катодное устройство алюминиевого электролизера

Формула изобретения

1. Катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее съемную футерованную металлическую ванну, установленную внутри каркаса, образованного поперечными элементами жесткости, связанными между собой продольными поясами жесткости, торцевые пояса жесткости и компенсационные элементы, выполненные в виде металлических пластин, установленных между стенками металлической ванны и каркасом, отличающееся тем, что поперечные элементы жесткости выполнены в виде шпангоутов с дифференцированными прочностными характеристиками по длине, компенсационные элементы установлены перпендикулярно стенкам металлической ванны и жестко закреплены с внутренними полками шпангоутов, а торцевые пояса жесткости закреплены на металлической ванне.

2. Катодное устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые пояса жесткости выполнены в виде равнобедренной призмы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому производству алюминия.

Катодное устройство является важнейшим узлом алюминиевого электролизера и срок его службы практически определяет срок службы (эксплуатации) электролизера.

Основными элементами катодного устройства, принимающими на себя механические нагрузки (деформации), являющиеся следствием термического расширения футеровки и насыщения ее натрием, являются катодный кожух и элементы жесткости, которыми он снабжен.

Известен катодный кожух алюминиевого электролизера, выполненный в виде прямоугольного короба, продольные стенки которого усилены снаружи горизонтальным поясом жесткости и опирающимися на него вертикальными балками-контрфорсами, попарно прижатыми к стенкам короба с помощью тяжей в средней части и распорных балок - в нижней, в котором вертикальные балки-контрфорсы соединены с поясом жесткости через дополнительные опорные пластины и центрирующие прокладки с обеспечением опоры контрфорсов на стенки короба на одном уровне, при этом центрирующие прокладки размещены по высоте между верхом и серединой боковой грани короба и выполнены в виде пластин или цилиндров (А.с. СССР №737503, С 25 С 3/08, 1980 г. - [1]).

Основной недостаток известного решения - сборные элементы жесткости (тяжи). Недотягивание или перетягивание тяжей приводит к отрицательным последствиям, либо к недостаточному обжатию углеродистых блоков подины, либо к их пережатию. И в том, и в другом случае происходит нарушение целостности подины (протеки металла и электролита, вспучивание блоков) и преждевременный выход электролизера из строя.

Известно катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее металлическую ванну с днищем, смонтированную внутри каркаса, которое снабжено элементами, выполненными в виде металлических накладок и расположенных ниже уровня катодных стержней, а также элементами связи, размещенными между поперечными рамами каркаса, причем верхние края элементов связи закреплены на уровне верха каркаса, а нижние - на расстоянии от верха каркаса, обеспечивающем гарантированный зазор для беспрепятственного удаления ванны с выступающими катодными стержнями из каркаса (А.с. СССР №1705413, С 25 С 3/08, 1992 г. - [2]). Известное решение выбрано ближайшим аналогом по наличию сходных существенных признаков и достигаемому техническому результату.

Недостатки известного решения:

- установленные металлические накладки не выполняют в полной мере роль стабилизирующих механические напряжения элементов;

- возможно "горячее приваривание" прокладок к корпусу съемной металлической ванны, что затрудняет ее демонтаж.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение срока службы алюминиевого электролизера за счет повышения срока службы катодного устройства и снижение затрат на монтаж-демонтаж электролизера.

Техническим результатом является повышение прочности катодного кожуха алюминиевого электролизера и компенсации деформаций угольной футеровки.

Технический результат достигается тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем съемную футерованную металлическую ванну, установленную внутри каркаса, образованного поперечными элементами жесткости, связанными между собой продольными поясами, торцевые пояса жесткости, компенсационные элементы, выполненные в виде металлических пластин, установленных между стенками металлической ванны и каркасом, поперечные элементы жесткости выполнены в виде шпангоутов с дифференцированными прочностными характеристиками по длине, компенсационные элементы установлены перпендикулярно стенкам металлической ванны и жестко закреплены с внутренними полками шпангоутов, а торцевые пояса жесткости закреплены на металлической ванне, при этом они могут быть выполнены в виде равнобедренной призмы.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Выполнение шпангоутов с дифференцированными прочностными характеристиками по длине обеспечивает равномерное обжатие подины, предотвращающее раскрытие швов и преждевременный выход электролизера из строя.

Компенсационные элементы, выполненные в виде металлических листов, установленные перпендикулярно к стенкам металлической ванны и жестко закрепленные с внутренними полками шпангоутов, принимают на себя термические напряжения ванны, компенсируют их, и вариант их установки снижает трудозатраты при монтаже-демонтаже ванны алюминиевого электролизера.

Выполнение торцевых поясов жесткости креплением на металлической съемной ванне также способствует снижению отрицательных термических воздействий в торцах ванны. Выполнение торцевого пояса жесткости в виде равнобедренной призмы обеспечивает прочность торца электролизера, упрощает монтаж ошиновки, так как появляется возможность установки стояков в габаритах электролизера, что снижает трудозатраты.

