АНОДНЫЙ КОЖУХ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ И САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ Российский патент 2006 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров.

Известен анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающий каркас прямоугольной формы, снабженный несколькими горизонтальными поясами жесткости, соединенными между собой большим числом вертикальных ребер, и связанный в верхней части поперечными балками (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М. Металлургия, 1971, с.177-179).

Недостатком данного анодного кожуха является его деформация вследствие термического расширения нижних поясов жесткости из-за неравномерного распределения температуры в различных их частях, а также разная величина деформации различных поясов жесткости кожуха, что приводит к снижению срока службы анодного кожуха. Наличие же только верхнего пояса жесткости и поперечных балок в верхней части каркаса при отсутствии нижних поясов недостаточно для обеспечения необходимой жесткости и прочности анодного кожуха. К недостатку известного анодного кожуха относится также наличие поперечных балок в верхней части каркаса, погруженных в анодную массу, что ухудшает качество анода, затрудняет обслуживание анода и тем самым приводит к повышению трудозатрат по его обслуживанию. Особенно вышеприведенный недостаток существенно сказывается при использовании, так называемой, "сухой" анодной массы, т.е. массы с пониженным содержанием связующего.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому анодному кожуху является анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающий короб с продольными и торцевыми стенками, ребрами охлаждения и горизонтальными элементами жесткости, выполненными в виде замкнутой расположенной по периметру короба в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, и, по крайней мере, один поперечный силовой элемент, жестко соединенный с силовой рамой. Высота силовой рамы составляет 0,35-0,6, а ширина - 0,1-0,3 высоты стенок короба. Поперечный силовой элемент выполнен П-образным, а в качестве внутренних стенок силовой рамы использованы стенки короба (Патент РФ 2118408, Мкл. С 25 С 3/12, 1998.08.27).

Выполнение горизонтальных элементов жесткости в виде замкнутой расположенной по периметру короба в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения действительно приводит к уменьшению продольно-поперечных деформаций. Однако величина возникающих продольно-поперечных деформаций остается еще высокой и может быть различной в различных участках короба как по его высоте, так и по длине, а это может привести к возникновению напряжений в аноде, способствующих его растрескиванию и возникновению неплотностей между внутренней поверхностью стенок короба и угольным телом анода, что приводит к снижению качества анода, протекам пека и жидкой анодной массы при подъеме анодного кожуха, увеличивая тем самым расход анода и выход угольной пены. Различная величина продольно-поперечных деформаций в различных участках короба как по его высоте, так и по длине может также привести к заклиниванию анода, а следовательно, к нарушению нормального режима его работы и к значительным дополнительным трудозатратам по обслуживанию такого анода.

Задачей изобретения является разработка конструкции анодного кожуха алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, которая при обеспечении необходимой и достаточной жесткости и прочности кожуха, необходимого температурного режима для правильного формирования анода обеспечивала бы улучшение условий выполнения операций обслуживания анода, что позволит снизить трудозатраты по обслуживанию анода.

Техническим результатом изобретения является создание условий охлаждения для правильного формирования анода, уменьшение деформаций анодного кожуха при температурном расширении, что способствует большему обжатию кожухом анодного тела, меньшим протекам жидкой анодной массы в электролит и меньшему образованию трещин в теле анода, а следовательно, увеличению срока службы анодного устройства.

Поставленная задача решается тем, что в анодном кожухе алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающем короб с продольными и торцевыми стенками и элементами жесткости, выполненными в виде замкнутой расположенной по периметру короба в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, и, по крайней мере, одним поперечным силовым элементом, жестко соединенным с силовой рамой, согласно предлагаемому изобретению внутри жесткой силовой рамы по всему периметру установлены вертикальные ребра жесткости, прикрепленные к внешней и внутренней стенкам силовой рамы, для дополнительного охлаждения кожуха, ниже жесткой силовой рамы по периметру короба жестко прикреплены ребра охлаждения, состоящие из вертикальной и наклонной частей, причем в месте перехода вертикальной части в наклонную выполнено прямоугольное отверстие, через которое дополнительно установлен с зазором относительно внутренней стенки короба и жесткой силовой рамы горизонтальный коробчатый пояс жесткости; при этом поперечный силовой элемент выполнен коробчатым сечением и на верхней его части закреплен металлический уголок для предотвращения налипания анодной массы.

Предлагаемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.

Горизонтальный коробчатый пояс жесткости установлен с зазором относительно жесткой силовой рамы коробчатого сечения, равным 0,05-0,3, а внутренней стенки короба - 0,01-0,1 от высоты стенок короба.

Вертикальные ребра жесткости соединены с внешней стенкой жесткой силовой рамы электрозаклепками с шагом, равным 0,05-0,8 от высоты стенок короба.

Толщина вертикальных стенок поперечного силового элемента составляет 0,01-0,03, а толщина горизонтальных стенок - 0,003-0,01 высоты стенок короба.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию "новизна".

Установка между внешними и внутренними стенками жесткой силовой рамы коробчатого сечения вертикальных ребер охлаждения, прикрепленных неподвижно к внешней и внутренней стенкам силовой рамы и состоящих из вертикальной и наклонной частей, обеспечивает необходимую и достаточную жесткость и прочность анодного кожуха, повышая тем самым срок службы анодного кожуха и создавая при этом необходимые условия формирования самообжигающегося анода за счет дополнительного отвода тепла из анода.

Установка с зазором относительно внутренней стенки короба и жесткой силовой рамы коробчатого сечения, в месте перехода вертикальной части в наклонную, в выполненное прямоугольное отверстие горизонтального коробчатого пояса жесткости обеспечивает большее охлаждение стенок за счет конвекции воздуха и большую жесткость кожуха.

Выполнение поперечного силового элемента коробчатым сечением и закрепление на верхней его части металлического уголка для предотвращения налипания анодной массы создает необходимые условия для большего охлаждения и большей жесткости поперечного силового элемента при меньшей массе, чем при его выполнении по прототипу.

Установка горизонтального коробчатого пояса жесткости с зазором относительно жесткой силовой рамы коробчатого сечения менее 0,05, а внутренней стенки короба менее 0,01 от высоты стенок короба приводит к недостаточной эффективности использования горизонтального коробчатого пояса жесткости с точки зрения увеличения жесткости кожуха и к ухудшению условий охлаждения стенок.

Установка горизонтального коробчатого пояса жесткости с зазором относительно жесткой силовой рамы коробчатого сечения более 0,3, а внутренней стенки короба - 0,1 от высоты стенок короба не приводит к улучшению отвода тепла и будет значительно усложнять технологическое обслуживание электролизера за счет увеличения его габаритов.

Соединения вертикальных ребер жесткости с внешним листом каркаса электрозаклепками с шагом не менее 0,05 и не более 0,8 от высоты стенок короба выбраны для предотвращения потери устойчивости внешних листов каркаса, обеспечения необходимой жесткости каркаса и необходимого отвода тепла от внутренних стенок каркаса.

Толщина вертикальных стенок поперечного силового элемента 0,01-0,03, а толщина горизонтальных стенок - 0,003-0,01 высоты стенок короба выбраны с целью обеспечения необходимой жесткости поперечного силового элемента при минимальной материалоемкости.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом:

на фиг.1 изображена конструкция заявляемого анодного кожуха (вид сбоку); на фиг.2 - поперечный разрез поперечного силового элемента; на фиг.3 - конструкция заявляемого анодного кожуха (вид сверху).

Анодный кожух алюминиевого электролизера включает жесткую силовую раму коробчатого сечения 1, внутри которой установлены вертикальные ребра жесткости 2. По периметру короба анодного кожуха жестко прикреплены ребра охлаждения 3, состоящие из вертикальной и наклонной частей. Горизонтальный коробчатый пояс жесткости 4 установлен через прямоугольное отверстие, выполненное на ребрах охлаждения 3, в месте перехода вертикальной части в наклонную. Поперечный силовой элемент коробчатого сечения 5 установлен в верхней части анодного кожуха. Металлический уголок 6 закреплен на верхней части элемента 5. Он предназначен для предотвращения прилипания анодной массы. Поперечный силовой элемент коробчатого сечения 5 состоит из вертикальных 7 и горизонтальных 8 стенок.

Обслуживание самообжигающегося анода осуществляется путем выполнения технологических операций загрузки анодной массы, подъема кожуха относительно угольного тела анода и перетяжки анода.

