EA024813B1

EA024813B1 - Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера

Info

Publication number: EA024813B1
Application number: EA201390995A
Authority: EA
Inventors: Тони КЭРРОЛЛ; Юрий Николаевич ПОПОВ
Original assignee: Мид Маунтин Матириалз, Инк.
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-10-31
Also published as: WO2012091633A3; WO2012091633A2; US9994963B2; CA2831960A1; CA2831960C; EA201390995A1; US20130299344A1

Abstract

Изобретение относится к конструктивным элементам катодных устройств электролизеров для получения алюминия. Уплотнение содержит присоединенное к футерованному катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней приспособление для размещения уплотняющей заделки, размещенное с лицевой стороны электролизера и выполненное из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, герметично соединенного одним концом с катодным кожухом. С внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием, а уплотняющая заделка обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения и размещена также в зазоре, который образован катодным стержнем и стенкой катодного кожуха. Техническим результатом является обеспечение герметичности уплотнения при любых перемещениях катодных стержней в процессе работы алюминиевого электролизера.

Description

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия, а именно к уплотнениям вывода катодных стержней.

Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера (авторское свидетельство СССР № 865992, МПК С25С 3/16, 1981), содержащее сужающийся в направлении от кожуха патрубок, присоединенный к катодному кожуху, упорное кольцо, присоединенное к наружному торцу патрубка, уплотняющую набивку, катодный стержень, фланец, присоединенный к катодному стержню, и слой глинозема.

Недостатком известного уплотнения является то, что уплотняющая набивка и слой глинозема являются газопроницаемыми. Также в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень перемещается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень перемещается поперек своей оси. Это приводит к нарушению герметичности уплотнения вследствие неспособности уплотняющей набивки компенсировать поперечное перемещение катодного стержня и износа при его осевом перемещении. Воздух проникает через уплотняющую набивку, слой глинозема и нарушает герметичность боковой угольной футеровки, окисляет и разрушает ее. Это снижает срок службы алюминиевого электролизера, довольно часто служит причиной прорыва и вытекания расплава через прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней. Кроме того, следует отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с заполнением заделки свободного пространства вокруг катодного стержня.

Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера (патент РФ № 2281347, МПК С25С 3/08, 2006), содержащее расположенную с внутренней стороны окон для пропуска катодных стержней, выполненных в катодном кожухе, пластину с отверстием и сильфон, одним своим концом герметично соединенный с катодным стержнем, а другим - с катодным кожухом. В устройстве пластина с отверстием надета на катодный стержень с возможностью перемещения вдоль его оси и перекрывания окна.

Недостатками известного уплотнения являются:

поскольку катодный стержень является прокатом, его поверхность имеет неровности, следовательно, щели между катодным стержнем и пластиной во время обжига и пуска электролизера, агрессивные газы (особенно НР) проходят внутрь сильфона и приводят к его коррозии и нарушению герметичности;

сильфон по принципу своего действия имеет развернутую площадь поверхности складок и объем внутреннего пространства, поэтому, в случае заполнения последнего герметиком, он имеет повышенный расход герметика, т.е. высокую стоимость и трудоемкость работ;

сильфон имеет фиксированное соединение обоих своих концов, следовательно, не имеется возможности добавить эластичный герметик-наполнитель внутрь сильфона во время его эксплуатации при необходимости.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является уплотнение (патент РФ № 2108414, МПК С25С 3/08, 1998), содержащее уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, металлический короб с двумя отверстиями, присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней, слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки.

Недостатком прототипа является то, что в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень перемещается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень перемещается поперек своей оси. Поскольку катодный стержень является прокатом, его поверхность имеет неровности. В результате осевого перемещения между катодным стержнем и отвердевшей уплотняющей заделкой образуются зазоры. В результате поперечного перемещения катодного стержня происходит разрушение отвердевшей уплотняющей заделки. Воздух проникает через образовавшиеся зазоры к боковой угольной футеровке, окисляет и разрушает ее. Это снижает срок службы алюминиевого электролизера, довольно часто служит причиной прорыва и вытекания расплава через прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней. Кроме того, следует отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с заполнением заделкой свободного пространства вокруг катодного стержня.

