Анодное устройство алюминиевого электролизера с боковым подводом тока

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролизом в криолитглиноземных расплавах. Техническим результатом изобретения является конструкция анодного устройства с новым анодным каркасом и вентиляционными каналами, выполненными по периметру верхней рамы металлоконструкции и охватывающими анодный каркас, что позволяет надежно изолировать наданодное пространство от попадания глиноземной пыли на угольный анод и улучшить его качество, а также снизить выбросы в окружающую среду путем создания организованной и расчетной системы сбора и удаления газов с КПД 95 - 97%. Технический результат достигается тем, что верхняя кромка анодного каркаса расположена не ниже нижнего пояса рамы металлоконструкции, а вентиляционные каналы выполнены по периметру рамы и охватывают анодный каркас. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза.

Электролизеры с боковым токоподводом по конструкции анодного устройства подразделяются на два типа: 1. Электролизеры с неподвижным каркасом и подвижной анодной рамой, опоясывающей каркас, который выполнен из стального листа в виде прямоугольной царги. Внутри царги располагается тело угольного анода, которое в нем спекается. Для придания царге жесткости и сохранения формы ее заключают в жесткую раму, соединенную с механизмом подъема анода. В нижней части рама имеет вертикальные элементы жесткости перья, на которых подвешен анод с помощью токоподводящих штырей. В такой конструкции верхняя кромка каркаса неподвижна относительно металлоконструкции и образует с ней герметизированное в виде песочного затвора соединения. В этом случае пространство под анодом оказывается изолированным от глиноземной пыли и она не осаждается на угольный анод, ухудшая его качество и токопроводимость.

2. Электролизеры, у которых каркас и анодная рама составляют единую конструкцию, подвижную в вертикальном направлении.

В данной работе рассматривается только этот вариант конструкции, т. к. электролизеры по первому варианту в настоящее время практически не применяются из-за значительных сложностей в эксплуатации.

Известно анодное устройство алюминиевого электролизера с боковым подводом тока по а. с. N 312889, у которого "верхняя часть анодной обечайки (расходуемый алюминиевый лист) расположена выше укрытия анодного проема, а укрытие изготовлено из двух частей, одна из которых выполнена в виде тропа по всему периметру анода и подвешена на жестких тягах к опорной конструкции, а другая в виде открывающихся крышек, причем зазоры между трапом, крышками и анодной обечайкой герметизированы".

В предложенной конструкции делается попытка предотвращения попадания глиноземной пыли на анод, но не рассматривается вопрос создания организованной системы газоотсоса от электролизера в целом и, следовательно, не решается задача по снижению выбросов в окружающую среду. В настоящее время это является основной причиной, по которой заводы с боковым токоподводом вынуждены производить или модернизацию этих электролизеров, или реконструировать их с переходом на экологически более благополучные электролизеры с обожженными анодами.

Предложенная конструкция не исключает и попадания глиноземной пыли на анод, так как при открывании крышек анодного проема (для загрузки анодной массы или для других целей) осевшая на них глиноземная пыль скатывается вниз и ложится вся на периферию анода "горкой" по всей длине, тогда как при отсутствии крышек пыль ложится равномерно по всей плоскости анода и удаляется при обдуве воздухом. Пыль, лежащую "горкой", удалить значительно труднее, и создается большая вероятность загрязнения этой зоны анода пылью, что в дальнейшем ухудшит спекаемость анода по периферии и вызовет его разрушение при эксплуатации.

Другим недостатком является то, что наличие трапа по периметру над анодом ухудшает условия для загрузки анодной массы, особенно если производится загрузка кусковой массы весом до 1 т, а не кюбелем-дробленой массы.

Известен электролизер с боковым токоподводом, принятый за прототип, описание анодного устройства которого приведено на стр. 158 160, 163 165, рис. 75, 77, 82 "Справочника металлурга по цветным металлам", М. издательство "Металлургия", 1971 г. Согласно этому описанию анодное устройство в общем случае состоит из каркаса, алюминиевой (расходуемой) обечайки и анодной рамы. Каркас представляет собой прямоугольную царгу, сваренную из листовой стали. Для придания жесткости каркас заключают в раму, выполненную из швеллеров, а к раме приваривают вертикальные элементы жесткости перья.

По конструктивному исполнению анодное устройство может выполняться в двух вариантах: с подвижной рамой и неподвижной царгой (рис. 78); каркас анода выполнен как одно целое с анодной рамой, образуя единую конструкцию под названием "анодный каркас", перемещающийся в вертикальном направлении (рис. 77).

В настоящее время в промышленности применяются в основном электролизеры, у которых анодное устройство выполнено по второму варианту, принятому за прототип.

В этом случае анодное устройство с подвижным каркасом соединяется с механизмом подъема, установленном на металлоконструкции электролизера.

При этом верхняя кромка каркаса располагается ниже металлоконструкции, т. к. его высота определяется требуемым объемом загружаемой анодной массы при формовке анода и в процессе эксплуатации. Образовавшееся свободное пространство между неподвижной металлоконструкцией и верхней кромкой подвижного каркаса заделывают завесой из стеклоткани. Это необходимо для того, чтобы изолировать наданодное пространство от глиноземной пыли и газов, образующихся в большом количестве при обработке ванны.

