КОЖУХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2019 года по МПК C25C3/08 C25C3/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится в общем к технической области производства алюминия электролизом в электролизере, содержащем ванну на основе криолита (далее называемую «криолитовой ванной»).

Точнее, оно относится к кожуху электролизера, предназначенному для содержания такой криолитовой ванны. Аноды являются, в частности, углеродными предварительно обожженного типа.

Представление уровня техники

Алюминий главным образом получают электролизом глинозема, растворенного в криолитовой ванне.

В настоящее время производство алюминия в промышленном масштабе осуществляют в электролизере, содержащем, в частности:

- стальной кожух в форме параллелепипеда, включающий в себя днище и боковые стенки, причем кожух является открытым в своей верхней части,

- огнеупорную футеровку, покрывающую днище и боковые стенки кожуха,

- катод на основе катодных блоков из углеродного материала, установленных в кожухе и соединенных с электрическими проводниками, служащими для проведения тока электролиза.

Электролизер также включает в себя криолитовую ванну, содержащуюся в кожухе и состоящую в основном из криолита и растворенного глинозема.

Предварительно обожженный углеродный блок, составляющий анод анодного узла, погружен в криолитовую ванну и расходуется по мере протекания реакции электролиза с получением алюминия.

На кожухе электролизера установлена пересекающая его надстройка. Эта надстройка, например, размещена на кожухе и простирается над проемом кожуха. Надстройка позволяет поддерживать различные элементы электролизера, расположенные на уровне выше проема кожуха, такие как:

- средства подъема, предусмотренные для опускания анода в электролизер по мере его расходования,

- средства подачи реагентов, предусмотренные для обеспечения возможности введения в криолитовую ванну реагентов, расходуемых в ходе реакции электролиза,

- устройство сбора отходящих газов, предусмотренное для предотвращения выброса в атмосферу загрязняющих газов, образующихся в ходе реакции электролиза, таких как диоксид углерода, монооксид углерода, диоксид серы и газообразный фтороводород.

Наконец, электролизер, как правило, имеет колокол, содержащий ряд крышек, размещенных между верхними кромками кожуха и надстройкой. Колокол предусмотрен для того, чтобы закрывать открытую верхнюю часть между кожухом и надстройкой для удержания отходящих газов внутри электролизера.

В подине электролизера образуется слой жидкого алюминия, периодически удаляемый путем откачки или слива.

Недостатком этого типа электролизеров являются риски выхода наружу газообразных загрязнителей. Эти риски выхода газов могут иметь различные причины.

В частности, различные продукты, используемые в реакции электролиза, такие как продукты засыпки, - могут накапливаться на бортах кожуха, на которые опираются крышки. Это накопление продуктов может препятствовать правильному размещению крышек. Это вызывает возникновение утечек загрязняющих газов на уровне верхней кромки кожуха и между крышками, расположенными на каждой стороне электролизера.

Также через колокол проходят анодные штанги анодных узлов. Эти анодные штанги связаны со средствами динамического уплотнения, предусмотренными для предотвращения выхода газа через сочленения между колоколом и анодными штангами. Однако, средства динамического уплотнения могут быть повреждены, особенно при манипуляциях с анодными штангами для замены израсходованного анода новым анодом. Повреждение средств динамического уплотнения приводит к возникновению утечек загрязняющего газа на сочленениях между колоколом и анодными штангами.

Другой недостаток этого типа электролизеров относится к кинематике движения анодных узлов при замене израсходованного анода новым анодом. Присутствие надстройки выше проема в кожухе создает препятствие вертикальному движению анодных узлов. Поэтому необходимо использовать сложную кинематику движения анодных узлов вокруг этой надстройки, чтобы можно было их извлечь из электролизера.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить электролизер, позволяющий преодолеть по меньшей мере один из вышеупомянутых недостатков. В частности, задачей настоящего изобретения является предложение электролизера, который обладает улучшенной герметичностью по газообразным загрязнителям и в котором облегчено извлечение анодных узлов.

Сущность изобретения

Для этой цели в изобретении предложен электролизер, используемый для получения алюминия, содержащий кожух, покрытый футеровкой и включающий в себя днище и боковые стенки, причем кожух предназначен для удерживания криолитовой ванны, характеризующийся тем, что электролизер дополнительно содержит укрытие, включающее в себя боковые стенки, простирающиеся выше боковых стенок кожуха, причем по меньшей мере одна из боковых стенок укрытия смещена наружу кожуха по отношению к боковым стенкам кожуха, и тем, что смещенные боковые стенки кожуха и укрытия механически соединены фланцем, включающим в себя по меньшей мере одно окно, через которое проходит соответствующий элемент электролизера, поступательно движущийся вдоль оси T-T' через окно.

В контексте настоящего изобретения боковая стенка укрытия считается смещенной по отношению к боковой стенке кожуха, когда нижняя кромка боковой стенки укрытия горизонтально смещена по отношению к верхней кромке боковой стенки кожуха. Наружу кожуха означает в сторону, противоположную внутреннему пространству кожуха по отношению к боковой стенке.