Задачей полезной модели является увеличение срока службы алюминиевого электролизера, снижение трудоемкости выполнения монтажных работ и улучшение экологии.

Техническим результатом является герметизация вывода катодных стержней алюминиевого электролизера путем предотвращения проникновения кислорода воздуха внутрь катодного кожуха электролизера и окисления при высокой температуре и разрушения внутренней футеровки, бортовых и катодных блоков, а также предотвращения проникновения агрессивных газов, в частности фтористого водорода (НР), изнутри катода электролизера наружу кожуха и обеспечения комбинации одновременно действующих свойств уплотнения, а именно: а) эластичности элементов при перемещении катодных стержней в продольной и поперечной плоскостях, б) химостойкости к агрессивным газам, в частности кислороду и НР, с) термостойкости, которые в совокупности обеспечивают долговременную целостность и герметич- 1 024813 ность уплотнения, следовательно, увеличение срока службы электролизера и улучшение экологии.

Поставленная задача достигается тем, что в уплотнении вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, содержащем присоединенное к футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, приспособление для размещения уплотняющей заделки, размещенное с лицевой стороны электролизера, согласно заявляемой конструкции с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна, а приспособление для размещения уплотняющей заделки выполнено из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, герметично соединенного одним концом с катодным кожухом, сужающегося в направлении от катодного кожуха и облегающего катодный стержень по периметру его поперечного сечения с возможностью перемещения синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, при этом уплотняющая заделка состоит из эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя и размещена также и в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, и обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения.

В частном случае выполнения уплотнения вывода катодных стержней рукав может состоять из четного количества частей, скрепленных во время монтажа по продольным краям между собой внахлест склеиванием и/или сшиванием, и/или скрепками.

Отличительные признаки заявляемой конструкции от прототипа:

приспособление для размещения уплотняющей заделки выполнено в виде эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, который одним своим концом, расширенным, герметично соединен с катодным кожухом, а другим концом герметично не соединен с катодным стержнем, но эластично обтягивает стержень, позволяя последнему не только перемещаться в начале движения синхронно с концом рукава, но и скользить затем относительно конца рукава, перемещаясь асинхронно;

герметичность уплотнения обеспечивается путем эластичного соединения рукава и катодного стержня плюс дополнительно закачиванием под относительно небольшим избыточным давлением эластичного огнеупорного, газостойкого неформованного наполнителя внутрь рукава. Свойства эластичности огнеупорного материала с действием внутренних сил поверхностного натяжения выбирают таким образом, чтобы последний не вытекал из под свободного края манжеты и при этом долговременно сохранял свои эластичные свойства, несмотря на высокотемпературное воздействие и химическое воздействие агрессивными газами, в т.ч. НР;

рукав закреплен с возможностью перемещения синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, имеет форму с меньшей площадью внутренней поверхности и стоимостью материалов, а также меньший внутренний объем пространства между рукавом и катодным стержнем.

На чертеже изображено уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера.

Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера состоит из катодного кожуха с окнами 1 для пропуска катодного стержня 2, эластичного рукава 3, уплотняющей заделки 4, пластины с отверстием 5. Эластичный рукав 3 надет на катодный стержень 2 и одним своим концом эластично обтягивает катодный стержень 2, а другим герметично соединен с катодным кожухом с окнами для пропуска катодных стержней 1 при помощи слоя клея 6. Уплотняющая заделка 4 закачивается под относительно небольшим избыточным давлением внутрь эластичного рукава 3 и размещена также в зазоре 7, образованном катодным стержнем 2 и стенкой катодного кожуха 1. Пластина с отверстием 5 надета на катодный стержень 2 с возможностью перемещения вдоль его оси и расположена с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней катодного кожуха 1, перекрывая его. Уплотняющая заделка 4 состоит из эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя, в качестве которого могут быть использованы материалы типа ТНсгто5са1 М22. Эластичный рукав 3 выполнен из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, в качестве которого могут быть использованы материалы типа АКМАТЕХ.

