RU2006529C1

RU2006529C1 - Anode device of electrolyzer with fired anodes

Info

Publication number: RU2006529C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Спиридонов; П.А. Свиридов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy. SUBSTANCE: device is provided by shafts, arranged normally relative to longitudinal axis of a collecting beam. Levers are mounted on the shafts; mean levers are jointly connected with a mechanism for lifting anodes, terminal levers are connected with anode busbars by a vertical tie rods in such a way, that the levers are mounted on the shafts one opposite to another. Horizontal tie rods and levers are in addition mounted between the levers of the shafts and the vertical tie rods. EFFECT: enhanced structure of aluminium cells. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis.

Известно, что в процессе электролиза различные технологические операции связаны с подъемом или опусканием анодной ошиновки с закрепленными на ней анодами. Для этой цели в отечественной промышленности применяются механизмы с четырьмя винтовыми домкратами грузоподъемностью 18-25 т (в зависимости от мощности электролизера), двумя электродвигателями и редукторами. В этом случае механизмы устанавливают на верхнем поясе балки-коллектора и вертикальные винты домкратов соединяют с анодной ошиновкой. При такой схеме компоновки значительно возрастает высота анодного устройства над уровнем рабочей площадки (отметки пола) корпуса электролиза и составляет 3,8 м, тогда как высота верхнего пояса коллектора (без учета высоты винтовых домкратов) составляет всего 2,85 м. Таким образом, размещение механизмов подъема в пределах высотных габаритов коллектора позволяет сделать их более доступными для обслуживания и, что не менее важно, улучшает внешний вид изделия в целом, повышая его конкурентоспособность. It is known that in the process of electrolysis various technological operations are associated with raising or lowering the anode busbar with anodes fixed to it. For this purpose, domestic industry uses mechanisms with four screw jacks with a lifting capacity of 18-25 tons (depending on the capacity of the electrolyzer), two electric motors and gearboxes. In this case, the mechanisms are mounted on the upper belt of the collector beam and the vertical jack screws are connected to the anode busbar. With this arrangement, the height of the anode device above the level of the working platform (floor mark) of the electrolysis body increases significantly and is 3.8 m, while the height of the upper collector belt (excluding the height of the screw jacks) is only 2.85 m. Thus, the placement lifting mechanisms within the height dimensions of the collector allows you to make them more accessible for maintenance and, no less important, improves the appearance of the product as a whole, increasing its competitiveness.

Известен электролизер с обожженными анодами, который характеризуется тем, что в нем применен механизм подъема анодов с одним приводом, установленным вертикально в конце балки-коллектора (в его габаритах), соединенным с системой параллельных двуплечих рычагов, закрепленных на стенках коллектора и соединенных с анодной ошиновкой. Между собой рычаги соединены горизонтальными тягами, длина которых примерно равна расстоянию между точками соединения анодной ошиновки с рычагами механизма, т. е. тяги проходят практически по всей длине коллектора. A known electrolyzer with burnt anodes is characterized by the fact that it employs an anode lifting mechanism with one drive mounted vertically at the end of the collector beam (in its dimensions), connected to a system of parallel two-arm levers mounted on the walls of the collector and connected to the anode busbar . Between themselves, the levers are connected by horizontal rods, the length of which is approximately equal to the distance between the points of connection of the anode busbar with the levers of the mechanism, i.e., the rods extend almost over the entire length of the collector.

Основным недостатком приведенного механизма рычажного типа является возникновение горизонтальной составляющей нагрузки, в результате чего анодная ошиновка вместе с закрепленными на ней анодами совершает горизонтальные перемещения вдоль электролизера. Эти перемещения составляют величину 35-40 мм при вертикальном ходе анодной ошиновки 300 мм. При увеличении хода до 400-450 мм горизонтальные перемещения ошиновки составляют 55-70 мм. The main disadvantage of this lever-type mechanism is the occurrence of a horizontal component of the load, as a result of which the anode busbar, together with the anodes attached to it, performs horizontal movements along the cell. These movements amount to 35–40 mm with a vertical stroke of the anode busbar of 300 mm. With an increase in stroke to 400-450 mm, horizontal tire movements are 55-70 mm.