Фланец простирается преимущественно между нижней кромкой смещенной боковой стенки укрытия и верхней кромкой боковой стенки кожуха. Точнее говоря, фланец представляет собой физическую стенку, обеспечивающую герметичность между смещенными стенками укрытия и кожухом, с которыми он соединяется механически. Фланец также может преимущественно поддерживать и обеспечивать механическую целостность укрытия.

Электролизер содержит один (или более) фланец(ев) между кожухом и укрытием. Каждый фланец включает в себя одно (или более) окно (окон), через которое(ые) проходит(ят) элемент (элементы), поступательно движущий(ие)ся вдоль оси трансляции T-T' через окно (окна), в частности, перпендикулярно плоскости, в которой простирает(ют)ся упомянутое(ые) окно (окна).

Эта конкретная компоновка (т.е. узел фланец/окно для прохождения соответствующего элемента электролизера, поступательно движущегося вдоль оси T-T' через окно) позволяет ограничить размеры окна (окон) для предотвращения выхода загрязняющих газов наружу из электролизера через них.

Эта конкретная компоновка также позволяет установить подвижные элементы электролизера, такие как подъемные устройства или устройства пробивки, на периферии кожуха, в отличие от электролизеров уровня техники, в которых подвижные подъемные устройства и/или устройства пробивки, как правило, расположены на одной линии с проемом, заданным стенками кожуха. Факт размещения подъемных устройств и/или устройств пробивки на периферии кожуха означает отсутствие препятствия вертикальному ходу перемещения анодных узлов. Это позволяет облегчить изготовление герметичного укрытия и замену анодных узлов через верх электролизера, без необходимости в реализации сложной кинематики движения анодных узлов.

Укрытие позволяет удерживать отходящие из электролизера газы, что облегчает их улавливание и обработку. Укрытие преимущественно содержит систему съемных крышек, закрывающую проем, образованный верхними частями боковых стенок укрытия, для того, чтобы выполнять без каких-либо помех замену анодного узла через верх электролизера. В системе съемных крышек создают отверстие для извлечения или введения анодного узла из/в укрытие.

Предпочтительные, но не ограничивающие особенности электролизера согласно изобретению являются следующими.

Предпочтительно, кожух включает в себя первую и вторую поперечные боковые стенки и первую и вторую продольные боковые стенки, укрытие включает в себя первую и вторую поперечные боковые стенки, простирающиеся выше первой и второй поперечных боковых стенок кожуха, и первую и вторую продольные боковые стенки, простирающиеся выше первой и второй продольных боковых стенок кожуха, причем первая продольная боковая стенка укрытия смещена наружу кожуха относительно первой продольной боковой стенки кожуха, а первые продольные боковые стенки кожуха и укрытия механически соединены фланцем, включающим в себя по меньшей мере одно окно, через которое проходит соответствующий элемент электролизера, движущийся поступательно вдоль оси T-T' через окно.

Фланец преимущественно образован на по меньшей мере одной продольной стороне электролизера, вдоль которой могут быть распределены подъемные устройства и/или устройства пробивки.

В дополнение, в частности, первая и вторая продольные боковые стенки укрытия смещены наружу кожуха по отношению к соответствующим первой и второй продольным боковым стенкам кожуха, причем соответствующие первая и вторая продольные боковые стенки кожуха и укрытия механически соединены фланцами, причем каждый фланец включает в себя по меньшей мере одно окно, через которое проходит соответствующий элемент электролизера, поступательно движущийся вдоль оси T-T' через окно.

Первая и вторая продольные боковые стенки кожуха простираются между и над первой и второй продольными боковыми стенками укрытия.

Фланец, таким образом, преимущественно выполнен на двух противоположных продольных сторонах электролизера таким образом, чтобы сделать симметричными подъемные устройства и/или устройства пробивки, каждое из которых обычно связано с устройством питания глиноземом.

Электролизер может дополнительно содержать четыре периферийных фланца, простирающихся между верхними кромками боковых стенок кожуха и нижними кромками боковых стенок укрытия. Это, в частности, позволяет расставить поступательно перемещающиеся элементы между четырьмя боковыми стенками кожуха и четырьмя боковыми стенками укрытия.

Каждый фланец может составлять часть кожуха и/или укрытия. Например:

- кожух может содержать два периферийных фланца, простирающихся наружу от заданного кожухом объема, вдоль верхних кромок первой и второй продольных боковых стенок кожуха, причем укрытие не имеет никакого фланца и помещено на фланцы кожуха,

- укрытие может содержать два периферийных фланца, простирающихся вовнутрь заданного укрытием объема, вдоль нижних кромок первой и второй продольных боковых стенок укрытия, причем кожух не имеет никакого фланца, и укрытие помещено на верхние кромки боковых стенок кожуха,

- кожух и укрытие могут иметь по два периферийных фланца - фланцы кожуха, простирающиеся наружу от заданного кожухом объема вдоль верхних кромок первой и второй продольных боковых стенок кожуха, и фланцы укрытия, простирающиеся вовнутрь заданного укрытием объема вдоль нижних кромок первой и второй продольных боковых стенок укрытия; тот факт, что и кожух, и укрытие имеют фланцы, облегчает возможность опирания укрытия на кожух и позволяет повысить стабильность составной конструкции, составленной из кожуха и укрытия,

- кожух и укрытие также могут представлять собой один и тот же моноблочный элемент, также содержащий фланец или фланцы.

