Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия. Уплотнение вывода катодных стержней включает прикрепляемую к катодному кожуху металлическую манжету и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня. Между уплотняющей заделкой и катодным стержнем расположен слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки. Крепление металлической манжеты к катодному кожуху осуществлено посредством болтового соединения, включающего шпильку, гайку, шайбу. При этом количество болтовых соединений может быть от четырех до восьми штук в зависимости от размеров катодных стержней. Отверстия в металлической манжете выполнены диаметром, равным 1,2-2,0 диаметра шпилек. Металлическая манжета может быть выполнена с металлической обечайкой шириной, равной 1,0-2,0 толщины крепежного элемента. Между металлической манжетой и катодным кожухом может быть размещена прокладка из огнеупорного сжимаемого материала толщиной, равной 1,0-2,0 толщины металлической манжеты. Техническим результатом изобретения является повышение срока службы алюминиевого электролизера за счет устранения протекания расплава через бортовые стенки и прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия, а именно к уплотнениям вывода катодных стержней.

Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, включающее присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней металлический короб с двумя отверстиями и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из самотвердеющего материала. Одно из отверстий короба предназначено для пропуска катодного стержня, а другое - для подачи самотвердеющего материала заделки (FR, патент №2535537, М.кл. Н02G 15/013, 1983).

Недостатком уплотнения является то, что в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы в результате термического расширения катодного стержня происходит его перемещение относительно уплотняющей заделки. Перемещение может привести к образованию трещин в уплотняющей заделке вследствие сцепления (адгезии) материала заделки с катодным стержнем, а также щелей между катодным стержнем и заделкой, нарушая герметичность уплотнения. Воздух, легко проникая через образовавшиеся трещины и зазоры к боковой угольной или карбидокремниевой футеровке, окисляет и разрушает ее. Это снижает срок службы алюминиевого электролизера и довольно часто служит причиной прорыва и вытекания расплава через прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней.

Кроме того, к недостаткам этого уплотнения можно отнести большой расход дорогостоящего уплотняющего материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, включающее присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней металлический короб с двумя отверстиями и уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из самотвердеющего материала. Одно из отверстий короба предназначено для пропуска катодного стержня, а другое - для подачи самотвердеющего материала заделки. Между уплотняющей заделкой и катодным стержнем расположен слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки (патент RU №2108414, МКИ С25С 3/08, 1998).

Недостатком уплотнения является то, что при установке катодных секций, имеющих довольно большие отклонения по размерам, для устранения контакта катодный стержень - металлический короб необходимо наличие достаточно больших зазоров между металлическим коробом и катодным стержнем. Указанные зазоры заполняются специальным самотвердеющим составом. В период обжига, пуска и послепусковой период работы алюминиевого электролизера в результате термического расширения катодного стержня происходит его перемещение относительно уплотняющей заделки, что может привести к разрушению большого по объему слоя уплотняющей заделки вследствие сцепления (адгезии) материала заделки с катодным стержнем и нарушению герметичности уплотнения. Воздух, легко проникая через образовавшиеся трещины и зазор к боковой угольной или карбидокремниевой футеровке, окисляет и разрушает ее.

Вышеприведенные недостатки снижают срок службы алюминиевого электролизера и нередко служат причиной прорыва и вытекания расплава через боковые стенки катодного кожуха или окна катодных стержней.

Задача изобретения - увеличение срока службы алюминиевого электролизера путем герметичности вывода катодного стержня на протяжении всего срока службы электролизера, а также снижение трудоемкости выполнения монтажных работ.

Техническим результатом изобретения является создание легко устанавливаемого, простого, удобного в эксплуатации и регулируемого эффективного уплотнения вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, обладающего высокой ремонтопригодностью.

Технический результат достигается за счет того, что уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, содержащее уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из самотвердеющего материала, и слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки, и крепежный элемент, присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней, согласно заявляемому изобретению крепежный элемент выполнен в виде металлической манжеты, прикрепленной к катодному кожуху с помощью разъемных соединений по периметру окон для пропуска катодных стержней.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.

Металлическая манжета закреплена на кожухе с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной катодному стержню, с помощью разъемных соединений с болтами и шпильками, а в металлической манжете выполнены отверстия с диаметром 1,2-2,0 диаметра шпильки для закрепления разъемного соединения.

К металлической манжете с внутренней стороны жестко прикреплена металлическая обечайка толщиной, равной 1,0-2,0 толщины манжеты.

Между металлической манжетой с внутренней стороны и катодным кожухом размещена прокладка из огнеупорного сжимаемого материала толщиной, равной 0,2-0,5 толщины манжеты.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 изображено уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, общий вид. Второй вариант выполнения уплотнения вывода катодных стержней по пункту 2 показан на фиг.2. Третий вариант выполнения уплотнения вывода катодных стержней показан на фиг.3. Четвертый вариант выполнения уплотнения вывода катодных стержней показан на фиг.4.

