Катодное устройство электролизера для получения алюминия

 

Использование: цветная металлургия. Сущность: участки токоотводов расположены между кожухом и боковой футеровкой, которые в свою очередь могут быть выполнены с наклоном от 3 до 45^o от вертикальной плоскости во внешнюю сторону. Токоотводы выполнены в виде секций, которые, выходя из подового блока, расположены в цоколе так, что самая дальняя ветвь проложена по центру секции, а все остальные - с обоих сторон от нее в одной плоскости. Токоотводы имеют вид широких полос, суммарная ширина которых как в цокольной части, так и наклонных участков равна длине соответствующей стороны подины электролизера. Изобретение позволяет снизить трудоемкость монтажа и демонтажа электролизера и увеличить надежность его работы. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия.

Целью изобретения является снижение трудоемкости монтажа и демонтажа электролизера, а также увеличение надежности его работы.

Указанная цель достигается тем, что участки токоотводов, расположены между кожухом и боковой футеровкой.

Токоотводы выведены из кожуха на высоте равной 0,3-1,0 глубины шахты электролизера.

Стенки кожуха могут быть отклонены от вертикальной плоскости на угол от 3 до 45^o во внешнюю сторону.

Суммарная ширина наклонных (или вертикальных) участков токоотводов примерно равна длине соответствующей стороны подины.

Участки токоотводов, которые проходят через цоколь, выполнены в виде плоских полос с суммарной шириной участков равной ширине участков токоотводов, проходящих за боковой футеровкой.

Наиболее удаленная от боковой футеровки ветвь токоотвода расположена по центру подовой секции, а все остальные в одной с ней горизонтальной плоскости цоколя.

Сущность изобретения заключается в том, что токоотвод располагается между бортовой футеровкой и кожухом электролизера. Тем самым обеспечивается возможность монтажа электролизера без необходимости вывода блюмсов через отверстия в боковых стенках кожуха электролизера и операций по герметизации и электроизоляции мест вывода. При демонтаже обеспечивается возможность извлечения подины электролизера вместе с токоотводами без разрушения (разборки) кожуха.

Вывод токоотвода осуществляется на высоте не ниже минимально возможного уровня расплавленного алюминия в шахте электролизера в процессе эксплуатации. Для различных типов и конструкций электролизеров эта величина может составлять разные значения. Но в любом случае высота, на которой выводится токоотвод не должна быть меньше 0,3 глубины шахты. Это исключает возможность прорыва расплавленного алюминия через отверстия в боковой футеровке и кожухе. Прорыв электролита, находящегося в этом случае выше уровня вывода токоотвода, затрудняется за счет его затвердевания, поскольку температура его кристаллизации выше, чем у расплавленного алюминия на 300^oC.

Верхний предел высоты вывода токоотвода обусловлен высотой шахты катодного устройства.

Выполнение боковых стенок кожуха с наклоном от 3 до 45^o обеспечивает возможность извлечения из него токопроводящей подины вместе с боковой футеровкой подъемным краном. Для этой цели участки токоотводов, выводимые за кожух, снабжены крепежными элементами.

Для обеспечения постоянства плотности тока в токоотводах требуется сохранение постоянства площади поперечного сечения токоотвода. Это достигается приведением суммарной ширины всех вертикальных (или наклонных) участков токоотводов к равенству длине соответствующей стороны подины. При этом уменьшается толщина токоотводов по сравнению с прототипом, а следовательно и суммарная толщина боковой футеровки, что позволяет увеличить теплоотвод от нее и, как следствие, сформировать устойчивый гарниссаж. Это способствует увеличению надежности и долговечности работы катодного устройства.

Использование секционированного токоотвода, у которого суммарная ширина участков, расположенных в цоколе, равна ширине вертикальной (или наклонной) частей, позволяет увеличить тепловое сопротивление цоколя электролизера. При этом уменьшается вероятность образования осадков и "коржей" на подине электролизера, что создает условия для надежной эксплуатации катодного устройства. Выравнивание ширины может производиться за счет придания соответствующей конфигурации отдельным участкам секционированного токоотвода с целью расположения всех их в одной плоскости, причем самый дальний при этом располагается по центру.