И кожух, и укрытие предпочтительно имеют форму параллелепипеда. Тогда электролизер будет выгодно иметь форму двух параллелепипедов, помещенных друг на друга, причем верхний параллелепипед (укрытие) будет чуть шире, чем нижний параллелепипед (кожух).

Предпочтительно, каждое окно простирается в плоскости, перпендикулярной оси трансляции T-T'. Ось трансляции T-T' может быть вертикальной (или практически вертикальной). В этом случае каждое окно простирается в горизонтальной плоскости. Аналогично, каждый фланец может быть практически горизонтальным. Тогда облегчается обеспечение герметичности между окном фланца и поступательно перемещающимся элементом электролизера.

В альтернативном варианте реализации каждое окно имеет форму, комплементарную форме поперечного сечения соответствующего элемента электролизера, проходящего через упомянутое окно, в частности, гомотетичной формы. Это позволяет минимизировать размеры зазора между окном и перемещающимся элементом для того, чтобы ограничить риск выхода загрязняющих газов через упомянутый зазор. В некоторых вариантах реализации каждый элемент проходит сквозь соответствующее окно через динамическое уплотнение, в частности кольцеобразное. Каждое уплотнение устанавливают, например, по периметру окна, вокруг поступательно перемещающегося элемента. Это позволяет дополнительно повышать герметичность электролизера. Предпочтительно, каждое окно электрически изолировано от проходящего через него элемента.

Согласно альтернативному варианту реализации фланец содержит по меньшей мере один выступ, выступающий в направлении, противоположном днищу кожуха, причем окно образовано в этом по меньшей мере одном выступе.

Поэтому окно, сделанное в верхней части выступа, приподнято относительно высоты криолитовой ванны для того, чтобы ограничивать воздействие на элементы, поступательно движущиеся через окно, тепла, выделяемого криолитовой ванной, газов и продукта засыпки.

Различные типы поступательно перемещающихся элементов могут быть связаны с окном. Например, когда электролизер включает в себя по меньшей мере один анодный узел, опирающийся на анодоприемники, поступательно перемещающиеся вдоль оси трансляции T-T' для погружения анодного узла в или его извлечения из криолитовой ванны, окна фланца могут быть связаны с упомянутыми анодоприемниками, причем каждое окно позволяет соответствующему анодоприемнику проходить сквозь него.

Согласно предпочтительному варианту реализации анодный узел пересекает электролизер от одной продольной боковой стенки укрытия до другой и покоится на двух анодоприемниках, проходящих через окна двух фланцев, расположенных на противоположных продольных сторонах электролизера. Анодный узел тогда покоится на средствах опоры и поступательного перемещения, идеально стабилен и не оказывает влияния на герметичность укрытия.

Конечно, эти окна (или другие окна) могут быть связаны с другими типами поступательно движущегося элемента, такими как устройство пропускания электрического тока для запитывания анода электрическим токам, или же устройство пробивки.

В частности, в одном варианте реализации электролизер содержит устройство пробивки, предназначенное для создания отверстия в корке, образующейся на поверхности криолитовой ванны, для обеспечения возможности питания, в частности глиноземом, криолитовой ванны, а фланец имеет по меньшей мере одно окно, через которое проходит устройство пробивки, в частности, деталь (стержень) устройства пробивки, движущая(ий)ся поступательно.

Поэтому, окна, связанные с устройствами пробивки, приподняты относительно высоты криолитовой ванны, для ограничения воздействия на устройства пробивки выделяемого криолитовой ванной тепла, газов и продукта засыпки.

Предпочтительно, каждый фланец содержит по меньшей мере одно устройство крепления на противоположной днищу стороне фланца, например, плиту, имеющую сквозное отверстие и образующую точку крепления для транспортировки кожуха. Это позволяет облегчить перемещение электролизера с помощью погрузочно-разгрузочного агрегата, обычно содержащего мостовой кран, тележку, способную перемещаться по мостовому крану, которая разъемно присоединяется к кожуху с использованием, например, подъемных балок.

Каждый фланец может простираться вдоль всей длины продольной (или, соответственно, поперечной) боковой стенки кожуха и/или укрытия. Это позволяет устанавливать поступательно перемещаемые вдоль оси T-T' элементы по всей длине (или, соответственно, ширине) электролизера.

Преимущественно, боковые стенки укрытия и кожуха могли бы служить в качестве точки крепления на периферии электролизера для оборудования, обычно закрепляемого в уровне техники над проемом кожуха. Таким образом, электролизер может содержать средства подъема анодных узлов, устройств пробивки, газосборную систему и устройство питания глиноземом, которые прикреплены к боковым стенкам укрытия и/или к боковым стенкам кожуха.

Предпочтительно, кожух, фланец(цы) и укрытие являются моноблочными. Это позволяет ограничить риски утечки на стыках между кожухом, фланцем(ами) и укрытием, что может быть связано с проблемами термического расширения. В качестве альтернативы, кожух, фланец(ы) и укрытие могут быть выполнены из двух (или более чем двух) частей.

