ОШИНОВКА АНОДНАЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ Российский патент 2017 года по МПК C25C3/16 

Область техники

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза, и может быть применено в ошиновках анодных алюминиевых электролизеров с обожженными анодами при поперечном или продольном их расположении в корпусе.

Уровень техники

Известна анодная ошиновка электролизера с самообжигающимся анодом с боковым токоподводом по патенту RU 2111290, МПК С25С 3/16, опубл. 20.05.1998. Конструкция анодной ошиновки состоит из продольных пакетов шин, поперечных пакетов, анодных стояков и пакетов гибких лент, осуществляющих соединение жестких пакетов со стояками.

К пакетам шин и по всей их длине приварены жесткие анодные спуски, на которых в двух горизонтах установлены зажимы, причем шаг расстановки анодных спусков соответствует шагу установки токоведущих штырей в угольном аноде по горизонтали, а шаг установки зажимов на спусках соответствует шагу установки штырей по вертикали. Данная конструкция ошиновки анодной эксплуатируется на электролизерах с самообжигающимся анодом с боковым токоподводом.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности использования ее на электролизерах с обожженными анодами.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является анодное устройство электролизера с обожженными анодами по патенту RU 2224052, МПК С25С 3/16, опубл. 20.02.2004 г., в котором анодная ошиновка состоит из дальних и ближних пакетов шин, соединенных с пакетами гибких лент анодного стояка. Дальний и ближний пакеты шин электрически соединены между собой алюминиевыми поперечными балками, которые в торцах снабжены наконечниками, установленными в отверстиях пакетов шин. На пакетах шин ошиновки анодной с помощью зажимов закреплены с определенным шагом обожженные аноды. Вертикальное перемещение ошиновки с анодами осуществляется механизмом. Кроме этого для электрического соединения дальнего пакета шин ошиновки анодной с гибкими пакетами стояка используются дополнительные шины, пропущенные через окна балки-коллектора.

Недостатком данной конструкции является то, что дальние и ближние пакеты шин выполнены одинаковым сечением, при этом распределение тока по шине происходит неравномерно с разной плотностью тока, что приводит к увеличению веса и расхода материала (алюминия) токоведущей конструкции ошиновки анодной. Также при такой конструкции ошиновки анодной продольное расположение электролизера в корпусе невозможно. Дополнительным недостатком данной конструкции является то, что гибкие ленты анодного стояка привариваются к пакету шин, что делает данный узел не разборным.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в равномерном распределении тока по анодной ошиновке и снижении веса и расхода материала (алюминия) токоведущей конструкции. Поставленная задача решается тем, что в ошиновке анодной алюминиевого электролизера с обожженными анодами, содержащей шинопровод, состоящий из шин, образующих с помощью алюминиевых перемычек замкнутый контур и соединенных между собой поперечными стальными распорками, аноды, закрепленные с определенным шагом на шинах шинопровода с помощью зажимов, согласно заявляемому изобретению шины в шинопроводе выполнены разной толщины, образуя при этом переменное сечение шинопровода по его длине с уменьшением сечения по направлению течения тока в шинопроводе, а толщина шины (b, мм) на определенной длине шинопровода, кратной шагу установленных на шинопроводе анодов, составляет:

где:

j_cp - средняя плотность тока в шинопроводе, А/мм²;

Н - высота шины, мм;

I_i - сила тока, измеренная по направлению тока в сечении шины перед каждым анодом, закрепленным на данной шине, А;

К - количество анодов закрепленных на одной шине, шт.;

при этом средняя плотность тока в шинопроводе составляет 0,2-0,8 А/мм², а высота шины Н является постоянной величиной.

Интервал средней плотности тока в шинопроводе принят конструктивно, так при плотности тока менее 0,2 А/мм² увеличиваются габариты токоведущих алюминиевых шин, соответственно, и их масса, что приводит к удорожанию конструкции, а при плотности тока более 0,8 А/мм² повышается температура шинопроводов, уменьшаются прочностные характеристики токоведущих шин, а также увеличивается расход электроэнергии.

Способствуют достижению поставленной технической задачи дополнительные отличительные признаки.