Эти перемещения обусловлены тем, что плечи рычагов, соединеные с анодной ошиновкой, вращаясь вокруг точки закрепления, описывают дугу, при этом разница в положении точки рычага в его горизонтальном положении и в крайних верхнем и нижнем положениях составляет величину горизонтального перемещения точки и, следовательно, всей анодной ошиновки с анодным массивом. Это приводит к тому, что расстояние между анодным массивом и торцевой стенкой катодной футеровки меняется на эту же величину, то приближаясь, то удаляясь от стенки. Для устранения этого недостатка необходимо устанавливать массивные упоры для анодной ошиновки на балке-коллекторе, что затруднего вследствие разности в линейных расширениях анодной ошиновки из алюминиевых шин и стального коллектора. Поэтому практически исключить горизонтальные перемещения не удается и ограничиваются только их уменьшением с помощью упоров. These movements are due to the fact that the shoulders of the levers connected to the anode busbar, rotating around the attachment point, describe an arc, while the difference in the position of the lever point in its horizontal position and in the extreme upper and lower positions is the amount of horizontal movement of the point and, therefore, the whole anode busbar with anode array. This leads to the fact that the distance between the anode array and the end wall of the cathode lining changes by the same amount, either approaching or moving away from the wall. To eliminate this drawback, it is necessary to install massive stops for the anode busbar on the collector beam, which is more difficult due to the difference in the linear extensions of the anode busbar from aluminum tires and the steel collector. Therefore, horizontal movements cannot be practically eliminated and are limited only to their reduction with the help of stops.

Другим недостатком является наличие длинных (4-6 м) тяг, соединяющих рычаги, так как они должны надежно работать как "на сжатие" (при опускании анодного массива), так и "на растежение" (при подъеме). При работе "на сжатие" тяги должны обладать достаточной продольной устойчивостью, чтобы исключить из изгиб от усилий, возникающих при взламывании электролитной корки по периметру анодного массива при его опускании. Поэтому тяги выполняют или прямоугольного коробчатого сечения или из трубы диаметром 70-90 мм, что значительно повышает металлоемкость механизма и не способствует улучшению внешнего вида изделия. Another drawback is the presence of long (4-6 m) rods connecting the levers, since they must work reliably both “in compression” (when lowering the anode array) and “in tension” (when lifting). When working "in compression", the traction must have sufficient longitudinal stability to exclude from bending the forces arising from breaking the electrolyte crust around the perimeter of the anode array when lowering it. Therefore, the thrust is performed either in a rectangular box section or from a pipe with a diameter of 70-90 mm, which significantly increases the metal consumption of the mechanism and does not contribute to improving the appearance of the product.

Известен электролизер, принятый за прототип, в котором в качестве механизмов подъема применены два винтовых домкрата, установленных по концам на продольной оси коллектора, при этом их вертикальные винты соединены с перемычками, соединяющими пакеты шин анодной ошиновки. Узел соединения находится внутри коллектора, в окнах, через которые пропущены перемычки. Для исключения поперечных перекосов ошиновки из-за ее подвески в двух точках по оси электролизера ошиновка по концам дополнительно подвешена с помощью четырех качающихся тяг к неподвижной металлоконструкции, к коллектору. Known electrolyzer, adopted for the prototype, in which two lifting jacks are used as lifting mechanisms, installed at the ends on the longitudinal axis of the collector, while their vertical screws are connected to jumpers connecting the bus packets of the anode busbar. The connection node is located inside the collector, in the windows through which jumpers are passed. To eliminate lateral distortions of the busbar due to its suspension at two points along the axis of the electrolyzer, the busbar at the ends is additionally suspended using four swinging rods to a fixed metal structure, to the collector.

Таким образом, качающиеся тяги выполняют роль направляющих, исключая поперечные перекосы ошиновки, а винтовые домкраты осуществляют ее вертикальные перемещения. Thus, the swinging rods act as guides, excluding the lateral distortions of the busbar, and screw jacks carry out its vertical movements.

