ГАЗОСБОРНЫЙ КОЛОКОЛ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2000 года по МПК C25C3/22 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, в частности к устройствам для сбора анодных газов, выделяющихся в процессе электролитического получения алюминия.

Известен газосборный колокол алюминиевого электролизера, содержащий пояс жесткости, к которому с помощью тяг прикреплен уголок, и навесные секции, имеющие горизонтальную и вертикальную стенки и навешенные на вертикальную сторону прикрепленного к поясу жесткости уголка (авторское свидетельство СССР N 611948, C 25 C 3/22, опубл. 25.06.78 г.).

Недостатком данного газосборного колокола является, во-первых, то, что прикрепленный к поясу жесткости уголок, на вертикальную сторону которого навешиваются секции, постоянно подвергается воздействию агрессивных анодных газов и смолистых веществ, выделяющихся в процессе электролитического получения алюминия, что приводит к коррозии уголка. При этом коррозия еще больше увеличивается из-за периодического возгорания анодных газов.

Во-вторых, к недостатку данной конструкции газосборного колокола следует также отнести крепление уголка, на вертикальную сторону которого навешиваются секции, к поясу жесткости с помощью тяг. При этом тяги, крепящие уголок к поясу жесткости и расположенные по всей длине газосборного колокола, а также и сам уголок, на вертикальную сторону которого навешены секции, работают при различных температурах по длине газосборного колокола. Вследствие неравномерности распределения температур по длине газосборного колокола возникают напряжения, приводящие к деформации уголка и нарушению целостности соединений тяг с поясом жесткости и с уголком. В результате этого нарушаются герметичностъ и работоспособность газосборного колокола.

В-третьих, выполненный из навесных секций, имеющих горизонтальную и вертикальную стенки, газосборный колокол не обеспечивает необходимую защиту боковой поверхности анода, вследствие чего увеличивается объем выделяющихся газов, что приводит как к коррозии уголка, на вертикальную сторону которого навешиваются секции, так и пояса жесткости, к которому крепится уголок, а также и самого газосборного колокола.

Наиболее близким является газосборный колокол алюминиевого электролизера, выполненный из навесных секций, имеющих наружные наклонные стенки, средние горизонтальные стенки и примыкающие к боковой поверхности анода, жестко соединенные со средними горизонтальными стенками и установленные с зазором относительно анодного кожуха внутренние стенки, и крепящихся к горизонтальному поясу анодного кожуха при помощи кронштейнов, выполненных в виде продолжений их наружных наклонных стенок, завершающихся в верхней части горизонтальным участком и плавным загибом вниз (авторское свидетельство СССР N 418564, C 22 D 3/02, Опубл. 05.03.74 г.).

Недостатками данной конструкции газосборного колокола являются наличие зазора между анодным кожухом алюминиевого электролизера и внутренними вертикальными стенками и их примыкание к боковой поверхности анода. При эксплуатации алюминиевого электролизера возможны протеки пека вследствие возникновения неплотностей между внутренней поверхностью стенок короба анодного кожуха и телом анода. Такие протеки наиболее вероятны при периодическом подъеме анодного кожуха на небольшую высоту относительно тела анода, являющемся одной из операций обслуживания анода. Пек, попадая через зазор между вертикальными внутренними стенками и анодным кожухом в полость, образованную горизонтальным поясом анодного кожуха, средними горизонтальными стенками и продолжениями наружных наклонных стенок, служащими для крепления секций к анодному кожуху, там затвердевает, в результате чего создается давление кристаллизации, и внутренние стенки секций газосборного колокола постепенно отходят от поверхности тела анода, происходит разворот секций газосборного колокола относительно их узла крепления к горизонтальному поясу анодного кожуха. Такому развороту секций газосборного колокола способствуют также давление продуктов коксования пека в нижней части анода на внутренние стенки секций газосборного колокола в местах их контакта с телом анода. В результате этого в образовавшийся между внутренними вертикальными стенками и телом анода зазор проникают к горизонтальному поясу анодного кожуха выделяющиеся агрессивные анодные газы и смолистые вещества, что приводит к его коррозии. При этом его коррозия еще больше увеличивается из-за периодического возгорания анодных газов. Кроме того, при таком развороте секций газосборного колокола от поверхности тела анода возникают напряжения в узле их крепления к анодному кожуху. При достижении ими критических значений происходит растрескивание служащих для крепления секций кронштейнов и нарушение целостности узла крепления секций газосборного колокола к анодному кожуху.

