Катодный кожух алюминиевого электролизера

Авторы патента:

C25C3/08 - конструктивные элементы электролизера, например днища, стенки, катоды

Владельцы патента RU 2536617:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к конструкции катодного кожуха электролизера для получения алюминия электролитическим способом. Катодный кожух содержит продольные и торцевые стенки с вертикальными ребрами жесткости, днище, шпангоуты, которые охватывают стенки и днище, и фланцевый лист. Фланцевый лист жестко соединен с промежуточными ребрами, вертикально установленными между шпангоутами, на продольных стенках кожуха, с помощью разъемных соединений, через горизонтальные площадки. Промежуточные ребра выполнены из металлического листа толщиной от 0,3 до 1 толщины стенки кожуха. Обеспечивается повышение срока службы электролизера 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано в конструкции катодного кожуха электролизера для получения алюминия электролитическим способом.

Катодный кожух является одним из элементов алюминиевого электролизера и применяется для защиты заключенной внутри него футеровки от разрушающего действия усилий, возникающих в процессе работы алюминиевого электролизера. В связи с этим он должен обладать необходимой прочностью, так как от прочности кожуха в большей степени зависит срок службы электролизера. Кроме того, катодный кожух должен обеспечивать отвод тепла, что способствует образованию защитного гарнисажа и настыли. Гарнисаж и настыль позволяют интенсифицировать работу электролизера, предотвращают разрушение футеровки и увеличивают срок службы электролизера. Вышеперечисленное имеет большое значение для электролизеров большой мощности.

Известен катодный кожух алюминиевого электролизера шпангоутного типа, который содержит продольные и торцевые стенки с вертикальными ребрами жесткости и шпангоутами, днище и фланцевый лист (Сушков А.И. и др. Металлургия, 1965, стр.318-321, рис.113-д, 114).

Недостатком аналога является выполнение соединения фланцевого листа со шпангоутами при помощи сварки. Фланцевый лист необходимо срезать при капремонте и вновь приваривать при монтаже футеровки, вследствие чего увеличиваются трудозатраты.

За прототип принят катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий днище, торцевые стенки с вертикальными ребрами жесткости, продольные стенки, шпангоуты по продольным сторонам и фланцевый лист, жестко соединенный с ребрами жесткости и шпангоутами с помощью разъемных соединений (Патент РФ №2121527, м.кл. С25С 3/08, 1998).

Недостатком известного катодного кожуха является то, что продольные стенки между шпангоутами не связаны с фланцевым листом и не имеют элементов жесткости, а также термические деформации фланцевого листа оказывают дополнительное давление на шпангоуты. Поскольку фланцевый лист крепится к шпангоутам и не связан со стенками катодного кожуха в промежутках между шпангоутами, они деформируются под действием давления футеровки и высоких температур. Деформация стенок приводит к раскрытию набивных швов подины и нарушению целостности бортовой футеровки и, как следствие, к снижению срока службы электролизера, а также к значительным трудозатратам при устранении деформаций стенок при ремонте катодного кожуха.

Задачей изобретения является повышение срока службы электролизера, уменьшение трудозатрат.

Технический результат заключается в снижении механических и тепловых деформаций продольных стенок катодного кожуха в промежутках между шпангоутами и ребрами жесткости.

Технический результат достигается тем, что в катодном кожухе алюминиевого электролизера, включающем продольные и торцевые стенки с вертикальными ребрами жесткости и шпангоутами, днище и фланцевый лист, согласно заявляемому изобретению, фланцевый лист жестко соединен с промежуточными ребрами, вертикально установленными между шпангоутами, на продольных стенках кожуха.

Фланцевый лист может быть соединен с промежуточными ребрами с помощью разъемных соединений, через горизонтальные площадки.

Промежуточные ребра могут быть выполнены из металлического листа толщиной от 0,3 до 1 толщины стенки кожуха.

