ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С УСТРОЙСТВОМ ПОДЪЕМА АНОДНЫХ УЗЛОВ Российский патент 2019 года по МПК C25C3/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в общем к области производства алюминия электролизом в электролизере c ванной на основе криолита (далее именуемой «криолитовой ванной»).

Более конкретно, оно относится к электролизеру, включающему множество устройств подъема анодных узлов, имеющихся в электролизере, при этом каждый анодный узел включает по меньшей мере один углеродный анод предварительно обожженного типа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Алюминий производят, главным образом, путем электролиза глинозема, растворенного в криолитовой ванне.

В настоящее время производство алюминия в промышленном масштабе осуществляют в электролизере, состоящем из стального кожуха, открытого в верхней части, днище которого покрыто огнеупорным материалом, поверх которого находится катод с подвешенными над ним множественными анодными узлами, погруженными в криолитовую ванну с температурой от 930 до 980°С.

Каждый анодный узел включает в себя анодную конструкцию - состоящую из анодной штанги и средств прикрепления - соединенную с по меньшей мере одним анодом, в частности, предварительно обожженным углеродным блоком.

При подаче электрического тока между анодными узлами и катодом начинается реакция электролиза.

Поскольку обычные температуры функционирования электролизера составляют от 930 до 980°С, производимый алюминий является жидким. Под действием силы тяжести он осаждается на катоде, который герметизирован. Регулярно произведенный алюминий или часть произведенного алюминия отсасывают литейным ковшом и переносят в плавильные печи.

Во время реакции электролиза углеродные аноды постепенно расходуются. Когда один из анодных узлов отработал, его заменяют новым анодным узлом.

Для получения хорошего выхода алюминия существенно как можно более равномерное распределение тока между анодными узлами. Поэтому положение «анодного горизонта» - определяемого нижними гранями анодов в анодных узлах - необходимо тщательно контролировать.

Однако, положение анодного горизонта, обращенного к катодному слою жидкого алюминия, нужно периодически регулировать, учитывая изменение таких параметров, как:

- высота слоя алюминия, которая постепенно увеличивается, а затем резко уменьшается при выливке металла,

- постепенное изнашивание анодного горизонта.

Позиционирование анодного горизонта обычно осуществляют посредством системы из силового цилиндра и тяг, которая вызывает перемещение анодной рамы и множества анодных узлов, которые прикреплены к этой анодной раме.

Такой системе из силового цилиндра и тяг, передвигающей размещенную над электролизером анодную раму, свойственен недостаток, заключающийся в том, что она занимает много места над электролизером. Высота, а следовательно, и стоимость здания, в котором размещают электролизеры, зависит от высоты электролизеров, так что подобное решение не является удовлетворительным.

Кроме того, движение анодной рамы, к которой прикреплено множество анодных узлов, не позволяет индивидуально регулировать положение анодных узлов, что дало бы возможность противодействовать:

- работе электролизера вразнос, связанной с анодными эффектами, обнаруживая их при их появлении путем регистрации анодных напряжений и сразу исправляя их, поднимая только тот анодный узел, под которым начинается анодный эффект,

- неравномерному распределению тока между разными анодными узлами,

- локальным неравномерностям температуры или состава ванны,

- изменениям формы поверхности раздела металл-ванна из-за изменений карты электрических токов в ванне и в металле.

Из патента US 3575827 известно подъемное устройство, включающее силовой цилиндр, образованный корпусом и штоком, при этом корпус силового цилиндра расположен рядом с продольной боковой стенкой кожуха электролизера, а свободный конец штока служит опорным элементом для анодных узлов. Один из недостатков такого устройства состоит в том, что продольная боковая стенка кожуха, в частности, на уровне жидкостей, очень горячая и излучает тепло, из-за чего может нарушаться работа силового цилиндра и сокращаться срок его службы. Кроме того, позиционирование силового цилиндра затрудняет теплообмен на уровне продольной боковой стенки кожуха, который необходимо регулировать, чтобы управлять величиной градиента, образующегося в электролизере, например, путем обдувки воздухом, такой как известная из патентной публикации WO 99/54526. Кроме того, поскольку высота износа углеродных анодных блоков в современных электролизерах значительна, ход силового цилиндра должен быть большим, поэтому габаритный размер, особенно продольный размер, силового цилиндра таков, что его размещение рядом со стенкой проблематично, в частности из-за ограниченности места в остающемся между электролизерами пространстве различными электрическими проводниками тока электролиза. Подъемное устройство также не участвует в подводе тока электролиза к анодному узлу, поэтому при замене анодного узла нужно дополнительно производить манипуляции с токоподводящим электрическим проводником, чтобы переподсоединить его к новому анодному узлу.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить электролизер, включающий систему подъема, конфигурация которой делает возможным по меньшей мере частичное преодоление указанных выше недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С этой целью изобретение предлагает электролизер, применимый для производства алюминия, содержащий кожух с днищем и поперечными и продольными боковыми стенками, покрытый изнутри футеровкой, предназначенной для удержания криолитовой ванны, и множество анодных узлов, каждый из которых включает в себя анодную конструкцию и по меньшей мере один анод, погруженный в криолитовую ванну, при этом электролизер дополнительно содержит множество проходящих вдоль продольных боковых стенок кожуха подъемных устройств для перемещения анодных узлов, при этом подъемные устройства включают в себя силовой цилиндр, образованный корпусом и штоком, проходящий вдоль продольной оси В-В', и анодоприемник, предназначенный для приема одного конца анодной конструкции, при этом силовой цилиндр связан с анодоприемником для сообщения ему поступательного движения вдоль оси перемещения Т-Т' между отведенным положением и выдвинутым положением, отличающийся тем, что продольная ось В-В' силового цилиндра параллельна оси перемещения Т-Т' анодоприемника и не совпадает с ней.

