Катодный кожух алюминиевого электролизера

; )737503 Союз СоветсимлСоциалист ическмвРеспублик ВТОРСКО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет - Опубликоваио лелин ивобретеиий н еткрнтвй(72) Авторы изобретен епов кий алюминиевый завод аявитель ДНЫЙ КОЖУХ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 5 Изобретение относится к областиэлектролитического производства алюминия и может быть применено в конструкции алюминиевых электролиэеров,Известны катодные кожухи, состоя 3щие из прямоугольного короба с днищем,выполненного иэ листовой стали, Торцовые стенки короба усилены горизонтальными балками. Продольнаяжесткосгьобеспечивается вертикальными балкамиконтрфорсами, усилия на которые в верхней части от стенки короба передаютсячерез несколько продольных поясов, выполненных из уголков или швеллеров. Внижней части контрфсрсы расперты балхами-распорками,в к короб аренными вми для эатяж поперечными кожухов соспоперечную Крепление балок-контрфорс производится шпильками, вв днище и снабженными гайка ки. Днище кожуха усилено двутавровыми балками 1.Назначение контрфорсов у тоит в том, чтобы создать патентис 11, и 1:л .гЯб ог 1 ио 7 е. зеа,вс жесткость для восприятия распорных уси лий от подины электролиэера, возникающих в процессе его эксплуатации.Как известно, одним из основных условий продолжительного срока службы каторжной части является оптимальное обжатие угольной подины стенками катодного кожуха. Установлено, что величина этого обжатия должна составлять в поперечном направлении около 14- 18 кг/смф при центральном приложении обжимающих усилий. При этом процесс разбухания и последующего растрескивания подины идет с наименьшей скоростью,Для катодных устройств, имеющих такой характер обжатия подин, свойственны незначительные деформации стенок кожуха в конце межремонтного периода (стрела прогиба - 30-40 мм) и срок службы 5-5,5 лет. Известные кожухи имеют стре лу прогиба до 120-170 мм и обеспечивают срок службы катодного устройства 3-4 года. Основными конструктивными55 3 73недостатками этих кожухов, приводящимик указанным явлениям, являются: опораконтрфорсов на пояса продольных стенок,разнесенные по ее высоте, стягивание .контрфорсов с помощью шпилек, закрепленных к периферии днища. В этом случае днище используется как несущая конструкция, от работы которой зависят какжесткость системы контрфорс-шпилька-балка-распорка, так и положенне контрфорсов в вертикальной плоскости.При разогреве катодного устройствав период обжига, пуска и первое времяэксплуатации электропизера происходиттемпературное расширение днища и связанный с этим отход шпилек и, следовательно, контрфорсов наружу от первоначального попожения, вызывающие их наклон,Наклон контрфорсов также обуславливается выборкой зазоров между листамиусиления и полками двутавров контрфорсов в месте их сочленения со шпильками.Вышеизложенные причины приводят кзначительному наклону контрфорсов с одновременным их уходом от стенки короба (до 6-8 мм по данным измерений),вследствие чего она остается без поддержки и приобретает значительные прогнбы.Уход контрфорсов от стенки при повышении температуры днища препятствуетнх включенню в работу в начальный пернод работы катода, вследствие чего поднна не имеет начального обжатия. Установлено, что степень обжатия определяет интенсивность разрушающего действия натрия на подину. Следовательно, отсутствие обжатия подины на самом ответственном, начальном, этапе ее работыприводит к снижению ее эксплуатационнойстойкости. К моменту, когда подина "догоняет стенку, пв:ледняя при опоре нанаклоненные контрфорсы сама приобретаетнаклон. При этом наибольшее сопротивление со стороны стенки она встречает виижиэй своей части, чем предопределяетсяпоявление экспентриситета приложения обжимающих усилий, равного 0,5 высотыподины. Как известно, при эксцентриситете усилий бопее 1/6 высоты сечения нейтральный слой находится внутри самогосечения, а по обе стороны от этого слоявозникают напряжения"разйыхзнаков: вместе приложения усилий - напряжениясжатия, на противоположных - растяжения,При высоте подины 40 см и эксцентриситете, равном 0,5 ее высоты, вычнсле 7503 фния по известной формулеа./Крпоказывают, что нейтральный слой расположенвыше центра тяжести на 6,66 см, илина 13,34 см от верха боковой грани подины, где б- расстояние от центратяжести сечении ( середины боковой грани подины) до нейтрального слоя;- радиус инерции сечения; х- эксцентриситет.10 Таким образом, в работающем катодеверхняя часть подины испытывает,напряжение растяжения, а нижняя - сжатия,Как известно, несущая способность материала подины при растяжении в 5-8 раз 15 ниже по сравнению с работой на сжатие.Известно также, что несущая способностьугольных блоков в работающих катодахравна около 40 кг/см, Следовательно,допустимые напряжения при растяжении 20 для этик блоков равны 8-5 кг/см, Меж 2ду тем вычисления и измерения показывают, что при условиях, действующих нанижшою часть грани подины, в 10 т (вдействующих катодах они достигают 70100 т) напряжения растяжения в верхних волокнах достигают 10 кг/см, т. е,2уже превышают несущую способность мащения появления внецентренного обжатия50 подины, вертикальные балки-контрфорсы соединены с поясом жесткости через доуровне,Центрирующие прокладки, определяющие уровень опоры контрфорсов на стенку короба, выполнены в виде пластин 30 35 40 5 териала угольных блоков.Учитывая, что такие усилия появляются через 2,5-3 месяца, уже с этого времени начинается прогрессирующее образо- ванне трещин, распространяющихся сверху вниз, которые также увеличивают интенсивность натрия в нижележащие слои по- дины, что ускоряет ее разрушение,Указанные обстоятельства ускоряют разрушение подины и снижают срок ее службы.