Устройство для сбора газов в электролизерах для получения алюминия

 

Сущность изобретения: в устройствах для сбора газа в электролизерах, для электрического восстановления алюминия, оборудованных анодом Седерберга. Устройство содержит большое число поднимающихся закрывающих плит, которые закрывают всю площадь между боковыми стенками печи и корпусом анода. Закрывающие плиты газоизолированно соединены с окружностью корпуса анода и боковыми стенками печи. На верхней стороне закрывающих плит выполнено большое число ребер. Швеллер, содержащий нижнюю плиту, наклонную плиту и верхнюю плиту, вставлен в углубление между ребрами. 8 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для сбора газа в электролизерах для электролитического производства алюминия, которые оборудованы самоспекающимися угольными анодами Сëдерберга, в которых электрический ток подается к аноду с помощью вертикальных контактных болтов, удерживающих также вес анода. Такие печи снабжены постоянным железным кожухом, через который анод постепенно скользит со скоростью, соответствующей скорости, с которой анод расходуется во время процесса электролиза.

В печах вышеупомянутого типа печные газы обычно собираются под газовой рубашкой, окружающей анод Сëдерберга. Газовая рубашка соединяется с нижней частью кожуха, а ее нижняя часть размещается на расстоянии 5-10 см над уровнем электролитической ванны. Когда твердая корка электролита образуется на поверхности ванны, то уплотнение между нижним концом газовой рубашки и коркой достигается за счет добавления окиси алюминия на поверхность корки. Из газовой рубашки газ обычно направляется к горелке, где содержащийся СО в газе сгорается в СО₂ при подаче воздуха.

В печах, оборудованных анодами Сëдерберга, печной газ будет содержать легкоиспаряющиеся вещества из смолы, которые сжигаются в горелке. От последней газообразные продукты сгорания направляются в газоочистительное устройство, в котором газ подвергается влажной очистке с помощью воды или раствора, содержащего щелочь или щелочноземельные соединения, или газ подвергается сухой очистке, например, адсорбции на окиси алюминия. Целью процесса очистки является удаление пыли и газообразных составляющих фтора из газа с тем, чтобы газ мог удаляться в атмосферу, не загрязняя окружающую среду. Собранные соединений фтора могут быть очищены и возвращены в электролитическую печь.

Вышеописанное устройство для сбора газа обладает рядом отрицательных свойств и недостатков. Один из недостатков заключается в том, что когда корка с наружной стороны газовой рубашки время от времени разрушается с целью подачи окиси алюминия в ванну, то газовая рубашка будет открыта для атмосферного воздействия и печные газы и пыль будут удаляться в саму печь. Если используется точечная подача окиси алюминия через газовую рубашку, то в результате этого под газовой рубашкой быстро образуется окись, которая предотвращает поток газа в газовый канал под газовой рубашкой, и возникает опасность повышения давления в газовом канале, которое может выдавить печной газ из-под газовой рубашки в саму печь. Такое блокирование газового канала может произойти при разбрызгивании расплавленного электролита. В дополнение к повышенному давлению газа и утечек газов в саму печь может иметь место повышенное всасывание в других частях газового канала, в результате чего окись алюминия, подаваемая точечными питателями, может засасываться в систему сбора газа. Процесс очистки блокированного газового канала является очень трудоемким по времени мало приятным из-за содержания в газе фтора и тепловых напряжений.

Разбрызгивание электролитической ванны происходит часто тогда, когда существует так называемый анодный эффект. Анодный эффект можно наблюдать при увеличении в печи напряжения от 5 до 15-60 В. Причиной для появления анодного эффекта является наращивание изолирующего газового слоя на аноде. Этот газовый слой должен быть удален для прекращения анодного эффекта. Сильное увеличение напряжения может, когда существует анодный эффект, вызвать частично плавление боковой корки в печи, что влечет повышение уровня электролитической ванны, которое вместе с разбрызгиванием может сказаться в том, что электролитическая ванна начинает контактировать с газовой рубашкой, что приводит к повышенному износу газовой рубашки, приводя к загрязнению железом получаемого алюминия. Для поддержания хорошей среды в конструкции печи газовая рубашка должна заменяться через каждые два-три года.