Факт размещения подъемных устройств на периферии электролизера, а более конкретно - вдоль продольных боковых стенок - означает отсутствие помех для вертикального хода анодных узлов. Это позволяет заменять анодные узлы сверху электролизера, без необходимости в применении сложной кинематической системы движения анодных узлов. Подъемные устройства не проходят над анодами, предпочтительно, не над криолитовой ванной, а еще более предпочтительно, не над кожухом. Термин «над» следует понимать как над тем элементом, к которому он относится, и в объеме, образованном вертикальным движением поверхности, полученной путем проецирования этого элемента на горизонтальную плоскость. Таким образом, подъемные устройства не затрудняют вертикального хода анодных узлов.

Подъемные устройства служат для вертикального поступательного перемещения анодных узлов в электролизере с тем, чтобы регулировать положение анодного горизонта во время работы электролизера, и составляют неотъемлемую часть электролизера.

Анодные узлы относятся к предварительно обожженному типу и предназначены периодически заменяться после износа анодов. Анодная конструкция позволяет механически удерживать аноды, представляющие собой предварительно обожженные углеродные блоки, и обеспечивать электрическое соединение анодного узла при каждой замене анодного узла. В контексте настоящего изобретения «параллельные и несовпадающие оси» следует понимать как две оси, параллельные друг другу и не совпадающие друг с другом, т.е. отстоящие друг от друга на отличное от нуля расстояние.

Благодаря тому, что продольная ось В-В' силового цилиндра параллельна оси перемещения T-T' и не совпадает с ней, возможно смещение анодоприемника относительно силового цилиндра. Получаемое при этом подъемное устройство, во-первых, обладает минимальной высотой (т.е. размером устройства вдоль продольной оси силового цилиндра) и, во-вторых, легче и удобнее размещается в небольшом пространстве, остающемся доступным между двумя смежными электролизерами для размещения на периферии электролизера. При такой улучшенной компоновке, возможной благодаря смещению анодоприемника относительно силового цилиндра, ограничивается высота электролизеров и/или уменьшается пространство между двумя смежными электролизерами.

Чтобы сместить анодоприемник относительно силового цилиндра, подъемные устройства могут включать в себя поперечную соединительную балку между штоком силового цилиндра и анодоприемником, при этом упомянутая соединительная балка предпочтительно проходит вдоль поперечной оси, перпендикулярной продольной оси B-B' силового цилиндра и оси перемещения T-T'.

Узел, состоящий из штока силового цилиндра, соединительной балки и анодоприемника, может образовывать U-образную конструкцию, в которой корпус силового цилиндра проходит напротив анодоприемника. Слово «напротив» следует понимать как означающее, что по меньшей мере одна плоскость, перпендикулярная продольной оси силового цилиндра, проходит через корпус силового цилиндра и анодоприемник. Это позволяет ограничить высоту подъемных устройств.

Преимущественно, соединительная балка смонтирована взаимосвязанной со штоком силового цилиндра, и соединительная балка смонтирована взаимосвязанной с анодоприемником. Благодаря этому возможна передача движения от штока к анодоприемнику.

В одном из вариантов осуществления анодоприемник может включать стержень, проходящий вдоль оси перемещения T-T'. Преимущественно, на одном из концов этого стержня имеется гнездо, предназначенное для приема конца анодной конструкции. Этот стержень позволяет механически поддерживать анодную конструкцию над криолитовой ванной. Он также обеспечивает проведение электрического тока для питания анодных узлов. Для этого часть стержня электрически соединена с гибкими электропроводящими средствами. В частности, электропитание анодного узла осуществляют через гнездо, более конкретно, через поверхности контакта анодной конструкции и гнезда. Может быть предусмотрена система крепления, предназначенная для закрепления анодной конструкции в гнезде. Это нужно для предотвращения выхода анодной конструкции из гнезда во время поступательных перемещений анодной конструкции. Эта система крепления может включать средство прижатия анодной конструкции к гнезду для гарантирования проведения тока между гнездом и анодной конструкцией.