Неподвижная металлоконструкция (рис. 82) представляет собой верхнюю раму и опорные стойки, в которых выполнены газоходы, бункера для глинозема, вытяжные патрубки и т. п. Верхняя рама сварена из четырех мощных балок коробчатого сечения с верхним и нижним поясами жесткости и средним проемом, обрамленным вертикальным стальным листом, образующим загрузочную горловину, закрывающуюся крышками. В балки, имеющие коробчатое сечение, встраивают иногда вентиляционные каналы, и удаление газов производится из полостей в торцевых (поперечных) балках через патрубки, расположенные в стойках (при нижнем газоотсосе), или через патрубки, устанавливаемые на самих балках (при верхнем газоотсосе).

К основным недостаткам данной конструкции относятся следующие: вентиляционные каналы, встроенные в балки верхней рамы, носят случайный характер, т. к. не образуют единой организованной системы для сбора и удаления газов равномерно по периметру электролизера и не поддаются расчету по установленным методикам. Именно по этой причине электролизеры имеют большие выбросы в окружающую среду и являются экологически самыми неблагополучными.

завесы из стеклоткани, устанавливаемые в пространстве между неподвижной рамой металлоконструкции и верхней кромкой каркаса анода, являются очень недолговечными и выходят из строя через 2 3 месяца эксплуатации как под воздействием механических нагрузок при загрузке анодной массы, так и под воздействием агрессивного фтора, выделяющегося в процессе электролиза. Это, в свою очередь, приводит к тому, что газы и пыль, попадая в наданодное пространство большого объема, теряют скорость, и глиноземная пыль выпадает в осадок на поверхность анода. Поэтому перед загрузкой анодной массы необходимо каждый раз производить обдув анода сжатым воздухом. Но и в этом случае много пыли остается на жидкой поверхности анода и ухудшает его качество.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вредных выбросов в окружающую среду и улучшение качества угольного анода.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается конструкцией анодного устройства с новым анодным каркасом и вентиляционными каналами, выполненными по периметру верхней рамы металлоконструкции и охватывающими анодный каркас.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 поперечный разрез электролизера с цельным анодным каркасом с загрузочной горловиной; на фиг. 2 то же с составным анодным каркасом; на фиг. 3 то же с анодным каркасом без загрузочной горловины; на фиг. 4 вид верхней рамы с каналами в плане.

Предлагаемая конструкция анодного устройства состоит из анодного каркаса 1, расходуемой алюминиевой обечайки 2, загрузочной горловины 3 с крышками 4, верхней рамы 5 металлоконструкции с верхним поясом 6, нижним поясом 7, вентиляционными каналами 8 с выходными патрубками 9 и регулировочными заслонками 10. Верхняя рама опирается на стойки 11.

Вариант составного анодного каркаса (фиг. 2) включает в себя также верхнюю обечайку 12.

Внутри анодного каркаса и алюминиевой обечайки расположены скоксовавшееся тело угольного анода 13 и его жидкая фаза 14.

На фиг. 1 и 2 изображен анодный каркас 1, высота которого выбрана так, что в процессе работы электролизера его верхняя кромка всегда находится выше верхнего пояса 6 рамы 5 металлоконструкции и образует загрузочную горловину 3, закрытую крышками 4. Так как рама 5 неподвижна, а каркас анода перемещается вверх-вниз, то между ними, по линии сопряжения, образуется зазор, который должен быть уплотнен во избежание прорыва газов в атмосферу корпуса. Учитывая то, что скорость перемещения каркаса относительно рамы незначительна (20 24 мм/мин), конструкция уплотнения может быть самой разной и не вызывает технических трудностей.

На фиг. 3 показан вариант, когда анодный каркас не выступает над верхним поясом рамы, но его высота выбрана так, что верхняя кромка в любом случае не может оказаться ниже нижнего пояса 7, а перемещается всегда в пределах высоты рамы 5. В этом случае загрузочная горловина 3 приваривается к верхнему поясу 6 рамы, также закрывается крышками и остается неподвижной.

В этом варианте конструкции нет необходимости в уплотнении зазора между рамой и анодным каркасом.

В любом из вариантов конструкции вентиляционные каналы 8, встроенные в раму 5, располагаются вокруг анодного каркаса в непосредственной близости от него и, таким образом, оказываются как раз над восходящим потоком газов, выделяющихся как при обработке ванны, так и в процессе эксплуатации электролизера от "огоньков". Регулировка равномерности газоотсоса по ветвям вентиляционных каналов осуществляется заслонками 10.

Предлагаемая конструкция анодного устройства позволяет выполнять вентиляционные каналы в раме в соответствии с расчетными данными по имеющимся методикам расчета систем газоотсоса и значительно снизить выбросы в окружающую среду. По экологическим параметрам такой электролизер не будет практически уступать электролизерам с обожженными анодами, у которых КПД системы газоотсоса составляет 95 97% Другим преимуществом является то, что представленная конструкция исключает возможность попадания глиноземной пыли в наданодное пространство за счет ликвидации выходящей из строя "тканевой завесы" и позволяет улучшить качество анода.

Формула изобретения

1. Анодное устройство алюминиевого электролизера с боковым подводом тока, содержащее подвижный анодный кажух, расходуемую алюминиевую обечайку, неподвижную раму металлоконструкции с верхним и нижним поясами жесткости, вентиляционные каналы и загрузочную горловину, отличающееся тем, что верхняя кромка анодного каркаса расположена не ниже нижнего пояса рамы, а вентиляционные каналы выполнены по периметру рамы и охватывают анодный каркас.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя кромка анодного каркаса образует загрузочную горловину, закрытую крышками.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анодный каркас выполнен из двух частей, жестко соединенных между собой посредством разъемного соединения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4