При напряжениях, возникающих при развороте секций газосборного колокола, наиболее слабым местом являются средние горизонтальные стенки секций газосборного колокола. В результате того, что с одной стороны наружные стенки секций газосборного колокола запечены в твердую корку электролита, что создает усилия, прижимающие секции газосборного колокола к аноду, а с другой стороны - усилия, возникающие от кристаллизации пека в вышеуказанной полости и от продуктов коксования пека в нижней части анода в местах контакта внутренних стенок секций газосборного колокола с телом анода, средние горизонтальные стенки секций газосборного колокола оказываются наиболее слабым и наиболее вероятным сечением, по которому и происходит разрушение секций газосборного колокола. Вероятность разрушения средних горизонтальных стенок еще более увеличивается вследствие того, что при развороте секций газосборного колокола нижняя кромка наружных наклонных стенок секций попадает в рабочую зону обработки корки электролита, т.е. в зону ударов рабочего органа механизмов для пробивки корки электролита. При этом удары рабочего органа механизмов для пробивки корки передаются через наклонные стенки на горизонтальные стенки и далее на вертикальные стенки и тело анода, а поскольку наиболее слабым сечением являются средние горизонтальные стенки секций газосборного колокола, то происходит их растрескивание при ударе рабочего органа механизма для пробивки корки электролита. В результате нарушаются герметизация и целостность газосборного колокола.

В основу изобретения положена задача разработать газосборный колокол алюминиевого электролизера, конструкция которого исключала бы разворот навесных секций относительно узла их крепления к анодному кожуху и исключала бы прямой доступ агрессивных газов к горизонтальному поясу анодного кожуха, а его секции обладали бы необходимой прочностью, что позволило бы обеспечить необходимую герметизацию и работоспособность газосборного колокола.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в газосборном колоколе алюминиевого электролизера, выполненном из навесных секций, крепящихся с помощью кронштейнов к горизонтальному поясу анодного кожуха и имеющих наружные наклонные, средние горизонтальные и внутренние стенки, последние выполнены опирающимися в анодный кожух, а во внутреннем пространстве секций выполнены вертикальные ребра, жестко соединенные с их стенками, при этом кронштейны жестко соединены с горизонтальными стенками секций в их средней части, а центр тяжести секций смещен относительно узла их крепления на анодном кожухе в сторону их наружных стенок.

Внутренние стенки секций могут быть выполнены с уступом в местах их контакта с анодным кожухом.

Навесные секции могут быть снабжены снаружи дополнительными вертикальными ребрами жесткости, расположенными, по крайней мере, в местах соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций.

Выполнение внутренних стенок секций опирающимися в анодный кожух и выполнение во внутреннем пространстве секций вертикальных ребер, жестко соединенных с их стенками, при этом жесткое соединение кронштейнов с горизонтальными стенками секций в их средней части и смещение центра тяжести секций относительно узла их крепления на анодном кожухе в сторону их наружных стенок позволяет обеспечить необходимую герметизацию и работоспособность газосборного колокола за счет исключения разворота навесных секций относительно узла его креплению к анодному кожуху и прямого доступа агрессивных газов к горизонтальному поясу анодного кожуха и обеспечения необходимой прочности навесных секций.

При выполнении внутренних стенок секций газосборного колокола опирающимися в анодный кожух устраняется зазор между указанными стенками и анодным кожухом. Тем самым исключается возможность проникновения пека между указанными элементами пека в случаях его протечек вследствие возникновения неплотностей между внутренней поверхностью стенок короба анодного кожуха и телом анодом и при периодических подъемах анодного кожуха. При этом жесткое соединение кронштейнов с горизонтальными стенками секций в их средней части и смещение центра тяжести секций относительно узла их крепления на анодном кожухе в сторону их наружных стенок создает постоянные прижимающие усилия секций к анодному кожуху, обеспечивая тем самым постоянный контакт их внутренних стенок с анодным кожухом.

При выполнении внутренних стенок секций газосборного колокола опирающимися в анодный кожух также исключается воздействие на внутренние стенки секций усилий от продуктов коксования пека в нижней части анода, поскольку в этом случае внутренние стенки секций опираются в анодный кожух и не контактируют с телом анода.

Устранение попадания пека между внутренними стенками секций газосборного колокола и анодным кожухом и устранение воздействия на внутренние стенки секций усилий от продуктов коксования пека в нижней части анода исключают разворот секций газосборного колокола относительно их узла крепления к анодному кожуху.

Благодаря этому исключается проникновение агрессивных газов к горизонтальному поясу анодного кожуха и обеспечивается целостность узла крепления секций к анодному кожуху.