Краткое описание фигур

Другие преимущества и характеристики электролизера станут ясными из нижеследующего описания нескольких альтернативных вариантов реализации, приведенных в качестве неограничивающих примеров, и из прилагаемых чертежей, на которых:

- Фигура 1 показывает вид в продольном разрезе электролизера,

- Фигура 2 показывает вид в поперечном разрезе двух соседних электролизеров,

- Фигура 3 представляет собой частичный вид электролизера с устройством пробивки.

- Фигура 4 представляет собой схематическое изображение в перспективе кожуха электролизера,

Фигура 5 показывает изображение в перспективе электролизера.

Подробное описание

Теперь мы опишем пример электролизера по изобретению. На этих различных фигурах эквивалентные элементы несут на себе одинаковые ссылочные номера.

Выражения «боковая стенка», «днище» и «верхний проем» будут использоваться далее в тексте применительно к прямоугольному параллелепипеду.

Читателю следует учитывать, что в контексте настоящего изобретения:

- «днище» означает горизонтальную стенку прямоугольного параллелепипеда, расположенную около земли,

- «верхний проем» означает отверстие, выполненное в горизонтальной стенке прямоугольного параллелепипеда, противоположной днищу,

- «боковая сторона/стенка» означает вертикальную грань/стенку прямоугольного параллелепипеда, простирающуюся в плоскости, перпендикулярной днищу,

- «продольные стороны/стенки» означает вертикальные грани/стенки прямоугольного параллелепипеда, по меньшей мере один размер которых больше, чем размеры других боковых граней/стенок,

- «поперечные стороны/стенки» означает вертикальные грани/стенки, простирающиеся перпендикулярно продольным граням/стенкам.

Обращаясь к фигурам 1-3, там проиллюстрирован пример электролизера по изобретению.

Электролизер в форме практически прямоугольного параллелепипеда содержит кожух 1, укрытие 2, множество анодных узлов 3, катод 4, газосборное устройство 5, одно (или более) устройство(а) 6 пробивки и несколько подъемных устройств 7.

Этот электролизер применим для производства алюминия. Он может быть связан с множеством других электролизеров, возможно идентичных, причем различные электролизеры расположены последовательно друг за другом, а два последовательных электролизера являются смежными по одной из своих продольных боковых стенок.

Обращаясь к фигуре 4, кожух 1 электролизера имеет в целом форму параллелепипеда. Он содержит днище 10, первую и вторую поперечные боковые стенки 11 и первую и вторую продольные боковые стенки 12. Кожух 1 также имеет контрфорсы 13, простирающиеся на внешних сторонах днища 10 и боковых стенок 11, 12. Эти контрфорсы 13 обеспечивают механическое усиление кожуха 1.

Кожух 1 может быть металлическим, например, из стали. Внутренние стороны днища 10 и боковых стенок 11, 12 кожуха 1 покрыты огнеупорными блоками 14, обеспечивающими термоизоляцию кожуха 1. Блоки 14 могут включать в себя, например огнеупорные кирпичи и/или углеродные блоки.

Укрытие 2 образует закрытый объем удержания газов над криолитовой ванной 19, в котором движутся анодные узлы 3.

Укрытие 2 покоится на верхних кромках кожуха 1. Оно содержит первую и вторую поперечные боковые стенки 21 и первую и вторую продольные боковые стенки 22, прикрепленные к кожуху 1.

Предпочтительно, боковые стенки 21, 22 укрытия 2 смещены наружу относительно боковых стенок 11, 12 кожуха 1 так, что упомянутые боковые стенки 21, 22 укрытия 2 простираются вокруг и выше боковых стенок 11, 12 кожуха 1, причем боковые стенки 11, 12, 21, 22 кожуха 1 и укрытия 2 механически соединены фланцами 16, 17, которые более подробно будут описаны ниже.

Укрытие 2 также включает в себя съемную крышку 23 для закрытия верхнего проема, заданного четырьмя боковыми стенками 21, 22 укрытия 2. Крышка 23 может состоять из комплекта панелей, простирающихся в целом в одной плоскости, и опираться на верхние кромки боковых стенок 21, 22 укрытия 2, а точнее, на газоулавливающие короба, простирающиеся на уровне верхних кромок укрытия 2.

Кожух 1 открыт в своей верхней части 15. Электролизер имеет один (или более) периферийный(ых) фланец(ев) 16, 17 между верхними кромками боковых стенок кожуха и нижними кромками боковых стенок укрытия.

Каждый периферийный фланец 16, 17 простирается во внешнюю сторону наружу кожуха 1 (или, соответственно, вовнутрь укрытия), параллельно днищу 10 кожуха 1. Фланцы могут составлять часть кожуха 1 и/или укрытия 2.

Каждый фланец 16, 17 связан с боковой стенкой 11, 12 (или, соответственно, 21, 22) кожуха 1 (или, соответственно, укрытия).

