RU2191852C1

RU2191852C1 - Aluminium cell with fired anodes

Info

Publication number: RU2191852C1
Application number: RU2001117963A
Authority: RU
Inventors: А.П. Спиридонов; Ю.Н. Колосов; Ю.А. Матвеев; Л.В. Рогозин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely production of aluminium by electrolysis in cryolite-alumina melts. SUBSTANCE: each of two end shelters is provided with three detachable flaps and it is made in the form of three-dimensional framework with integrated supporting structures. Upper portion of each framework is rigidly secured to beam-collector; lower portion of each framework rests upon end walls of cathode casing. EFFECT: lowered quantity of harmful exhausts to atmosphere of electrolysis housing, simplified design of cell according to system "supporting structures - end shelters", improved maintenance condition in zone of end portions of cell. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом в криолит-глиноземных расплавах. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis in cryolite-alumina melts.

Конструкции электролизеров с обожженными анодами до настоящего времени строятся по двум основным схемам. The designs of electrolytic cells with baked anodes are still being constructed according to two main schemes.

1. С опиранием анодного устройства (балка - коллектор с установленными на ней узлами и механизмами) на неподвижные строительные конструкции, закрепленные на фундаментах нулевой отметки (уровень земли) между двумя соседними электролизерами. 1. With the support of the anode device (beam - collector with assemblies and mechanisms installed on it) on stationary building structures, fixed on the foundations of zero level (ground level) between two adjacent electrolyzers.

2. С опиранием анодного устройства на торцевые стенки катодного кожуха. 2. With the anode device resting on the end walls of the cathode casing.

В первом случае балка - коллектор одним концом жестко (болтами) крепится к строительным конструкциям, а другим концом опирается на них через специальную шарнирную опору. В этой конструкции открытые проемы в торцах электролизера закрываются легкими торцевыми укрытиями из угольников и листов из антимагнитного сплава или стального проката, причем эти стальные укрытия свободно подвешиваются через узлы электроизоляции к основанию (нижнему поясу) балки-коллектора и стационарно располагаются над фланцевым листом, закрывающим футеровку катодного кожуха, причем между торцевым укрытием и фланцевым листом должен быть достаточный зазор во избежание электрического замыкания на фланцевый лист. In the first case, the beam - the collector at one end is rigidly (bolted) attached to the building structures, and the other end rests on them through a special hinged support. In this design, the openings at the ends of the electrolyzer are closed with light end covers made of squares and sheets of antimagnetic alloy or rolled steel, and these steel shelters are freely suspended through the electrical insulation nodes to the base (lower belt) of the collector beam and are stationary above the flange sheet covering the lining cathode casing, and between the end cover and the flange sheet there should be sufficient clearance to avoid electrical short circuit on the flange sheet.

Во втором варианте на торцевых стенках катодного кожуха, по продольной оси, на болтах устанавливаются специальные опоры через узлы электроизоляции, на которые ложится балка-коллектор. При этом с одного конца коллектор жестко соединяется с опорой, а другим концом опирается на нее через роликовую (катковую) опору, что позволяет перемещаться коллектору вдоль оси при температурных расширениях. Торцевые укрытия в этом варианте выполнены и закреплены на основании коллектора точно так же, как и в первом варианте. In the second embodiment, on the end walls of the cathode casing, along the longitudinal axis, special supports are installed on the bolts through the electrical insulation nodes, on which the collector beam rests. At the same time, from one end the collector is rigidly connected to the support, and the other end rests on it through the roller (roller) support, which allows the collector to move along the axis during thermal expansions. End shelters in this embodiment are made and fixed on the base of the collector in the same way as in the first embodiment.

Таким образом, в обоих приведенных вариантах конструкции электролизера присутствуют, в виде самостоятельных узлов, опорные конструкции (опоры) балки-коллектора и легкие (не несущие) стационарные торцевые укрытия. Thus, in both of the above versions of the design of the electrolyzer there are, in the form of independent nodes, supporting structures (supports) of the collector beams and light (non-bearing) stationary end shelters.