Для повышения его механической прочности стержень может иметь прямоугольное или квадратное сечение. Кроме того, он может включать каркас из стали и встроенные в него или размещенные вокруг него участки из меди, обеспечивающие подведение электроэнергии к анодным узлам.

Как указано выше, подъемные устройства могут включать направляющие анодоприемника для направления движения анодоприемника вдоль оси перемещения T-T'. В некоторых вариантах осуществления эти направляющие по меньшей мере частично окружают анодоприемник и задают траекторию скольжения анодоприемника. Например, направляющие могут включать два кольца, разнесенных на неравное нулю расстояние вдоль оси перемещения T-T', при этом каждое кольцо окружает часть анодоприемника. Предпочтительно, каждое кольцо может включать паз для прохода соединительной балки во время движения анодоприемника между отведенным и выдвинутым положениями. Это позволяет максимизировать расстояние между кольцами, чтобы исключить возможный угловой люфт стержня в направляющих. Таким образом обеспечивается вертикальное поступательное движение анодоприемника.

Подъемные устройства прикреплены к электролизеру так, что ось перемещения T-T' каждого анодоприемника (и, следовательно, продольная ось силового цилиндра) вертикальна.

Поскольку современные электролизеры крупногабаритные, в каждом электролизере имеется множество анодных узлов. Каждая анодная конструкция проходит в электролизере поперечно и связана с соответствующей парой подъемных устройств, размещенных вдоль противоположных продольных боковых стенок кожуха, каждое из которых несет на себе один из концов анодной конструкции. Электролизер предпочтительно включает в себя контроллер, соединенный с подъемными устройствами, для управления синхронным движением подъемных устройств каждой пары. Это позволяет гарантировать вертикальное поступательное движение каждого анодного узла.

В некоторых вариантах осуществления электролизер может включать в себя укрытие, опирающееся на кожух, при этом укрытие имеет поперечные и продольные боковые стенки и предназначено ограничивать объем удержания газов над криолитовой ванной. Преимущественно, каждое подъемное устройство может быть прикреплено к одной из продольных боковых стенок укрытия. В частности, каждое подъемное устройство может быть прикреплено к верхнему краю укрытия, противоположному кожуху, так что корпус силового цилиндра каждого подъемного устройства расположен выше по высоте, чем высота криолитовой ванны. Это позволяет ограничить воздействие на корпус силового цилиндра теплового излучения, испускаемого преобладающим образом на кожухе напротив криолитовой ванны, рабочая температура которой составляет порядка 1000°С, так как воздействие на корпус таких температур может быть неблагоприятным для функционирования силового цилиндра. При размещении корпуса силового цилиндра выше криолитовой ванны его надежность и срок службы увеличиваются.

Предпочтительно, каждое подъемное устройство прикреплено к верхнему краю укрытия свободным концом силового цилиндра так, что упомянутый свободный конец находится дальше от днища кожуха, чем шток силового цилиндра.

Предпочтительно, боковые стенки укрытия смещены наружу относительно боковых стенок кожуха, так что упомянутые боковые стенки укрытия проходят вокруг и выше боковых стенок кожуха, при этом боковые стенки кожуха и укрытия механически соединены посредством кольцеобразного уступа, а анодоприемники подъемных устройств проходят через отверстия, выполненные в этом уступе. Благодаря этому возможно повысить герметичность электролизера, ограничив размеры отверстий до размеров анодоприемников.

Ось перемещения T-T' предпочтительно является вертикальной, при этом анодоприемники способны поступательно перемещаться вертикально через выполненные в уступе отверстия. В некоторых вариантах осуществления анодоприемники проходят сквозь укрытие через кольцевые динамические уплотнения. Это позволяет дополнительно повысить герметичность электролизера.

Чтобы максимально увеличить полезный объем для производства алюминия внутри электролизера и ограничить риски повреждения подъемных устройств, силовые цилиндры подъемных устройств могут выходить наружу электролизера.

Электролизер также может включать газосборное устройство, имеющее по меньшей мере один газоулавливающий короб со всасывающими отверстиями для всасывания газа, при этом каждое подъемное устройство прикреплено к упомянутому газоулавливающему коробу. Каждый газоулавливающий короб газосборного устройства может проходить вдоль верхнего края продольных боковых стенок укрытия, при этом каждое подъемное устройство прикреплено к упомянутому газоулавливающему коробу свободным концом силового цилиндра так, что упомянутый свободный конец находится дальше от днища кожуха, чем шток силового цилиндра.

Таким образом получается газоулавливающий короб, который помимо своей первичной функции направления газов может быть использован, в частности, как:

- стягивающий пояс для узла, образованного кожухом и укрытием, и

- крепежная опора для различных элементов электролизера, таких как подъемные устройства.