В частности, в варианте реализации, показанном на фигуре 4, кожух содержит четыре периферийных фланца 16, 17, простирающихся вдоль одной из верхних кромок боковых стенок 11, 12 кожуха 1:

- два продольных периферийных фланца 16, причем каждый продольный периферийный фланец 16 простирается вдоль верхней кромки соответствующей продольной боковой стенки 12 кожуха 1,

- два поперечных периферийных фланца 17, причем каждый поперечный периферийный фланец 17 простирается вдоль верхней кромки соответствующей поперечной боковой стенки 11 кожуха 1,

В качестве альтернативы, кожух 1 (и/или укрытие) может (могут каждый) включать в себя:

- один продольный периферийный фланец 16, или

- два продольных периферийных фланца 16, или

- один (два) продольный(х) периферийный(х) фланец(ца) 16 и один поперечный периферийный фланец 17.

Каждый фланец 16, 17 может содержать один (или более) окно (окон) 18a, через которое(ые) проходит элемент электролизера, поступательно движущийся вдоль оси T-T' при эксплуатации электролизера. Этот элемент электролизера может быть деталью подъемного устройства 7, движущегося поступательно вдоль оси трансляции T-T', такого как анодоприемник 72 подъемного устройства 7, которое более подробно будет описано ниже.

Таким образом, каждое окно 18a связано с соответствующим проходящим через него элементом электролизера, причем упомянутый элемент электролизера перемещается поступательно вдоль оси трансляции T-T' между двумя крайними положениями.

Преимущественно, каждое окно 18a простирается в плоскости, перпендикулярной оси трансляции T-T'. Это позволяет уменьшить размеры окон 18a, делая их независимыми от хода элементов, движущихся поступательно вдоль оси трансляции T-T'.

В варианте реализации, проиллюстрированном на фигуре 2, каждое окно 18a связано с соответствующим анодоприемником 72, поступательно движущимся по вертикали вдоль оси трансляции T-T'. В этом случае окно 18a простирается в горизонтальной плоскости. Это же верно для каждого фланца 16, 17.

Форма каждого окна 18a может быть комплементарной форме поперечного сечения (вдоль плоскости, перпендикулярной оси трансляции T-T') элемента, проходящего через упомянутое окно. Это позволяет минимизировать размеры окна для ограничения риска выхода загрязняющих газов за пределы электролизера. Обращаясь к фигуре 4, каждое окно 18a имеет прямоугольную форму, комплементарную прямоугольной форме поперечного сечения связанных с ним анодоприемников 72.

Преимущественно, каждое окно 18a кожуха 1 может содержать уплотнение, простирающееся по его кромкам, так что уплотнение окружает поступательно перемещающийся элемент, связанный с окном. Это позволяет повысить герметичность электролизера для ограничения риска выхода загрязняющих газов через окна.

Уплотнение может быть предназначено взаимодействовать с уплотнительной частью, расположенной на скользящем элементе. В этом случае уплотнительная часть простирается вдоль зоны элемента, скользящей через уплотнение в ходе поступательного движения элемента между его крайними положениями. Таким образом, обеспечивается герметичность электролизера, несмотря на поступательное движение элемента.

Динамическое уплотнение, обычно кольцеобразное, вокруг уплотнительной части также может служить в качестве электроизоляции, если скользящий элемент не находится под тем же электрическим потенциалом, что и кромки пересекаемого им окна.

Каждый (или некоторые) фланец(цы) 16, 17 также может (могут) содержать одно (или более) окно (окон) 18b, через которое проходит деталь устройства 6 пробивки, что более подробно будет описано ниже.

Форма каждого окна 18b может быть комплементарной форме поперечного сечения (вдоль плоскости, перпендикулярной оси трансляции T-T') детали, проходящей через упомянутое окно 18b, для ограничения риска выхода загрязняющих газов наружу из электролизера. Обращаясь к фигуре 5, каждое окно 18b имеет круглую форму, комплементарную цилиндрической форме связанной с ним детали устройства 6 пробивки.

Уплотнение может быть предусмотрено на кромках каждого окна 18b, вследствие чего уплотнение окружает поступательно перемещающуюся деталь устройства 6 пробивки.

Уплотнение может быть предназначено взаимодействовать с уплотнительной частью, расположенной на детали устройства 6 пробивки, причем эта часть простирается по всей зоне детали, скользящей через уплотнение при поступательном перемещении детали между ее крайними положениями.

Окна 18a и 18b могут простираться в совпадающих плоскостях.

В качестве альтернативы и как показано на фигуре 5, окна 18a и 18b могут простираться в различных плоскостях.

В частности, в варианте реализации, показанном на фигуре 5, каждый фланец 16, 17 имеет выступы, выступающие в направлении, противоположном днищу 10 кожуха 1.

Каждый выступ имеет горизонтальную площадку, в которой выполнено соответствующее окно 18b, вследствие чего окна 18b простираются на большей высоте, чем высота окон 18a.

Преимущественно, боковые стенки 21, 22 укрытия 2 могут упираться в верхние кромки кожуха 1 на свободных концах фланцев 16, 17. Отсюда следует, что площадь проема, заданного нижними кромками боковых стенок 21, 22 укрытия 2, практически равна сумме:

- площади фланцев 16, 17 и

- площади верхнего проема, заданного верхними кромками боковых стенок 11, 12 кожуха 1.