Общим недостатком в обоих вариантах является наличие зазора между фланцевым листом кожуха и торцевым укрытием, который составляет 20-30 мм по всей длине и необходим для того, чтобы исключить электрическое замыкание между этими элементами. Этими зазорами в том числе обусловлено увеличение суммарных неплотностей в укрытиях электролизера, что снижает эффективность системы газоотсоса. A common drawback in both cases is the presence of a gap between the flange sheet of the casing and the end cover, which is 20-30 mm along the entire length and is necessary in order to exclude electrical short circuit between these elements. These gaps also include an increase in total leaks in the shelters of the electrolyzer, which reduces the efficiency of the gas extraction system.

Другой недостаток заключен в необходимости изготовления двух различных металлоконструкций (опоры и торцевые укрытия), что ведет к усложнению монтажа и демонтажа электролизеров. Another disadvantage is the need to manufacture two different metal structures (supports and end shelters), which leads to more complicated installation and dismantling of electrolyzers.

Известно укрытие по патенту Австрии 329692. Из патентного описания и чертежей видно, что в данном случае решается, главным образом, вопрос открывания боковых сторон электролизера, закрытых отдельными створками. Shelter is known according to Austrian patent 329692. From the patent description and the drawings it can be seen that in this case it is mainly solved the question of opening the sides of the electrolyzer closed by individual leaves.

При этом указано, что торцевые стороны укрываются неподвижными торцевыми щитами, закрепленными на основании коллектора, а в углах имеются треугольные надставки (своего рода дополнительные створки), соединенные с крайними боковыми створками и перемещающиеся вместе с ними при открывании боковой стороны. Подъем надставок совместно с крайними боковыми створками необходим для освобождения зоны углов электролизера при поточной машинной обработке электролитной корки. It is indicated that the end sides are covered by fixed end shields fixed on the base of the collector, and in the corners there are triangular extensions (a kind of additional wings) connected to the extreme side wings and moving with them when the side is opened. The extension of the extensions, together with the extreme side flaps, is necessary to free the area of the corners of the cell during in-line machining of the electrolyte crust.

Недостатком данной конструкции является то, что применяется сплошной торцевой шит, не имеющий открывающихся элементов (створок) по торцевой стороне. Это не позволяет производить, при необходимости, различные технологические операции в торцах электролизной ванны (проверка состояния анодов в средней зоне, охлаждение торцов ванны пробивкой корки и открыванием створок средней зоны укрытия и т.п.). Сюда относятся и приведенные ранее недостатки по эффективности газоотсоса и по монтажу и демонтажу электролизера. The disadvantage of this design is that a continuous end shield is used that does not have opening elements (sashes) on the end side. This does not allow, if necessary, various technological operations at the ends of the electrolysis bath (checking the condition of the anodes in the middle zone, cooling the ends of the bath by punching the crust and opening the shutters of the middle shelter zone, etc.). This includes the previously mentioned drawbacks on the efficiency of the gas suction pump and on the installation and dismantling of the electrolyzer.

Известно укрытие алюминиевого электролизера с многоблочными обожженными анодами по а.с. 276438, принятое за прототип. It is known to shelter an aluminum electrolyzer with multi-block annealed anodes by A. with. 276438, taken as a prototype.

Данное укрытие отличается тем, что оно состоит из стационарных торцевых стенок и попарно шарнирно складывающихся откидных крышек, служащих одновременно рабочей площадкой, щитом для направления потока газов и экраном от теплового излучения. Кроме этого, торцевые стенки выполнены со створками. This shelter is distinguished by the fact that it consists of stationary end walls and pairwise hinged folding hinged covers that serve simultaneously as a working platform, a shield for directing the flow of gases and a screen from thermal radiation. In addition, the end walls are made with sashes.

