Катодный кожух алюминиевого электролизера

Катодный кожух алюминиевого электролизера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИНА

ИЗОБРЕТЕН ИЯ патен; ис,, О. и,, - . ° г Я б. о био -е ц -", ° ° Ф / ()737503

Союз Советсиик

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к ввт. свил-ву— (22) Заявлено 04.05.73 (21) 1920495/22 02 (5! )М. Кл.

С 25 С 3/08 с присоединением заявки М—

Всудерствеввй квинтет

СССР

so делан ивобретеиий н еткрнтвй (23) Приоритет—

Опубликоваио 30.05,80. Бюллетень М 20 (53) УД 669.713..7(088 8) Дата олубликоваиия описании 02.06.80 1

А. П. Репко, В. П. Романов, И. М. Шулепов и В. Я. Бабич (72) Авторы изобретения

Братский алюминиевый завод (7l) Заявитель (54) КАТОРЖНЫЙ КОЖУХ АЛЮМИНИЕВОГО

ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к области электропитического производства алюминия и.может быть применено в конструкции алюминиевых электролиэеров.

Известны католные кожухи, состоя5 шие из прямоугольного короба с анишем, выполненного иэ листовой стали. Торцсьвые стенки короба усилены горизонтальными балками. Продольная жесткость обеспечивается вертикальными балкамиконтрфорсами, усилия на которые в верх ней части от стенки короба передаются через несколько проаопьных поясов, выполненных из уголков или швеллеров. В нижней части контрфсрсы расперты балхами-распорками.

Крепление балок-контрфорсов к коробу производится шпильками, вваренными в лнише и снабженными гайками для эатяж-а0 ки. днище кожуха усилено поперечными лвутавровыми балками (1).

Назначение контрфорсов у кожухов состоит в том, чтобы создать поперечную

2 жесткость аля восприятия распорных уси» лий от подины электролиэера, воэникаюших в процеСсе его эксплуатации.

Как известно, одним из основных условий продолжительного срока службы катодной части является оптимальное обжатие угольной подины стенками катоаного кожуха. Установлено, что величина этого абжатия должна составлять в поперечном направлении около 1418 кг/см при центральном приложении обжимающих усилий. При этом процесс разбухания и последующего растрескивания подины идет с наименьшей скоростью.

Йля катоаных устройств, имеющих такой характер обжатия подин, свойственны незначительные деформации стенок кожуха в конце межремонтного периола (стрела прогиба - 30-40 мм) и срок службы

5-5,5 лет. Известные кожухи имеют стрелу прогиба ао 120-170 мм и обеспечивают срок службы катодного устройства

3-4 года. Основными конструктивными

3 73 недостатками этих кожухов, приводящими к указанным явлениям, являются: опора контрфорсов на пояса продольных стенок, разнесенные по ее высоте, стягивание . контрфорсов с помощью шпилек, закрепленных к периферии днища. В этом случае днище используется как несущая конструкция, от работы которой зависят как жесткость системы контрфорс-шпилька-балка-распорка, так и положенне контрфорсов в вертикальной плоскости.

При разогреве катодного устройства в период обжига, пуска и первое время эксплуатации электролизера происходит температурное расширение днища и свя занный с этим откод шпилек и, следовательно, контрфорсов наружу от первоначального положении, вызывающие их накл он.

Наклон контрфорсов также обуславливается выборкой зазоров между листами усиления и полками двутавров контрфорсов в месте их сочленения со шпильками.

Вышеизложенные причины приводят к значительному наклону контрфорсов с одновременным их уходом or стенки короба (до 6-8 мм по данным измерений), вследствие чего она остается без поддержки и приобретает значительные прогнбы.

