УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ САМООБЖИГАЮЩЕГОСЯ АНОДА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2021 года по МПК C25C3/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции анодного устройства электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом для производства алюминия электролитическим способом.

Уровень техники

Известно устройство для отвода тепла от поверхности анода (патент SU № 1611991, C25C3/12, опубл. 03.10.1968 г.), состоящее из частично заглубленных в жидкую массу анода металлических ребер, выполненных равновеликими по высоте, ребра установлены с возрастающим от центра к периферии заглублением в коксопековый слой.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность монтажа данной конструкции, а также отсутствие в ребрах отверстий для перетекания анодной массы.

Также известно устройство для отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера (патент SU № 908962, C25C3/12, опубл. 28.02.1982), содержащее теплоотводящие элементы, погруженные в жидкую анодную массу и выполненные в виде металлических пластин с отверстиями для перетекания анодной массы.

Недостатком данного устройства является сложность изготовления конструкции с переменной толщиной по высоте теплоотводящего элемента, а также высокая металлоемкость устройства.

Наиболее близким к изобретению по сущности является устройство для отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера (патент RU № 278124, C25C3/10, C25C 3/12, опубл. 05.08.1970 г.), состоящее из металлических теплоотводящих элементов, выполненных в виде сплошных ребер, укрепленных в верхней части анодного кожуха и частично погруженных в жидкую анодную массу.

Недостатком данного устройства, в отличие от предложенного, является наименьший эффект увеличения уровня кокса-пековой композиции по центру и равномерного распределения по периферии за счет дополнительного поперечного оребрения и утепления анодного кожуха. Размеры устройства создают дополнительные трудности при монтаже, в отличие от новой конструкции.

Раскрытие устройства

Задачей данного устройства является выравнивание поля температур анода за счет перераспределения тепла от центральной части к периферии и снижение температуры анода возле токопроводящих штырей.

Техническим результатом изобретения является снижение температуры поверхности анода и снижение высоты конуса спекания центральной части анода, в том числе возле токопроводящих штырей для увеличения запирающего слоя анода из анодной массы.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для охлаждения самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, содержащем металлические теплоотводящие элементы, закрепленные в верхней части анодного кожуха электролизера и частично погруженные нижними концами в анодную массу, новым является то, что теплопроводящие элементы состоят из продольно и поперечно ориентированных алюминиевых ребер, где поперечные ребра (2) установлены в пазы (3) центрального продольного ребра (1) и выполнены в виде прямоугольника или трапеции, при этом центральное продольное ребро (1) выполнено с отверстиями (4).

Предлагаемое устройство дополняют частные случаи его выполнения.

Высота B и толщина С центрального продольного ребра составляет 0,3 - 0,7 и 0,015 - 0,05 длины А центрального продольного ребра соответственно.

Длина D и высота E отверстия в продольном ребре составляет 0,1 - 0,3 и 0,1 - 0,2 длины А центрального продольного ребра соответственно.

Длина F нижнего основания, высота G торцевой части, полная высота H, длина верхнего основания I, длина центрального выреза J, высота центрального выреза K, длина крыла L и толщина М поперечного ребра в виде трапеции составляет 0,25 - 0,5; 0,05 - 0,1; 0,2 - 0,4; 0,2 - 0,4; 0,2 - 0,4; 0,05 - 0,1; 0,25 - 0,5 и 0,01 - 0,05 длины А центрального продольного ребра соответственно.

Длина Q, высота P и высота центрального выреза R поперечного ребра в виде прямоугольника составляет 0,3 - 0,7; 0,2 - 0,5 и 0,15 - 0,25 длины А центрального продольного ребра соответственно.

Поперечное ребро, выполненное в виде трапеции, содержит отверстия (7) для возможности крепления устройства к анодному кожуху, где диаметр N отверстия (7) составляет 0,01 - 0,04 длины А центрального продольного ребра. Нижняя часть поперечного ребра, выполненного в виде трапеции, содержит вырезы (5).

