катодный кожух алюминиевого электролизера

Формула изобретения

КАТОДНЫЙ КОЖУХ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий стенки и днище, шпангоуты, охватывающие стенки и днище и установленные с шагом по длине кожуха, и соединяющие шпангоуты элементы, отличающийся тем, что в качестве соединяющих элементов использованы стенки и днище, при этом толщина соединяющих элементов составляет 0,025 0,06 шага установки шпангоутов, а отношение высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов составляет 15 30.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к конструкции катодного кожуха алюминиевого электролизера.

Катодный кожух является одним из элементов алюминиевого электролизера и применяется для защиты заключенной внутри него футеровки от разрушающего действия усилий, возникающих в процессе работы алюминиевого электролизера. В связи с этим он должен обладать необходимой прочностью, так как от прочности кожуха в большой степени зависит срок службы электролизера. Кроме того катодный кожух должен обеспечивать отвод тепла, что способствует образованию защитного гарниссажа, наличие которого предотвращает разрушение футеровки и увеличивает срок службы, позволяет интенсифицировать работу электролизера. Это имеет большое значение особенно для электролизеров большой мощности.

Известен катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий основные и дополнительные стенки и днище, между которыми расположен и жестко соединен с ними ряд косынок, и продольные опорные балки под днищем, при этом в днище и основных стенках выполнены окна в местах примыкания дополнительной стенки (Авт. св. СССР N 1650783, кл. С 25 С 3/08, 23.05.91).

Недостатком данного катодного кожуха является то, что возникающие в процессе эксплуатации кожуха термические напряжения и напряжения от расширения футеровки в результате ее пропитки солями, из-за жесткости конструкции и различной термической деформации основных и дополнительных стенок приводят к пластической деформации катодного кожуха, что отрицательно сказывается на сроке его службы, а следовательно и всего алюминиевого электролизера в целом. Кроме того, несмотря на наличие окон, выполненных в днище и основных стенках в местах примыкания дополнительной стенки, наличие продольных элементов кожуха препятствует свободному прохождению воздуха для охлаждения стенок и днища, что ухудшает отвод тепла и отрицательно сказывается на сроке службы.

Наиболее близким к предлагаемому является катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий стенки и днище, шпангоуты, охватывающие стенки и днище и установленные с шагом по длине кожуха, продольные опорные балки под днищем, жестко соединенные со шпангоутами, а также верхние и нижние элементы, соединяющие шпангоуты между собой, при этом продольные стенки кожуха прикреплены к нижним элементам, соединяющим между собой шпангоуты [1]

Недостатком данного катодного кожуха является то, что возникающие в процессе эксплуатации кожуха термические напряжения и напряжения от расширения футеровки в результате ее пропитки солями из-за жесткого соединения шпангоутов с продольными опорными балками под днищем, а также из-за жесткого их соединения между собой верхними и нижними элементами с образованием жесткого каркаса и, следовательно, ограничения возможности расширения элементов кожуха приводят к пластической деформации катодного кожуха, что отрицательно сказывается на сроке его службы, а следовательно, и всего алюминиевого электролизера в целом. При этом жесткое соединение шпангоутов между собой верхними и нижними элементами и соединение продольных стенок кожуха с нижними элементами вследствие неравномерного распределения температуры в различных частях указанных элементов также приводит к пластической деформации кожуха, снижая срок службы. Кроме того наличие продольных элементов кожуха препятствует прохождению воздуха для охлаждения стенок и днища, что ухудшает его аэрацию, а соответственно и отвод тепла, что также снижает срок службы электролизера.

Цель изобретения разработка конструкции катодного кожуха алюминиевого электролизера, которая обеспечивала бы возможность его свободного расширения, переводя рабочие деформации кожуха в область упругой деформации, сохраняя прочность кожуха и равномерность обжатия футеровки электролизера, и обеспечивала бы беспрепятственное прохождение воздуха для охлаждения стенок и днища кожуха, улучшая отвод тепла от электролизера, что позволит повысить срок службы и интенсифицировать работу алюминиевого электролизера.

Цель достигается тем, что в катодном кожухе алюминиевого электролизера, включающем стенки и днище, шпангоуты, охватывающие стенки и днище и установленные с шагом по длине кожуха, и соединяющие шпангоуты элементы, в качестве последних использованы стенки и днище, при этом толщина соединяющих элементов составляет 0,025-0,06 шага установки шпангоутов, а отношение высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов составляет 15-30.

Использование в качестве соединяющих шпангоуты элементов стенок и днища при указанной их толщине и указанном отношении высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов обеспечивает возможность свободного расширения кожуха в продольном направлении, переводя рабочие деформации кожуха в область упругих деформаций и сохраняя его прочность и равномерность обжатия футеровки электролизера. Это позволяет повысить срок службы катодного кожуха и электролизера в целом.