Предпочтительно, кожух 1, фланец(цы) 16, 17 и укрытие 2 являются моноблочными (т.е. единым целым). Это позволяет ограничить риски утечки на стыке между кожухом и укрытием. Эти риски в противном случае сильно возрастают из-за того, что кожух 1 и укрытие будут вести себя по-разному в отношении расширения, вызванного высокими рабочими температурами электролизера.

В качестве альтернативы, кожух, фланец(цы) 16, 17 и укрытие могут быть выполнены из двух (или более чем двух) частей. В одном варианте реализации и кожух 1, и укрытие 2 имеют фланцы, простирающиеся:

- для фланцев кожуха 1, вдоль (одной из) верхней кромки (кромок) (одной из) продольной (и поперечной) стенки (стенок) кожуха,

- для фланцев укрытия 2, вдоль (одной из) нижней кромки (кромок) (одной из) продольной (и поперечной) стенки (стенок) укрытия,

Фланец(цы) предпочтительно простирает(ют)ся перпендикулярно боковым стенкам кожуха 1 и укрытия 2, причем каждый фланец укрытия 2 может входить в контакт с соответствующим периферийным фланцем кожуха 1.

Присутствие фланцев на боковых стенках как кожуха 1, так и укрытия 2 позволяет облегчить опирание укрытия 2 на кожух 1 и позволяет повысить стабильность составной конструкции, состоящей из кожуха 1 и укрытия 2.

Как было указано выше, каждый фланец может простираться вдоль всей длины боковой стенки укрытия 2 (или, соответственно, кожуха 1), причем каждый из фланцев укрытия 2 и кожуха 1 содержит одно (или более) окно (окон) в совпадающих положениях, когда укрытие 2 размещено на кожухе 1.

Каждый анодный узел 3 содержит анод 31 и анодную конструкцию 32. Анодная конструкция 32 позволяет, во-первых, манипулировать анодом 31, а, во-вторых, подводить к нему электрический ток. В ходе реакции электролиза анод 31, погруженный в криолитовую ванну, расходуется. Анодные узлы 3 необходимо периодически заменять.

Анод 31 предпочтительно представляет собой блок из углеродного материала предварительно обожженного типа.

Анодные узлы 3, а точнее, анодная конструкция 32 каждого анодного узла 3, простирается поперечно в электролизере между продольными боковыми сторонами 22 укрытия 2. Анодная конструкция содержит, в частности, поперечину. Электролизер содержит множество анодных узлов 3, распределенных вдоль продольной оси электролизера.

Анодная конструкция может содержать арматуру, изготовленную из металла, обладающего хорошей механической прочностью, такого как сталь. Это позволяет анодной конструкции обеспечивать поддержание анодных узлов в подвешенном состоянии. Она также может содержать секции, изготовленные из металла, обладающего хорошей электропроводностью, такого как медь или алюминий. Это позволяет анодной конструкции обеспечивать подвод электрического тока для электропитания анодных узлов.

Катод 4 может включать в себя множество катодных блоков из углеродного материала.

Катод 4 соединен в своей нижней части с электропроводящими средствами отвода тока 41 электролиза, образованными, в частности, из одного или более проводников. Точнее говоря, каждый катодный блок имеет в своей нижней части по меньшей мере один паз, внутри которого расположено электропроводящее средство 41.

Хорошее физическое и электрическое соединение между катодным блоком 4 и электропроводящим средством 41 реализуют в пазу с помощью чугуна. Проводник проходит через кожух 1 на уровне отверстий, выполненных в кожухе 1, в частности, в днище 10 или продольных боковых стенках 12.

Проводник отводит электрический ток от катода для подачи его от одного электролизера к другому.

Газосборное устройство 5 позволяет улавливать для обработки загрязняющие газы, образующиеся в ходе реакции электролиза.

Газосборное устройство 5 содержит один (или более) газоулавливающий(х) короб(ов), на котором(ых) распределены всасывающие отверстия для всасывания газа.

Газоулавливающий(е) короб(а) связан(ы) с одним (или более) всасывающим(и) устройством(ами) (не показаны). Он(и) простирает(ют)ся по продольным боковым стенкам 22 укрытия 2 и, возможно, по поперечным боковым стенкам 21 укрытия 2. Наличие отверстий вдоль продольных стенок 22 укрытия 2 позволяет повысить эффективность сбора газообразных загрязнителей.

Преимущественно, число отверстий газосборного устройства 5 может быть равно числу устройств 6 пробивки, прикрепленных к электролизеру. В этом случае каждое отверстие может быть связано с соответствующим устройством 6 пробивки и расположено близко от него.

Преимущественно, каждый газоулавливающий короб может иметь квадратное или прямоугольное сечение и быть сделанным из материала, обладающего высокой механической прочностью, такого как сталь. Это позволяет повысить жесткость и прочность газоулавливающего короба. Таким образом, получается газоулавливающий короб, который, помимо его первичной функции отвода газов, может быть использован, в частности, в качестве стягивающего пояса узла, состоящего из кожуха 1 и укрытия 2, и в качестве крепежной опоры для различных элементов электролизера, таких как устройства 6 пробивки или подъемные устройства 7.

Придание нескольких функций газоулавливающему коробу позволяет ограничить габаритный размер электролизера и облегчить его изготовление.

