Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера и модель для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК C25C3/20 

2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что пропитку подины модели осуществляют периодически, чередуя операции пропитки с операция- ми удаления жидкости с поверхности подины естественной или искусственной сушкой.- I

t

3.Модель, включающая материал,

имити1 ующий подину, расположенный , между ограждающими поверхностями, отличающаяся тем, что, с цепью расширения круга моделируемых явлений, снижения стоимости, обеспечения наглядности, простоты и оперативности экспериментов, в качестве материала использована древесина, подина выполнена сборной из блоков, причем боковые и нижние поверхности блоков выполнены со слоем изолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительно парафина, и по крайней мере один блок покрыт слоем изолирующего вещества по всем поверхностям герметично. .

1. Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объем- ную деформацию подины модели, изме. рение скоростей и величин деформации, отличающийся тем, что, с целью расширения круга моделируемых явлений, снижения стоимости обеспечения наглядности, простоты и оперативности экспериментов, деформацию осуществляют пропиткой подины I модели жидкостью, предпочтительно водой, при подаче ее на верхнюю по(Л верхность подины. 00 со SI О5

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изучению механических явлений, происходящих в подине электролизера для получения алюминия из криолитоглиноземного расплава, и может быть применено для моделирования процессов связанных с объемной деформацией твердых тел. Одной из основных причин выхода электролизера из строя является раз рушение углеродистой подины вследствие накопления необратимьгх деформаций при внедрении в подину металлического натрия, неизбежно выделяю щегося совместно с алюминием при электролизе. Взаимодействие подины с натрием, начинающееся непосредственно при введении электролизера в эксплуатацию, приводит к деформации (расширению) катодных блоков. Особенностью процесса деформации является то, что сначала деформируются верхние слои подины и лишь с течением времени процесс деформации распространяется вглубь катодны блоков. Неравномерная величина деформации по высоте блоков приводит к их изгибу и подъему центральной части подины. Процесс деформации протекает непрерывно при эксплуатации электролизера и скорость процесса деформадаи определяет срок его службы.. Известен способ моделирования процессов, происходящих в алюминиев электролизере, при котором исследования вьшолняются на физических моделях, отличающихся от промьшшенных электролизеров главным Образом только размерами и формой Л . Недостатками данного способа моделирования являются большая стоимость и длительность экспериментов, а также трудности, связанные с экспериментированием при высоких температурах.. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объемную деформацию подины модели, измерение скоростей и величин деформации. Данный способ реализуется в модели, включающей материал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями 2 , Недостатками известных способа и модели является невозможность рас-, ширения круга моделируемых явлений, высокая стоимоеть, сложность, низкая наглядность и оперативность экспериментов. Цель настоящего изобретения расширение круга моделируемых явлений, снижение ((СТОИМОСТИ, обеспечение наглядности, простоты и оперативности экспериментов. Поставленная цель достигается тем, что в способе моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающем деформацию подины модели, измерение скоростей и величин деформации, согласно изобретению, деформацию

3

осуществляют пропиткой подины модели жидкостью, предпочтительно водой, при подаче ее на верхнюю поверхность подины.

Пропитку подины модели осутцест.вляют периодически, чередуя операции пропитки с операциями удаления жидкости с поверхности подины естественной или искусственной сушкой.

В качестве модели, включающей материал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями, согласно изобретению, в качестве материала использована древесина, подина вьтолнена сборной из блоков, причем боковые и низкие поверхности блоков вьшолнены со слоем изолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительно парафина, и покрайней мере один блок покрыт слоем изолирующего вещества по всем поверхностям герметично.

Предлагаемые способ и модель позволяют изучить деформацию подин электролизеров при различных условиях.

При смачивании блоков жидкостью происходит пропитка блоков и их деформация (расширение при набухании), приводящая к силовому взаимодействию блоков с ограждающими пoвepxнocтя и, что позволяет изучать характер деформации в зависимости от конструкции жесткости ограждающих поверхностей.

Защищая часть поверхностей блоков от контакта с жидкостью, например, боковые и нижние поверхности, обеспечивают направленную, сверху вниз, пропитку бликов, при этом деформация начинается с верхних слоев и затем постепенно распространяется в лежащие ниже слои блоков.

Неравномерная деформация различных слоев по высоте блоков приводит к их и вспучиванию центральной части подины модели имитируя тем самым основной процесс деформации, происходящий в реальной углеродиетой подине при взаимодействии ее с натрием после пуска на электролиз.