Раздельное выполнение вертикальной (или наклонной) и цокольной частей токоотвода с последующим механическим креплением и сваркой или заливкой чугуном, облегчает разборку токоотводов и повторное использование их сохранившихся частей.

Участки токоотводов, выведенные из кожуха, снабжаются крепежными элементами для возможности подсоединения к подъемному крану, отрыва и транспортировки катодного устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое катодное устройство электролизера для получения алюминия отличается тем, что участки токоотводов расположены между кожухом и боковой футеровкой, выведены из кожуха на высоте равной 0,3-1,0 глубины шахты. Отличается также тем, что суммарная ширина наклонных (или вертикальных) участков токоотводов примерно равна соответствующей длине стороны подины. Суммарная ширина участков токоотводов, выведенных в цоколь, равна ширине вертикальных (или наклонных участков токоотвода. Отличие состоит также в том, что стенки кожуха отклонены от вертикальной плоскости на угол 3-45^o во внешнюю сторону.

Таким образом заявляемое катодное устройство соответствует критерию "новизна" изобретения.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом но и с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что вывод токоотводов из слоя расплавленного алюминия и электролизера через слой распыленного электролита вверх известен. Однако при использовании его в указанной связи как сам токоотвод, так и его изоляция подвержены непосредственному воздействию расплавленного алюминия и электролита. Ввиду большой агрессивности последних это приводит к разрушению токоотвода и выходу электролизера из строя. В заявляемом решении токоотвод проходит за боковой футеровкой, не имеет контакта с расплавами и отводит ток от угольного блока подины. При прохождении тока через угольный блок, происходит нагрев последнего за счет Джоулена тепла. Это предотвращает образование настылей и осадков на подине. При отводе тока через слой электролита вверх, подина остается холодной, "зарастает" твердым электролитом и, электролизер выходит из строя. Вывод токопровода через слой электролита вверх приводит еще к возникновению горизонтальных токов в расплавленном алюминии, и циркуляции последнего под действием магнитных полей. Явление циркуляции металла приводит к разрушению бортовой футеровки и снижению надежности работы всего катодного узла.

В заявленном решении катодного устройства ток равномерно отводится от подины, что позволяет исключить вредное влияние магнитодинамических возмущений.

Из сказанного следует, что заявляемое техническое решение обладает признаками, позволяющими сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 представлены разрезы катодных устройств по поперечной оси.

Катодное устройство, представленное на фиг. 1 это вариант решения с выводом токоотводов 2 от подины 1 за боковой футеровкой 3 выше уровня верхней кромки кожуха 4. При этом токоотводы 2 имеют форму плоских полос, суммарная ширина которых равна соответствующей длине стороны подины 1. Здесь стенки кожуха 4 и и бортовая футеровка 3 остаются вертикальными.

Катодное устройство, представленное на фиг. 2 содержит токопроводящую подину 1 с токоотводами 2, боковую футеровку 3, кожух 4, выполненные с отклонением от вертикальной плоскости, и с цоколем 5. Токопроводящая подина с бортовой футеровкой составляет шахту катодного устройства электролизера для получения алюминия. Части токоотводов 2, расположенные за боковой футеровкой, выведены из кожуха на высоте равной глубине шахты электролизера. Участки токоотводов, расположенные вне кожуха, снабжены крепежными элементами 6, например в виде скоб. Пространство между бортовой футеровкой 3 и кожухом 4, где находятся токоотводы заполняется либо теплоизоляционной засыпкой, либо заливается бетоном.

Пуск катодного устройства, представленного на фиг. 1, его эксплуатация проводятся по стандартной технологии, используемой в промышленности.