Уплотнение вывода катодных стержней включает прикрепляемую к катодному кожуху 1 металлическую манжету 2 и уплотняющую заделку 3 вокруг катодного стержня 4, выведенного из катодного кожуха 1 через окно. Уплотняющая заделка 3 выполнена из пластичной огнеупорной массы, в качестве которой могут быть использованы шамотный плотный бетон, бетон на основе карбида кремния, торкретмасса. Между уплотняющей заделкой 3 и катодным стержнем 4 расположен слой материала 5, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки. В качестве такого материала могут быть использованы, например, коллоидно-графитовый препарат или промасленная бумага.

Крепление металлической манжеты 2 к катодному кожуху 1 осуществляется посредством болтового соединения, включающего шпильку 6, гайку 7, шайбу 8. При этом количество болтовых соединений может быть от четырех до восьми штук, в зависимости от размеров катодных стержней. Металлическая манжета 2 выполняется с пятью отверстиями, отверстие 9 предназначено для пропуска катодного стержня 4, а четыре отверстия 10 - для пропуска шпилек 6.

При выполнении изобретения по пункту 2 отверстия 10 в металлической манжете 2 изготавливаются диаметром от 1,2-2,0 диаметра шпилек 6, размеры отверстий определены из условий сохранения прочности металлической манжеты. Это позволяет перемещением металлической манжеты в плоскости, перпендикулярной катодным стержням, обеспечить равное расстояние между боковыми гранями катодного стержня 4 и металлической манжеты 2.

При выполнении уплотнения вывода катодных стержней, показанном на фиг.3, металлическая манжета выполнена с металлической обечайкой 11 шириной, равной 1,0-2,0 толщины крепежного элемента, которая определена исходя из условий обеспечения качественного сварного соединения и снижения трудоемкости монтажных работ. В данном варианте обеспечивается более герметичный узел уплотнения вывода катодных стержней при любых перемещения катодных стержней в процессе работы алюминиевого электролизера.

Четвертый вариант использования уплотнения вывода катодных стержней изображен на фиг.4. Отличается тем, что между металлической манжетой 2 и катодным кожухом 1 размещается прокладка из огнеупорного сжимаемого материала 12 толщиной, равной 0,2-0,5 толщины металлической манжеты. Размеры прокладки определены из условий обеспечения герметичности данного узла и неудорожания конструкции данного узла.

Устройство работает следующим образом.

После установки подовых секций, состоящих из подовых блоков и заделанных в них катодных стержней 4, пропускают катодные стержни 4 через окна в продольных сторонах катодного кожуха 1. На выступающие отрезки катодных стержней 4 в местах их вывода из катодного кожуха 1 и расположения уплотняющей заделки 3 наносят слой материала 5, обеспечивающий скольжение катодных стержней 4 относительно уплотняющей заделки 3. В качестве такого материала используют промасленную бумагу, зафиксированную на катодном стержне 4 с помощью липкой ленты.

Затем на каждый катодный стержень 4 надевается металлическая манжета 2 и центрируется относительно катодного стержня 4, обеспечивая равномерный зазор по всему периметру. Крепление металлической манжеты 2 к катодному кожуху 1 осуществляется болтовым соединением. При этом соединение может располагаться в нескольких точках, например по углам либо по всему периметру металлической манжеты 2.

После соединения с катодным кожухом 1 металлической манжеты 2 пространство между катодным стержнем 4 и катодным кожухом 1 заполняется самотвердеющим материалом с внутренней стороны кожуха. Заполнение производится с использованием нагнетательных устройств под давлением, также может быть выполнено ручным способом с последующим вибрационным уплотнением материала.

Использование конструкции предлагаемого уплотнения за счет небольшого объема уплотняющего материала и точной подгонки стальной манжеты позволит избежать трещин и расслоений в уплотняющем материале и, соответственно, устранить подсосы воздуха к боковой угольной или карбидокремниевой футеровке и, соответственно, избежать окисления и разрушения футеровки.

Это обеспечивает повышение срока службы алюминиевого электролизера и устраняет протеки расплава через бортовые стенки и прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней.

1. Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, содержащее уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, выполненную из самоотвердевающего материала, и слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки, и крепежный элемент, присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней, отличающееся тем, что крепежный элемент выполнен в виде металлической манжеты, прикрепленной к катодному кожуху с помощью разъемных соединений по периметру окон для пропуска катодных стержней.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что металлическая манжета закреплена на кожухе с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной катодному стержню, с помощью разъемных соединений с болтами и шпильками, а в металлической манжете выполнены отверстия с диаметром 1,2-2,0 диаметра шпильки для закрепления разъемного соединения.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что к металлической манжете с внутренней стороны жестко прикреплена металлическая обечайка толщиной, равной 1,0-2,0 толщины манжеты.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что между металлической манжетой с внутренней стороны и катодным кожухом размещена прокладка из огнеупорного сжимаемого материала толщиной, равной 0,2-0,5 толщины манжеты.