В заявляемой конструкции катодного кожуха фланцевый лист не связан со шпангоутами. Фланцевый лист кожуха жестко соединен с помощью разъемных соединений с промежуточными ребрами толщиной от 0,3 до 1 толщины стенки кожуха, вертикально установленными на продольных стенках в промежутках между шпангоутами. Кроме того, промежуточные ребра являются дополнительными ребрами жесткости и выполняют функцию ребер охлаждения. Диапазон от 0,3 до 1 обоснован тем, что выбор толщины меньше нижнего предела нецелесообразен по причине низкой надежности конструкции, а выше верхнего предела экономически не оправдан, поскольку дальнейшее увеличение толщины не приводит к увеличению несущей способности.

Заявляемая конструкция катодного кожуха позволяет обеспечить необходимую жесткость продольных стенок в промежутках между шпангоутами и исключить негативное воздействие термической деформации фланцевого узла на шпангоуты за счет крепления фланцевого листа к промежуточным ребрам, установленным между шпангоутами, и за счет снижения температуры стенок, поскольку установка промежуточных ребер способствует интенсификации отвода тепла.

Изобретение поясняется рисунками, где на фиг.1 показана часть продольной стенки катодного кожуха, на фиг.2 - разрез А-А, поясняющий изображение на фиг.1.

Катодный кожух алюминиевого электролизера состоит из продольных 1 и торцевых стенок, днища (на чертежах не отмечены), шпангоутов 2. На торцевых стенках расположены вертикальные ребра жесткости (на чертежах не отмечены). К продольным стенкам 1 между шпангоутами 2 приварены промежуточные ребра 3, снабженные горизонтальными площадками 4 с отверстиями. Верхняя часть катодного кожуха по периметру снабжена фланцевым листом 5, который с помощью разъемных соединений 6 жестко соединен с промежуточными ребрами 3 через горизонтальные площадки 4.

Внедрение данного изобретения позволит снизить деформацию продольных стенок катодного кожуха за счет соединения фланцевого листа с продольными стенками в промежутках между шпангоутами, а также улучшит охлаждение стенок кожуха, что положительно скажется на сроке службы катодного кожуха и электролизера в целом.

1. Катодный кожух алюминиевого электролизера, содержащий продольные и торцевые стенки с вертикальными ребрами жесткости, днище, шпангоуты, которые охватывают стенки и днище, и фланцевый лист, отличающийся тем, что на продольных стенках кожуха между шпангоутами вертикально установлены промежуточные ребра, жестко соединенные с фланцевым листом.

2. Катодный кожух по п.1, отличающийся тем, что промежуточные ребра соединены с фланцевым листом с помощью разъемных соединений, через горизонтальные площадки.

3. Катодный кожух по п.1, отличающийся тем, что промежуточные ребра выполнены из металлического листа, толщина которого составляет от 0,3 до 1 толщины стенки кожуха.

Изобретение относится к катодному блоку для алюминиевого электролизера. Катодный блок содержит слой композита, содержащий графит и твердый материал, такой как TiB2, присутствующий с одномодовым гранулометрическим составом, при этом d50 составляет между 10 и 20 мкм, в частности между 12 и 18 мкм, преимущественно между 14 и 16 мкм.

Катод для ячеек электролизера // 2529432

Изобретение относится к катоду для ячейки электролизера для получения алюминия из его оксида в электролитической ванне. Катод имеет обращенную к электролитической ванне верхнюю часть и нижнюю часть, снабженную контактами для подвода тока.

Электролизер для производства алюминия // 2518029

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Под каждым анодом на поверхности подины размещены перегородки и/или решетки, и/или смачиваемые алюминием открытопористые ячеистые структуры из материала, менее электропроводного, чем алюминий, перпендикулярно и/или под углом 45-90° к плоскости подины, перпендикулярно и/или под углом 45-90° к продольной оси катодных стержней, полностью или частично препятствующие протеканию вдоль подины горизонтальных составляющих катодного тока в слое алюминия.

Способ определения степени износа карбидокремниевых блоков для боковой футеровки кожуха алюминиевых электролизеров // 2516416

Изобретение относится к определению степени износа в среде алюминиевых электролизеров образцов карбидокремниевых блоков, используемых для боковой футеровки кожуха алюминиевых электролизеров.