Благодаря приданию новых функций газоулавливающему коробу становится возможным ограничение размера электролизера и упрощение его изготовления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие преимущества и характеристики подъемного устройства по изобретению станут понятны из нижеследующего описания некоторых вариантов его выполнения, приведенных в качестве неограничительных примеров, и из прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг. 1 и 2 представляют собой виды в продольном и поперечном разрезах одного примерного электролизера,

Фиг. 3 и 4 представляют собой виды в перспективе подъемного устройства электролизера.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее будет описан один из примеров электролизера, включающего в себя подъемное устройство для перемещения анодной рамы. На различных фигурах эквивалентные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций.

Далее в тексте в отношении прямоугольного параллелепипеда использованы выражения «боковая стенка», «днище» и «верхний проем».

Читатель должен понимать, что в контексте настоящего изобретения:

- «днище» означает горизонтальную стенку прямоугольного параллелепипеда, находящуюся поблизости от земли,

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

- «боковая сторона/стенка» - это вертикальная грань/стенка прямоугольного параллелепипеда, расположенная в плоскости, перпендикулярной днищу,

- «продольные стороны/стенки» - это вертикальные грани/стенки прямоугольного параллелепипеда, у которых по меньшей мере один размер больше размеров других боковых граней/стенок,

- «поперечные стороны/стенки» - это вертикальные грани/стенки, проходящие перпендикулярно продольным граням/стенкам.

Кроме того, мы используем термины «выше», «ниже» «над» и «под» относительно вертикальной оси.

Обращаясь к фиг. 1, там показан пример электролизера по изобретению. Электролизер в форме прямоугольного параллелепипеда включает кожух 1, укрытие 2, множество анодных узлов 3, катод 4, газосборное устройство 5 и подъемные устройства 6.

Этот электролизер применим для производства алюминия. Он может быть связан со множеством других электролизеров, возможно идентичных, при этом различные электролизеры размещены последовательно друг за другом, два последовательных электролизера смежны по одной из своих продольных боковых стенок, как показано на фиг. 2, где изображены два последовательных электролизера С1, С2.

Кожух 1 имеет общую форму прямоугольного параллелепипеда. Он имеет днище 10, поперечные 11 и продольные 12 боковые стенки. Днище 10 и четыре боковые стенки 11, 12 покрыты огнеупорным материалом 13, обеспечивающим теплоизоляцию кожуха 1. Кожух 1 может быть металлическим, например, из стали.

Кожух 1 открыт в своей верхней части. Он предназначен для удержания криолитовой ванны 14, в которую погружены анодные узлы 3.

Укрытие 2 ограничивает замкнутый объем над криолитовой ванной 14, в котором движутся анодные узлы 3.

Укрытие 2 опирается на верхние края кожуха 1. Оно имеет две поперечные 21 и две продольные 22 боковые стенки, прикрепленные к кожуху 1.

Боковые стенки 21, 22 укрытия 2 смещены наружу относительно боковых стенок 11, 12 кожуха 1 так, что упомянутые боковые стенки 21, 22 укрытия 2 проходят вокруг и сверху боковых стенок 11, 12 кожуха 1. Таким образом, плоскости, в которых лежат боковые стенки 21, 22 укрытия 2, окружают боковые стенки 11, 12 кожуха 1.

Верхние края кожуха 1 и/или нижние края укрытия 2 могут образовывать уступ для механического соединения боковых стенок 11, 12, 21, 22 кожуха 1 и укрытия 2 так, чтобы укрытие 2 вместе с кожухом 1 образовывало свободный объем над криолитовой ванной 14.

Укрытие 2 также включает в себя съемную крышку 23 для закрывания верхнего проема, образованного четырьмя боковыми стенками 21, 22 укрытия 2. Крышка 23 может состоять из набора панелей или колпаков, лежащих в целом в плоскости, и может опираться на верхние края 24 боковых стенок 21, 22 укрытия 2.

Каждый анодный узел 3 включает по меньшей мере один анод 31 и анодную конструкцию 32. В ходе реакции электролиза анод 31, погруженный в криолитовую ванну 14, расходуется. Периодически анодные узлы 3 необходимо заменять.

Анод 31 относится к предварительно обожженному типу, т.е. представляет собой блок углеродного материала, предварительно обожженный перед установкой в электролизере.

Анодная конструкция 32 обеспечивает, во-первых, опору аноду 31 и позволяет манипулировать им, а, во-вторых, обеспечивает подведение к аноду электрического тока. Каждая анодная конструкция 32 образует независимую опору для относящего(их)ся к ней анода(ов) 31.

Как показано на фиг. 1 и 2, анодные узлы 3 проходят в электролизере поперечно, и электролизер включает в себя множество анодных узлов, расположенных бок о бок вдоль электролизера по продольной оси электролизера.

Каждая анодная конструкция 32 проходит в электролизере поперек между продольными боковыми краями 22 укрытия 2. В варианте осуществления, показанном на фигурах 1 и 2, каждая анодная конструкция 32 включает балку, проходящую поперечно между продольными боковыми краями 22 укрытия 2.