В местах перехода сечений шинопровода шины соединены сваркой. Шинопровод содержит по меньшей мере три контактных элемента, размещенных на его торцах с возможностью разъемного соединения шинопровода со стояками катодной ошиновки предыдущего электролизера. Шинопровод неподвижно закреплен на стальной балке для повышения надежности работы конструкции.

Алюминиевые перемычки по торцам шинопровода выполнены в виде набора алюминиевых пластин толщиной 0,5-20 мм, что позволяет равномерно распределять ток по шинопроводу при замене анодов.

Зажимы для крепления анодов размещены вдоль всей длины шинопровода, при этом расстояние между центральными зажимами анодов равно расстоянию между двумя любыми другими зажимами анодов, установленными один за другим, или больше этого расстояния на 30-200 мм для возможности заведения носка вакуумного ковша забора металла.

Анодная ошиновка электролизера с обожженными анодами, монтируется через механизмы перемещения ошиновки анодной на балку-коллектор анодного устройства электролизера с обожженными анодами с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Шинопровод крепится на стальную балку с подвесами, которые механически связаны с механизмом перемещения ошиновки анодной. Для придания жесткости закольцованной алюминиевой ошиновке она снабжена стальными перемычками, которые смонтированы по торцам и в центральной части ошиновки анодной.

Для исключения износа алюминиевых шин в местах контакта с алюминиевой штангой анода приварены пластины контактные. Удержание анодов электролизера с обожженными анодами осуществляется за счет зажимов, которые смонтированы на алюминиевых шинах с определенным шагом.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображена ошиновка анодная алюминиевого электролизера с обожженными анодами с продольной стороны; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (вид сверху); на фиг. 3 - изображен разрез Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 - изображен шинопровод; на фиг. 5 - изображен разрез В-В фиг. 2.

Ошиновка анодная электролизера с обожженными анодами содержит следующие конструктивные элементы:

1. Ошиновка анодная;

2. Балка-коллектор;

3. Механизм перемещения анода;

4. Винтовые домкраты;

5. Подвес ошиновки анодной;

6. Шинопровод;

7. Алюминиевая шина;

8. Стальная балка;

9. Алюминиевые пластины;

10. Стальная торцевая распорка;

11. Стальная центральная распорка;

12. Зажим;

13. Анод;

14. Пластина контактная;

15. Контактный элемент.

Конструкция ошиновки анодной 1 электролизера с обожженными анодами установлена на балку-коллектор 2 через механизм перемещения анода 3, винтовые домкраты 4 которого соединены с подвесами ошиновки 5, содержит шинопровод 6, изготовленный из алюминиевых шин 7. Шинопровод 6 в свою очередь с помощью болтового соединения закреплен неподвижно на стальной балке 8. По торцам шинопровод 6 снабжен набором алюминиевых пластин 9 и стальными торцевыми распорками 10. С целью увеличения жесткости ошиновки анодной 1 алюминиевые шины 7 шинопровода 6 в центральной части поперечно соединены как минимум одной стальной центральной распоркой 11. На боковых поверхностях алюминиевых шин 7 шинопровода 6 смонтированы зажимы 12 для удержания анодов 13 и пластины контактные 14 для передачи тока анодам 13. По торцам шинопровода 6 с помощью алюминиевой сварки смонтированы контактные элементы 15 для подсоединения стояков катодной ошиновки (на рисунках не показаны).

Осуществление изобретения

Работа ошиновки анодной 1 заключается в передаче тока к анодам 13 и далее через расплав к катодному узлу электролизера. Ток по катодной ошиновке от предыдущего электролизера поступает на катодные стояки последующего электролизера, и далее на контактные элементы 15 шинопровода 6 ошиновки анодной 1. Для обеспечения необходимой жесткости шинопровод 6 с помощью болтового соединения крепится к стальной балке 8. Стальные торцевые распорки 10 установленные по торцам анодной ошиновки, и установленная по меньшей мере одна стальная центральная распорка 11 служат для придания жесткости конструкции анодной ошиновки. Поступивший ток в шинопроводе 6 распределяется по алюминиевым шинам 7, сечение которых уменьшается по направлению тока, тем самым уравновешивая плотность тока по всей длине шинопровода 6. Распределившийся по шинопроводу 6 ток, проходя через пластины контактные 14, которые служат для исключения износа алюминиевых шин 7 в местах контакта штанги анода 13, поступает к алюминиевым штангам анодов 13, крепление которых на ошиновке анодной 1 осуществляется с помощью зажимов 12. С целью компенсации токовой нагрузки при замене анодов 13 по торцам алюминиевые шины 7 шинопровода 6 соединены между собой алюминиевыми перемычками, которые выполнены в виде набора алюминиевых пластин 9. Вертикальное перемещение ошиновки анодной 1 осуществляется за счет установленного на балке-коллекторе 2 механизма перемещения анода 3, винтовые домкраты 4 которого соединены с подвесом ошиновки анодной 5.