Согласно формуле изобретения и приведенным чертежам в этой конструкции решается, в основном, вопрос укрывания боковых сторон электролизера при помощи шарнирных попарно складывающихся створок. Что касается опирания коллектора и торцевых укрытий, то они представляют собой традиционную конструкцию в виде сплошного щита со створками в углах электролизера с опиранием коллектора на специальные опоры. В данном случае створки в углах выполнены поворотными (на шарнирах), что обеспечивает возможность прохождения обрабатывающей техники при поточной обработке корки. According to the claims and the drawings, this construction mainly solves the issue of covering the sides of the electrolyzer with the help of hinged folding wings. As for the support of the collector and end shelters, they are a traditional design in the form of a continuous shield with wings in the corners of the cell with the collector resting on special supports. In this case, the flaps in the corners are made rotary (on hinges), which allows the passage of processing equipment during in-line processing of the crust.

Недостатком поворотных створок является то, что они открываются и закрываются вручную, а при поточной обработке корки такое положение становится неприемлемым, поэтому такая конструкция торцевых укрытий с поворотными створками не нашла применения в промышленности. The disadvantage of pivoting flaps is that they open and close by hand, and when in-line processing of the crust, this position becomes unacceptable, so this design of end shelters with pivoting flaps has not found application in industry.

Необходимо отметить, что различные конструкции торцевых укрытий со створками в углах (но без ручного обслуживания) применялись в промышленности до внедрения автоматизированной подачи глинозема (АПГ) в электролизеры, когда подача глинозема в ванну осуществлялась путем многократной обработки (обрушения) электролитной корки. С внедрением системы АПГ такая необходимость отпала и, следовательно, конструкция торцевых укрытий упрощается и может выполняться более герметичной. It should be noted that various designs of end shelters with flaps in the corners (but without manual maintenance) were used in industry before the introduction of automated supply of alumina (APG) to electrolyzers, when the alumina was fed into the bath by repeatedly processing (collapsing) the electrolyte crust. With the introduction of the APG system, this need has disappeared and, therefore, the design of end shelters is simplified and can be made more airtight.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вредных выбросов в атмосферу электролизного корпуса, упрощение конструкции электролизера в системе опорные конструкции - торцевые укрытия и улучшение условий обслуживания электролизера в зоне его торцов. The technical result of the invention is to reduce harmful emissions into the atmosphere of the electrolysis cell, simplifying the design of the cell in the system of supporting structures - end shelters and improving the service conditions of the cell in the area of its ends.

Технический результат достигается тем, что каждое из торцевых укрытий снабжено тремя съемными створками и выполнено в виде пространственного силового каркаса с встроенными в них опорными конструкциями, при этом каждый из каркасов вверху жестко соединен с балкой-коллектором, а внизу опирается на торцевые стенки катодного кожуха через узлы электроизоляции. The technical result is achieved by the fact that each of the end shelters is equipped with three removable flaps and is made in the form of a spatial power frame with support structures built into them, while each of the frames at the top is rigidly connected to the collector beam, and below it rests on the end walls of the cathode casing through nodes of electrical insulation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - продольный разрез электролизера;
на фиг.2 - вид на торцевое укрытие с торца электролизера;
на фиг.3 - фрагмент А на фиг.1;
на фиг.4 - фрагмент Б на фиг.1;
на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a longitudinal section of a cell;
figure 2 is a view of the end cover from the end of the cell;
figure 3 - fragment A in figure 1;
figure 4 - fragment B in figure 1;
figure 5 - section bb in figure 2.

Электролизер состоит из катодного кожуха 1 с левой 2 и правой 3 торцевыми стенками, балки-коллектора (анодного устройства) 4, опирающегося на левое 5 и правое 6 торцевые укрытия и жестко с ними соединенного с помощью болтовых соединений или сваркой. Каждое торцевое укрытие снабжено тремя съемными створками 7 и выполнено в виде жесткого силового каркаса 6 с встроенными опорными конструкциями 9, которыми каркасы опираются на торцевые стенки 2 и 3 катодного кожуха через узлы электроизоляции 10 первой ступени. The cell consists of a cathode casing 1 with left 2 and right 3 end walls, a collector beam (anode device) 4, which rests on the left 5 and right 6 end shelters and is rigidly connected to them by means of bolt joints or by welding. Each end shelter is equipped with three removable flaps 7 and is made in the form of a rigid power frame 6 with integrated support structures 9, with which the frames are supported on the end walls 2 and 3 of the cathode casing through the electrical insulation nodes 10 of the first stage.

