Обожженный анод алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров. Техническим результатом изобретения является повышение срока службы обожженного анода. Технический результат достигается тем, что в аноде, содержащем обожженный угольный блок, кронштейн с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержатель, соединенный с кронштейном, крайние ниппеля расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока. 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров.

Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из угольных блоков, анододержателя и ниппельного кронштейна, соединенных между собой с помощью стержней с клиньями, в котором анододержатель в нижней части снабжен пазом, охватывающим ниппельный кронштейн, и прорезью по продольной оси, заканчивающейся отверстием (СССР, авторское свидетельство 354003, С 22 D 3/02. 3/12, Опубл. 09.10.72).

Недостаток такого обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в использовании нескольких угольных блоков, закрепленных на одном анододержателе при помощи ниппельного кронштейна. При использовании нескольких угольных блоков в случае выхода из строя по тем или иным причинам одного из угольных блоков нарушается работа остальных угольных блоков. В случае выхода из строя одного из угольных блоков возрастает токовая нагрузка на остальные угольные блоки, что приводит к преждевременному выходу из строя этих угольных блоков. Это приводит к снижению срока службы обожженного анода и повышенному расходу угольных блоков.

Кроме того, для снижения падения напряжения в контакте ниппелей с угольными блоками и обеспечения механической прочности соединения ниппелей с угольными блоками данная конструкция обожженного анода предполагает использование ниппелей и ниппельных гнезд достаточно большого диаметра, а это приводит к увеличению вероятности растрескивания угольных блоков в результате воздействия напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения ниппеля и угольного блока.

Наиболее близким к заявленному является обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из одного обожженного угольного блока, стального кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, причем крайние ниппеля расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем порядка 0,75 длины обожженного угольного блока (Металлургия алюминия. Троицкий И.А., Железнов В. А. Учебное пособие для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1984, с.347-348, Рис.135).

Недостаток такого обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в расположении крайних ниппелей на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем порядка 0,75 длины обожженного угольного блока. При указанном расположении крайних ниппелей увеличивается длина стального кронштейна по отношению к длине обожженного угольного блока, а сами крайние ниппеля приближены к торцам обожженного угольного блока. При таком соотношении длины обожженного угольного блока и длины стального кронштейна и при указанном расположении крайних ниппелей величина напряжений, возникающих в процессе эксплуатации обожженного анода вследствие различия термического расширения стального кронштейна и угольного блока, может превысить предел прочности обожженного угольного блока и привести к его растрескиванию в сечениях между крайними ниппелями. При этом также вследствие интенсивного окисления в процессе эксплуатации анода торцевых граней обожженного угольного блока в их верхней части увеличивается вероятность выхода из строя крайних ниппелей. При растрескивании обожженного угольного блока и ухудшении контакта крайних ниппелей с обожженным угольным блоком ухудшается распределение тока по ниппелям, повышается падение напряжения в аноде, сокращается срок его службы и ухудшается качество металла вследствие доступа электролита к крайним ниппелям при окислении верхней части обожженного угольного блока.

В основу изобретения положена задача разработать обожженный анод алюминиевого электролизера, конструкция которого уменьшала бы вероятность растрескивания обожженного угольного блока за счет уменьшения напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, и обеспечения запаса прочности обожженного угольного блока в местах размещения ниппелей при воздействии указанных напряжений и напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, при условии обеспечения надежного электрического контакта и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей, что позволит повысить срок его службы.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в обожженном аноде алюминиевого электролизера, состоящем из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, крайние ниппеля расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока.

При расположении крайних ниппелей на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, и выполнении ниппельных гнезд диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока, уменьшается вероятность растрескивания обожженного угольного блока за счет уменьшения напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, и обеспечения прочности обожженного угольного блока в местах размещения ниппелей при воздействии указанных напряжений и напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, причем при условии обеспечения надежного электрического контакта и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей за счет обеспечения необходимой площади контакта обожженного угольного блока и ниппелей, что позволяет повысить срок службы обожженного анода алюминиевого электролизера.