Промышленные испытания предлагаемой ошиновки анодной проводились на электролизерах Содерберг и на электролизерах с обожженными анодами. При равномерном распределении тока по анодной ошиновке достигнута экономическая эффективность технического решения за счет снижения веса ошиновки.

Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить более рациональное использование токоведущих шин на электролизере, равномерное распределение тока по анодной ошиновке и достичь снижения веса и расхода материала (алюминия) токоведущей конструкции.

Изобретение относится к анодной ошиновке алюминиевых электролизеров с обожженными анодами при поперечном или продольном их расположении в корпусе. Ошиновка содержит шинопровод, состоящий из шин, образующих с помощью алюминиевых перемычек замкнутый контур и соединенных между собой поперечными стальными распорками, аноды, закрепленные с заданным шагом на шинах шинопровода с помощью зажимов. Шины в шинопроводе выполнены разной толщины, образуя при этом переменное сечение шинопровода по его длине с уменьшением сечения по направлению течения тока в шинопроводе, а толщина шины (b, мм) на определенной длине шинопровода, кратной шагу установленных на шинопроводе анодов, составляет: где: j_cp - средняя плотность тока в шинопроводе, А/мм²; Н – высота шины, мм, I_i - сила тока, измеренная по направлению тока в сечении шины перед каждым анодом, закрепленным на данной шине, А; К - количество анодов, закрепленных на одной шине, шт.; при этом средняя плотность тока в шинопроводе составляет 0,2-0,8 А/мм², а высота шины Н является постоянной величиной. Обеспечивается более эффективное использование токоведущих шин на электролизере, равномерное распределение тока по анодной ошиновке и снижение веса и расхода материала (алюминия) токоведущей конструкции. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ошиновка анодная алюминиевого электролизера с обожженными анодами, содержащая шинопровод, состоящий из шин, образующих с помощью алюминиевых перемычек замкнутый контур и соединенных между собой поперечными стальными распорками, аноды, закрепленные с заданным шагом на шинах шинопровода с помощью зажимов, отличающаяся тем, что шины в шинопроводе выполнены разной толщины с образованием переменного сечения шинопровода по его длине и с уменьшением сечения по направлению течения тока в шинопроводе, а толщина шины (b, мм) на заданной длине шинопровода, кратной шагу установленных на шинопроводе анодов, составляет:

где:

j_cp - средняя плотность тока в шинопроводе, А/мм² ,

Н - высота шины, мм,

I_i - сила тока, измеренная по направлению тока в сечении шины перед каждым анодом, закрепленным на данной шине, А,

K - количество анодов закрепленных на одной шине, шт.,

при этом средняя плотность тока в шинопроводе составляет 0,2-0,8 А/мм², а высота шины H является постоянной величиной.

2. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что в местах перехода сечений шинопровода шины соединены сваркой.

3. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что шинопровод содержит по меньшей мере три контактных элемента, размещенных на его торцах с возможностью разъемного соединения шинопровода со стояками катодной ошиновки предыдущего электролизера.

4. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что шинопровод неподвижно закреплен на стальной балке.

5. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что алюминиевые перемычки по торцам шинопровода выполнены в виде набора алюминиевых пластин толщиной 0,5-20 мм.

6. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что зажимы для крепления анодов размещены вдоль всей длины шинопровода, при этом расстояние между центральными зажимами анодов равно расстоянию между двумя любыми другими зажимами анодов, установленными один за другим, или больше этого расстояния на 30-200 мм.