Целью изобретения является повыше ние срока службы катодных устройств.Эга цель достигается тем, что в известном катодном кожухе, имеющем прямоугольный короб, боковые стенки которого усилены снаружи балками-контр форсами, попарнО прижатыми к стенкам короба с помощью тяжей в средней части и распорных балок - в нижней, для устранения наклона стенки и предотвраполнительные опорные пластины и центрирующие прокладки с обеспечением опоры контрфорсов на стенки короба на одном1, Катодный кожух алюминиевого электролизера, выполненный в виде пря-. моугольного короба, продольные стенки которого усилены снаружи горизонтальным поясом жесткости и опирающимися или цилиндров и размещены по высоте между верхом и серединой боковой.грани короба.На чертеже изображен катодный кожух, поперечный разрез. 5Кодух состоит из прямоугольного короба 1, продольные стенки которого усилены одним или несколькими поясами жесткости 2, вертикальными балкамиконтрфорсами 3, попарно прижатыми к 1 О поясам с помощью тяжей 4 в средней части и балок-распорок 5 - в нижней, Опирание каждого контрфорса на стенки короба (через пояс жесткости) выполнено в одном уровне через опорную пласти ну 6 и центрирующую прокладку 7. Вертикальная жесткость стенок обеспечивается ребрами 8, вваренными между поясами жесткости, либо, если пояс один, - между поясом и верхом короба. В нижней части 20 стенки короба вертикальные ребра отсутствуют, чем создается листовой шарнир, позволяющий сохранить вертикальность стенки короба при работе кожуха. Высота размещения центрирующих элементов вы бирается так, чтобы после монтажа поди ны элементы находились ниже уровня ее верхней грани на 1/21/3 по ее высоте. Прокладка 7 выполняется в виде пластины с вертикальным размером 20- 30 25 мм или цилиндра того же диаметра, она может быть закреплена на поясе ли бо на контрфорсе. В период разогрева катодного устройства короб кожуха, расширяясь иза прогрева днища, оказывает давление на контрфорсы через центрирующие прокладки 7, Контрфорсы удерживаются от наклона балками-распорками 5 и тяжами 4,40 термически не связанными с днищем и следовательно, не подверженными удлинению от нагрева днища, Измерения на опытных катодах показывают, что нагрев дни 45 ща до свойственной ему температуры 80-120 С не приводит к заметному поовышению температуры тяжа, так как по- . следний расположен в 120 мм под днищем, Это позволяет обойтись без теплоизоляции тяжей. Таким образом, контр- форсы, удерживаемые тяжем, на размеры которого не влияет разогрев днища, упираясь внизу в балку-распорку, противодействуют расширению короба. При этом происходит выборка зазоров в месте соединения контрфорсов с гайками 9 тяжа 4 и обмятие резьбы. Тем самым к моменту начала электролиза контрфорсы оказыйаются подготовленными к восприятию усилий, развивающихся в подине.Следовательно, к моменту пуска на электролиз кожух обеспечивает предвари тельное обжатие подины, очень мжное с точки зрения снижения воздействия на нее натрия и эксплуатационной стойкости. Величина этого обжатия регулируется первоначальным усилием затяжки гаек 9,При работе в эксплуатационном режиме предложенный кожух обеспечивает обжатие подины, близкое к центральному, и оптимальные условия ее работы в поперечном направлении. Величина обжатия ее (14-17 кг/см) задается выбором сечения тяжей, с тем чтобы последние при указанном обжатии работали в облас ти пластических деформаций, При длине тяжа 6 м, изготовленного из стали марки Ст.З СП, заданные условия обеспечиваются при диаметре его сечения около 50 смф Подина при этом получает вод можность поперечных деформаций в оптимальных пределах (до 20-40 мм), Размещение центрирующих элементов в пределах верхней части боковой грани поди ны позволяет создать либо центральное обжатие, либо повышенное обжатие верхних слоев подины, что целесообразно с точки зрения снижения интенсивности внедрения натрия в материал подины,При возникновении деформаций продольных стенок под действием усилий от подины они не будут испытывать наклона в силу того, что сочленение стенок с днищем выполнено в виде листового шарнира (без вертикальных ребер и пр. элементов, затрудняющих работу шарнира), Появляющийся при этом наклон контрфорсов не изменяет схему обжатия поцины, так как уровень передачи усилий остается тот же.Катодный кожух по изобретению за счет исключения эксцентриситета обжимающих подину усилий и обеспечения оптимальной величины обжатия поцины и пределов ее деформаций обеспечимет увеличение срока службы катода не менее чем на 8-1 0 месяцев. формула изобретения7 . 7375 на негр вертикальными балками-контрфорсами, попарно прижатыми к стенкам короба с помощью тяжей в средней части и распорных балок - в нижней,отличающийся тем,что,с 5целью увеличения срока службы катода путем обеспечения центрального или близко о к нему обжатия подины продольными стенками, вертикальные балкиконтрфорсы соединены с поясом жесткости через дополнительные оперные пластины и центрирующие. прокладки с обесйечением опоры онтрфорсов на стенки короба на одном уровне. 03 82. Кожух по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что центрирующие прокладки размещены по высоте между верхом и серединой боковой грани короба,3. Кожухпоп. 1, отличаю щ и й с я тем, что центрирующие прок ладки выполнены в виде пластин или цилиндров.Источники информации,принятые во внимание при акспертизе 1. Авторское свидетельство СССРСоставитель Г, ТитоваРедактор Д, Павлова Техред А.Шепаиская Корректор Н. СтепЗакаэ 2612/10 Гйраж 698 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4