Катодный кожух электролизера для получения алюминия

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров. Ванна катодного кожуха состоит из продольных и торцевых стенок, связанных между собой днищем. Металлическая ванна установлена внутри жесткого каркаса, образованного шпангоутами. В продольных стенках ванны выполнены окна для вывода катодных стержней. Расстояние от центра не более 6 крайних окон для вывода катодных стержней до стенки катодного кожуха в направлении ближайшей торцевой стенки составляет 0,55-0,8 от ширины окон для вывода катодных стержней в средней части продольной стенки. 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров.

Катодный кожух является одним из элементов алюминиевого электролизера и должен обеспечивать защиту заключенной внутри него футеровки от деформации и разрушений, возникающих под действием сил, развивающихся внутри катодного устройства.

Известен катодный кожух алюминиевого электролизера, в котором продольные и торцевые стенки и днище соединены между собой разборными шпангоутами, при этом вертикальная часть шпангоутов жестко соединена с продольными стенками кожуха, а стенки свободно установлены на днище и зафиксированы в этом положении клиновыми соединениями (авторское свидетельство СССР №1656904, МПК С25С 3/08, 1989).

Недостатком известного катодного кожуха является малый срок службы. Возникающие в процессе эксплуатации кожуха термические напряжения и напряжения от расширения футеровки в результате ее пропитки солями приводят к деформации стенок кожуха в наиболее слабых его местах, а именно в местах клинового присоединения стенок к днищу и в местах соединения стенок между собой, что приводит к снижению срока службы кожуха.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий футеруемую внутри металлическую ванну с продольными стенками с окнами для вывода катодных стержней, торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного обеспечивающими жесткость поперечными цельносварными шпангоутами, установленными на опорной раме и жестко к ней приваренными, элементами связи, размещенными между поперечными рамами каркаса и жестко с ними соединенными, причем верхние их края закреплены на уровне каркаса, а нижние - на расстоянии от верха каркаса, не превышающем 1/3-1/5 высоты стенок кожуха, поясами жесткости торцевых стенок, жестко соединенными с крайними поперечными рамами, а также снабженного элементами, выполненными в виде металлических накладок, расположенными ниже уровня окон для вывода катодных стержней и соединенными со стенками кожуха (авторское свидетельство СССР 1705413, С25С 3/08).

Известный катодный кожух приводит к снижению срока службы катодного устройства в связи с образованием трещин в крайних подовых секциях во время обжига и пуска электролизеров.

Проблема образования трещин в крайних подовых секциях во время обжига и пуска электролизеров связана с тем, что в процессе обжига и пуска алюминиевых электролизеров происходит термическое расширение подины, превышающее термическое расширение катодного кожуха. В результате этого наблюдается смещение катодных стержней в окнах для вывода катодных стержней относительно центра окна в сторону ближайшей торцевой стенки катодного кожуха, и чем ближе к торцевым стенкам расположено окно для вывода катодного стержня, тем больше это смещение. Наступает момент, когда катодные стержни 1-6 крайних окон для вывода катодных стержней, ближайших к торцевой стенке ванны катодного кожуха, начинают упираться в продольные стенки катодного кожуха, а дальнейшее расширение подины приводит к изгибу подовых секций и их разрушению, а именно образованию поперечных вертикальных трещин.

Задачей изобретения является увеличение срока службы электролизера путем устранения проблемы образования трещин в крайних подовых секциях во время обжига и пуска электролизеров.

Задача решается тем, что в катодном кожухе алюминиевого электролизера, содержащем футеруемую внутри металлическую ванну с продольными стенками с окнами для вывода катодных стержней, торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного шпангоутами, в соответствии с предлагаемым изобретением расстояние от центра не более 6 крайних окон для вывода катодных стержней до стенки катодного кожуха в направлении ближайшей торцевой стенки составляет 0,55-0,8 от ширины окон для вывода катодных стержней в средней части продольной стенки.

Отличие предлагаемого изобретения от прототипа осуществляется внесением изменений в конструкцию известного катодного кожуха либо путем учета данного решения на стадии проектирования катодного устройства и заключается в увеличении расстояния от центра 1-6 крайних окон для вывода катодных стержней до стенки катодного кожуха в сторону ближайшей торцевой стенки до значения 0,55-0,8 от ширины окон для вывода катодных стержней в средней части продольной стенки.

Это приводит к тому, что во время обжига и пуска алюминиевого электролизера при расширении подовых секций максимальное смещение катодных стержней в окнах для вывода катодных стержней становится меньше, чем расстояние от края катодного стержня до продольной стенки кожуха. В результате этого катодные стержни не упираются в продольную стенку катодного кожуха, соответственно не происходит изгиба подовых секций и образования вертикальных трещин в них.

Увеличение расстояния от центра окна для вывода катодных стержней до стенки катодного кожуха выбрано 0,55-0,8 от ширины окон для вывода катодных стержней в средней части продольной стенки на основе практических замеров и на основе математического моделирования напряженно-деформированного состояния катодного устройства в режиме обжига и пуска электролизера с учетом использования различных футерующих материалов.

Таким образом, заявляемый катодный кожух соответствует критерию «новизна».

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

Изобретение поясняется чертежом, где 1 - катодный кожух, продольный вид с разрезом; 2 - продольная стенка ванны катодного кожуха, в которой выполнены окна для вывода катодных стержней 3. Центр окна для вывода катодного стержня отмечен позицией 4. Ванна катодного кожуха включает продольные 2 и торцевые 5 стенки. А - ширина окна для вывода катодного стержня в средней части продольной стенки металлической ванны 6. Продольная 2 и торцевая 5 стенки металлической ванны 6 связаны между собой днищем 7. Металлическая ванна 6 установлена внутри жесткого каркаса, образованного шпангоутами 8.

Предлагаемое техническое решение было использовано в электролизере РА 300, при его применении удалось устранить образование трещин в крайних подовых секциях.

Катодный кожух алюминиевого электролизера, содержащий футерованную внутри металлическую ванну с продольными стенками с окнами для вывода катодных стержней, торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного шпангоутами, отличающийся тем, что расстояние от центра окна для вывода катодных стержней до стенки ванны катодного кожуха в направлении ближайшей торцевой стенки ванны составляет 0,55-0,8 ширины окна для вывода катодных стержней в средней части продольной стенки ванны для не более 6 крайних окон для вывода катодных стержней.