После отключения электролизера из шахты сначала извлекают блоки боковой футеровки, затем за скобы 6 зацепляют тросы подъемного крана и токопроводящая подина 1 вместе с токоотводами 2 извлекаются из кожуха электролизера. В случае, если участки токоотводов, расположенные за боковой футеровкой и в цоколе, выполнены раздельно с последующим механическим соединением и сваркой или заливкой чугуном, возможна их разборка за пределами катодного устройства, с целью повторного использования сохранившихся частей. Разборка цоколя проводится известным способом.

В катодном устройстве, предложенном на фиг. 2, отвод от токопроводящей подины 1 осуществляется с помощью токоотводов 2, выполненных секционировано. При этом длина участков токоотводов 2а, 2б, 2в, заделанных в подовые секции подбирается таким способом, чтобы они компенсировали увеличение общего электросопротивления каждой ветви при увеличении длины ветвей токоотвода. При этом суммарная ширина ветвей токоотводов 2а,2б, 2в, выведенных в цоколь, равна ширине наклонных участков токоотводов и равна длине соответствующей стороны подины.

Стенки кожуха, а соответственно и параллельные им участки токоотводом отклонены от вертикали на угол от 3 до 45^o во внешнюю сторону. Это обеспечивает возможность извлечения токопроводящей подины, боковой футеровки и токоотводов с цоколем при демонтаже электролизера. При этом, если угол наклона меньше 3^o, возникают усилия значительно препятствующие извлечению катодного устройства, обусловленные разбуханием подины и футеровки под действием расплавленного алюминия и электролита.

Если угол наклона составит величину более 45^o, то увеличится расстояние между боковой футеровкой и анодом выше допустимого, что ведет к нарушению технологического режима работы электролизера.

Суммарная ширина наклонной части токоотводов, расположенных за боковой футеровкой, примерно равна длине соответствующей стороны подины катодного устройства, которая, в свою очередь, определяется мощностью электролизера.

Перед демонтажем катодного устройства, с помощью домкратов, подставленных под выступающие за кожух участки токоотводов, производится отрыв боковой футеровки от кожуха вместе с подиной. Извлечение катодного устройства и его транспортировка производятся подъемным краном. Демонтаж подины и токоотводов производятся вне кожуха.

Монтаж катодного устройства заявляемой конструкции также содержит значительные упрощения, т.к. описываемая операция может быть проведена последовательной укладкой токоподводов и футеровочных кирпичей вне кожуха электролизера. При этом заливка токоподводов чугуном в подовые блоки является предшествующей операцией, а весь процесс сборки завершается после переворачивания собранной конструкции и заделки ее в кожухе электролизера. Таким образом исключается трудоемкая операция изоляции токоотводов внутри уже собранной конструкции в местах вывода их из блоков и кожуха. Операция укладки боковой футеровки является завершающим этапом в монтаже катодного устройства.

Упрощение монтажа и демонтажа катодного устройства в предлагаемом техническом решении по сравнению с промышленно используемым (прототипом) позволяет снизить продолжительность простоя электролизера в капитальном ремонте на двое суток, увеличить надежность работы электролизера, повысить срок службы на 0,5 года.

Формула изобретения

1. Катодное устройство электролизера для получения алюминия, включающее шахту, состоящую из токопроводящей подины и боковой футеровки, токоотводов и кожуха с цоколем, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости монтажа и демонтажа электролизера и увеличения надежности его работы, участки токоотвода расположены между кожухом и боковой футеровкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токоотводы выведены из кожуха на высоте, равной 0,3-1,0 глубины шахты.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стенки кожуха отклонены от вертикальной плоскости на угол 3-45^o во внешнюю сторону.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что суммарная ширина наклонных или вертикальных участков токоотводов, расположенных за боковой футеровкой, равна длине соответствующей стороны подины.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участки токоотводов, которые проходят через цоколь, выполнены в виде плоских полос с суммарной шириной участков, равной ширине участков токоотводов, проходящих за боковой футеровкой.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наиболее удаленная от боковой футеровки ветвь токоотвода расположена по центру подовой секции, а все остальные ветви в одной с ней горизонтальной плоскости цоколя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2