Со стороны правого торцевого укрытия 6 опорная конструкция 9 снабжена роликами (катками) 11, установленными на осях 12 через узлы электроизоляции 13 второй ступени, а со стороны левого укрытия 5 опорная конструкция 9 снабжена закругленным башмаком 14, жестко закрепленным в ней через узлы электроизоляции 15 второй ступени. From the side of the right end cover 6, the supporting structure 9 is provided with rollers (rollers) 11 mounted on the axles 12 through the electrical insulation units 13 of the second stage, and from the side of the left cover 5, the supporting structure 9 is equipped with a rounded shoe 14, rigidly fixed therein through the electrical insulation units 15 of the second steps.

Кроме этого, левое торцевое укрытие 5 жестко соединено болтами 16 с торцевой стенкой 2 катодного кожуха через компенсаторы (тарельчатые пружины) 17. Для герметизации торцевых укрытий по линии их примыкания к торцевым стенкам кожуха предусмотрены уплотнители 18, которые крепятся одновременно узлами электроизоляции первой ступени к стенкам кожуха. In addition, the left end cover 5 is rigidly connected by bolts 16 to the end wall 2 of the cathode casing through expansion joints (Belleville springs) 17. To seal the end cover along the line of contact with the end walls of the casing, there are 18 seals that are fastened at the same time by the electrical insulation nodes of the first stage to the walls casing.

После пуска электролизера в эксплуатацию под воздействием повышенных температур его элементы начинают деформироваться, при этом прежде всего увеличиваются линейные размеры катодного кожуха 1 и балки-коллектора 4. After the electrolyzer is put into operation under the influence of elevated temperatures, its elements begin to deform, while the linear dimensions of the cathode casing 1 and the collector beam 4 increase in the first place.

Так как катодный кожух нагревается больше, то перемещение его торцевых стенок 2 и 3 по продольной оси составляет большую величину, чем удлинение балки-коллектора и перемещения связанных с коллектором торцевых укрытий 5 и 6. Эту разность в перемещениях компенсирует правая опорная конструкция 9, снабженная роликами 11, которые прокатываются по поверхности торцевой стенки 3, а опорная конструкция 9 левого укрытия с башмаком 14 остается неподвижной и перемещается вместе с левой торцевой стенкой 2. Since the cathode casing heats up more, the displacement of its end walls 2 and 3 along the longitudinal axis is larger than the extension of the collector beam and the displacements of the end shelters 5 and 6 connected with the collector. This difference in displacements is compensated by the right support structure 9 provided with rollers 11, which are rolled along the surface of the end wall 3, and the supporting structure 9 of the left shelter with the shoe 14 remains stationary and moves together with the left end wall 2.

Кроме этого, в процессе эксплуатации происходит деформация торцевых стенок 2 и 3 катодного кожуха: изгиб стенок в горизонтальной плоскости и их смещение, т. е. опрокидывание, в вертикальной. Это приводит к тому, что горизонтальные их поверхности, на которые опираются торцевые укрытия, приобретают некоторый угол наклона. In addition, during operation, the end walls 2 and 3 of the cathode casing are deformed: the walls are bent in the horizontal plane and they are displaced, i.e., tilted, in the vertical. This leads to the fact that their horizontal surfaces, on which end shelters rest, acquire a certain angle of inclination.

