки анодного кожуха 1, которые облегают внутренние стенки жесткого силового каркаса 2, воспринимающего эти нагрузки и удерживающего кожух от деформаций. Это позволяет ликвидировать в анодном кожухе имеющиеся в настоящее время поперечные связи, являющиеся основными элементами жесткости кожуха. Наличие этих связей практически исключает возможность применения в электролизерах "сухой" анодной массы с пониженным содержанием пека, т.к. в этом случае возникает необходимость в "подрезании" анода вдоль боковых стенок кожуха для выполнения перетяжки анодной рамы. Для подрезания анода применяют специальную напольную технику.

Необходимо отметить, что каркас 2 состоит из набора горизонтальных поясов жесткости, которые выполнены в виде формы со стержнями, что позволяет глинозему перемещаться в вертикальном направлении от загрузочной горловины (вверху) емкостей 7 до дозаторов 12 в их нижней части. Конструкция поясов жесткости в виде форм позволяет также легко вписать в стенки каркаса и пневмоцилиндры 11 с пробойниками для системы АПГ, а также всю ее трубопроводную арматуру, и при необходимости, систему централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) для автоматической загрузки емкостей 7.

Другим положительным моментом предлагаемой конструкции является то, что применение неподвижного силового каркаса значительно упрощает решение вопросов, связанных с подводом сжатого воздуха и трассы ЦРГ к анодному устройству, электролизера, т.к. отпадает надобность в различных телескопических и гибких соединениях, снижающих степень надежности всей конструкции в процессе эксплуатации.

Высота каркаса принимается не менее 0,7 высоты анодного кожуха из тех соображений, что в противном случае большая часть его вверху и внизу (при симметричном расположении каркаса относительно кожуха) оказывается вне зоны восприятия нагрузок силовыми элементами каркаса и приведет к деформациям анодного кожуха в этих частях, что недопустимо.

Внедрение предлагаемой конструкции анодного кожуха без поперечных связей между боковыми стенками позволит применять более прогрессивную технологию электролиза с применением "сухой" анодной массы с улучшенными технико-экономическими показателями работы электролизеров, а также упростить их конструкцию при одновременном повышении надежности в работе.

Использование: изобретение относится к алюминиевым электролизерам. Сущность: в алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом неподвижная рама вокруг анодного кожуха выполнена в виде пространственного силового каркаса высотой не менее 0,7 высоты анодного кожуха с опорами по торцевым сторонам каркаса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электролизер с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом, содержащий анодный и катодный кожухи, неподвижную раму с опорами вокруг анодного кожуха и размещаемое на нем навесное технологическое оборудование, отличающийся тем, что рама выполнена в виде пространственного силового каркаса высотой не менее 0,7 высоты анодного кожуха. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что на силовом каркасе размещена система автоматизированного питания глиноземом. 3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что внутренняя полость каркаса является емкостью глинозема. 4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что на каркасе установлен газосборный колокол с горелками.