Электролизер с обожженными анодами для получения алюминия

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом в криолит-глиноземных расплавах. Техническим результатом изобретения является снижение вредных выбросов в атмосферу электролизного корпуса, упрощение конструкции электролизера в системе опорные конструкции - торцевые укрытия и улучшение условий обслуживания электролизера в зоне его торцов. Это достигается тем, что каждое из двух торцевых укрытий снабжено тремя съемными створками и выполнено в виде пространственного силового каркаса с встроенными в них опорными конструкциями, при этом каждый из каркасов вверху жестко соединен с балкой-коллектором, а внизу опирается на торцевые стенки катодного кожуха. 5 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом в криолит-глиноземных расплавах.

Конструкции электролизеров с обожженными анодами до настоящего времени строятся по двум основным схемам.

1. С опиранием анодного устройства (балка - коллектор с установленными на ней узлами и механизмами) на неподвижные строительные конструкции, закрепленные на фундаментах нулевой отметки (уровень земли) между двумя соседними электролизерами.

2. С опиранием анодного устройства на торцевые стенки катодного кожуха.

В первом случае балка - коллектор одним концом жестко (болтами) крепится к строительным конструкциям, а другим концом опирается на них через специальную шарнирную опору. В этой конструкции открытые проемы в торцах электролизера закрываются легкими торцевыми укрытиями из угольников и листов из антимагнитного сплава или стального проката, причем эти стальные укрытия свободно подвешиваются через узлы электроизоляции к основанию (нижнему поясу) балки-коллектора и стационарно располагаются над фланцевым листом, закрывающим футеровку катодного кожуха, причем между торцевым укрытием и фланцевым листом должен быть достаточный зазор во избежание электрического замыкания на фланцевый лист.

Во втором варианте на торцевых стенках катодного кожуха, по продольной оси, на болтах устанавливаются специальные опоры через узлы электроизоляции, на которые ложится балка-коллектор. При этом с одного конца коллектор жестко соединяется с опорой, а другим концом опирается на нее через роликовую (катковую) опору, что позволяет перемещаться коллектору вдоль оси при температурных расширениях. Торцевые укрытия в этом варианте выполнены и закреплены на основании коллектора точно так же, как и в первом варианте.

Таким образом, в обоих приведенных вариантах конструкции электролизера присутствуют, в виде самостоятельных узлов, опорные конструкции (опоры) балки-коллектора и легкие (не несущие) стационарные торцевые укрытия.

Общим недостатком в обоих вариантах является наличие зазора между фланцевым листом кожуха и торцевым укрытием, который составляет 20-30 мм по всей длине и необходим для того, чтобы исключить электрическое замыкание между этими элементами. Этими зазорами в том числе обусловлено увеличение суммарных неплотностей в укрытиях электролизера, что снижает эффективность системы газоотсоса.

Другой недостаток заключен в необходимости изготовления двух различных металлоконструкций (опоры и торцевые укрытия), что ведет к усложнению монтажа и демонтажа электролизеров.

Известно укрытие по патенту Австрии 329692. Из патентного описания и чертежей видно, что в данном случае решается, главным образом, вопрос открывания боковых сторон электролизера, закрытых отдельными створками.

При этом указано, что торцевые стороны укрываются неподвижными торцевыми щитами, закрепленными на основании коллектора, а в углах имеются треугольные надставки (своего рода дополнительные створки), соединенные с крайними боковыми створками и перемещающиеся вместе с ними при открывании боковой стороны. Подъем надставок совместно с крайними боковыми створками необходим для освобождения зоны углов электролизера при поточной машинной обработке электролитной корки.

Недостатком данной конструкции является то, что применяется сплошной торцевой шит, не имеющий открывающихся элементов (створок) по торцевой стороне. Это не позволяет производить, при необходимости, различные технологические операции в торцах электролизной ванны (проверка состояния анодов в средней зоне, охлаждение торцов ванны пробивкой корки и открыванием створок средней зоны укрытия и т.п.). Сюда относятся и приведенные ранее недостатки по эффективности газоотсоса и по монтажу и демонтажу электролизера.

Известно укрытие алюминиевого электролизера с многоблочными обожженными анодами по а.с. 276438, принятое за прототип.

Данное укрытие отличается тем, что оно состоит из стационарных торцевых стенок и попарно шарнирно складывающихся откидных крышек, служащих одновременно рабочей площадкой, щитом для направления потока газов и экраном от теплового излучения. Кроме этого, торцевые стенки выполнены со створками.

Согласно формуле изобретения и приведенным чертежам в этой конструкции решается, в основном, вопрос укрывания боковых сторон электролизера при помощи шарнирных попарно складывающихся створок. Что касается опирания коллектора и торцевых укрытий, то они представляют собой традиционную конструкцию в виде сплошного щита со створками в углах электролизера с опиранием коллектора на специальные опоры. В данном случае створки в углах выполнены поворотными (на шарнирах), что обеспечивает возможность прохождения обрабатывающей техники при поточной обработке корки.

Недостатком поворотных створок является то, что они открываются и закрываются вручную, а при поточной обработке корки такое положение становится неприемлемым, поэтому такая конструкция торцевых укрытий с поворотными створками не нашла применения в промышленности.

Необходимо отметить, что различные конструкции торцевых укрытий со створками в углах (но без ручного обслуживания) применялись в промышленности до внедрения автоматизированной подачи глинозема (АПГ) в электролизеры, когда подача глинозема в ванну осуществлялась путем многократной обработки (обрушения) электролитной корки. С внедрением системы АПГ такая необходимость отпала и, следовательно, конструкция торцевых укрытий упрощается и может выполняться более герметичной.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вредных выбросов в атмосферу электролизного корпуса, упрощение конструкции электролизера в системе опорные конструкции - торцевые укрытия и улучшение условий обслуживания электролизера в зоне его торцов.