При указанном расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей и указанном диаметре ниппельных гнезд, во-первых, уменьшается длина кронштейна, что уменьшает напряжения, возникающие вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, во-вторых, при воздействии указанных напряжений, а также напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, обеспечивается прочность обожженного угольного блока в районе размещения крайних ниппелей за счет увеличения расстояния между ниппельными гнездами и торцевыми и боковыми гранями обожженного угольного блока, а в-третьих, ниппельные гнезда крайних ниппелей удаляются от зоны интенсивного окисления верхней части обожженного угольного блока. Благодаря этому уменьшается вероятность растрескивания обожженного угольного блока, сохраняется электрический контакт крайних ниппелей и обожженного угольного блока и повышается срок службы обожженного анода алюминиевого электролизера.

При этом расстояние между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющее 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, с учетом диаметра ниппельных гнезд, составляющего 0,12-0,15 длины обожженного угольного блока, определено исходя из величины напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, предела прочности обожженного угольного блока в местах размещения крайних ниппелей и необходимой площади контакта обожженного угольного блока и ниппелей, установленных в выполненных в нем ниппельных гнездах, обеспечивающей надежный электрический контакт и необходимую механическую прочность соединения обожженного угольного блока и ниппелей.

При расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющем более 0,60 длины обожженного угольного блока и диаметре ниппельных гнезд, составляющем более 0,15 длины обожженного угольного блока, расстояние между крайними ниппелями и торцевыми гранями обожженного угольного блока уменьшается на столько, что не обеспечивается необходимая прочность обожженного угольного блока при возникновении напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока. Кроме того, при расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющем более 0,60 длины обожженного угольного блока и диаметре ниппельных гнезд, составляющем более 0,15 длины обожженного угольного блока, ниппельные гнезда крайних ниппелей приближаются к зоне окисления его верхней части, что увеличивает вероятность растрескивания обожженного угольного блока в местах размещения крайних ниппелей и вероятность выхода из строя крайних ниппелей из-за окисления обожженного угольного блока в местах их размещения. При растрескивании обожженного угольного блока в местах размещения крайних ниппелей и выходе из строя крайних ниппелей увеличивается нагрузка на остальные ниппеля, что приводит к их преждевременному выходу из строя. При расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющем более 0,60 длины обожженного угольного блока, и диаметре ниппельных гнезд, составляющем менее 0,12 длины обожженного угольного блока, уменьшается контактирующая поверхность ниппелей, установленных в ниппельных гнездах, и обожженного угольного блока, что ухудшает электрический контакт и снижает механическую прочность соединения обожженного угольного блока и ниппелей.

При расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющем менее 0,55 длины обожженного угольного блока, и диаметре ниппельных гнезд, составляющем более 0,15 длины обожженного угольного блока, при возникновении напряжений, возникающих вследствие объемного термического расширения ниппелей, не обеспечивается необходимая прочность обожженного угольного блока в промежутках между выполненными в нем ниппельными гнездами. При этом также ухудшаются условия выполнения операций монтажа и демонтажа обожженного анода из-за близкого расположения ниппелей друг к другу. При расстоянии между вертикальными осями крайних ниппелей, составляющем менее 0,55 длины обожженного угольного блока, и диаметре ниппельных гнезд, составляющем менее 0,12 длины обожженного угольного блока, уменьшается контактирующая поверхность ниппелей, установленных в ниппельных гнездах, и обожженного угольного блока, что ухудшает электрический контакт и снижает механическую прочность соединения обожженного угольного блока и ниппелей.

Диаметр ниппельных гнезд, составляющий 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока, определен исходя из условий обеспечения прочности обожженного угольного блока в промежутках между крайними ниппелями и боковыми гранями обожженного угольного блока при воздействии напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока и воздействии напряжений от объемного термического расширения ниппелей, а также условий сохранения необходимой площади контакта крайних ниппелей и обожженного угольного блока.

