УСТРОЙСТВО ВЫВОДА КАТОДНОГО СТЕРЖНЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2006 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, в частности к монтажу катодного устройства электролизера.

На промышленных электролизерах алюминиевой отрасли, как правило, уплотнение вывода катодного стержня включает в себя патрубок, жестко закрепленный на катодном кожухе, и уплотняющую набивку между патрубком и токоподводящим стержнем.

Так, в А.с. СССР №865992 от 04.01.80 г. (С 25 С 3/16) "Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера" предлагается следующее его конструктивное решение:

- патрубок, приваренный к кожуху, сужен в направлении от кожуха, и к его наружному торцу присоединено упорное кольцо, а токоподводящий стержень снабжен фланцем, при этом по обе стороны фланца расположен слой глинозема. Данная конструкция не решает проблему герметизации вывода катодного стержня, так как под действием изменяющихся термических нагрузок в процессе обжига и пуска электролизера катодный стержень меняет свои геометрические размеры и вызывает разрушения уплотняющей набивки. Наличие на катодном стержне приваренного фланца не только не решает проблему повышения герметичности уплотнения, но и ухудшает ситуацию:

- во-первых, для его установки требуется прослабление футеровки кожуха в самом ее слабом месте - в районе окон для пропуска стержней;

- во-вторых, перемещение стержня в районе окон создает области с различной степенью уплотнения глиноземной засыпки.

По патенту РФ №2194095 от 13.06.2001 г. (С 25 С 3/08) "Катодное устройство алюминиевого электролизера" устройство выполнено в виде двух горизонтальных опорных плит, приваренных к кожуху с наружной стороны в месте выхода стального стержня. Стальной стержень пропущен между опорными плитами и соединен с ними через изоляционные прокладки. Уплотняющая заделка выполнена в виде вваренной в кожух втулки, заполненной уплотняющей массой.

Наличие жестко закрепленных опорных плит снижает изгибающий момент катодного стержня, что положительно сказывается на целостности подины, но в то же время не решает проблему герметизации отверстий для вывода стержней, так как перемещение стержней в горизонтальном направлении не снижается. При этом объем уплотняющей заделки незначителен, и под действием возникающих силовых нагрузок она подвергается разрушению.

По технической сущности и конструктивному решению наиболее близким является "Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера" по патенту РФ №2108414 (С 25 С 3/08, от 04.09.96 г.), выбранное за прототип.

Уплотнение включает присоединенный к катодному кожуху металлический короб и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня. Металлический короб снабжен двумя отверстиями, одно из которых предназначено для пропуска катодного стержня, а другое - для подачи самотвердеющего материала заделки. Между уплотняющей заделкой и катодным стержнем расположен слой материала, обеспечивающего скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки, что, по мнению авторов, должно позволить катодному стержню свободно перемещаться относительно уплотняющей заделки при его термическом расширении, а это, в свою очередь, должно исключить образование трещин в уплотняющей заделке и обеспечить герметичность вывода катодного стержня за счет сохранения целостности уплотняющей заделки.

Но промышленные испытания данного изобретения на БрАЗе показали, что данная конструкция уплотнения ненадежна в эксплуатации. Скольжение стержня не наблюдается, зато разрушение материала уплотнения, а нередко деформация металлического короба наблюдались неоднократно. При этом трещины в материале заделки, как правило, образовывались ближе к кожуху электролизера, наблюдался также отрыв уплотняющей массы от стенки кожуха. В результате, с одной стороны, проникает воздух к боковой угольной футеровке, разрушая ее, а с другой стороны, возрастает вероятность прорыва металла через окна катодного кожуха.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение срока службы алюминиевого электролизера, а также повышение сортности получаемого металла.

Техническим результатом реализации предлагаемого технического решения является создание уплотнения вывода катодного стержня алюминиевого электролизера, обеспечивающее в период обжига и пуска, а также в период эксплуатации электролизера надежную и долгосрочную защиту боковой футеровки от разрушения по причине разгерметизации уплотнения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве вывода катодного стержня алюминиевого электролизера, содержащем присоединенный к футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, металлический короб с отверстием для пропуска катодного стержня, размещенный с лицевой стороны электролизера, и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из жидкотекучего самотвердеющего материала, уплотняющая заделка размещена в металлическом коробе, в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, и в кармане между стенкой кожуха и его футеровкой и выступает за пределы окна для пропуска катодного стержня не менее чем на 10 мм.