Устройство работает следующим образом.

В период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень 2 перемещается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень 2 перемещается поперек своей оси. Вместе с катодным стержнем 2 перемещается один из концов рукава 3, эластично обхватывающий катодный стержень 2. Второй конец рукава 3 герметично соединен с катодным кожухом с окнами для пропуска катодных стержней 1 и остается неподвижным. Рукав 3 при перемещениях катодного стержня 2 растягивается и изгибается в пределах упругой деформации и совместно с уплотняющей заделкой 4 герметично закрывает зазор 7 между катодным стержнем 2 и окном для пропуска катодных стержней катодного кожуха 1. Пластина с отверстием 5 не дает сыпучей части футеровки проникать в полость между катодным стержнем 2 и эластичным рукавом 3.

Предлагаемое уплотнение вывода катодных стержней позволяет повысить срок службы алюминиевого электролизера и устранить протечки расплава через окна для пропуска катодных стержней, а также уменьшить себестоимость применяемых материалов и трудоемкость выполнения монтажных работ. Улучшается ремонтопригодность конструкции, т.к. отсутствует прикрепление конца рукава к движуще- 2 024813 муся катодному стержню, и благодаря эластичности края рукава осуществляется возможность неоднократного заполнения уплотняющей заделкой пространства внутри рукава в случае такой необходимости. Заявляемая конструкция позволяет предотвратить проникновение агрессивных газов, в частности фтористого водорода (НР), изнутри катода электролизера наружу кожуха и улучшить экологию, а также увеличить срок службы электролизера путем предотвращения коррозии конструкционных материалов от действия агрессивных газов.

Claims

1. Уплотнение вывода катодного стержня алюминиевого электролизера, содержащее приспособление, присоединенное к футерованному катодному кожуху, имеющему окно для пропуска катодного стержня, размещенное с лицевой стороны электролизера, отличающееся тем, что с внутренней стороны окна для пропуска катодного стержня по его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна, причем приспособление выполнено из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, герметично соединенного одним концом с катодным кожухом, сужающегося в направлении от катодного кожуха и плотно облегающего катодный стержень по периметру его поперечного сечения, с возможностью перемещения синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, причем приспособление содержит уплотнитель, включающий в себя эластичный огнеупорный газостойкий неформованный наполнитель, который выполнен с возможностью обеспечивать скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения.

2. Уплотнение вывода по п.1, причем приспособление состоит из четного количества частей, скрепленных во время монтажа по продольным краям между собой методом крепления, выбранным из группы, состоящей из склеивания, сшивания, соединения скрепками и их комбинаций.

3. Уплотнительный рукав для катодного стержня алюминиевого электролизера, содержащего катодный кожух, имеющий окно для пропуска катодного стержня, размещенное с лицевой стороны электролизера, причем уплотнительный рукав выполнен с возможностью герметичного соединения одним концом с катодным кожухом, сужается в направлении от катодного кожуха и плотно прилегает к катодному стержню по периметру его поперечного сечения с возможностью синхронного или асинхронного перемещения уплотнительного рукава при перемещении катодного стержня, и при этом уплотнительный рукав выполнен из эластичного, газостойкого и термостойкого материала.

4. Уплотнительный рукав по п.3, при этом уплотнительный рукав выполнен с возможностью приема уплотнителя между уплотнительным рукавом и катодным стержнем, причем уплотнителем является эластичный огнеупорный газостойкий неформованный наполнитель, позволяющий катодному стержню скользить относительно катодного кожуха и обеспечивающий герметичное уплотнение.

5. Уплотнительный рукав по п.3, при этом уплотнительный рукав состоит из четного количества частей, скрепленных во время монтажа по продольным краям между собой методом крепления, выбранным из группы, состоящей из склеивания, сшивания, соединения скрепками и их комбинаций.