При диаметре ниппельных гнезд, составляющем более 0,31 ширины обожженного угольного блока, расстояние между крайними ниппелями и боковыми гранями обожженного угольного блока уменьшается на столько, что не обеспечивается необходимая прочность обожженного угольного блока при возникновении напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока и вследствие объемного термического расширения ниппелей, а также не обеспечивается сохранность контакта крайних ниппелей с обожженным угольным блоком вследствие окисления его верхней части. При диаметре ниппельных гнезд, составляющем менее 0,25 ширины обожженного угольного блока, уменьшается контактирующая поверхность ниппелей, установленных в ниппельных гнездах, и обожженного угольного блока, что ухудшает электрический контакт и снижает механическую прочность соединения обожженного угольного блока и ниппелей.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображен обожженный анод алюминиевого электролизера, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид с торца.

Обожженный анод алюминиевого электролизера состоит из обожженного угольного блока 1, кронштейна 2 с ниппелями 3, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока 1 и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя 4, соединенного с кронштейном 2. Ниппеля 3 закреплены в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах при помощи чугунной заливки 5 или заделки углеродистой массой. Крайние ниппеля 3 расположены на расстоянии L_н между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины _бл обожженного угольного блока 1. Ниппельные гнезда выполнены диаметром D_нг, составляющим 0,12-0,15 длины В_бл и 0,25-0,31 ширины В_бл обожженного угольного блока 1.

Работа обожженного угольного блока осуществляется следующим образом.

В процессе эксплуатации обожженного анода электрический ток от анодной ошиновки (не показана) алюминиевого электролизера подается на анододержатель 4, затем по анододержателю 4 поступает к соединенному с ним кронштейну 2, по которому ток распределяется по ниппелям 3, закрепленным в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах. В процессе эксплуатации обожженного анода происходит срабатывание обожженного угольного блока 1 до минимальной величины - "огарка". При срабатывании обожженного угольного блока 1 до указанной величины обожженный анод извлекается из алюминиевого электролизера и на его место устанавливается новый. Для мощных алюминиевых электролизеров используются, в частности, обожженные угольные блоки 1 сечением 1450 х 700 мм и высотой 600 мм. При таких размерах обожженных угольных блоков 1 оптимальное количество ниппелей 3 равняется трем. Центральный ниппель 3 располагается по центру обожженного угольного блока 1, а крайние ниппеля 3 располагаются на расстоянии L_н между их вертикальными осями, равном 840 мм, что составляет 0,58 длины L_бл обожженного угольного блока 1. Ниппельные гнезда выполняются диаметром D, равным 195 мм, что составляет 0,13 длины L_бл обожженного угольного блока 1 и 0,28 ширины В_бл обожженного угольного блока 1. Ниппеля 3 закрепляются в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах при помощи чугунной заливки 5. Закрепление ниппелей возможно также при помощи заделки углеродистой массой.

В процессе эксплуатации обожженного анода и срабатывания обожженного угольного блока 1 происходит нагрев кронштейна 2 до температуры 500-600^oС, что приводит к его удлинению и возникновению напряжений в обожженном угольном блоке 1. Различие в величине термического расширения кронштейна 2 и обожженного угольного блока 1 может привести к возникновению напряжений, величина которых может превысить предел прочности обожженного угольного блока 1, что в свою очередь может привести к его растрескиванию в сечениях между крайними ниппелями.

При расположении крайних ниппелей 3 на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,58 длины обожженного угольного блока 1, и выполнении ниппельных гнезд диаметром, составляющим 0,13 длины и 0,28 ширины обожженного угольного блока, величина напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна 2 и обожженного угольного блока 1, уменьшается на столько, что исключается вероятность растрескивания обожженного угольного блока. При этом гарантируется прочность обожженного угольного блока 1 в местах размещения ниппелей при воздействии указанных напряжений, а также напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, причем при обеспечении надежного электрического контакта и механической прочности соединения обожженного угольного блока 1 и ниппелей 3.

Формула изобретения

Обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, отличающийся тем, что крайние ниппеля расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющем 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2