Предлагаемое катодное устройство алюминиевого электролизера позволит, с одной стороны, компенсировать термонагрузки на углеродистую футеровку катодного устройства и, с другой стороны, не допустить снижения степени обжатия этой футеровки в период обжига и пуска. И тот, и другой процессы отрицательно сказываются на стойкости катодного устройства алюминиевого электролизера и сроке его службы.

В первом случае это раскрытие швов подины, образование трещин в углеродистых блоках и нарушение целостности подины. Во-втором случае недостаточно высокая механическая прочность углеродистой футеровки в период обжига и пуска электролизера приводит к ее значительной “натриевой пропитке”, “разбуханию” блоков, проникновению расплавов металла и электролита в цоколь электролизера, нарушению целостности катодного устройства и серьезным технологическим нарушениям.

От ближайшего аналога предлагаемое решение отличается тем, что шпангоуты по длине выполнены с дифференцированной жесткостью, компенсационные элементы, выполненные в виде металлических пластин, установлены перпендикулярно стенкам металлической ванны и жестко закреплены с внутренними полками шпангоутов, а торцевые пояса жесткости закреплены на металлической ванне и выполнены в виде равнобедренной призмы.

Отличия от известного решения позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения “новизна”.

Сравнение предлагаемого технического решения с ближайшим аналогом и другими известными решениями показывает следующее:

- известно выполнение в катодном кожухе алюминиевого электролизера центрирующих прокладок, в виде металлических пластин или цилиндров [1];

- известно катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее металлическую ванну с днищем, смонтированную внутри каркаса и снабженную металлическими прокладками в виде пластин, установленных между металлической ванной и элементами жесткости [2];

- известен катодный кожух алюминиевого электролизера, содержащий съемный металлический кожух, снабженный шпангоутным каркасом, жестко соединенным с кожухом с помощью разъемных соединений (патент РФ № 2149926, кл. C 25 C 3/08, 2002 г. - [3]);

- известен катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий короб, снабженный элементами жесткости и установленными между ними дистанционными прокладками, выполненными в виде металлических пластин (авт. св. СССР № 802402, кл. C 25 C 3/08, 1981 г. - [4]).

В процессе сравнительного анализа предлагаемого решения с ближайшим аналогом и другими известными решениями в данной области, выявленными в процессе поиска, не обнаружено технических решений, характеризующихся сходными идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым техническим решением:

- выполнение шпангоутов по длине с дифференцированной жесткостью:

- установка компенсационных элементов в виде металлических пластин, установленных перпендикулярно к стенкам металлической ванны и жестко закрепленных с внутренними полками шпангоутов;

- жесткое закрепление торцевых поясов жесткости на съемной металлической ванне и выполнение их в виде равнобедренной призмы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

На чертеже представлен общий вид катодного устройства.

Предлагаемое катодное устройство алюминиевого электролизера состоит из съемной металлической ванны 1, снабженной футеровкой 2, установленной в металлический каркас, выполненный из шпангоутов 3 с дифференцированной жесткостью, снабженных продольными поясами жесткости 4, торцевых поясов жесткости 5, выполненных в виде равнобедренной призмы и жестко закрепленных на торцевых стенках металлической ванны 1. Компенсационные элементы 6, выполненные в виде металлических пластин, установлены перпендикулярно стенкам металлической ванны 1 и жестко закреплены с внутренними полками шпангоутов 3. По ширине металлического каркаса установлены опорные уголки 7.

Монтаж катодного устройства осуществляется следующим образом.

В жесткий каркас, образованный шпангоутами 3, с уменьшающимися от середины к торцам прочностными характеристиками (за счет изменения сечения), связанными поясами жесткости 4 (сварное соединение) и опорными уголками 7, закрепленными вдоль каркаса по ширине, устанавливают предварительно изготовленную металлическую ванну 1 с приваренным торцевым поясом жесткости. Между стенками ванны 1 и внутренними полками шпангоутов 3 устанавливают перпендикулярно металлические компенсационные пластины 6 и с их помощью производят регулирование установочных размеров катодного кожуха, а затем приваривают пластины 6 к внутренним полкам шпангоутов 3. После окончательной установки катодного кожуха производят монтаж футеровки 2 и все остальные операции по монтажу катодного устройства. При демонтаже катодного устройства производят частичный демонтаж футеровки, демонтируют (срезают) металлические пластины и с помощью крана вынимают металлическую ванну 1. Старый каркас катодного устройства остается на месте и вновь готов к монтажу.

Предлагаемое катодное устройство проходит опытно-промышленные испытания на ОАО “БрАЗ” и позволит резко сократить затраты на монтаж-демонтаж катодного устройства. Кроме того, использование предлагаемой конструкции позволит сократить материалоемкость капитального ремонта алюминиевых электролизеров и повысить срок их службы.