Анодная конструкция 32 может включать арматуру 332, изготовленную из металла с высокой механической прочностью, такого как сталь, и сегменты 331, образованного из металла с хорошей электропроводностью, такого как медь. Эта арматура 332 позволяет анодной конструкции 32 обеспечивать поддерживание анодов 31 в подвешенном состоянии, тогда как сегменты 331 позволяют обеспечить подведение электрического тока для электропитания анодов 31.

Катод 4 образован из одного (или нескольких) блока(ов) из углеродного материала. Катодные блоки электрически соединены с катодными проводниками, выходящими из электролизера и подающими электрический ток на следующий электролизер. Катод 4 может относиться к любому типу, известному специалистам в данной области, и далее более подробно не описывается.

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

Газосборное устройство 5 включает один (или несколько) газоулавливающий(их) короб(ов), на котором(ых) распределены всасывающие отверстия для всасывания газа.

Газоулавливающий(е) короб(а) соединен(ы) с одним (или несколькими) устройством(ами) всасывания (не показано(ы)). Оно(они) проходит(ят) на продольных боковых стенках 22 укрытия 2 и, возможно, на поперечных боковых стенках 21 укрытия 2. Наличие всасывающих отверстий вдоль продольных стенок 23 укрытия 2 делает возможным повышение эффективности сбора загрязняющих газов 5.

Преимущественно, каждый газоулавливающий короб может иметь квадратное или прямоугольное сечение и может быть изготовлен из материала, обладающего высокой механической прочностью, такого как сталь. Благодаря этому возможно повысить жесткость и прочность газоулавливающего короба. Тем самым получается газоулавливающий короб, который, помимо своей первичной функции направления газов, может быть использован как стягивающий пояс для узла, образованного кожухом 1 и укрытием 2, и в качестве крепежной опоры для различных элементов электролизера, таких как подъемные устройства или устройства пробивки корки. Придание газоулавливающему коробу нескольких функций позволяет ограничить размер электролизера и реализовать конструктивные выгоды.

Подъемные устройства 6 позволяют манипулировать анодными конструкциями 32, на которых подвешены аноды 31. А именно, подъемные устройства 6 позволяют осуществлять вертикальное поступательное перемещение анодных узлов 3 с тем, чтобы регулировать положение анодного горизонта во время работы электролизера.

Каждая анодная конструкция 32 связана с двумя соответствующими подъемными устройствами, на каждое из которых опирается один из ее концов. Таким образом, перемещение каждой анодной конструкции 32 независимо от перемещения других анодных конструкций 32 и анодных узлов, находящихся в электролизере. Следовательно, можно перемещать анодные узлы 3 вертикально независимо друг от друга.

Каждое подъемное устройство 6 находится в контакте с соответствующим концом анодной конструкции 32. Два подъемных устройства 6, связанные с одной анодной конструкцией 32, соединены с контроллером (не показан) для управления их работой синхронным образом. Это позволяет обеспечить одновременное перемещение концов анодной конструкции 32, так что она остается практически горизонтальной во время своего перемещения. Контроллер также может быть запрограммирован на управление скоростью и направлением перемещения анодной конструкции 32. Это позволяет изменять скорость перемещения анодной конструкции 32 в зависимости от типа выполняемой операции. Например, в случае замены изношенного анодного узла 3 новым анодным узлом, скорость перемещения анодной конструкции 32 может быть больше, чем скорость перемещения анодной конструкции 32 в случае регулировки анодного горизонта в ходе электролиза, поскольку такая регулировка требует точных настроек.

Каждое подъемное устройство 6 включает силовой цилиндр 61 и анодоприемник 62.

Силовой цилиндр 61 позволяет осуществлять вертикальное поступательное перемещение анодоприемника 62 вдоль оси перемещения T-T'. Силовой цилиндр 61 включает корпус 611 и шток 612, проходящие вдоль продольной оси В-В'. Преимущественно, силовой цилиндр 61 может быть пневматическим или электрическим, чтобы выдерживать высокие температуры, преобладающие возле электролизера.

Анодоприемник 62 включает стержень 621 прямоугольного сечения, проходящий вдоль продольной оси, совпадающей с осью перемещения T-T'. На верхнем конце стержня 621 имеется гнездо 622, предназначенное для приема конца анодной конструкции 32, и его форма является взаимодополняющей с формой последнего.

В частности, гнездо 622 может иметь U-образную конструкцию, образованную основанием 6221, проходящим в плоскости, перпендикулярной оси перемещения T-T', и двумя вертикальными панелями 6222, идущими перпендикулярно основанию 6221, при этом конец анодной конструкции 32 предназначен опираться на основание 6221 между вертикальными панелями 6222.