Укод контрфорсов от стенки при повы. шении температуры днища препятствует их включенню в работу в начальный пернод работы катода, вследствие чего поднна не имеет начального обжатия. Установлено, что степень обжатия определяет интенсивность разрушающего действия натрия на подину. Следовательно, отсутствие обжатия подины на самом ответственном, начальном, этапе ее работы приводит к снижению ее эксплуатационной стойкости. К моменту, когда подина "догоняет стенку, последняя при опоре на наклоненные контрфорсы сама приобретает наклон. При этом наибольшее сопротивление со стороны стенки она встречает в иижиэй своей части, чем предопределяется появление экспентриситета приложения обжимающих усилий, равного 0,5 высоты подины. Как известно, при эксцентриситете усилий более 1/6 высоты сечения нейтральный слой находится внутри самого сечения, а по обе стороны от этого слоя возникают напряжения"разйых знаков: в месте приложения усилий - напряжения сжатия, на противоположных - растяжения. При высоте подины 40 см и эксцентриситете, равном 0,5 ее высоты, вычнсле7503 ф ния по известной формуле а „i/ê > показывают, что нейтральный слой расположен выше центра тяжести на 6,66 см, или на 13,34 см от верха боковой грани подины, где б„ - расстояние от центра тяжести сечении (середины боковой грани подины) до нейтрального слоя; t - радиус инерции сечения; x.> - эксцентриситет.

10 Таким образом, в работающем катоде верхняя часть подины испытывает,напряжение растяжения, а нижняя — сжатия.

Как известно, несущая способность материала подины при растяжении в 5-8 раз

15 ниже по сравнению с работой на сжатие.

Известно также, что несущая способность угольных блоков в работающих катодах равна около 40 кг/см . Следовательно, допустимые напряжения при растяжении для этик блоков равны 8-5 кг/см . Меж2 ду тем вычисления и измерения показывают, что при условияк, действующих на нижшою часть грани подины, в 10 т (в действующих катодах они достигают 7О100 т) напряжения растяжения в верхних волокнах достигают 10 кг/см, т. е.

2 уже превышают несущую способность мащения появления внецентренного обжатия

50 подины, вертикальные балки-контрфорсы соединены с поясом жесткости через до55

45 териала угольных блоков.

Учитывая, что такие усилия появляются через 2,5-3 месяца, уже с этого времени начинается прогрессирующее образованне трещин, распространяющихся сверху вниз, которые также увеличивают интенсивность натрия в нижележащие слои подины, что ускоряет ее разрушение, Указанные обстоятельства ускоряют разрушение подины и снижают срок ее службы.

Целью изобретения является повыше ние срока службы катодных устройств.

Эга цель достигается тем, что в известном катодном кожухе, имеющем прямоугольный короб, боковые стенки которого усилены снаружи балками-контр форсами, попарно прижатыми к стенкам короба с помощью тяжей в средней части и распорных балок - в нижней, для устранения наклона стенки и предотвраполнительные опорные пластины и центрирующие прокладки с обеспечением опоры контрфорсов на стенки короба на одном уровне.

Центрирующие прокладки, определяющие уровень опоры контрфорсов на стенку короба, выполнены в виде пластин

737503

1. Катодный кожух алюминиевого электролизера, выполненный в виде пря-. моугольного короба, продольные стенки которого усилены снаружи горизонтальным поясом жесткости и опирающимися или цилиндров и размешены по высоте между верхом и серединой боковой.tpaни короба.

На чертеже изображен катодный кожух, поперечный разрез. 5

Кодух состоит из прямоугольного короба 1, продольные стенки которого усилены одним или несколькими поясами жесткости 2, вертикальными балкамиконтрфорсами 3, попарно прижатыми к 16 поясам с помощью тяжей 4 в средней части и балок-распорок 5 - в нижней.

Опирание каждого контрфорса на стенки короба (через пояс жесткости) выполнено в одном уровне через опорную пласти- 1$ ну 6 и центрируюшую прокладку 7. Вертикальная жесткость стенок обеспечивается ребрами 8, вваренными между поясами жесткости, либо, если пояс один, - между поясом и верхом короба. В нижней части 20 стенки короба вертикальные ребра отсутствуют, чем создается листовой шарнир, позволяющий сохранить вертикальность стенки короба при работе кожуха. Высота размешения центрирующих элементов вы- 25 бирается так, чтобы после монтажа поди ны элементы находились ниже уровня ее верхней грани на 1/2 « 1/3 по ее высоте. Прокладка 7 выполняется в виде пластины с вертикальным размером 20- 30

25 мм или цилиндра того же диаметра, она может быть закреплена на поясе ли бо на контрфорсе.

