5.1.4. Электролизеры с непрерывными самообжигающимися

анодами и верхним токоподводом

Катодное устройство.

Катодное устройство является однотипным для всех конструкций электролизеров (рис.5.5).

Рис.5.5. Схема катодного устройства.

1-подовые угольные блоки, 2-бортовые блоки, 3-чугунная заливка, 4-катодный стержень, 5-катодная секция, 6-угольная подушка, 7-огнеупорная засыпка.

Оно помещается на ленточном фундаменте из жаропрочного бетона и состоит из катодного кожуха, теплоизоляции и футеровки.

Катодный кожух предназначен для обжатия катодного устройства, которое стремится разрушиться под действием больших внутренних напряжений, обусловленных градиентами температуры. Катодные кожухи могут быть двух видов - балочного типа и катодный кожух с днищем.

Катодный кожух балочного типа представляет собой конструкцию из двутавров и швеллеров. В углах приваривают усиливающие накладки. Вдоль боковых стенок кожуха находятся “окна” для катодных стержней.

Катодный кожух с днищем изготавливают из стального листа толщиной 10 мм. Боковые стенки усиливаются двутавровыми балками, швеллерами и контрфорсами. Под днищем приваривают опорные двутавры.

Тепловая изоляция.

Тепловая изоляция выполняется из красного, шамотного или легковесного кирпича и теплоизолирующих засыпок. Для кожуха балочного типа в качестве засыпки обычно используется слой сухого песка толщиной 2-3 см, затем 4-5 рядов красного или 3-4 ряда шамотного кирпича. Толщина швов нее более 3-7 мм. Кладка “сухая”, швы заполняются просеянным и просушенным песком или шамотной крошкой.

Для кожуха с днищем используется легковесный или шамотный кирпич. Нижние ряды - сухая кладка, верхняя - на шамотном растворе с жидким стеклом и глиноземом. Размер шва не более 2 мм.

Футеровка.

Футеровка выполняется из подовых и боковых угольных блоков. Подовые блоки размещают на угольной подушке толщиной 4-5 см, собирают в секции и заливают чугуном. Секции соединяют катодным стержнем, укладываемым в паз.

Боковую футеровку выполняют из боковых блоков в один или два ряда с зазором не более 1 мм. Зазоры забивают шамотным порошком. Угольные блоки боковой футеровки контактируют с воздухом и могут интенсивно окисляться и разрушаться. Дополнительной защитой боковой футеровки является гарниссаж - застывший электролит. Гарниссаж также уменьшает выход в атмосферу продуктов анодного окисления - СО и СО₂, уносящих с собой фтористые соединения. В этом смысле гарниссаж особенно эффективен в электролизерах с верхним вводом анодов.

Анодное устройство электролизера с верхним токоподводом.

Анодное устройство электролизера состоит из анодной рамы, анодного кожуха, анода, анодных штырей, газосборного колокола, домкратов, привязывающих анодный кожух к анодной раме и домкратов для перемещения анодной рамы (рис.5.6.).

Рис.5.6. Схема анодного устройства.

1- газосборный колокол, 2- анод, 3- анодные штырей, 4- анодная рама, 5- анодный кожух, 6- домкраты, привязывающие анодный кожух к анодной раме, 7 - домкраты для перемещения анодной рамы.

Анодная рама.

Анодная рама служит для подвески анода и кожуха и представляет собой параллельно расположенные двутавровые балки большого сечения, соединенные поперечными связями. На раме крепят анодную ошиновку и прижимные контакты для штырей (рис.5.7).

Рис.5.7. Схема крепления штырей на групповом контактном устройстве.

1- анодная рама, 2-ошиновка, 3- шпилька, 4-штырь, 5-контактная колодка, 6-крепление гибкого пакета, 7- гибкий пакет, 8-втулка, 9-прижимная колодка.

Штыри вбиваются в анодную массу на разную высоту (рис.5.8) и при коксовании анода врастают в него. При работе ванны анод висит на отдельных парах штырей, прижатых шпильками к шинам, укрепленным на раме. Когда штыри вместе с анодом опускается близко к катоду, они отвинчиваются от рамы и выкручиваются из анода специальной машиной. После этого штыри направляются на очистку, а на их место, но на большей высоте, устанавливаются новые штыри. Анод при этом висит на следующих парах штырей.