Подъемное устройство может включать систему крепления. Система крепления позволяет закреплять анодную конструкцию 32 в гнезде 622. Система крепления включает, например, необязательно резьбовой палец, вставляемый в сквозные отверстия, выполненные в вертикальных панелях 6222, причем эти отверстия размещены в вертикальных панелях 6222 так, что когда палец установлен в гнезде 622, он проходит над анодной конструкцией 32 поперек нее.

Система крепления может включать средство прижатия анодной конструкции 32 к поверхности гнезда 622, предпочтительно, к основанию 6221 гнезда 622. Например, система крепления может включать болт, предназначенный для завинчивания в отверстие, и внутреннюю резьбу, нарезанную соответствующим образом в анодной конструкции 32 и основании 6221 гнезда 622. Головка болта, упирающаяся в анодную конструкцию 32, обеспечивает ее прижатие к основанию 6221 гнезда 622.

Система крепления позволять предотвращать выход анодной конструкции 32 из гнезда 622 во время вертикального перемещения анодной конструкции 32 к днищу 10 кожуха 1. При производстве алюминия электролизом на поверхности криолитовой ванны 14 образуется затвердевшая корка. Аноды 31 застревают в этой затвердевшей корке.

Во время вертикального перемещения анодной конструкции 32 к днищу 10 кожуха 1 с целью опускания анодов 31, нагрузки - в частности, силы трения - оказываемые коркой на аноды 31, могут быть больше силы тяжести, из-за чего появляется риск, что анодная конструкция может выйти из гнезда.

Наличие системы крепления может ограничить этот риск, в частности, путем приложения к анодной конструкции 32 растягивающих усилий, стремящихся удерживать ее внутри гнезда 622 во время вертикального перемещения анодов 31 к днищу 10 кожуха 1.

Преимущественно, как видно на фигурах 2 и 4, часть 6211 (например, конец, ближайший к днищу кожуха, или верхний конец или гнездо 622) стержня электрически соединена с гибкими электропроводящими средствами 7 для обеспечения возможности электропитания анодных узлов 3 через гнездо 622.

Преимущественно, анодоприемник 62 расположен так, что ось перемещения T-T' отлична от (т.е. не совпадает с) и параллельна продольной оси В-В' силового цилиндра 61.

Это позволяет сместить анодоприемник 62 относительно силового цилиндра 61 с тем, чтобы ограничить высоту подъемного устройства 6. Таким образом получают подъемное устройство 6, которое, во-первых, обладает минимальной высотой (т.е. размером устройства по продольной оси силового цилиндра) и, во-вторых, легче и удобнее размещается в небольшом пространстве, остающемся доступным между двумя смежными электролизерами для размещения на периферии электролизера.

Такое подъемное устройство 6 может быть установлено на периферии электролизера.

Таким образом, появляется возможность замены анодных узлов 3 сверху электролизера так, что подъемные устройства 6 не являются препятствием для вертикального хода при замене анодных узлов 3, что позволяет предусмотреть существенные конструктивные выгоды. Кроме того, тот факт сдвига силового цилиндра 61 относительно анодоприемника 62 делает возможным размещение силового цилиндра 61 вне укрытия, тогда как анодоприемник 62 находится внутри укрытия. Благодаря этому снижается риск повреждения силового цилиндра 61, так как ограничивается воздействие на него газа и теплового излучения. Силовой цилиндр может преимущественно быть заключен в свободном пространстве, предусмотренном между контрфорсами кожуха, чтобы уменьшить занимаемое подъемным устройством внутри укрытия место.

Чтобы ось перемещения T-T' не совпадала с продольной осью B-B' и была ей параллельна, можно применить различные технические решения.

Например, силовой цилиндр 61 может быть соединен с анодоприемником 62 посредством поперечной соединительной балки (кронштейна) 63. Предпочтительно, эта поперечная соединительная балка 63 проходит перпендикулярно штоку 612 и стержню 621. Соединительная балка 63 смонтирована взаимосвязанной со стержнем 621 и штоком 612 силового цилиндра 61. Система болтовых соединений, при помощи которых шток 612 крепится к поперечной соединительной балке 63, позволяет компенсировать какие-либо отклонения от параллельности между силовым цилиндром 61 и анодоприемником 62.

Направляющие 64 позволяют обеспечить вертикальное движение анодоприемника 62 вдоль оси перемещения T-T'. Направляющие могут включать два кольца 641, 642, разнесенных на неравное нулю расстояние вдоль оси перемещения T-T', при этом каждое кольцо частично охватывает стержень 621 и позволяет ему скользить вертикально между:

- отведенным, или нижним, положением, где гнездо 622 приближено к поверхности криолитовой ванны 14, и

- выдвинутым, или верхним, положением, где гнездо 622 удалено от поверхности криолитовой ванны 14.

В варианте осуществления, показанном на фигуре 4, каждое кольцо 641, 642 снабжено пазом для прохода поперечной балки 63 во время скольжения стержня 621 между отведенным и выдвинутым положениями.