Устройства 6 пробивки позволяют создавать отверстия в корке глинозема и настыли, образующейся на поверхности криолитовой ванны 19 в ходе реакции электролиза.

Эти отверстия создают регулярно для обеспечения возможности добавления различных соединений, таких как глинозем, криолит (Na₃AlF₆) или фторид алюминия (AlF₃), для стабилизации параметров работы электролизера.

Устройство пробивки содержит силовой цилиндр 61 и пробойник 62.

Пробойник 62 предназначен быть расположенным над пробиваемой коркой. Силовой цилиндр 61 позволяет приводить пробойник 62 в вертикальное движение вперед-назад для пробивания корки посредством U-образной конструкции 63, состоящей из первой и второй боковин, соединенных с поперечным стержнем.

Первая боковина взаимосвязана со штоком силового цилиндра 61 и простирается как его продолжение вдоль оси трансляции T-T' штока. Вторая боковина взаимосвязана с пробойником 62.

Между первой боковиной и штоком может быть закреплена теплоизолирующая деталь для ограничения опасности распространения тепла к силовому цилиндру 61, поскольку избыточное повышение температуры силового цилиндра 61 может вызвать его повреждение.

Для окна (окон), связанных с устройством(ами) 6 пробивки, могут быть предусмотрены средства направления скольжения штока силового цилиндра 61. Эти направляющие средства позволяют направлять поступательное движение узла, состоящего из штока силового цилиндра 61, пробойника 62 и U-образной конструкции 63.

Например, каждое окно 18b, связанное с устройством 6 пробивки, может содержать канал 64, окружающий первую боковину и образующий направляющее средство для осуществления скольжения. Этот канал 64 простирается по кромкам окна 18b и предпочтительно выступает перпендикулярно внешней грани фланца 16a, 17a по направлению к днищу 10 кожуха 1 (т.е. грани фланца, противоположной замкнутому объему, заданному укрытием 2), для минимизации высоты поперечного стержня над фланцем 16a, 17a.

Подъемные устройства 7 позволяют манипулировать анодными конструкциями 32, а следовательно, и анодными узлами 3. В частности, подъемные устройства 7 обеспечивают возможность вертикального поступательного перемещения анодных узлов 3.

Каждый анодный узел 3 связан с двумя соответствующими подъемными устройствами 7, на каждом из которых покоится один из его концов. Таким образом, движение каждого анодного узла 3 не зависит от движения других анодных узлов 3, содержащихся в электролизере.

Каждое подъемное устройство 7 содержит силовой цилиндр 71 и анодоприемник 72.

Силовой цилиндр 71 позволяет поступательно перемещать анодоприемник 72 вертикально вдоль оси трансляции T-T'.

Анодоприемник 72 включает в себя брус с прямоугольным сечением, простирающийся вдоль продольной оси, совпадающей с осью трансляции T-T'. Часть (например, конец, ближайший к днищу кожуха) бруса электрически соединена с гибкими электропроводящими средствами для обеспечения электропитания анодных узлов. Верхний конец бруса имеет гнездо, предназначенное для приема конца анодной конструкции 32, форма которого комплементарна форме последнего.

Направляющие средства, позволяющие обеспечить вертикальное перемещение вдоль оси трансляции T-T' анодоприемника 72, могут быть предусмотрены на уровне окон 18a, связанных с анодоприемниками.

Эти направляющие средства могут содержать одно (или более) кольцо (колец), частично окружающих брус, для обеспечения возможности его скольжения вертикально между:

- втянутым положением, где гнездо близко к поверхности криолитовой ванны, и

- вытянутым положением, где гнездо далеко от поверхности криолитовой ванны.

Подъемное устройство преимущественно изолировано электрически от кожуха 1 и укрытия 2.

Читателю должно быть понятно, что в описанном выше изобретении могут быть проделаны многочисленные модификации без существенного отступления от раскрытых здесь новых сведений.

Например, в вариантах реализации, описанных выше, окна 18a были связаны с подъемными устройствами 7, а окна 18b были связаны с устройствами 6 пробивки. Для специалистов в данной области техники должно быть очевидным, что окна 18a и 18b могут быть связаны с любым другим элементом электролизера, движущимся поступательно вдоль оси трансляции T-T'. Также, и в отличие от того, что представлено выше, окна 18a могут быть связаны с устройствами 6 пробивки, а окна 18b - с подъемными устройствами 7.

Кроме того, в вышеприведенном описании окно (окна) соответствовали двухмерным отверстиям. В случае трехмерных отверстий окно (окна) соответствует(ют) проекции на плоскость упомянутых трехмерных отверстий, и эта проекция определяет площадь проходного отверстия для элемента электролизера, который связан с ним.