Рис.5.8. Четырехгоризонтная схема расстановки штырей.

1-жидкая масса, 2-обожженный анод.

При выкручивании штырей на их место заливается жидкая анодная масса, которая затем коксуется но при значительно больших температурах в режиме, далеком от оптимального (вторичное коксование). Качество анода в месте вторичного коксования значительно ухудшается.

Анодный кожух.

Анодный кожух служит для формирования анода. Он представляет собой прямоугольный короб, сваренный из листовой стали толщиной 10 мм и усиленный ребрами жесткости, контрфорсами и поперечными балками (рис. 5.9). Поперечные балки предназначены для подвески анодного кожуха. В нижней части расположен пояс для навески специального колокольного газоотсоса. Анодный кожух укрытия не имеет, так как это повышает температуру анода и ухудшает его качество.

Рис.5.9. Анодный кожух.

1- ребра жесткости, 2- подвесные поперечные балки, 3-контрфорсы, 4-пояс для навески секции колокольного газоотсоса, 5-”карманы” для утепления углов и торцов анода.

Механизм перемещения анода.

Механизм перемещения анода предназначен для перемещения анода (только опускания) и опускания и подъема анодного кожуха. Механизм состоит из основного и вспомогательного механизмов. Основной механизм содержит две пары 20-тонных домкратов и предназначен для перемещения анода. Вспомогательный механизм из двух пар 15-тонных домкратов предназначен для перемещения анодного кожуха. 20-ти и 15-ти тонные домкраты работают независимо друг от друга. Схема механизма показана на рис. 5.10, а его кинематическая схема - на рис. 5.11.

Рис. 5.10. Схема механизма перемещения анода

1-20-ти тонные домкраты, 2-15-ти тонные домкраты, 3-анодная рама, 4- анодный кожух.

Рис.5.11. Кинематическая схема механизма перемещения анода.

1 -20-ти тонные домкраты, 2 -15-ти тонные домкраты, 3-анодная рама, 4- анодный кожух, 5- поперечные балки, 6-анод, 7-катодный кожух, 8 – верхняя поперечная балка анодного кожуха.

Существует 3 режима перемещения анода.

1. Анод перемещается совместно с анодным кожухом в одном направлении. При этом работают только 20-тонные домкраты, а вспомогательный механизм отключен.

2. Анод стоит на месте (отключен основной механизм) а кожух перемещается -работают только 15-тонные домкраты.

3. Анодный кожух двигается одновременно с анодом в противоположном направлении - основной и вспомогательный домкраты работают с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. В этом случае анодный кожух неподвижен относительно катодного устройства, а анод - опускается. Этот же режим используется при перетяжке анодной рамы, когда надо переставить штыри.

Анодные штыри.

В современных электролизерах это стальной цилиндр диаметром 120-130 мм, нижняя часть представляет усеченный конус. Длина конической части составляет 700-800 мм. Цилиндрическая часть обмеднена для улучшения электрического контакта. В верхней части штыря запрессован палец для выкручивания и извлечения штыря (рис.5.12)

Рис.5.12. Анодный штырь.

Электролизер для получения алюминия с непрерывным анодом и верхним токоподводом в сборке показан на рис.5.13, А и Б.

Достоинства и недостатки электролизеров с верхним подводом тока.

Достоинства:

- количество штырей относительно невелико и имеется возможность механизации операции перестановки штырей;

- нет необходимости наращивать анодную обечайку;

- газосборный колокол позволяет собирать анодные газы, уносящие соединения фтора без разбавления их воздухом, что значительно упрощает регенерацию последних.

Недостатки.

- пониженное качество анода в местах вторичного коксования увеличивает электрическое сопротивление и приводит к осыпанию анода (расход анодной массы увеличивается на 6-8%);

- по местам вторичного коксования образуются трещины и выходят газы;

- общее сопротивление анода выше, что приводит к увеличению падения напряжения на ванне на 0,2 В.

Рис.5.13,А Электролизер для получения алюминия с непрерывным анодом и верхним токоподводом. Вид сбоку.

Рис.5.13, Б. Электролизер для получения алюминия с непрерывным анодом и верхним токоподводом. Вид с торца.