Толщина соединяющих шпангоуты элементов (стенок и днища), составляющая 0,025-0,06 шага установки шпангоутов, и отношение высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов, составляющее 15-30, определены исходя из условий обеспечения прочности кожуха, при условии перевода его рабочих деформаций в область упругих.

При толщине соединяющих шпангоуты элементов меньше 0,025 шага установки шпангоутов снижается их прочность, что приводит к пластической деформации кожуха и возможному разрушению его отдельных элементов, снижая срок службы.

При толщине соединяющих шпангоуты элементов больше 0,06 шага установки шпангоутов повышается жесткость соединяющих элементов, что придает жесткость конструкции катодного кожуха в целом, в результате чего возникающие в процессе эксплуатации кожуха напряжения приводят к его пластической деформации. Это снижает срок службы. Кроме того, при указанной толщине соединяющих элементов возрастает металлоемкость кожуха.

При отношении высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов, составляющем менее 15, снижается прочность шпангоутов, что приводит в процессе эксплуатации кожуха к их пластической деформации, а следовательно и катодного кожуха в целом, снижая срок службы.

При отношении высоты сечения шпангоутов к толщине соединяющих элементов, составляющем более 30, повышается жесткость шпангоутов, что повышает жесткость кожуха в целом. При этом возникающие в процессе эксплуатации кожуха усилия приводят к пластической деформации кожуха, снижая срок службы. Кроме того при указанном отношении возрастает металлоемкость кожуха и увеличиваются его габариты.

Отсутствие продольных элементов обеспечивает беспрепятственное прохождение воздуха для охлаждения стенок и днища, что обеспечивает отвод тепла, создавая при этом, во-первых, условия для образования устойчивого, необходимых размеров и формы защитного гарниссажа на внутренних стенках футеровки, что предохраняет футеровку от разрушения и способствует повышению срока службы, и, во-вторых, позволяет интенсифицировать работу алюминиевого электролизера, т.е. работать при более высоких плотностях тока.

Кроме того при условии беспрепятственного прохождения воздуха вдоль стенок и днища шпангоуты, расположенные по длине кожуха, выполняют роль ребер охлаждения, что способствует рациональному отводу тепла, создавая защитный гарниссаж и обеспечивая интенсифицированную работу электролизера.

Таким образом использование в качестве соединяющих шпангоуты элементов стенок и днища кожуха, при указанных их толщине и отношении высоты сечения шпангоутов и толщины соединяющих элементов позволяет повысить срок службы и интенсифицировать работу алюминиевого электролизера.

На фиг. 1 изображен катодный кожух алюминиевого электролизера с вертикальными стенками, продольный разрез; на фиг. 2 катодный кожух с вертикальными стенками, поперечный разрез; на фиг. 3 катодного кожуха алюминиевого электролизера с наклонными стенками, продольный разрез; на фиг. 4 катодный кожух с наклонными стенками, поперечный разрез.

Катодный кожух алюминиевого электролизера включает стенки 1 и днище 2, шпангоуты 3, охватывающие стенки и днище и установленные с шагом по длине кожуха.

П р и м е р. Стенки и днище катодного кожуха алюминиевого электролизера изготавливают из листовой стали толщиной 20 мм. Затем их устанавливают в выставленные с шагом шпангоуты и присоединяют торцовые секции. Соединение стенок и днища со шпангоутами осуществляют при помощи сварки. Шаг установки шпангоутов составляют 590 мм. Количество шпангоутов составляет 16 при габаритной длине катодного кожуха 10000 мм. Высота сечения горизонтальной части шпангоутов составляет 400 мм, что составляет 20 толщин соединяющих шпангоуты элементов. При этом толщина стенок и днища составляет 0,034 шага установки шпангоутов по длине катодного кожуха. Установка катодного кожуха в корпусе электролиза алюминия осуществляется со свободным опиранием его на продольные строительные опоры (ленточный фундамент).

Такая конструкция катодного кожуха обеспечивает возможность свободного его расширения в продольном направлении, переводя при этом рабочие деформации кожуха в область упругих и сохраняя прочность кожуха и равномерность обжатия футеровки электролизера.

Такая конструкция кожуха обеспечивает рациональный отвод тепла, что способствует образованию устойчивого, необходимых размеров и формы защитного гарниссажа на внутренних стенках футеровки, предохраняя ее от разрушения, а также позволяет интенсифицировать работу электролизера.

Помимо вертикального расположения стенок они могут иметь наклонное расположение. При этом угол их наклона к вертикальной плоскости составляет до 30^о. При этом оптимальным углом наклона является угол, равный 20^о.

Наклонное расположение стенок кожуха, а следовательно и бортовых футеровочных блоков, позволяет снизить объем металла в незавершенном производстве, снизить материалоемкость, способствует лучшему отводу тепла от верхней части бортовой футеровки и образованию защитного гарниссажа в указанном месте, что также позволяет увеличить срок службы.