Анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом

Анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия и конструкции анодного кожуха алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом. Техническим результатом является снижение трудозатрат по обслуживанию анода. Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в анодном кожухе алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающем каркас прямоугольной формы с продольными и торцевыми стенками и горизонтальными элементами жесткости, элементы жесткости выполнены в виде замкнутой, расположенной по периметру каркаса в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, высота которой 0,35 - 0,6, а ширина 0,1 - 0,3 высоты стенок каркаса. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к конструкции анодного кожуха алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом.

Известен анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающий каркас прямоугольной формы, снабженный несколькими горизонтальными поясами жесткости, соединенными между собой большим числом вертикальных ребер, и связанный в верхней части поперечными балками (см. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М. Металлургия. 1971, с. 177 179).

Недостатком данного анодного кожуха является его деформация вследствие термической деформации нижних поясов жесткости из-за неравномерного распределения температуры в различных их частях, а также вследствие разной величины деформации различных поясов жесткости кожуха, что приводит к снижению срока службы такого анодного кожуха. Наличие же только верхнего пояса жесткости и поперечных балок в верхней части каркаса при отсутствии нижних поясов недостаточно для обеспечения необходимой жесткости и прочности анодного кожуха. К недостатку данного анодного кожуха относится также наличие поперечных балок в верхней части каркаса, что затрудняет обслуживание анода и тем самым приводит к повышению трудозатрат по его обслуживанию, и особенно это существенно сказывается при использовании, так называемой, "сухой" анодной массы, т. е. массы с пониженным содержанием связующего.

Наиболее близким является анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающий стальной прямоугольный каркас с продольными и торцевыми стенками, выполненными в плане волнистыми в виде синусоиды, и горизонтальными элементами жесткости, выполненными в виде продольных балок (см. Патент РФ N 2016141, кл. C 25 C 3/06, 1994).

Недостатком данного анодного кожуха является то, что при выполнении стенок стального каркаса в плане волнистыми и наличии продольных балок снаружи каркаса действительно можно говорить об уменьшении величины продольно-поперечных деформаций, однако величина этих деформаций может быть различной в различных его участках как по его высоте, так и по длине, что может провести к заклиниванию анода, а, следовательно, к нарушению нормального режима его работы и к значительным дополнительным трудозатратам по обслуживанию такого анода, выполнение стенок волнистыми также существенно затрудняет обслуживание периферии анода, в частности прорезку периферии анода, и, кроме того, такое выполнение стенок увеличивает боковую поверхность анода, что приводит к большей вероятности его окисления и выгорания отдельных участков его боковой поверхности, а это требует дополнительных трудозатрат по обслуживанию анода для восстановления нормального режима его работы. Следует также отметить, что использование продольных балок такого анодного кожуха для установки переносного устройства для временной подвески анода при выполнении операции перетяжки анодной ошиновки приводит к их деформации, которая в свою очередь передается стенкам каркаса кожуха, что приводит как к возможному заклиниванию анода при выполнении указанной операции обслуживания анода, так и к снижению срока службы кожуха.

Задача изобретения разработка конструкции анодного кожуха алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, которая при обеспечении необходимой и достаточной жесткости и прочности кожуха обеспечивала бы улучшение условий выполнения операций обслуживания анода, что позволит снизить трудозатраты по обслуживанию анода.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в анодном кожухе алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающем каркас прямоугольной формы с продольными и торцевыми стенками и горизонтальными элементами жесткости, элементы жесткости выполнены в виде замкнутой, расположенной по периметру каркаса в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, высота которой составляет 0,35 0,6, а ширина 0,1 0,3 высоты стенок каркаса.

В качестве внутренних стенок силовой рамы могут быть использованы стенки каркаса.

Между внешними и внутренними стенками силовой рамы могут быть установлены элементы жесткости.

Каркас может быть выполнен из двух соединенных между собой частей, верхней и нижней, при этом силовая рама использована в качестве верхней части каркаса.

Нижняя часть каркаса может быть выполнена из жаростойкого материала.

Нижняя и верхняя части могут быть соединены между собой сваркой или болтовым соединением.