Изобретение относится к производству алюминия. Электролизер содержит покрытый футеровкой кожух, предназначенный для удерживания криолитовой ванны и включающий в себя днище и боковые стенки, укрытие, выполненное с образованием закрытого объёма для удерживания газов над криолитовой ванной и включающее в себя боковые стенки, простирающиеся выше боковых стенок кожуха. По меньшей мере одна из боковых стенок укрытия смещена наружу кожуха по отношению к одной из боковых стенок кожуха. Смещенные боковые стенки кожуха и укрытия механически соединены по меньшей мере одним фланцем, включающим в себя по меньшей мере одно окно, через которое проходит элемент электролизера, поступательно движущийся вдоль оси трансляции T-T'. Обеспечивается повышение герметичности электролизера по газообразным загрязнителям. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электролизер для производства алюминия, содержащий:

кожух (1), покрытый футеровкой (14) и включающий в себя днище (10) и боковые стенки (11,12), причем кожух (1) предназначен для удерживания криолитовой ванны (19),

характеризующийся тем, что

электролизер дополнительно содержит укрытие (2), выполненное с образованием закрытого объёма для удерживания газов над криолитовой ванной и включающее в себя боковые стенки (21,22), простирающиеся выше боковых стенок (11,12) кожуха (1),

по меньшей мере одна из боковых стенок (21,22) укрытия (2) смещена наружу кожуха (1) по отношению к одной из боковых стенок (11,12) кожуха (1), при этом смещенные боковые стенки (11,12; 21,22) кожуха (1) и укрытия (2) механически соединены по меньшей мере одним фланцем (16, 17), включающим в себя по меньшей мере одно окно (18a, 18b), через которое проходит элемент электролизера, поступательно движущийся вдоль оси трансляции T-T' через окно (18a, 18b).

2. Электролизер по п. 1, в котором фланец (16,17) простирается между нижней кромкой смещенной боковой стенки укрытия (2) и верхней кромкой боковой стенки кожуха (1).

3. Электролизер по п. 1 или 2, в котором кожух (1) включает в себя первую и вторую поперечные боковые стенки (11) и первую и вторую продольные боковые стенки (12), а укрытие (2) включает в себя:

- первую и вторую поперечные боковые стенки (21), простирающиеся поверх первой и второй поперечных боковых стенок (11) кожуха (1), и

- первую и вторую продольные боковые стенки (22), простирающиеся поверх первой и второй продольных боковых стенок (12) кожуха (1),

причем первая продольная боковая стенка (22) укрытия (2) смещена наружу кожуха (1) относительно первой продольной боковой стенки (12) кожуха (1), и при этом первые продольные боковые стенки (12, 22) кожуха (1) и укрытия (2) механически соединены упомянутым по меньшей мере одним фланцем (16, 17).

4. Электролизер по п. 3, в котором первая и вторая продольные боковые стенки (22) укрытия (2) смещены наружу кожуха (1) относительно первой и второй соответствующих продольных боковых стенок (12) кожуха (1), причем первая и вторая соответствующие продольные боковые стенки (12, 22) кожуха (1) и укрытия (2) механически соединены фланцами (16, 17).

5. Электролизер по п. 1 или 2, в котором укрытие (2) содержит систему съемных крышек, закрывающую проем, образованный верхними частями боковых стенок укрытия (2).

6. Электролизер по п. 1 или 2, в котором каждое окно простирается в плоскости, перпендикулярной оси трансляции T-T'.

7. Электролизер по п. 1 или 2, в котором ось трансляции T-T' является вертикальной, причем каждый фланец простирается практически в горизонтальной плоскости.

8. Электролизер по п. 1 или 2, в котором кожух (1) и укрытие (2) имеют форму практически параллелепипеда.

9. Электролизер по п. 1 или 2, в котором каждое окно имеет форму, комплементарную форме поступательно перемещающегося через него элемента электролизера.

10. Электролизер по п. 1 или 2, который дополнительно содержит динамическое уплотнение, связанное с каждым окном.

11. Электролизер по п. 1 или 2, в котором упомянутый по меньшей мере один фланец выполнен с по меньшей мере одним выступом, образованным с окном и выступающим в направлении, противоположном днищу кожуха.

12. Электролизер по п. 1 или 2, который содержит по меньшей мере один анодный узел (3), опирающийся на анодоприемники (72), поступательно двигающиеся вдоль оси трансляции T-T' для погружения анодного узла в или его извлечения из криолитовой ванны, причем упомянутый по меньшей мере один фланец имеет по меньшей мере одно окно (18a), через которое проходит анодоприемник.

13. Электролизер по п. 12, в котором упомянутый по меньшей мере один анодный узел (3) пересекает электролизер от одной продольной боковой стенки (22) укрытия (2) до другой и покоится на двух анодоприемниках (72), выполненных с возможностью прохождения через окна (18a) двух фланцев (16,17), расположенных на противоположных продольных сторонах электролизера.

14. Электролизер по п. 1 или 2, который содержит по меньшей мере одно устройство пробивки для создания отверстия в корке, образующейся на поверхности криолитовой ванны, причем упомянутый по меньшей мере один фланец имеет по меньшей мере одно окно, через которое проходит устройство пробивки.

15. Электролизер по п. 1 или 2, в котором кожух, упомянутый по меньшей мере один фланец и укрытие являются моноблочными.

16. Электролизер по п. 1 или 2, который содержит средства подъема анодных узлов, устройства пробивки, газосборную систему и устройство питания глиноземом, которые прикреплены к боковым стенкам (21,22) укрытия (2) и/или к боковым стенкам (11,12) кожуха (1).