Силовой цилиндр 61 прикреплен к кожуху «вверх ногами». Более конкретно, корпус 611 силового цилиндра 61 установлен на кожухе 1 так, что его свободный конец 613 находится дальше от днища 10 кожуха 1, чем шток 612. Свободный конец 613 корпуса 611 силового цилиндра 61 предпочтительно прикреплен к верхнему краю укрытия и, преимущественно, к газоулавливающему коробу газосборного устройства 5. Таким образом, корпус 611 силового цилиндра 61 находится у продольной боковой стенки 22 укрытия 2 на большей высоте, чем высота криолитовой ванны. Это позволяет ограничить риск повреждения силового цилиндра из-за воздействия на его корпус 611 слишком высоких температур. Температура боковых стенок 11, 12 кожуха 1, как правило, выше температуры боковых стенок 21, 22 укрытия 2 из-за наличия возле них криолитовой ванны 14, рабочая температура которой составляет порядка 1000°С.

Принцип работы подъемных устройств следующий. Предполагается, что аноды 31 погружены в криолитовую ванну.

Для вертикального перемещения анодного узла 3 контроллер дает команду на синхронизированное приведение в действие двух подъемных устройств 6, на которые опирается анодная конструкция 32 анодного узла 3.

Каждый силовой цилиндр 61 оказывает на свой шток 612 усилие, направленное на его перемещение между:

- открытым положением, где шток 612 находится главным образом вне корпуса 611, и

- компактным положением, где шток 612 находится главным образом внутри корпуса 611 силового цилиндра 61.

Движение штока между открытым и компактным положениями передается анодоприемнику 62 через поперечную соединительную балку 63.

Анодоприемник 62 каждого силового цилиндра скользит внутри направляющих 64 и перемещается из отведенного положения в выдвинутое положение.

Таким образом, сочетание анодных узлов с соответствующими подъемными устройствами делает возможным перемещение анодных узлов 3 независимо друг от друга. Кроме того, факт смещения анодоприемника относительно силового цилиндра позволяет устанавливать подъемные устройства на периферии электролизера, не создавая помех движению анодных узлов над электролизерами, а также означает, что на периферии электролизера легче найти место для их установки, не накладывая ограничений на цепи электрических проводников, проходящих под и между электролизерами благодаря их повышенной компактности.

Читатель должен понимать, что в описанном выше подъемном устройстве возможны многочисленные модификации, по существу не выходящие за рамки приведенных здесь новых сведений.

Кроме того, форма различных деталей, входящих в состав подъемного устройства, например, форма стержня или гнезда, может быть разной.

Кроме того, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фигурах 1-4, силовой цилиндр 61, анодоприемник 62 и анодная конструкция 32 выровнены, т.е. они лежат практически в одной и той же плоскости. В качестве альтернативного варианта, силовой цилиндр 61 может быть смещен относительно плоскости, включающей анодоприемник 62 и анодную конструкцию 32.

Изобретение относится к электролизеру для получения алюминия. Электролизер содержит кожух с днищем и поперечными и продольными боковыми стенками и множество анодных узлов, каждый из которых содержит анодную конструкцию и по меньшей мере один анод, множество проходящих вдоль продольных боковых стенок кожуха подъемных устройств для перемещения анодных узлов, каждое из которых содержит силовой цилиндр, образованный корпусом и штоком, проходящий вдоль продольной оси (В-В'), и анодоприемник для приема одного конца анодной конструкции, при этом силовой цилиндр связан с анодоприемником для сообщения ему поступательного движения вдоль оси перемещения (Т-Т') анодоприемника, причем продольная ось (В-В') силового цилиндра параллельна оси перемещения (Т-Т') анодоприемника и не совпадает с ней. Обеспечивается снижение высоты электролизера и уменьшение пространства между двумя смежными электролизерами. 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электролизер, применимый для производства алюминия, содержащий кожух (1) с днищем (10) и поперечными и продольными боковыми стенками (11, 12), при этом кожух (1) покрыт футеровкой (13), предназначенной для удержания криолитовой ванны (14), и множество анодных узлов (3), каждый из которых включает в себя анодную конструкцию (32) и по меньшей мере один анод (31), погруженный в криолитовую ванну, при этом электролизер дополнительно содержит множество проходящих вдоль продольных боковых стенок кожуха (1) подъемных устройств (6) для перемещения анодных узлов (3), причем эти подъемные устройства включают силовой цилиндр (61), образованный корпусом (611) и штоком (612), проходящий вдоль продольной оси (В-В'), и анодоприемник (62), предназначенный для приема одного конца анодной конструкции (32), при этом силовой цилиндр (61) связан с анодоприемником (62) для сообщения ему поступательного движения вдоль оси перемещения (Т-Т') между отведенным положением и выдвинутым положением, отличающийся тем, что продольная ось (В-В') силового цилиндра (61) параллельна оси перемещения (Т-Т') анодоприемника (62) и не совпадает с ней.