Способ изготовления комбинированных подовых блоков // 2510822

Настоящее изобретение относится к способу производства комбинированных подовых блоков для алюминиевых электролизеров. Способ включает введение материала углеродистой подложки в форму и нанесение на нее слоя композиционного жаростойкого материала, содержащего борид металла, уплотнение содержимого формы в виде катодного блока и обжиг катодного блока, в качестве материала углеродистой подложки и слоя композиционного жаростойкого материала используют материалы, имеющие близкие коэффициенты термического линейного расширения и значения натриевого расширения и следующий гранулометрический состав: содержание фракций в углеродистой подложке (-10+0,071) мм - 76±10 мас.% и (-0,071+0) мм - 24±10 мас.%, содержание фракций в слое композиционного жаростойкого материала (-10+0,071) мм - 50±30 мас.% и (-0,071+0) мм - 30±50 мас.%, при этом материал углеродистой подложки вводят в предварительно нагретую до температуры материала форму.

Катодная секция алюминиевого электролизера // 2510818

Изобретение относится к конструкции катодной секции алюминиевого электролизера. Катодная секция содержит катодный углеродный блок, катодный токоведущий стержень с электропроводной частью из материала с высокой удельной электропроводностью, установленный во внутренней полости катодного углеродного блока и закрепленный в нем с помощью чугунной заливки.

Электролизер для производства алюминия // 2509830

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. На поверхности подины размещены перегородки и/или решетки, и/или смачиваемые алюминием открытопористые ячеистые структуры из материала, менее электропроводного, чем алюминий, перпендикулярно и/или под углом 45°-90° к плоскости подины, перпендикулярно и/или под углом 45°-90° к продольной оси катодных стержней, полностью или частично препятствующие протеканию вдоль подины горизонтальных составляющих катодного тока в слое алюминия.

Электролизер для производства алюминия // 2499085

Изобретение относится к электролизеру для получения алюминия. Электролизер включает катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной тиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, на угольной подине под каждым из анодов расположены поплавки с более высокой удельной электропроводностью, чем электролит, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, причем верхняя поверхность поплавка выступает выше уровня катодного алюминия и поплавки можно перемещать и/или заменять для уменьшения межполюсного зазора между анодом и катодом.

Композиционные материалы для смачиваемых катодов и их использование при производстве алюминия // 2487956

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия. .

Катодное устройство электролизера для получения алюминия и способ его ремонта // 2483142

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера и способу его ремонта. .

Футеровка алюминиевого электролизера с инертными анодами // 2544727

Изобретение относится к футеровке алюминиевого электролизера. Футеровка включает подину и токоотводящие элементы из алюминия, выполненные жидкими в верхней части в контакте с расплавом алюминия и твердыми - в нижней части и установленные проходящими вертикально через подину. Подина выполнена из подовых блоков большей высоты с выступами и подовых блоков меньшей высоты, при этом подовые блоки меньшей высоты установлены у торцов подины. Подовые блоки меньшей высоты чередуются с подовыми блоками большей высоты с выступами. В выступах блоков на всю толщину блока выполнены вертикальные каналы для установки токоотводящих элементов. Токоотводящие элементы в нижней части прикреплены к токоведущему коллектору, выполненному в виде пластины, выведенной горизонтально из торцов подовых блоков и через продольные стороны катодного кожуха. Токоотводящие элементы выполнены Г- или Т-образной формы. Подовые блоки выполнены из высокоглиноземистого бетона, обожженного до 1200°С, или из нескольких слоев: рабочего слоя, выполненного из высокоглиноземистого бетона толщиной, равной 0,4-0,6 от толщины блока, и второстепенного слоя, выполненного из алюмосиликатного бетона - остальное. Межблочное соединение подовых блоков выполнено из высокоглиноземистого бетона с пониженной вязкостью или при помощи клеящей или цементирующей композиции с толщиной шва 5-20 мм. Обеспечивается снижение трудоемкости при монтаже, снижение расхода электроэнергии и повышение надежности работы электролизера. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Углеродное изделие, способ изготовления углеродного изделия и его использование // 2546268