Выполнение элементов жесткости в виде замкнутой, расположенной по периметру каркаса в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения позволяет при обеспечении необходимой и достаточной жесткости и прочности кожуха улучшить условия выполнения операций обслуживания анода, а именно обеспечить равномерное распределение анодной массы по всей поверхности анода при ее загрузке, что особенно важно при использовании "сухой" анодной массы, обеспечить беспрепятственную прорезку периферии анода, благодаря отсутствию прогибов стенок каркаса кожуха, вызванных деформацией, кроме того, исключение деформации стенок каркаса кожуха, благодаря наличию жесткой силовой рамы, а также ее использование для установки переносного устройства для временной подвески анода без опасения деформации стенок каркаса, способствует успешному выполнению операции перетяжки анодной ошиновки.

Выполнение элементов жесткости в виде силовой рамы позволяет также устранить деформацию кожуха, вызванную усилиями, возникающими при выполнении такой операции обслуживания анода как частый подъем анодного кожуха на небольшую высоту относительно угольного тела анода. Необходимость частого выполнения этой операции вызвана опасностью возможного "припекания" угольного тела анода к внутренней поверхности кожуха.

Размеры силовой рамы выбраны исходя из условий обеспечения необходимой и достаточной жесткости и прочности кожуха и обеспечения улучшения условий выполнения операций обслуживания анода.

При высоте силовой рамы менее 0,35 и ее ширине менее 0,1 высоты стенок каркаса кожуха не обеспечивается необходимая жесткость и прочность кожуха, что приводит к его деформации, ухудшению условий выполнения операций обслуживания анода и снижению срока службы кожуха.

Увеличение высоты силовой рамы более 0,6, а ее ширины более 0,3 высоты стенок каркаса кожуха приводит к необоснованному увеличению металлоемкости кожуха. Кроме того, при увеличении высоты силовой рамы более 0,6 высоты каркаса нижняя часть силовой рамы попадает в зону высоких температур, что приводит к термической деформации силовой рамы вследствие неравномерного распределения температуры в различных ее частях и следовательно к деформации стенок каркаса, что снижает срок службы кожуха и затрудняет обслуживание анода.

Использование в качестве внутренних стенок силовой рамы стенок каркаса позволяет снизить металлоемкость кожуха.

Наличие между внешними и внутренними стенками силовой рамы элементов жесткости придает ей, а следовательно и анодному кожуху, дополнительную жесткость и прочность в случае необходимости при использовании данной конструкции на электролизерах большой мощности с широкими анодами.

Выполнение каркаса из двух соединенных между собой частей, верхней и нижней, и использование при этом силовой рамы в качестве верхней части каркаса позволяет снизить время простоя на капитальном ремонте за счет быстрой смены вышедшей из строя нижней части каркаса.

Выполнение нижней части каркаса из жаростойкого материала позволяет увеличить срок службы анодного кожуха.

Сварное или болтовое соединение нижней и верхней частей каркаса кожуха обеспечивает возможность быстрой замены нижней части каркаса при повторном использовании его верхней части, что позволяет снизить время простоя на капитальном ремонте.

Следует также отметить, что силовая рама коробчатого сечения служит в качестве тепловой изоляции верхней части анода, что сокращает рассеивание тепловой энергии в окружающую среду, способствует более эффективному нагреву верхнего периферийного коксопекового слоя анода и равномерному распределению пека по зонам анода. Это улучшает качество анода, снижает количество протеков пека в электролит и улучшает условия обслуживания такого анода.

На фиг. 1 изображен анодный кожух алюминиевого электролизера, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1 и фиг. 2; на фиг. 4 то же, в случае использования стенок каркаса в качестве внутренних стенок силовой рамы.

Анодный кожух алюминиевого электролизера включает каркас 1 прямоугольной формы и замкнутую силовую раму 2.

Между внешними 3 и внутренними 4 стенками силовой рамы 2 могут быть расположены ее элементы жесткости 5.

Промышленная применимость анодного кожуха алюминиевого электролизера подтверждается приведенным примером практического осуществления.

Анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом изготавливается в виде каркаса прямоугольной формы с продольными и торцевыми стенками из листовой стали толщиной 10 мм. Высота стенок каркаса составляет 1310 мм. Силовая рама изготавливается также из листовой стали толщиной 10 мм и имеет коробчатое сечение. Высота силовой рамы 700 мм, а ширина 170 мм, что составляет 0,53 и 0,13 высоты стенок каркаса, соответственно. В случае необходимости для придания силовой раме дополнительной жесткости между ее внешними и внутренними стенками размещаются элементы жесткости. Форма и расположение таких элементов могут быть различными в зависимости от конкретных условий, например может быть использован горизонтально расположенный стальной лист или использованы наклонно или вертикально расположенные элементы различного профиля. Силовая рама размещается в верхней части каркаса по его периметру и жестко с ним соединяется сваркой.

В качестве внутренних стенок силовой рамы могут быть использованы стенки каркаса кожуха. При этом каркас может быть выполнен из двух соединенных между собой частей, верхней и нижней. В качестве верхней части каркаса используется силовая рама. Соединение нижней и верхней частей осуществляется сваркой или болтовым соединением. В качестве жаростойкого материала нижней части каркаса может быть использован, например, чугун или жаростойкая сталь.

При использовании болтового соединения в стыке нижней и верхней частей каркаса может быть предусмотрена необходимая герметизация.

Обслуживание самообжигающегося анода заключается в выполнении следующих операций: загрузки очередной порции анодной массы, прорезки периферии анода, перетяжки анодной ошиновки, подъема анодного кожуха относительно угольного тела анода, а также извлечении и установки штырей.

Загрузка анодной массы в анодный кожух алюминиевого электролизера осуществляется либо из саморазгружающихся бункеров, транспортируемых мостовыми кранами, либо из загрузочных бункеров многооперационных напольно-рельсовых машин, либо специально предназначенными для этой цели самоходными машинами. При этом анодная масса загружается в виде мелких брикетов равномерно по всей поверхности анода в таком количестве, чтобы при ее разогреве она не вытекает через верх анодного кожуха. Перед загрузкой анодной массы с поверхности анода удаляется пыль. Данная конструкция кожуха при обеспечении необходимой и достаточной его прочности и жесткости позволяет осуществлять равномерное распределение анодной массы по всей поверхности анода при ее загрузке.

Данная конструкция кожуха при отсутствии деформации стенок его каркаса позволяет осуществлять беспрепятственную прорезку периферии анода.

Операцию перетяжки анодной ошиновки осуществляют периодически по мере сближения ее с верхом анодного кожуха. При перетяжке анодной ошиновки анод временно подвешивается при помощи захватов за штыри нижнего горизонта к переносному устройству, устанавливаемому на жесткую силовую раму. Исключение деформации стенок каркаса кожуха благодаря наличию жесткой силовой рамы, а также ее использование для установки переносного устройства для временной подвески анода без опасения деформации стенок каркаса способствует успешному выполнению этой операции.

Подъем анодного кожуха осуществляется по мере приближения его нижней кромки к расплаву. Операция подъема кожуха заключается в перемещении его относительно угольного тела анода. При этом желательно более частое выполнение этой операции на небольшую высоту во избежание возможного "припекания" угольного анода к внутренней поверхности кожуха. Предложенная конструкция анодного кожуха позволяет устранить деформацию кожуха, вызванную усилиями, возникающими при выполнении такой операции, и обеспечить улучшение условий выполнения этой операции.

Таким образом, предложенная конструкция анодного кожуха алюминиевого электролизера позволяет улучшить условия выполнения операций обслуживания анода и тем самым снизить трудозатраты по обслуживанию анода.

Формула изобретения

1. Анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом, включающем каркас прямоугольной формы с продольными и торцовыми стенками, и горизонтальными элементами жесткости, отличающийся тем, что элементы жесткости выполнены в виде замкнутой расположенной по периметру каркаса в верхней его части жесткой силовой рамы коробчатого сечения, высота которой составляет 0,35 0,6, а ширина 0,1 0,3 высоты стенок каркаса.

2. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что между внешними и внутренними стенками силовой рамы установлены элементы жесткости.

3. Кожух по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве внутренних стенок силовой рамы использованы стенки каркаса.

4. Кожух по п.3, отличающийся тем, что каркас выполнен из двух соединенных между собой частей, верхней и нижней, при этом силовая рама использована в качестве верхней части каркаса.

5. Кожух по п.4, отличающийся тем, что нижняя часть каркаса выполнена из жаростойкого материала.

6. Кожух по п.4, отличающийся тем, что нижняя и верхняя части соединены между собой сваркой или болтовым соединением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4