Приведенные выше варианты частного выполнения устройства не являются единственно возможными. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы действия патента.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлена конструкция центрального продольного ребра, на фиг. 2 представлена конструкция поперечного ребра в виде трапеции, на фиг. 3 представлена конструкция поперечного ребра в виде прямоугольника, на фиг. 4 представлен общий вид конструкции с поперечными ребрами в виде трапеции, на фиг. 5 представлен общий вид конструкции с поперечными ребрами в виде прямоугольника, на фиг. 6 представлена схема установки ребер в анод Содерберга.

Осуществление устройства

Изобретение представляет собой устройство для охлаждения самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, состоящее из металлических теплоотводящих элементов, выполненных в виде продольно и поперечно ориентированных алюминиевых ребер, укрепленных в верхней части анодного кожуха и частично погруженных нижними концами в анодную массу.

Устройство содержит следующие конструктивные элементы: центральное продольное ребро 1 и поперечные ребра 2, установленные в паз 3 продольного ребра 1. В центральном продольном ребре 1 предусмотрены отверстия 4 для простоты перетекания анодной массы.

Поперечное ребро 2 может быть выполнено в виде трапеции (фиг. 2), где для снижения металлоемкости и облегчения конструкции в нижней части поперечного ребра 2 предусмотрены вырезы 5, а также скосы 6 на верхней части ребра, для крепления устройства к анодному кожуху в поперечных ребрах 2 могут быть предусмотрены отверстия 7.

Поперечное ребро 2, выполненное в виде трапеции без отверстий, для крепления устройства к анодному кожуху используются отверстия 4 в ребре 1.

Поперечное ребро 2 может быть выполнено в виде прямоугольника (фиг. 3), для крепления устройства к анодному кожуху используются отверстия 4 в продольном ребре 1.

Устройство для охлаждения 8 устанавливается в тело анода и крепится за трапик 9 анода Содерберга (фиг. 6).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Центральное продольное ребро 1 помещается сверху в анодную массу, затем перпендикулярно продольному ребру 1 в паз 3 продольного ребра между токопроводящими штырями поочередно устанавливаются поперечные ребра 2, осуществляется погружение устройства на 2/3 его высоты в анодную массу, затем устройство крепится к анодному кожуху алюминиевого электролизера.

Целесообразно, чтобы устройство имело следующее соотношение по размерам:

- центральное продольное ребро 1: длину A, высоту B = 0,3 - 0,7А, толщину C = 0,015 - 0,05А с отверстиями 4 длиной D = 0,1 - 0,3А и высотой E = 0,1 - 0,2А.

- поперечные ребра 2, если они выполнены в виде трапеции: длину нижнего основания F = 0,25 - 0,5А, высоту торцевой части ребра G = 0,05 - 0,1А, полную высоту ребра H = 0,2 - 0,4А, длину верхнего основания ребра I = 0,2 - 0,4А, длину центрального выреза J = 0,2 - 0,4А, высоту центрального выреза K = 0,05 - 0,1А, длину крыла L = 0,25 - 0,5А, толщину ребра М = 0,01 - 0,05А с отверстиями 7 для крепления ребра диаметром N = 0,01 - 0,04A.

- поперечные ребра 2, если они выполнены в виде прямоугольника: длину Q = 0,3 - 0,7A, высоту P = 0,2 - 0,5А, высоту центрального выреза R = 0,15 - 0,25A.

Пример 1.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде трапеции. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 135 °С, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 40 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 1600 мм, В = 550 мм, С = 40 мм, D = 300 мм, E = 200 мм, F = 620 мм, G = 100 мм, Н = 440 мм, I = 490 мм, J = 490 мм, К = 130 мм, L = 620 мм, М = 30 мм, N = 50 мм.

Данные результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями.

Пример 2.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде трапеции. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 125 °С, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 40 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 2000 мм, В = 1400 мм, С = 100 мм, D = 600 мм, E = 400 мм, F = 1000 мм, G = 200 мм, Н = 800 мм, I = 800 мм, J = 800 мм, К = 200 мм, L = 1000 мм, М = 100 мм, N = 80 мм.

Данные результаты также подтверждены расчетами,

проведенными при помощи компьютерного моделирования.