Технический результат достигается тем, что каждое из торцевых укрытий снабжено тремя съемными створками и выполнено в виде пространственного силового каркаса с встроенными в них опорными конструкциями, при этом каждый из каркасов вверху жестко соединен с балкой-коллектором, а внизу опирается на торцевые стенки катодного кожуха через узлы электроизоляции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - продольный разрез электролизера; на фиг.2 - вид на торцевое укрытие с торца электролизера; на фиг.3 - фрагмент А на фиг.1; на фиг.4 - фрагмент Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2.

Электролизер состоит из катодного кожуха 1 с левой 2 и правой 3 торцевыми стенками, балки-коллектора (анодного устройства) 4, опирающегося на левое 5 и правое 6 торцевые укрытия и жестко с ними соединенного с помощью болтовых соединений или сваркой. Каждое торцевое укрытие снабжено тремя съемными створками 7 и выполнено в виде жесткого силового каркаса 6 с встроенными опорными конструкциями 9, которыми каркасы опираются на торцевые стенки 2 и 3 катодного кожуха через узлы электроизоляции 10 первой ступени.

Со стороны правого торцевого укрытия 6 опорная конструкция 9 снабжена роликами (катками) 11, установленными на осях 12 через узлы электроизоляции 13 второй ступени, а со стороны левого укрытия 5 опорная конструкция 9 снабжена закругленным башмаком 14, жестко закрепленным в ней через узлы электроизоляции 15 второй ступени.

Кроме этого, левое торцевое укрытие 5 жестко соединено болтами 16 с торцевой стенкой 2 катодного кожуха через компенсаторы (тарельчатые пружины) 17. Для герметизации торцевых укрытий по линии их примыкания к торцевым стенкам кожуха предусмотрены уплотнители 18, которые крепятся одновременно узлами электроизоляции первой ступени к стенкам кожуха.

После пуска электролизера в эксплуатацию под воздействием повышенных температур его элементы начинают деформироваться, при этом прежде всего увеличиваются линейные размеры катодного кожуха 1 и балки-коллектора 4.

Так как катодный кожух нагревается больше, то перемещение его торцевых стенок 2 и 3 по продольной оси составляет большую величину, чем удлинение балки-коллектора и перемещения связанных с коллектором торцевых укрытий 5 и 6. Эту разность в перемещениях компенсирует правая опорная конструкция 9, снабженная роликами 11, которые прокатываются по поверхности торцевой стенки 3, а опорная конструкция 9 левого укрытия с башмаком 14 остается неподвижной и перемещается вместе с левой торцевой стенкой 2.

Кроме этого, в процессе эксплуатации происходит деформация торцевых стенок 2 и 3 катодного кожуха: изгиб стенок в горизонтальной плоскости и их смещение, т. е. опрокидывание, в вертикальной. Это приводит к тому, что горизонтальные их поверхности, на которые опираются торцевые укрытия, приобретают некоторый угол наклона.

Это не отражается на торцевом укрытии 6, в опорной конструкции 9 которого установлены ролики 11 и само укрытие никак не связано со стенкой 3 кожуха. Компенсация поворота опорной поверхности левой стенки 2 кожуха происходит за счет закругленного башмака 14 и компенсаторов 17 в торцевом укрытии 5.

Съемные створки 7 в торцевых укрытиях позволяют, при необходимости, открыть одну из трех створок в нужной зоне и провести необходимые работы по контролю параметров работы электролизера, произвести частичную обработку его торцов и т. п., тогда как применение сплошных торцевых щитов (с небольшими створками в углах), как это было ранее, не позволяло выполнять эти работы без открывания всего торца.

Монтаж электролизера производят следующим образом: - на торцевые стенки 2 и 3 катодного кожуха, установленного в корпусе электролизера, устанавливают узлы электроизоляции 10 с уплотнителями 18; - на монтажной площадке завода (или в корпусе электролизера) на стенде жестко соединяют между собой болтами или сваркой балку-коллектор 4 с собранными предварительно торцевыми укрытиями 5 и 6 (съемные створки 7 торцевых укрытий могут быть смонтированы и позднее); - собранные коллектор и торцевые укрытия устанавливают на узлы электроизоляции 10 с уплотнителями 18, при этом автоматически герметизируется линия примыкания торцевых укрытий к узлам электроизоляции торцевых стенок катодного кожуха; - торцевое укрытие 5 (левое) соединяют болтами 16 через компенсаторы 17 со стенкой 2 катодного кожуха.

После этого на коллектор монтируют все остальное предусмотренное оборудование, и электролизер готов к пуску.

При демонтаже электролизера на капитальный ремонт необходимо снять только болты 16 с компенсаторами 17, соединяющими торцевое укрытие 5 со стенкой 2 катодного кожуха. После этого снимают коллектор с торцевыми укрытиями (со всем установленным оборудованием) и устанавливают в корпусе электролизера на отведенном для этого месте, при этом торцевые укрытия выполняют роль естественных опор и не требуются дополнительные приспособления.

Формула изобретения

Электролизер с обожженными анодами для получения алюминия, включающий балку-коллектор, опорные конструкции, кожух катодный и торцевые укрытия, отличающийся тем, что каждое из торцевых укрытий снабжено тремя съемными створками и выполнено в виде пространственного силового каркаса с встроенными в них опорными конструкциями, при этом каждый из каркасов вверху жестко соединен с балкой-коллектором, а внизу опирается на торцевые стенки катодного кожуха через узлы электроизоляции с уплотнителями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5