Было установлено также, что очень трудно поддерживать герметичными фланцы между каждой газовой рубашкой. Поэтому воздух может засасываться между секциями газовой рубашки, приводя к сгоранию печных газов под рубашкой. Это горение приводит к повышенному износу анода и тем самым к повышенному расходу анодной пасты.

Было установлено также, что герметизация, достигаемая за счет подачи окиси алюминия в район нижнего конца газовой рубашки, не будет полностью газонепроницаемой. Кроме того необходимо разрушить корку для выпуска полученного металла, а также для проверки анода. При обычном методе Сëдерберга вся корка должна регулярно разрушаться, например, каждый второй и четвертый день с целью загрузки окиси. Таким образом новая корка должна образовываться для достижения герметизации газовой рубашки. С помощью точечной подачи окиси такое регулярное разрушение корки будет не нужным. Однако будет довольно сложно закрыть отверстия, выполненные в корке для выпуска металла и т. д. , поскольку окись будет течь через эти отверстия без образования новой корки, которая блокировала бы отверстия. Это приводит к загрязнению окружающей среды и потере фтористых соединений, которые в противном случае собираются в газосборной системе и возвращаются в печь.

Настоящее изобретение предусматривает устройство для сбора газа в электролитических алюминиевых печах, оборудован- ных анодами Сëдерберга, в которых газовая рубашка устранена, а выпускное отверстие для печных газов существенно уменьшено в размерах по сравнению с известными конструкциями такого типа алюминиевых печей.

Следовательно, настоящее изобретение касается устройства для сбора газа в печах электролитического восстановления алюминия, оборудованных анодами Сëдерберга, содержащих большое число поднимающихся закрывающих плит, закрывающих всю площадь между окружностью анода и верхней частью боковых стенок печи, при этом закрывающие плиты герметизированы относительно корпуса анода и боковых стенок печи.

Установлено четыре закрывающие плиты по одной для каждой из четырех боковых стен печи.

На фиг. 1 показана алюминиевая печь, оборудованная анодом Сдерберга, имеющая устройство сбора газа, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, вариант; на фиг.4 - покрывающие плиты в поднятом положении; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1.

Электролитическая печь для производства алюминия, оборудованная анодом Сëдерберга 1, имеющим корпус 2. Последний имеет вертикальные углубления 3, 4, в которые установлены точечные питатели 5, 6 для окиси алюминия. На фиг. 1 показаны четыре закрывающие плиты, но их число может быть больше, например шесть, восемь и более. Закрывающие плиты снабжены закрывающимися отверстиями 28, которые открываются для выпуска металла, а также для контроля и т.п.

Вследствие наличия риска утечек газа между прилегающими закрывающими плитами используют четыре закрывающие плиты, т.е. одна для каждой длинной стороны и одна для каждой короткой стороны электролитической печи.

Газовое уплотнение между закрывающими плитами 8-11 и корпусом 2 анода и между плитами 8-11 и боковыми стенками 7 печи состоит из слоя частиц материала, например окиси алюминия.