Авторами заявляется отличительный признак, заключающийся в том, что объем уплотняющей заделки значительно увеличен за счет уплотняющей массы как снаружи, так и внутри катодного кожуха. Стенка катодного кожуха и стенки металлического короба выступают в качестве силовых элементов, причем стенка кожуха как бы армирует уплотнение, что повышает стойкость уплотнения в целом за счет снижения силового воздействия непосредственно на уплотняющую массу. При этом тело уплотнения выступают за пределы окна для пропуска стержней не менее чем на 10 мм. Это обеспечивает хорошее сцепление массы со стенкой кожуха, а также позволяет исключить образование неплотностей в зоне выхода стержней.

Этим предлагаемое решение принципиально отличается как от прототипа, так и от указанных выше аналогов.

Следовательно, данное техническое предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе, проведенного с целью определения "уровня техники", не выявлены признаки, сходные с отличительным признаком формулы изобретения.

Использование в качестве армирующих элементов уплотнения конструктивных элементов электролизера позволяет обеспечить надежность и устойчивость уплотняющей массы к силовым воздействиям.

На чертеже показано заявляемое уплотнение вывода катодного стержня (поперечный разрез продольной стенки катодного кожуха).

Устройство содержит металлический короб 2, жестко закрепленный на металлическом кожухе 1 электролизера и снабженный манжетой 3, а также уплотняющую заделку, наружная часть которой 4 расположена внутри короба. Короб 2 выступает за пределы окна 5 для пропуска катодного стержня 6 не менее чем на 10 мм. Внутренняя часть уплотнения 7, расположенная в кармане, образованном футеровкой 8 и кожухом электролизера 1, также выступает за пределы окна 5 не менее чем на 10 мм. Пространство между кожухом и футеровкой заполнено утеплителем 9.

Заявляемое уплотнение формируют следующим образом.

К кожуху 1 приваривают металлический короб 2. В окно 5 устанавливают катодный стержень 6. Заполнение уплотнения самотвердеющей жидкотекучей массой осуществляют либо со стороны кармана, либо со стороны короба 2. С учетом того что для заполнения всех пустот рациональнее вести заполнение по принципу сообщающихся сосудов, предпочтительнее вести заполнение со стороны кармана. Перед началом заполнения зазор между стержнем 6 и передней стенкой манжеты 3 герметизируют термостойкой замазкой. Заполнение уплотнения материалом заделки осуществляют постепенно снизу вверх, что обеспечивает заполнение всех пустот уплотнения.

Таким образом, создают плотный герметичный барьер, предотвращающий попадание воздуха атмосферы в футеровку катода, а значит, предотвращается процесс ее разрушения.

В настоящее время заявляемое уплотнение проходит испытание в условиях Иркутского алюминиевого завода.

Устройство может быть использовано при монтаже катодного устройства алюминиевого электролизера. К футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, присоединен металлический короб с отверстием для пропуска катодного стержня, размещенным с лицевой стороны электролизера. Вокруг катодного стержня размещена уплотняющая заделка, выполненная из жидкотекучего самотвердеющего материала. Размещение уплотняющей заделки в металлическом коробе, в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, и в кармане между стенкой кожуха и его футеровкой, выступающей за пределы окна для пропуска катодного стержня не менее чем на 10 мм, обеспечивает надежную и долгосрочную защиту боковой футеровки от разрушения по причине разгерметизации уплотнения. 1 ил.

Устройство вывода катодного стержня алюминиевого электролизера, содержащее присоединенный к футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, металлический короб с отверстием для пропуска катодного стержня, размещенным с лицевой стороны электролизера, и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из жидкотекучего самотвердеющего материала, отличающееся тем, что уплотняющая заделка размещена в металлическом коробе в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, и в кармане между стенкой кожуха и его футеровкой и выступает за пределы окна для пропуска катодного стержня не менее чем на 10 мм.