2. Электролизер по п. 1, в котором подъемные устройства включают в себя поперечную соединительную балку (63) между штоком (612) силового цилиндра (61) и анодоприемником (62), предпочтительно проходящую вдоль поперечной оси, перпендикулярной продольной оси (B-В') силового цилиндра (61).

3. Электролизер по п. 2, в котором узел, состоящий из штока (612) силового цилиндра, соединительной балки (63) и анодоприемника (62), образует U-образную конструкцию.

4. Электролизер по п. 2, в котором соединительная балка (63) смонтирована взаимосвязанной со штоком (612) силового цилиндра (61), и соединительная балка (63) смонтирована взаимосвязанной с анодоприемником (62).

5. Электролизер по любому из пп. 1-4, в котором анодоприемник (62) включает стержень (621), проходящий вдоль оси перемещения (T-Т').

6. Электролизер по п. 5, в котором анодоприемник (62) включает гнездо (622) на одном из концов стержня (621), предназначенное для приема конца анодной конструкции (32).

7. Электролизер по п. 6, дополнительно включающий систему крепления для закрепления анодной конструкции (32) в гнезде (622).

8. Электролизер по п. 7, в котором система крепления включает средство прижатия анодной конструкции (32) к гнезду (622).

9. Электролизер по п. 5, в котором часть стержня (621) электрически соединена с гибкими электропроводящими средствами для обеспечения возможности электропитания каждого анодного узла (3).

10. Электролизер по п. 5, в котором стержень (621) имеет прямоугольное или квадратное сечение.

11. Электролизер по любому из пп. 1-4, дополнительно включающий направляющие (64) анодоприемника (62) для направления движения анодоприемника (62) вдоль оси перемещения (T-Т').

12. Электролизер по п. 11, в котором направляющие (64) по меньшей мере частично окружают анодоприемник (62) и задают траекторию скольжения анодоприемника (62).

13. Электролизер по любому из пп. 1-4, в котором подъемные устройства прикреплены к электролизеру таким образом, что ось перемещения (T-Т') каждого анодоприемника (62) вертикальна.

14. Электролизер по любому из пп. 1-4, в котором каждая анодная конструкция (32) проходит в электролизере поперечно и связана с соответствующей парой подъемных устройств, размещенных вдоль противоположных продольных боковых стенок кожуха (1), каждое из которых несет на себе один из концов анодной конструкции (32).

15. Электролизер по п. 14, дополнительно включающий контроллер, соединенный с подъемными устройствами для управления синхронным движением подъемных устройств каждой пары.

16. Электролизер по любому из пп. 1-4, который дополнительно включает укрытие (2), опирающееся на кожух (1), при этом укрытие (2) имеет поперечные (21) и продольные (22) боковые стенки, укрытие (2) предназначено для ограничения объема удержания газов над криолитовой ванной (14), причем каждое подъемное устройство (6) прикреплено к одной из продольных боковых стенок укрытия (2).

17. Электролизер по п. 16, в котором боковые стенки (21, 22) укрытия (2) смещены наружу относительно боковых стенок (11, 12) кожуха (1), так что упомянутые боковые стенки (21, 22) укрытия (2) проходят вокруг и выше боковых стенок (11, 12) кожуха (1), при этом боковые стенки (11, 12, 21, 22) кожуха (1) и укрытия (2) механически соединены посредством кольцеобразного уступа, и анодоприемники (62) подъемных устройств проходят через отверстия, выполненные в этом уступе.

18. Электролизер по п. 17, в котором ось перемещения T-T' вертикальна, а анодоприемники (62) выполнены с возможностью поступательного перемещения вертикально через выполненные в уступе отверстия.

19. Электролизер по любому из пп. 17 или 18, в котором анодоприемники (62) проходят сквозь укрытие (2) через кольцевые динамические уплотнения.

20. Электролизер по п. 16, в котором каждое подъемное устройство прикреплено к верхнему краю укрытия (2), противоположному кожуху (1), так что корпус силового цилиндра каждого подъемного устройства расположен выше по высоте, чем высота криолитовой ванны.

21. Электролизер по п. 20, в котором каждое подъемное устройство (6) прикреплено к верхнему краю укрытия (2) свободным концом (613) силового цилиндра (61) так, что упомянутый свободный конец (613) находится дальше от днища (10) кожуха (1), чем шток (612) силового цилиндра (61).

22. Электролизер по любому из пп. 1-4, в котором каждый силовой цилиндр выходит наружу из электролизера.

23. Электролизер по п. 16, который дополнительно включает газосборное устройство (5), содержащее по меньшей мере один газоулавливающий короб, проходящий вдоль верхнего края продольных боковых стенок (22) укрытия (2) и имеющий всасывающие отверстия для всасывания газа, при этом каждое подъемное устройство (6) прикреплено к упомянутому газоулавливающему коробу.