Это не отражается на торцевом укрытии 6, в опорной конструкции 9 которого установлены ролики 11 и само укрытие никак не связано со стенкой 3 кожуха. Компенсация поворота опорной поверхности левой стенки 2 кожуха происходит за счет закругленного башмака 14 и компенсаторов 17 в торцевом укрытии 5. This does not affect the end cover 6, in the supporting structure 9 of which the rollers 11 are installed and the cover itself is not connected in any way with the wall 3 of the casing. Compensation for the rotation of the supporting surface of the left wall 2 of the casing is due to the rounded shoe 14 and expansion joints 17 in the end cover 5.

Съемные створки 7 в торцевых укрытиях позволяют, при необходимости, открыть одну из трех створок в нужной зоне и провести необходимые работы по контролю параметров работы электролизера, произвести частичную обработку его торцов и т. п., тогда как применение сплошных торцевых щитов (с небольшими створками в углах), как это было ранее, не позволяло выполнять эти работы без открывания всего торца. The removable shutters 7 in the end shelters allow, if necessary, to open one of the three shutters in the desired zone and carry out the necessary work to control the parameters of the electrolyzer, partially process its ends, etc., while the use of solid end shields (with small shutters in the corners), as it was before, did not allow performing these works without opening the entire end face.

Монтаж электролизера производят следующим образом:
- на торцевые стенки 2 и 3 катодного кожуха, установленного в корпусе электролизера, устанавливают узлы электроизоляции 10 с уплотнителями 18;
- на монтажной площадке завода (или в корпусе электролизера) на стенде жестко соединяют между собой болтами или сваркой балку-коллектор 4 с собранными предварительно торцевыми укрытиями 5 и 6 (съемные створки 7 торцевых укрытий могут быть смонтированы и позднее);
- собранные коллектор и торцевые укрытия устанавливают на узлы электроизоляции 10 с уплотнителями 18, при этом автоматически герметизируется линия примыкания торцевых укрытий к узлам электроизоляции торцевых стенок катодного кожуха;
- торцевое укрытие 5 (левое) соединяют болтами 16 через компенсаторы 17 со стенкой 2 катодного кожуха.The installation of the electrolyzer is as follows:
- on the end walls 2 and 3 of the cathode casing installed in the housing of the electrolyzer, install the nodes of electrical insulation 10 with seals 18;
- on the installation site of the plant (or in the electrolytic cell body) on the stand, the beam-collector 4 is rigidly connected to each other by bolts or welds 4 with pre-assembled end shelters 5 and 6 (removable shutters 7 of the end shelters can be mounted later);
- the assembled collector and end covers are installed on the electrical insulation nodes 10 with seals 18, and the line of contact of the end covers to the electrical insulation nodes of the end walls of the cathode casing is automatically sealed;
- end cover 5 (left) is connected by bolts 16 through compensators 17 with the wall 2 of the cathode casing.

После этого на коллектор монтируют все остальное предусмотренное оборудование, и электролизер готов к пуску. After that, the rest of the equipment provided is mounted on the collector, and the electrolyzer is ready for start-up.

При демонтаже электролизера на капитальный ремонт необходимо снять только болты 16 с компенсаторами 17, соединяющими торцевое укрытие 5 со стенкой 2 катодного кожуха. После этого снимают коллектор с торцевыми укрытиями (со всем установленным оборудованием) и устанавливают в корпусе электролизера на отведенном для этого месте, при этом торцевые укрытия выполняют роль естественных опор и не требуются дополнительные приспособления. When dismantling the electrolyzer for overhaul, it is necessary to remove only the bolts 16 with compensators 17 connecting the end cover 5 to the wall 2 of the cathode casing. After that, the collector with end shelters (with all equipment installed) is removed and installed in the electrolyzer body in the designated place, while the end shelters act as natural supports and additional devices are not required.

Claims

An electrolytic cell with calcined anodes for producing aluminum, including a collector beam, supporting structures, a cathode casing and end shelters, characterized in that each of the end shelters is equipped with three removable flaps and is made in the form of a spatial power frame with built-in supporting structures, while each of the frames at the top is rigidly connected to the collector beam, and at the bottom it is supported by the end walls of the cathode casing through the electrical insulation nodes with seals.