Кроме того, исключение разворота секций газосборного колокола относительно узла их крепления к анодному кожуху позволяет сохранить в постоянной величине рабочую зону обработки корки электролита и исключить вероятность попаданиЯ нижних кромок наружных наклонных стенок секций в рабочую зону обработки корки электролита, т.е. в зону ударов рабочего органа механизмов для пробивки корки электролита. Это также улучшает условия работы механизмов для пробивки корки электролита.

Выполнение во внутреннем пространстве секций вертикальных ребер, жестко соединенных с их стенками, усиливает наиболее слабое сечение навесных секций газосборного колокола, а именно средние горизонтальные стенки, обеспечивая тем самым необходимую прочность секций газосборного колокола.

Уступ, выполненный на внутренних стенках газосборного колокола в местах их контакта с анодным кожухом, обеспечивает более плотное прилегание внутренних стенок секций к анодному кожуху и служит дополнительным препятствием на пути выделяющихся агрессивных газов. Это способствует исключению проникновения агрессивных газов между внутренними стенками секций и анодным кожухом к его горизонтальному поясу, на котором крепятся секции газосборного колокола.

Наличие дополнительных вертикальных ребер жесткости, расположенных снаружи навесных секций газосборного колокола в местах соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций, способствует повышению прочности навесных секций. Дополнительные вертикальные ребра жесткости усиливают места соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций, что и способствует повышению прочности секций газосборного колокола.

Дополнительные вертикальные ребра жесткости могут быть расположены не только в местах соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций, но и выполнены на всю высоту кронштейнов и наружных стенок навесных секций газосборного колокола. В этом случае это способствует не только усилению места соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций, но и места сочленения горизонтальных стенок с наружными наклонными стенками секций, а также наружных наклонных стенок секций.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен поперечный разрез газосборного колокола алюминиевого электролизера в случае использование навесных секций с внутренними стенками более короткими, чем их наружные стенки; на фиг. 2 - то же, в случае использования навесных секций с наружными и внутренними стенками одинаковой длины и наличия уступа на внутренних стенках; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2.

Газосборный колокол алюминиевого электролизера выполнен из навесных секций, имеющих наружные наклонные 1, средние горизонтальные 2 и внутренние стенки 3 и крепящихся с помощью кронштейнов 4 к горизонтальному поясу 5 анодного кожуха 6. Внутренние стенки 3 секций выполнены опирающимися в анодный кожух 6. Во внутреннем пространстве секций выполнены вертикальные ребра 7, жестко соединенные с их стенками. Кронштейны 4 жестко соединены с горизонтальными стенками 2 секций в их средней части. Центр тяжести секций смещен относительно узла их крепления на анодном кожухе 6 в сторону их наружных стенок 1. Кронштейны 4 в своей верхней части имеют плавный загиб вниз для крепления к горизонтальному поясу 5 анодного кожуха 6.

Внутренние стенки 3 секций могут быть выполнены с уступом в местах их контакта с анодным кожухом 6.

Снаружи навесные секции могут быть снабжены дополнительными вертикальными ребрами жесткости 8. Такие ребра жесткости могут быть расположены по крайней мере в местах соединения кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 навесных секций. По длине навесной секции могут быть расположены 2 - 3 таких вертикальных ребра жесткости.

Секции газосборного колокола изготавливаются методом литья. При этом служащие для крепления секций к анодному кожуху кронштейны 4 отливаются в виде единого целого с секциями. Секции отливаются из чугуна.

Газосборный колокол алюминиевого электролизера работает следующим образом.

Газы, выделяющиеся в процессе электролиза, собираются в выполненном из навесных секций газосборном колоколе, а затем поступают в горелки, в которых сжигаются их горючие составляющие.

Секции газосборного колокола навешиваются с помощью кронштейнов 4, имеющих плавный загиб вниз, на нижний горизонтальный пояс 5 анодного кожуха 6 по его периметру. При этом внутренние стенки 3 секций газосборного колокола опираются в анодный кожух 6. Это устраняет зазор между указанными стенками и анодным кожухом 6 и тем самым исключает возможность проникновения пека между указанными элементами пека в случаях его протечек вследствие возникновения неплотностей между внутренней поверхностью стенок короба анодного кожуха и телом анодом и при периодических подъемах анодного кожуха. Жесткое соединение кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 секций в их средней части и смещение центра тяжести секций относительно узла их крепления на анодном кожухе 6 в сторону их наружных стенок 1 создают постоянные прижимающие усилия секций к анодному кожуху 6. Это обеспечивает постоянный контакт их внутренних стенок 3 секций газосборного колокола с анодным кожухом 6. При этом также исключается воздействие на внутренние стенки 3 секций усилий от продуктов коксования пека в нижней части анода, поскольку в этом случае внутренние стенки 3 секций опираются в анодный кожух 6 и не контактируют с телом анода.