Представленная конструкция имеет тот недостаток, что вследствие размещения домкратов на верхнем поясе коллектора создаются трудности в рациональном расположении секций автоматизированного питания глиноземом (АПГ), так как положение точек соединения механизмов подъема с анодной ошиновкой строго фиксировано и определяется расчетным путем из условия минимальных вертикальных прогибов анодной ошиновки под воздействием закрепленных на ней анодов и др. внешних усилий, а также из условия минимальной ее металлоемкости. Поэтому места расположения домкратов и требуемое расположение секций АПГ с точками питания электролизера глиноземом вступают в противоречие и на практике приходится или жертвовать одним из условий для удовлетворения второго, или принимать компромиссные решения. The presented design has the disadvantage that, due to the placement of jacks on the upper belt of the collector, difficulties arise in the rational arrangement of the sections for automated feeding of alumina (APG), since the position of the connection points of the lifting mechanisms with the anode busbar is strictly fixed and determined by calculation from the condition of minimal vertical deflections of the anode busbar under the influence of anodes attached to it and other external forces, as well as from the condition of its minimum metal consumption. Therefore, the location of the jacks and the required location of the APG sections with the feed points of the electrolyzer with alumina conflict and in practice one has to sacrifice one of the conditions to satisfy the second, or make compromise decisions.

Другим недостатком конструкции является то, что расположенные на верхнем поясе коллектора домкраты увеличивают высоту электролизера, а расположенные внутри коллектора в окнах узлы соединения винтов домкратов с перемычками анодной ошиновки затрудняют монтажные и демонтажные работы, а также ухудшают условия обслуживания этих узлов в процессе эксплуатации (смазка, осмотр и т. п. ). Another design drawback is that the jacks located on the upper belt of the collector increase the height of the electrolyzer, and the nodes of the jack screws with the jumpers of the anode busbar located inside the collector in the windows complicate installation and dismantling work, and also worsen the service conditions of these nodes during operation (lubrication, inspection, etc.).

Техническим эффектом изобретения является создание условий для рационального размещения секций АПГ с точками питания электролизера, уменьшение количества единиц применяемого оборудования (в сравнении с отечественными конструкциями), исключение горизонтальных перемещений анодного массива в процессе эксплуатации, а также снижение высоты электролизера и улучшение его внешнего вида. Достижение указанного технического эффекта обеспечивается тем, что балка-коллектор дополнительно снабжена валами, расположенными перпендикулярно к ее продольной оси, на которых установлены рычаги. При этом средние рычаги шарнирно соединены с механизмами подъема анодов, а крайние - с анодной ошиновкой через вертикальные тяги, причем рычаги на разных валах расположены навстречу друг другу. Возможен вариант, когда между крайними рычагами валов и вертикальными тягами, соединенными с ошиновкой, дополнительно устанавливают горизонтальные тяги и рычаги. The technical effect of the invention is the creation of conditions for the rational placement of APG sections with power points of the electrolyzer, reducing the number of units of equipment used (in comparison with domestic designs), eliminating horizontal movements of the anode array during operation, as well as reducing the height of the cell and improving its appearance. The achievement of the specified technical effect is ensured by the fact that the beam-collector is additionally equipped with shafts located perpendicular to its longitudinal axis, on which the levers are mounted. In this case, the middle levers are pivotally connected to the lifting mechanisms of the anodes, and the extreme levers are connected to the anode busbar through vertical rods, and the levers on different shafts are located towards each other. It is possible that between the extreme levers of the shafts and the vertical rods connected to the busbar, horizontal rods and levers are additionally installed.