На фиг.3 и 4 показана одна закрывающая плита 8, изготовленная из стали. Сверху к закрывающей плите 8 приварено большое число ребер 12, изготовленных из стали. Металлический желоб 13 вставлен в канавки в ребрах 12. Желоб 13 состоит из нижней плиты 14, наклонной плиты 15 и верхней плиты 16. Нижняя плита 14 желоба удерживается в положении с помощью канавок в ребрах 12 и имеет такие размеры, чтобы закрывающая плита с ребрами 12 могла расширяться, не застревая в желобе 13. Таким образом закрывающая плита 8 может свободно перемещаться относительно желоба 13. Тем самым, тепловое расширение закрывающей плиты 8 может осуществляться свободно, не приводя к существенным ее деформациям. Желоб 13 меньше подвержен воздействию тепла, чем закрывающая плита 8 и поэтому имеет более прочную конструкцию, в результате чего желоб 13 образует жесткий профиль, который предотвращает закрывающую плиту 8 от деформации, обусловленной воздействием тепла. Закрывающиеся отверстия 28 содержат трубу 33, которая приходит через закрывающую плиту 8, а также через нижнюю и верхнюю плиты 14 и 16 желоба 13. Труба 33 обычно закрыта крышкой 34, установленной в кольцевом пространстве между кольцами 35 и 36, которые приварены к верхней плите 16 желоба 13. Для достижения хорошей газонепроницаемости кольцевое пространство между кольцами 35 и 36 заполняется электроизолирующими частицами материала, например окисью алюминия. Труба 33 имеет также функцию неподвижной точки между желобом 13 и закрывающей плитой 8. К верхней плите 16 желоба 13 с помощью болтов 17 и 18 прикреплен удерживающий и подъемный рычаг 19. Последний электрически изолирован от закрывающей плиты 8 с помощью изолирующего слоя 32. Удерживающий и подъемный рычаг 19 вращательно прикреплен к корпусу 2 анода в точке 20. Кроме того удерживающий и подъемный рычаг 19 снабжен элементом 21 для ограничения опускания рычага 19. На фиг.3 закрывающие плиты показаны в закрытом положении, в котором верхний и внутренний концы 22 закрывающей плиты 8 находятся на расстоянии 3-10 мм от кронштейна 23, который прикреплен снаружи к корпусу 2 анода. Закрывающая плита 8 герметизирована относительно корпуса 2 анода путем заполнения окиси алюминия в кронштейн 23, как показано цифрой 24. В закрытом положении нижний конец 25 закрывающей плиты 8 будет располагаться на расстоянии 3-10 мм над верхом боковой стенки 8 печи. Закрывающая плита 8 герметизирована относительно боковой стенки 7 печи с помощью слоя 26 из окиси алюминия. Когда все закрывающие плиты 8-11 находятся в положении, показанном на фиг.3, то поверхность печи эффективно герметизирована от атмосферы. Газ реакции, образующийся во время электролиза, удаляется через выпускное отверстие 27, газы сжигаются за счет подачи воздуха затем газ очищается обычным образом перед его удалением в атмосферу.

В процессе обычной работы закрывающие плиты 8-11 находятся в закрытом положении. Выпуск металла, контроль и т.п. осуществляют через закрывающиеся отверстия 28 в закрывающих плитах 8-11. Однако время от времени закрывающие плиты необходимо открывать с целью удаления частиц углерода и т.п. из электролитической ванны. В этом случае закрывающие плиты 8-11 поднимаются в открытое положение (фиг.4). Подъем осуществляется с помощью гидравлических или пневматических цилиндров 29 и 30 (фиг.1). Для фиксирования закрывающих плит 8-11 в открытом положении предусмотрен подвижный кронштейн 31, взаимодействующий с отверстием в наклонной плите 15 желоба 13.

Предлагаемое устройство является компактным и простым в работе. Срок службы закрывающих плит удлиняется, поскольку они неподвержены непосредственному воздействию расплава.

Вследствие значительно большого объема под закрывающими плитами по сравнению с объемом под обычной газовой рубашкой опасность закупоривания устраняется.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ с заключенными в кожух анодами Седерберга, содержащее укрытие в виде ряда подъемных плит, закрепленных на аноде посредством поворотных рычагов, приводы подъемных плит, электроизолирующую герметизирующую засыпку, размещенную на верхних торцах боковых стенок электролизера, отличающееся тем, что на наружной стороне каждой подъемной плиты выполнены ребра с образованием зазора, в который установлены дополнительная плита и соединенные с ней с образованием канала жесткого треугольного профиля наклонная и верхняя плиты, причем подъемные плиты газонепроницаемо соединены с нижней частью кожуха анода и боковыми стенками электролизера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один конец поворотного рычага закреплен на нижней части кожуха анода, а другой - на верхней плите.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено кронштейнами, закрепленными на нижнем конце кожуха анода, на которых размещена электроизолирующая герметизирующая засыпка для создания газонепроницаемого соединения подъемных плит с анодом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подъемные плиты одним торцом погружены в электроизолирующую герметизирующую засыпку на боковых стенках электролизера для газонепроницаемого соединения их с последними.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между верхней плитой и концом поворотного рычага установлена электроизолирующая прокладка.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводы выполнены в виде пневматических или гидравлических цилиндров и закреплены на кожухе анода.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере в одной из подъемных плит выполнен газоотводящий канал с возможностью его закрывания.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что газоотводящий канал в подъемной плите выполнен в виде трубы, пропущенной через подъемную плиту и дополнительную и верхнюю плиты.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что газоотводящий трубчатый канал в подъемной плите выполнен с крышкой, установленной в кольцевом пространстве между кольцами, приваренными к верхней плите вокруг выходного отверстия трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5