Неравномерность деформации по пло(цади подины имитируется покрытием по крайней мере одного блока изолирукици веществом герметично, а неравномерность деформации во времени из-за колебаний технологических условий

1764

(температура, криолитовые отношение электролита) - чередованием операций пропитки и удаления части жидкости из блоков за счет естественной или искусственной сушки.

На фиг.1 и 2 изображена модель подины, соответственно план и поперечный разрез, на фиг.З - модель подины после окончания одного из эксперим нтов, поперечный разрез.

Древесные блоки 1 уложены на горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4, скрепленными стяжками 5. Между боковыми поверхностями блоков 1, между блоками 1 и основанием 2, а также между блоками 1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 расположено изолирующее вещество 6. Модель может быть снабжена, измерительньми устройствами, фиксирукнцими величины деформаций блоков в различных направлениях и усилия, возникающие между блоками и ограждающими поверхностями.

Подину модели выполняют из Древесных блоков 1 двух типоразмеров 88-2246 и 64-22-16. Блоки 1 укладывают в четьфе ряда по два блока в ряду с перевязкой швов между блоками на горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4. В качестве ограждающих поверхностей 3 и 4, имитирующих стенки катодного кожуха, использовали металлические уголки , скрепленные между собой стяжка.ми 5 и образующие прямоугольную раму.

Боковые и нижние поверхности блоков 1 предварительно покрьшают расплавленным парафином. После сборки модели швы 6 между блоками 1 и между блоками и ограждающими поверхностями 3 и 4 дополнительно заливали расплавленным парафином для обеспечения монолитности подины.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью индикатора линейных перемещений (цена деления шкалы 0,01 мм) определяют исходный рельеф поверхности подины и затем на поверхность подины заливают слой воды 35 мм. Начавшуюся сразу же после заливки воды деформацию контролируют 8 ходе эксперимента регулярным через определенные промежутки времени из ерением рельефа поверхности подины, кроме того, скорость подъема в центре подины измеряют непрерывно стационарно установленным индикатот ром линейных перемещений. В ходе эксперимента проводят визуальные наблкщения процесса дефор мации и образования щелей. Эксперимент проводят до момента разрушения подины-, т.е. до момента образования щелей между блоками или между блоками 1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 протека воды под подину или же до прекращения деформа ции. После окончания эксперимента измеряют и фиксирсгют размеры и локализацию образовавшихся щелей, сдвиг и наклон ограждающих поверхностей, сдвиг блоков относительно Друг друга Моделирование неравномерной деформации подины обесцечивают защитой от контакта с водой и верхних поверхностей у части блоков, а также чередованием операций пропитки и удаления части воды при естественной сушке. Эксперименты показали, что при мо делировании воспроизводятся основные явления, связанные с деформацией подин промьшшенных электролизеров: линейная деформация (4-6%) и изгиб блоков, вспучивание центральной част подины, сдвиг блоков относительно друг друга, образование щелей между блоками и между блоками и ограяздаюпщ ми поверхностями ( боковыми стенками разворот боковых стенок наружу зависимость величины и скорости деформации подины от степени податливости боковых стенок (величины обжатия Подины) и др. Оценочный пересчет результатов, полученных на моделях, на реальные условия может быть выполнен при использовании критериев подобия, таких как:, .. С р-е где Ь - перепад деформации по высоте подины; к - поперечный размер подины; Ь - высота подины; - прогиб; 5 - горизонтальное обжатие подины;модуль упругости; С - эксцентриситет приложения силы, действующей на подину со стороны ограладающих поверхностей, относительно нейтральной оси блоков подины;Р- вертикальное давление под подиной. Время, затрачиваемое на сборку и подготовку модели к работе, не превышает нескольких часов, а длительность одного эксперимента в большинстве случаев составляет 3-8 ч. Таким образом, предлагаемый способ моделирования позволяет изучать основные явления, связанные с деформацией подин электролизеров для получения алюминия и дает возможность быстро, наглядно и с минимальными затратами проводить поиск и проверку решений-, направленных на повьш1ение срока службы электролизеров. Для проведения дальнейших испытан1й на полупромьшшенных и промьш ленных электролизерах отбирают только наиболее перспективные решения по данным модельных экспериментов что обеспечивает значительную экономию средств и времени на поиск и отработку решений, направленных на совершенствование катодного узла электролизера.

дзцг.з