Основным преимуществом предложенного устройства является то, что вследствие расположения рычагов (и рычажных систем), работающих от разных приводов, навстречу друг другу возникающие в них горизонтальные составляющие нагрузки направлены также навстречу друг другу и взаимоуничтожаются, поэтому исключается возможность перемещения анодной ошиновки с анодами вдоль оси электролизера. Перемещение же точек рычагов по дуге компенсируется поворотом на несколько градусов вертикальных тяг относительно их точки закрепления на анодной ошиновке. The main advantage of the proposed device is that due to the arrangement of levers (and lever systems) operating from different drives, towards each other, the horizontal components of the load arising in them are also directed towards each other and are mutually destroyed, therefore, the possibility of moving the anode busbar with anodes along the axis of the cell is excluded . The movement of the points of the levers along the arc is compensated by turning a few degrees of vertical rods relative to their fixing point on the anode busbar.

Другим преимуществом является то, что горизонтальные тяги (во втором варианте) по длине составляют 1-1,5 м и легко обеспечивается их устойчивость при работе "на сжатие" при опускании анодного массива. Кроме того, располагаясь лишь по концам анодного устройства, рычаги и тяги не портят внешнего вида изделия, а горизонтально расположенные механизмы с винтами домкратов практически вписываются по высоте в габарит коллектора и верх анодного устройства становится "чистым", без выступающих элементов, что также облагораживает внешний вид. Another advantage is that the horizontal rods (in the second version) are 1-1.5 m in length and their stability is easily ensured when working "in compression" when lowering the anode array. In addition, located only at the ends of the anode device, the levers and rods do not spoil the appearance of the product, and horizontally located mechanisms with jack screws practically fit in height into the collector’s dimensions and the top of the anode device becomes “clean”, without protruding elements, which also ennobles the external view.

На фиг. 1 изображено анодное устройство, вид сбоку и в плане; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - узел II на фиг. 1; на фиг. 4 - вид на анодное устройство с дополнительными тягами и рычагами с боковой стороны. In FIG. 1 shows an anode device, side view and in plan; in FIG. 2 - node I in FIG. 1; in FIG. 3 - node II in FIG. 1; in FIG. 4 is a view of the anode device with additional rods and levers from the side.

Предполагаемая конструкция анодного устройства состоит из балки-коллектора 1 с установленными в ней по концам валами 2, средними рычагами 3 и крайними рычагами 4, качающихся механизмов 5 подъема с винтами 6, установленными на платформе 7 в цапфах 8, вертикальных тяг 9, соединенных с пакетами шин 10 посредством распорок 11. Возможен вариант с установкой дополнительных горизонтальных тяг 12 и рычагов 13, соединенных с помощью осей 14 соответственно с рычагами 4 и вертикальными тягами 9. Рычаги 13 установлены в цапфах 15, укрепленных в стенках коллектора 1. The proposed design of the anode device consists of a beam-collector 1 with shafts 2 installed at it at the ends, middle levers 3 and extreme levers 4, swing lifting mechanisms 5 with screws 6 mounted on the platform 7 in the pins 8, vertical rods 9 connected to the packages tires 10 by means of spacers 11. It is possible to install additional horizontal rods 12 and levers 13 connected via axles 14 with levers 4 and vertical rods 9, respectively. The levers 13 are mounted in trunnions 15 mounted in the walls of the collector 1 .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении механизмов 5 подъема "на подъем" анодной ошиновки винты 6 втягиваются внутрь механизма (в домкрат) и поворачивают средние рычаги 3 с валами 2 и крайними рычагами 4. Благодаря тому, что рычаги на валах установлены навстречу друг другу, валы с рычагами на левом конце коллектора поворачиваются против часовой стрелки, а на правом конце - по часовой (относительно приведенных чертежей). Далее возможна работа в двух вариантах. When the lifting mechanisms 5 of the anode bus are turned on, the screws 6 are pulled into the mechanism (into the jack) and the middle levers 3 with the shafts 2 and the extreme levers 4 are turned. at the end of the collector turn counterclockwise, and at the right end - clockwise (relative to the drawings). Further, work is possible in two versions.

