Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера и модель для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 19) И) с г 5 с зуг ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИ О А ВИДЕТЕЛЬСТВУ ОВАНИЯ ПРОЦЕССОВАЛККИНИЕВОГО ЭЛЕКДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ 5( 4) СПОСОБ МОДЕЛИ ДЕФОРМАЦИИ ПОДИНЫ ТРОЛИЗЕРА И МОДЕЛ ВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ мо цессов деформации ного электролизер ную деформацию по рение скоростей ции, о т л и ч а что, с целью рас лируемых явлений, обеспечения нагл оперативности эк мацию осуществля модели жидкостью, водой, при подаче верхность подины. юл. Ф 16 В.Я. Ник Венков в и В.Г. аучно-ис институт электродделирования проподины алюминиеа, включающий объе дины модели, измен величин деформа-, ю щ и й с я тем, ширения круга модеснижения стоимост ядности, простоты и спериментов, дефорют пропиткой подины Д.С. ПХарченк едоват алюминиеой промьпп(088.8)1 пСоп 3 Зоцгпа22, У 9, р. 2(56) 1. Ъ 7 асЫМеа 14, 19692, ЖурналУ 4, с. 50. предпочтительноее на верхнюю по1089176 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что пропитку подины модели осуществляют периодически, чередуя операции пропитки с операция-ми удаления жидкости с поверхности подины естественной или искусственной сушкой. 3. Модель, включающая материал,имитирующий подину, расположенныймежду ограждающими поверхностями,о т л и,ч а ю щ а я с я тем, что,с целью расширения круга моделируеИзобретение относится к цветной металлургии, в частности к изучению механических явлений, происходящих в подине электролизера для получения алюминия из криолитоглино 5 земного расплава, и может быть применено для моделирования процессов, связанных с объемной деформацией твердых тел.Одной из основных причин выхода 10 электролизера из строя является разрушение углеродистой подины вслед" ствие накопления необратимых деформаций при внедрении в подину металлического натрия, неизбежно выделяющегося совместно с алюминием при электролизе. Взаимодействие подины с натрием, начинающееся непосредственно при введении электролизера в эксплуатацию, приводит к деформации (расширению) катодных блоков.Особенностью процесса деформации является то, что сначала деформируются верхние слои подины и лишь с течением времени процесс деформа ции распространяется вглубь катодных блоков, Неравномерная величина деформации по высоте блоков приводит к их изгибу и подъему центральной части подины. Процесс деформации протекает непрерывно при эксплуатации электролизера и скорость процесса деформации определяет срок его службы.Известен способ моделирования процессов, происходящих в алюминиевом33 электролизере, при котором исследования выполняются на физических момых явлений, снижения стоимости,обеспечения наглядности, простоты иоперативности экспериментов, в качестве материала использована древесина, подина выполнена. сборной изблоков, причем боковые и нижние поверхности блоков выполнены со слоемизолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительнопарафина, и по крайней мере одинблок покрыт слоем изолирующего вещества по всемповерхностям герметично. делях, отличающихся от промышленных электролизеров главным образомтолько размерами и формой 1,Недостатками данного способа моделирования являются большая стоимостьи длительность экспериментов,а также трудности, связанные сэкспериментированием при высокихтемпературах,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объемную деформацию подины модели, измерениескоростей и величин деформации.,Данный способ реализуется в модели,включающей материал, имитирующийподину, расположенный между ограждающими поверхностями 2.Недостатками известных способаи модели является невозможность рас-.ширения круга моделируемых явлений,высокая стоимоеть, сложность, низкаянаглядность и оперативность экспериментов.Цель настоящего изобретениярасширение круга моделируемых явле-.ний, снижениестоимости, обеспечение наглядности, простоты и оперативности экспериментов.Поставленная цель достигаетсятем, что в способе моделированияпроцессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающемдеформацию подины модели, измерениескоростей и величин деформации,согласно изобретению, деформациюз 1089осуществляют пропиткой подины моделижидкостью, предпочтительно водой,при подаче ее на верхнюю поверхностьподины,Пропитку подины модели осуществляют периодически, чередуя операции пропитки с операциями удаленияжидкости с поверхности подины естест.венной или искусственной сушкой.В качестве модели, включающей материал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями, согласно изобретению, в качестве материала использована древесина, подина выполнена сборной из 15блоков, причем боковые и низкие поверхности блоков выполнены со слоемизолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительнопарафина, и по крайней мере один 2 рблок покрыт слоем изолирующего вещества по всем поверхнбстям герметично.Предлагаемые способ и модель позволяют изучить деформацию подин 25электролизеров при различньм условиях.При смачивании блоков жидкостьюпроисходит пропитка блоков и их деформация (расширение при набухании),приводящая к силовому взаимодействиюблоков с ограждающими поверхностями, .что позволяет изучать характер деформации в зависимости от конструкции жесткости ограящающих поверхностей.