Стыки между отдельными секциями газосборного колокола уплотняются асбокартоном. По периферии, по линии примыкания к электролитной корке, секции газосборного колокола засыпаются глиноземом для создания надежной герметизации электролизера.

Устранение попадания пека между внутренними стенками 3 секций газосборного колокола и анодным кожухом 6 и исключение воздействия на внутренние стенки 3 секций усилий от продуктов коксования пека в нижней части анода исключают разворот секций газосборного колокола относительно их узла крепления к анодному кожуху. В результате этого исключается проникновение агрессивных газов к горизонтальному поясу 5 анодного кожуха 6 и обеспечивается целостность узла крепления секций к анодному кожуху 6.

Исключение разворота секций газосборного колокола относительно узла их креплению к анодному кожуху позволяет сохранить в постоянной величине рабочую зону обработки корки электролита и исключить вероятность попадание нижних кромок наружных наклонных стенок 1 секций в рабочую зону обработки корки электролита, т. е. в зону ударов рабочего органа механизмов для пробивки корки электролита.

Выполнение во внутреннем пространстве секций вертикальных ребер 7, жестко соединенных с их стенками, усиливает наиболее слабое сечение навесных секций газосборного колокола, а именно средние горизонтальные стенки 2, обеспечивая тем самым необходимую прочность секций газосборного колокола.

В случае выполнения на внутренних стенках 3 газосборного колокола в местах их контакта с анодным кожухом б уступа обеспечивается более плотное прилегание внутренних стенок 3 секций к анодному кожуху 6 и обеспечивается наличие дополнительного препятствия на пути выделяющихся агрессивных газов. Это способствует исключению проникновения агрессивных газов между внутренними стенками секций 3 и анодным кожухом 6 к его горизонтальному поясу 5, на котором крепятся секции газосборного колокола.

Наличие двух-трех дополнительных вертикальных ребер жесткости 8, расположенных снаружи навесных секций газосборного колокола в местах соединения кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 секций, способствует повышению прочности навесных секций. Дополнительные вертикальные ребра жесткости усиливают место соединения кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 секций, что и способствует повышению прочности секций газосборного колокола.

Дополнительные вертикальные ребра жесткости 8 могут быть расположены не только в местах соединения кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 секций, но и выполнены на всю высоту кронштейнов 4 и наружных стенок 1 навесных секций газосборного колокола. В этом случае это способствует не только усилению места соединения кронштейнов 4 с горизонтальными стенками 2 секций, но и места сочленения горизонтальных стенок 2 с наружными наклонными стенками 1 секций, а также наружных наклонных стенок 1 секций.

Газосборный колокол выполнен из навесных секций, крепящихся с помощью кронштейнов к горизонтальному поясу анодного кожуха и имеющих наружные наклонные, средние горизонтальные и внутренние стенки. Последние выполнены опирающимися в анодный кожух, а во внутреннем пространстве секций выполнены вертикальные ребра, жестко соединенные с их стенками, при этом кронштейны жестко соединены с горизонтальными стенками секций в их средней части, а центр тяжести секций смещен относительно узла их крепления на анодном кожухе в сторону их наружных стенок. Такая конструкция обеспечивает герметизацию и работоспособность газосборного колокола. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Газосборный колокол алюминиевого электролизера, выполненный из навесных секций, крепящихся с помощью кронштейнов к горизонтальному поясу анодного кожуха и имеющих наружные наклонные, средние горизонтальные и внутренние стенки, отличающийся тем, что внутренние стенки секций выполнены опирающимися в анодный кожух, а во внутреннем пространстве секций выполнены вертикальные ребра, жестко соединенные с их стенками, при этом кронштейны жестко соединены с горизонтальными стенками секций в их средней части, а центр тяжести секций смещен относительно узла их крепления на анодном кожухе в сторону их наружных стенок. 2. Колокол по п.1, отличающийся тем, что внутренние стенки секций выполнены с уступом в местах их контакта с анодным кожухом. 3. Колокол по п.1, отличающийся тем, что навесные секции снабжены снаружи дополнительными вертикальными ребрами жесткости, расположенными по крайней мере в местах соединения кронштейнов с горизонтальными стенками секций.