Изобретение относится к углеродному изделию, которое производят обжигом смеси, содержащей, по меньшей мере, кокс. Кокс представляет собой кокс с низкой графитируемостью. Раскрыт также способ изготовления углеродного изделия, включающий смешивание антрацита, графита и/или кокса с низкой графитируемостью или их смесей, по меньшей мере, с одним связующим материалом из группы связующих материалов на нефтяной или угольной основе, а также связующих материалов на основе синтетических полимеров и любых смесей указанных связующих материалов и необязательных добавок, придание смеси заданной формы, обжиг формованной смеси и необязательную графитизацию обожженного формованного изделия. Раскрыто применение углеродного изделия в качестве катодного блока алюминиевого электролизера и кирпича доменной печи Обеспечивается повышение срока службы изделия, в частности катодного блока. 4 н. и 14 з.п. ф-лы.

Электролизер для производства алюминия // 2550683

Изобретение относится к конструкциям электролизеров для получения алюминия. Электролизер содержит катодное устройство, имеющее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, на угольной подине по периметру анода расположены тумбы, или поплавки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, причем верхняя поверхность тумбы или поплавка выступает выше уровня катодного алюминия и тумбы или поплавки можно перемещать и/или заменять при необходимости. Тумбы или поплавки выполнены из углерода, карбида кремния, их комбинации. Верхняя поверхность тумбы или поплавка выполнена плоской, или выпуклой, или вогнутой, или наклонной к горизонту. Обеспечивается снижение удельного расхода энергии за счет уменьшения межполюсного зазора (МПЗ), омического сопротивления и падения напряжения в МПЗ, повышение выхода по току вследствие увеличения гидродинамического сопротивления для движения расплава у границы алюминий-электролит по периметру анода и, следовательно, уменьшения перемешивания расплава и «обратных» реакций металла с анодными газами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ футеровки катодного устройства электролизера неформованными материалами // 2553145

Изобретение относится к способу футеровки катодного устройства при монтаже катодных устройств электролизеров для производства первичного алюминия. Способ включает засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, укрытие засыпанного материала пылеизолирующей пленкой и уплотнение, осуществляемое в два этапа: предварительного статического и окончательного динамического воздействия путем последовательного перемещения рабочих органов статического и динамического уплотнения вдоль продольной оси катода алюминиевого электролизера через упругую прокладку, выполненную из не менее чем двух слоев: нижнего, предотвращающего выдавливание порошкообразного материала вперед по ходу движения и верхнего, обеспечивающего сцепление прокладки с рабочим органом статического уплотнения, при этом динамическое воздействие осуществляют виброблоком, соединенным с блоком статической обработки посредством упругих элементов с возможностью одновременного перемещения относительно горизонтальной и вертикальной осей. Обеспечивается сокращение расходов на футеровочные материалы и уменьшение трудозатрат при их монтаже. 6 з.п. ф-лы, 9ил.

Способ получения катодного блока для электролизера для получения алюминия и катодный блок // 2556192

Изобретение относится к способу получения катодного блока электролизера для получения алюминия. Способ включает заготовку исходных материалов, содержащих кокс и порошок твердого материала, как, например TiB2, а также, при необходимости, углеродсодержащего материала, перемешивание исходных материалов, формование катодного блока, карбонизацию, графитизацию и охлаждение, при этом графитизацию проводят при температурах от 2300 до 3000°C, в частности от 2400 до 2900°, причем второй слой получают с толщиной, составляющей от 10 до 50%, в частности от 15 до 45%, от общей толщины катодного блока. Обеспечиваются высокая износостойкость в отношении алюминия и криолита, и снижение энергопотребления. 7 з.п. ф-лы.