Загрузка анодной массы осуществляется путем ее засыпки на поверхность анода машиной для загрузки анодной массы в количестве и с периодичностью согласно технологии эксплуатации анода.

Подъем анодного кожуха относительно анодного тела осуществляется из-за приближения нижней кромки кожуха к расплаву и для устранения припекания анодного тела к внутренней поверхности стенок кожуха. Для устранения припекания эта операция выполняется чаще, чем это необходимо из-за приближения нижней кромки кожуха к расплаву. При подъеме кожуха относительно анодного тела кожух может деформироваться, но предложенная конструкция с жесткой силовой рамой коробчатого сечения, горизонтальным коробчатым поясом жесткости и поперечными силовыми элементами существенно уменьшает деформацию и не допускает образования зазоров между стенкой и анодным телом, устраняя протеки пека и жидкой анодной массы. Протяжка анода осуществляется при приближении верха кожуха к анодной ошиновке. При этом на жесткую силовую раму коробчатого сечения устанавливается устройство для перетяжки анода, на которое при помощи захватов за штыри подвешивается анод, что способствует возникновению дополнительных усилий на кожух. Наличие жесткой силовой рамы коробчатого сечения, поперечных силовых элементов и горизонтального коробчатого пояса жесткости устраняет образование деформаций, которые могли бы привести к образованию трещин в аноде и протеков пека и жидкой анодной массы.

Таким образом, предложенная конструкция анодного кожуха электролизера для производства алюминия позволяет повысить качество анода и увеличить срок службы анодного кожуха.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров. Техническим результатом является снижение трудозатрат по обслуживанию анода при обеспечении необходимой и достаточной жесткости и прочности кожуха. Анодный кожух алюминиевого электролизера включает жесткую силовую раму коробчатого сечения, внутри которой установлены вертикальные ребра жесткости. По периметру короба анодного кожуха жестко прикреплены ребра охлаждения, состоящие из вертикальной и наклонной частей. Горизонтальный коробчатый пояс жесткости установлен через прямоугольное отверстие, выполненное на ребрах охлаждения в месте перехода вертикальной части в наклонную. Поперечный силовой элемент коробчатого сечения установлен в верхней части анодного кожуха. Металлический уголок закреплен на верхней части поперечного элемента. Он предназначен для предотвращения прилипания анодной массы. Поперечный силовой элемент коробчатого сечения состоит из вертикальных и горизонтальных стенок. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающий короб с продольными и торцевыми стенками и элементами жесткости, выполненными в виде замкнутой расположенной по периметру короба в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, и по крайней мере одним поперечным силовым элементом, жестко соединенным с силовой рамой, отличающийся тем, что внутри жесткой силовой рамы по всему периметру установлены вертикальные ребра жесткости, прикрепленные к внешней и внутренней стенкам силовой рамы, для дополнительного охлаждения кожуха ниже жесткой силовой рамы по периметру короба жестко прикреплены ребра охлаждения, состоящие из вертикальной и наклонной частей, причем в месте перехода вертикальной части в наклонную выполнено прямоугольное отверстие, через которое дополнительно установлен с зазором относительно внутренней стенки короба и жесткой силовой рамы горизонтальный коробчатый пояс жесткости, при этом поперечный силовой элемент выполнен коробчатым сечением и на верхней его части закреплен металлический уголок для предотвращения налипания анодной массы.2. Анодный кожух по п.1, отличающийся тем, что зазор между коробчатым поясом жесткости и стенкой короба составляет 0,01-0,1, а зазор между коробчатым поясом жесткости и силовой рамой 0,05-0,3 высоты стенок короба.3. Анодный кожух по п.1, отличающийся тем, что вертикальные ребра жесткости прикреплены к внешним стенкам жесткой силовой рамы электрозаклепками с шагом, равным 0,05-0,8 высоты стенок короба.4. Анодный кожух по п.1, отличающийся тем, что высота поперечного силового элемента составляет 0,1-0,2, а ширина - 0,03-0,1 высоты стенок короба, при этом толщина вертикальных стенок поперечного силового элемента составляет 0,01-0,03, а толщина горизонтальных стенок - 0,003-0,01 высоты стенок короба.