Пример 3.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде трапеции. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 136 °С, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 38 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 1800 мм, В = 540 мм, С = 27 мм, D = 180 мм, E = 180 мм, F = 450 мм, G = 90 мм, Н = 360 мм, I = 360 мм, J = 360 мм, К = 90 мм, L = 450 мм, М = 18 мм, N = 18 мм.

Данные результаты также подтверждены расчетами,

проведенными при помощи компьютерного моделирования.

Пример 4.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде прямоугольника. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 136 °С, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 42 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 1600 мм, В = 550 мм, С = 40 мм, D = 300 мм, E = 200 мм, Q = 740 мм, P = 600 мм, R = 300 мм.

Данные результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями.

Пример 5.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде прямоугольника. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 135 °, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 44 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 1800 мм, В = 900 мм, С = 72 мм, D = 450 мм, E = 270 мм, Q = 540 мм, P = 360 мм, R = 270 мм.

Данные результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями.

Пример 6.

Была выполнена установка устройства для охлаждения самообжигающегося анода с поперечными ребрами в виде прямоугольника. Начальная температура анодной массы на глубине 5 см от поверхности анода составила 145 °С, в результате работы устройства температура в точке замера снизилась до 130 °С, а высота анодной массы по центру анода увеличилась с 35 до 46 см.

Устройство имеет следующие размеры:

A = 2000 мм, В = 1400 мм, С = 100 мм, D = 600 мм, E = 400 мм, Q = 1400 мм, P = 1000 мм, R = 500 мм.

Данные результаты подтверждены опытно-промышленными испытаниями.

Изобретение относится к устройству для охлаждения самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом. Устройство содержит металлические теплоотводящие элементы, закрепленные в верхней части анодного кожуха электролизера, частично погруженные нижними концами в анодную массу и состоящие из продольно и поперечно ориентированные центрального продольного ребра, и выполнены в виде прямоугольника или трапеции, при этом центральное продольное ребро выполнено с отверстиями. Обеспечивается снижение температуры поверхности анода и снижение высоты конуса спекания центральной части анода, в том числе возле токопроводящих штырей для увеличения запирающего слоя анода из анодной массы. Обеспечивается является выравнивание поля температур анода за счет перераспределения тепла от центральной части к периферии и снижения температуры поверхности анода, снижение высоты конуса спекания центральной части анода, в том числе возле токопроводящих штырей для увеличения запирающего слоя анода из анодной массы, и снижение температуры анода возле токопроводящих штырей. 7 з.п. ф-ы, 6 ил., 6 пр.

1. Устройство для охлаждения самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, содержащее металлические теплоотводящие элементы, закрепленные в верхней части анодного кожуха электролизера и частично погруженные нижними концами в анодную массу, отличающееся тем, что теплопроводящие элементы состоят из продольно и поперечно ориентированных алюминиевых ребер, при этом поперечные ребра (2) установлены в пазы (3) центрального продольного ребра (1) и выполнены в виде прямоугольника или трапеции, и центральное продольное ребро (1) выполнено с отверстиями (4).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высота B и толщина С центрального продольного ребра составляет 0,3–0,7 и 0,015–0,05 длины А центрального продольного ребра соответственно.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина D и высота E отверстия в продольном ребре составляет 0,1–0,3 и 0,1–0,2 длины А центрального продольного ребра соответственно.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина F нижнего основания, высота G торцевой части, полная высота H, длина верхнего основания I, длина центрального выреза J, высота центрального выреза K, длина крыла L и толщина М поперечного ребра в виде трапеции составляет 0,25–0,5; 0,05–0,1; 0,2–0,4; 0,2–0,4; 0,2–0,4; 0,05–0,1; 0,25–0,5 и 0,01–0,05 длины А центрального продольного ребра соответственно.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина Q, высота P и высота центрального выреза R поперечного ребра в виде прямоугольника составляет 0,3-0,7; 0,2-0,5 и 0,15-0,25 длины А центрального продольного ребра соответственно.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперечное ребро, выполненное в виде трапеции, содержит отверстия (7) для возможности крепления устройства к анодному кожуху.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что диаметр N отверстия составляет 0,01–0,04 длины А центрального продольного ребра.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть поперечного ребра, выполненного в виде трапеции, содержит вырезы (5).