Катодная подина, способ производства катодной подины и применение ее в электролитической ячейке для производства алюминия // 2567777

Изобретение относится к катодной подине, способу ее изготовления и применения в электролитической ячейке для производства алюминия. Катодная подина содержит по крайней мере два катодных блока и/или по крайней мере катодный блок и боковой облицовочный блок, размещенные на заданном расстоянии с образованием по крайней мере одного зазора, материал для межблочного соединения, представляющий собой по крайней мере одну предварительно уплотненную пластину из расширенного графита, заполняющий зазор с возможностью присоединения по крайней мере к одному катодному блоку. Раскрыты способ изготовления катодной подины и ее использование в электролитической ячейке для производства алюминия. Обеспечивается увеличение эффективной катодной поверхности алюминиевого электролизера. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ изготовления катодного блока для ячейки алюминиевого электролизера и катодный блок // 2568542

Изобретение относится к способу изготовления катодного блока алюминиевого электролизера. Способ включает приготовление исходных материалов, содержащих два сорта кокса с различными характеристиками изменения объема, формование катодного блока, карбонизацию, графитизацию и охлаждение, во время которых в одном и том же температурном диапазоне первый сорт кокса имеет более сильные усадку и/или расширение, чем второй сорт кокса. Раскрыт также катодный блок алюминиевого электролизера. Обеспечивается увеличение длительности срока службы катодных блоков. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Укрытие алюминиевого электролизера с обожженными анодами // 2570155

Изобретение относится к укрытиям для улавливания газов, выделяющихся в процессе электролиза, электролизеров с обожженными анодами для производства алюминия. Укрытие содержит горизонтальный настил, выполненный с П-образными проемами для анододержателей, и П-образную раму, установленную по каждому П-образному проему с торцевой и боковых сторон соответственно, жестко закрепленную на торце П-образного проема уплотнительную планку, жестко закрепленные на боковых сторонах П-образного проема направляющие, в которых с возможностью перемещения закреплена П-образная рама. П-образная рама и уплотнительная планка выполнены из гибкого уплотняющего элемента, закрепленного одной стороной между нижней и верхней прижимными пластинами с возможностью деформации незакрепленной стороны гибкого уплотняющего элемента и перекрытия зазора между П-образным проемом и анододержателем. Верхняя и нижняя пластины П-образной рамы и уплотнительной планки изготовлены из легких немагнитных металлов или сплавов. Гибкий уплотняющий элемент изготовлен из многослойного текстильного материала, уложенного в один или несколько слоев. П-образная рама имеет ручку. Нижняя прижимная пластина выполнена толще и длиннее верхней прижимной пластины, а пластины и уплотняющий элемент соединены винтами. Обеспечивается повышение герметичности электролизера и исключение риска его механического повреждения при замене анода. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Алюминиевый электролизер с устройством сжатия и способ // 2574150

Изобретение относится к электролизеру для получения алюминия (варианты) и способу получения алюминия в алюминиевом электролизере. Электролизер содержит анод, катодный узел, имеющий катодный блок с пазом в нем и токоотводящий подузел, по меньшей мере, частично расположенный в упомянутом пазе и выполненный с возможностью расширения в поперечном направлении с обеспечением сопряжения его с пазом посредством устройства осевого сжатия, прилегающего к концу токоотводящего подузла, выполненного с возможностью приложения осевой силы к концу токоотводящего подузла и расположенного полностью вне токоотводящего подузла. Раскрыт также способ получения алюминия в алюминиевом электролизере с использованием упомянутого устройства осевого сжатия. Обеспечивается снижение падения катодного напряжения за счет улучшения контакта, обеспечивающего уменьшение сопротивление стыка по поверхности раздела между катодным блоком и токоотводящим подузлом. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 23 ил., 1 табл.

Катодный блок с содержащим твердый материал верхним слоем // 2584097

Изобретение относится к катодному блоку и катоду алюминиевого электролизера. Катодный блок для алюминиевого электролизера содержит основной слой из графита и расположенный на нем верхний слой, выполненный из углеродного композиционного материала, содержащего от 15 до менее чем 50 вес.% твердого материала с температурой плавления по меньшей мере 1000°C и имеющий толщину от 50 до 400 мкм. Раскрыт также катод, содержащий упомянутый катодный блок, и применение упомянутого катода для электролиза металла, в частности алюминия. Обеспечивается повышение срока службы катодного блока и катода. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.