В первом варианте крайние рычаги 4 выполнены двуплечими и непосредственно соединены с вертикальными тягами 9, соединенными через распорки 11 с анодной ошиновкой (шинами 10). В этом случае поворот рычагов 4 вызывает натяжение вертикальных тяг 9 и подъем анодной ошиновки с закрепленными на ней анодами. In the first embodiment, the extreme levers 4 are made of two shoulders and are directly connected to the vertical rods 9 connected via spacers 11 to the anode busbar (tires 10). In this case, the rotation of the levers 4 causes the tension of the vertical rods 9 and the rise of the anode bus with the anodes fixed to it.

Описанный вариант целесообразно применять в электролизерах малой и средней мощности (до 200 кА) с относительно небольшой длиной ошиновки. The described option is advisable to apply in electrolyzers of low and medium power (up to 200 kA) with a relatively short busbar length.

Во втором варианте крайние рычаги 4 выполнены с одним плечом и соединены через горизонтальные тяги 12 с дополнительными двуплечими рычагами 13, расположенными ближе к поперечной оси коллектора. In the second embodiment, the extreme levers 4 are made with one shoulder and are connected through horizontal rods 12 with additional two-arm levers 13 located closer to the transverse axis of the collector.

В этом случае поворот рычагов 4 через тяги 12 вызывает поворот рычагов 13 в том же направлении и подъем шин 10 с распорками 11 с помощью вертикальных тяг 9, соединенных с рычагами 13 с помощью осей 14. Устройство по данному варианту целесообразно применять в электролизерах большой мощности (свыше 200 кА), имеющих анодную ошиновку большой протяженности, когда точки подвески ошиновки должны располагаться ближе к ее поперечной оси для уменьшения прогибов ошиновки. In this case, the rotation of the levers 4 through the rods 12 causes the levers 13 to rotate in the same direction and the tires 10 with the struts 11 are lifted using vertical rods 9 connected to the levers 13 using the axles 14. The device according to this option is expediently used in electrolyzers of high power ( over 200 kA), having a long anode busbar, when the busbar suspension points should be closer to its transverse axis to reduce busbar deflections.

При включении механизмов 5 "на опускание" происходит выдвижение винтов 6 из механизмов наружу (в сторону поперечной оси коллектора), поворот всей рычажной системы с валами 2 в обратном направлении и анодная ошиновка с анодами опускается. When you turn on the mechanisms 5 "lowering" is the extension of the screws 6 out of the mechanisms outward (towards the transverse axis of the collector), the entire lever system with the shafts 2 is rotated in the opposite direction and the anode busbar with anodes is lowered.

Применение данного изобретения в алюминиевой промышленности позволит:
- исключить горизонтальные составляющие нагрузки и возможные перемещения анодной ошиновки с анодами вдоль электролизера в процессе эксплуатации;
- снизить в два раза количество единиц оборудования (домкратов) на одном электролизере (применяется два домкрата вместо четырех в существующих электролизерах);
- уменьшить высоту анодного устройства электролизера на 800 мм;
- улучшить внешний вид электролизера за счет исключения выступающих над верхней плоскостью коллектора элементов конструкции. (56) Патент ЕПВ N 0256848, кл. С 25 С 3/10, 1988. The use of this invention in the aluminum industry will allow:
- to exclude the horizontal components of the load and possible movements of the anode busbar with anodes along the electrolyzer during operation;
- halve the number of units of equipment (jacks) on one electrolyzer (two jacks are used instead of four in existing electrolyzers);
- reduce the height of the anode device of the cell by 800 mm;
- to improve the appearance of the cell due to the exclusion of structural elements protruding above the upper plane of the collector. (56) Patent EPO N 0256848, cl. C 25 C 3/10, 1988.

Claims

1. ANODE ELECTROLYZER DEVICE WITH BURNED ANODES, including a collector beam, anode lifting mechanisms connected to the anode busbar, levers and vertical rods, characterized in that the device is equipped with shafts mounted perpendicular to the longitudinal axis of the collector beam, the arms are mounted on shafts of which are pivotally connected to the anode lifting mechanism, and the extreme ones are connected to the anode busbar by vertical rods, while the levers on the shafts are located towards each other.

2. The device according to p. 1, characterized in that between the levers of the shafts and the vertical rods are additionally installed horizontal rods and levers.