В период разогрева катодного устройства короб кожуха, расширяясь иэ»за прогрева днища, оказывает давление на контрфорсы через центрирующие прокладки 7. Контрфорсы удерживаются от наклона балками-распорками 5 и тяжами 4, 40 термически не связанными с днищем и следовательно, не подверженными удлинению от нагрева днища. Измерения на опытных катодах показывают, что нагрев дни45 ща до свойственной ему температуры

80-120 С не приводит к заметному поо вышению температуры тяжа, так как по- . следний расположен в 120 мм под днищем. Это позволяет обойтись без теплоизоляции тяжей. Таким образом, контрфорсы, удерживаемые тяжем, на размеры которого не влияет разогрев днища, упираясь внизу в балку-распорку, противодейсТВ Т расшрению кор ба. При этом про- 55 исходит выборка зазоров в месте соединения контрфорсов с гайками 9 тяжа 4 и обмятие резьбы. Тем самым к моменту начала электролиза контрфорсы оказы6аются подготовленными к восприятию усилий, раэвиваюшихся в подине.

Следовательно, к моменту пуска на электролиз кожух обеспечивает предвари тельное обжатие подины, очень важное с точки зрения снижения воздействия на нее натрия и эксплуатационной стойкости.

Величина этого обжатия регулируется первоначальным усилием затяжки гаек 9.

При работе в эксплуатационном режиме предложенный кожух обеспечивает обжатие подины, близкое к центральному, и оптимальные условия ее работы в поперечном направлении. Величина обжатия ее (14-17 кгlсм ) задается выбором сечения тяжей, с тем чтобы последние при указанном обжатии работали в облас» ти пластических деформаций. При длине тяжа 6 м, изготовленного из стали марI ки Ст.З СП, заданные условия обеспечиваются при диаметре его сечения около

50 см Подина при этом получает воэможность поперечных деформаций в оптимальных пределах (до 20-40 мм). Размещение центрируюших элементов в пределах верхней части боковой грани поди ны позволяет создать либо центральное обжатие, либо повышенное обжатие верхних слоев подины, что целесообразно с точки зрения снижения интенсивности внедрения натрия в материал подины.

При возникновении деформаций продольных стенок под действием усилий от подины они не будут испытывать наклона в силу того, что сочленение стенок с днишем выполнено в виде листового шарнира (без вертикальных ребер и пр. элементов, затрудняющих работу шарнира).

Появляющийся при этом наклон контрфорсов не изменяет схему обжатия поцины, так как уровень передачи усилий остается тот же.

Катодный кожух по изобретению за счет исключения эксцентриситета обжимающих подину усилий и обеспечения оптимальной величины обжатия поцины и пределов ее деформаций обеспечивает увеличение срока службы катода не менее чем на 8-1 0 месяцев.

Формула изобретения

7 . 7375 на нем вертикальными балками-контрфорсами, попарно прижатыми к стенкам короба с помощью. тяжей в средней части и распорных балок - в нижней, отличающийся тем,что,с 5 целью увеличения срока службы катода путем обеспечения центрального или близко о к нему обжатия подины продольными стенками, вертикальные балкиконтрфорсы соединены с поясом жесткости через дополнительные оперные пластины и центрирующие. прокладки с обесйече нием опоры «онтрфорсов на стенки короба на одном уровне.

03 8

2. Кожух по п, 1, о т л и ч а юшийся тем, что центрирующие прокладки размещены по высоте между верхом и серединой боковой грани короба.

3. Кожухпоп. 1, отличаю» шийся тем, что центрирующие прок» ладки выполнены в виде пластин или цилинцров.

Источники информации принятые во внимание при акспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

%328754, кл. С 25 С 3/08, 1970, Составитель Г, Титова

Редактор Д. Павлова Техред А. Шаманская Корректор Н. Стец

Закаэ 2612/10 Гйраж 698 Подписное

ЦНИИПИ Государственного ..комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4