Защищая часть поверхностей блоковот контакта с жидкостью, например,боковые и нижние поверхности, обеспечивают направленную, сверху вниз, 4 Опропитку блбков, нри этом деформацияначинается с верхних слоев и затемпостепенно расцространяется в лежащие ниже слои блоков.Неравномерная деформация Различных слоев по высоте блоков приводитк их изгибу и вспучиванию централь"ной части подины модели, имитируятем самым основной процесс деформа"ции, происходящий в реальной углеродистой подине при взаимодействии еес натрием после .пуска на электролиз.Неравномерность деформации по площади подины имитируется покрытием по крайней мере одного блока изолирующим 55 веществом герметично, а неравномерность деформации во времени из-за колебаний технологических условий 176 4(температура, криолитовые отношение электролита) - чередованием операций пропитки и удаления части жидкости из блоков за счет естественной или искусственной сушки.На фиг,1 и 2 изображена модель по- дины, соответственно план и поперечный разрез; на фиг.3 - модель подины после окончания одного из экспериментов, поперечный разрез.Древесные блоки 1 уложены на горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4, скрепленными стяжками 5. Между боковыми поверхностями блоков 1, между блоками 1 и основанием 2, а также между блоками 1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 расположено изолирующее вещество 6. Модель может быть снабжена измерительными устройствами, фиксирующими величины деформаций блоков в различных направлениях и усилия, возникающие между блоками и ограждающими поверхностями.Подину модели выполняют из древесных блоков 1 двух типоразмеров 8822 16 и 64 22 16. Блоки 1 укладывают в четыре ряда по два блока в ря- ду с перевязкой швов между блокамина горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4.В качестве ограждающих поверхностей 3 и 4, имитирующих стенки катодного кожуха, использовали металлические уголки 3232 3, скрепленные между собой стяжками 5 и образующие прямоугольную раму.Боковые и нижние поверхности блоков 1 предварительно покрывают расплавленным парафином, После сборки модели швы 6 между блоками 1 и между блоками и ограждающими поверхностями 3 и 4 дополнительно заливали расплавленным парафином для обеспечения монолитности подины.Способ осуществляют следующим образом, С помощью индикатора линейныхперемещений (цена деления шкалы 0,01 мм) определяют исходный рельефповерхности подины и затем на поверхность подины заливают слой воды 3- 5 мм, Начавшуюся сразу же после заливки воды деформацию контролируют в ходе эксперимента регулярным через определенные промежутки времени измерением рельефа поверхности подины, кроме того, скорость подъема вцентре подины измеряют непрерывностационарно установленным индикато-,ром линейных перемещений.В ходе эксперимента проводятвизуальные наблюдения процесса дефор.,5мации и образования щелей.Эксперимент проводят до моментаразрушения подины; т,е. до моментаобразования щелей между блоками илимежду блоками 1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 протека воды подподину или же до прекращения деформацни,После окончания эксперимента измеряют и фиксируют размеры и локализацию образовавшихся щелей, сдвиг инаклон ограждающих поверхностей,сдвиг блоков относительно друг друга,Моделирование неравномерной деформации подины обеспечивают защитойот контакта с водой и верхних поверхностей у части блоков, а такжечередованием операций пропитки иудаления части воды при естественнойсушке.25Эксперименты показали, что при моделировании воспроизводятся основныеявления, связанные с деформациейподин промышленных электролизеров;линейная деформация (4-6 Х) и изгиб 30Ълоков, вспучивание центральной частиподины, сдвиг блоков относительнодруг друга, образование щелей междублоками и между блоками и ограядающими поверхностями ( боковыми стенками)З 5разворот боковых стенок наружу зависимость величины и скорости деформации подины от степени податливостибоковых стенок (величины обжатияподины) и дре 40Оценочный пересчет результатов,полученных на моделях, на реальныеусловия может быть выполнен при использовании критериев подобия, такихкак: 45дЯ Я, с .р 2и,= - ;в:+ьгде ЬЯ перепад деформации по высо- .те подины,о- поперечныйразмер подины;- высота подины;- прогиб;- горизонтальное обжатие подины,- модуль упругости;- эксцентриситет приложениясилы, действующей на подинусо стороны ограждающих поверхностей, относительнонейтральной оси блоков подины,- вертикальное давление подподиной. 6 5 Е С Время, затрачиваемое на сборку и подготовку модели к работе, не превышает нескольких часов, а длительность одного эксперимента в большинстве случаев составляет 3-8 ч. Таким образом, предлагаемый способ моделирования позволяет изучать основные явления; связанные с деформацией подин электролизеров для получения алюминия и дает возможность быстро, наглядно и с минимальными затратами проводить поиск и проверку. решений, направленных на повьппение срока службы электролизеров,Для проведения дальнейших испытаний на полупромышленных и промьппленных электролизерах отбирают только наиболее перспективные решения но данным модельных экспериментов, что обеспечивает значительную экономию средств и времени на поиск и отработку решений, направленных на :совершенствование катодного узла электролизера..Тепер Корректор А. Тяск оста ехре Редактор Е. Кривина Заказ 2878/25 филиал ИПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 633ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений113035, Москва, Ж, Раушская Подписно ета СССР открытий аб., д. 4/