RU2230834C1 - Cathode casing of aluminum cell - Google Patents
Cathode casing of aluminum cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230834C1 RU2230834C1 RU2002130212/02A RU2002130212A RU2230834C1 RU 2230834 C1 RU2230834 C1 RU 2230834C1 RU 2002130212/02 A RU2002130212/02 A RU 2002130212/02A RU 2002130212 A RU2002130212 A RU 2002130212A RU 2230834 C1 RU2230834 C1 RU 2230834C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- vertical
- casing
- horizontal
- width
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к конструкции катодного кожуха алюминиевого электролизера.The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular to the electrolytic production of aluminum, to the design of the cathode casing of an aluminum electrolyzer.
Катодный кожух является одним из элементов алюминиевого электролизера и применяется для защиты заключенной внутри него футеровки от разрушающего действия усилий, возникающих в процессе работы алюминиевого электролизера. В связи с этим он должен обладать необходимой прочностью, так как от прочности кожуха в большой степени зависит срок службы электролизера. Кроме того, катодный кожух должен обеспечивать отвод тепла, что способствует образованию защитного гарнисажа и настыли, наличие которых предотвращает разрушение бортовой футеровки и увеличивает срок службы, позволяет интенсифицировать работу электролизера.The cathode casing is one of the elements of an aluminum electrolytic cell and is used to protect the lining enclosed inside it from the destructive action of the forces arising during the operation of the aluminum electrolytic cell. In this regard, it must have the necessary strength, since the durability of the electrolyzer largely depends on the strength of the casing. In addition, the cathode casing should provide heat dissipation, which contributes to the formation of a protective skull and nastily, the presence of which prevents the destruction of the side lining and increases the service life, allows you to intensify the operation of the cell.
Известен катодный кожух алюминиевого электролизера, включающий стенки и днище, шпангоуты по продольным сторонам, охватывающие стенки и днище, и горизонтальные торцевые пояса (патент РФ № 2082831, 1997, МПК С 25 С 3/08).Known cathode casing of an aluminum electrolyzer, including the walls and the bottom, frames along the longitudinal sides, covering the walls and the bottom, and horizontal end zones (RF patent No. 2082831, 1997, IPC C 25 C 3/08).
Недостатком этого кожуха является то, что возникающие в процессе эксплуатации кожуха механические напряжения от расширения футеровки приводят к пластической деформации катодного кожуха вследствие недостаточной жесткости горизонтальных торцевых поясов, что отрицательно сказывается на сроке его службы.The disadvantage of this casing is that the mechanical stresses arising during operation of the casing from the expansion of the lining lead to plastic deformation of the cathode casing due to insufficient rigidity of the horizontal end zones, which negatively affects its service life.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является катодный кожух алюминиевого электролизера, содержащий футеруемую внутри металлическую ванну с продольными стенками, торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного поперечными цельносваренными шпангоутами, горизонтальные торцевые пояса, усиленные горизонтальными и вертикальными ребрами с листом обвязки, и опорные площадки для анодного устройства электролизера, расположенные на первых от торцов шпангоутах продольных сторон (патент РФ № 2131486, 1999, МПК С 25 С 3/08).The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a cathode casing of an aluminum electrolyzer containing a lined metal bath with longitudinal walls, end walls and a bottom installed inside a rigid frame formed by transverse all-welded frames, horizontal end belts reinforced with horizontal and vertical ribs with a strapping sheet, and supporting platforms for the anode device of the electrolyzer, located on the first side in frames of the longitudinal sides (RF patent No. 2131486, 1999, IPC C 25 C 3/08).
Недостатком данного катодного кожуха является то, что возникающие в процессе эксплуатации кожуха термические напряжения и напряжения от расширения футеровки в результате ее пропитки солями из-за недостаточной механической прочности конструкции торцевой стенки приводят к пластической деформации катодного кожуха, что отрицательно сказывается на сроке его службы, а следовательно, и всего алюминиевого электролизера в целом. Кроме того, сплошные горизонтальные ребра на торцах катодного кожуха препятствуют свободному прохождению воздуха для охлаждения торцевых стенок, что ухудшает отвод тепла, так как характеризуется плохим конвективным теплообменом, что приводит к отсутствию гарнисажа и настыли на торцах и, как следствие, выходу из строя электролизера из-за прорыва расплава через торцевые стенки.The disadvantage of this cathode casing is that the thermal stresses and stresses arising during the operation of the casing due to expansion of the lining as a result of its impregnation with salts due to insufficient mechanical strength of the end wall structure lead to plastic deformation of the cathode casing, which negatively affects its service life, and therefore, the entire aluminum electrolyzer as a whole. In addition, continuous horizontal ribs at the ends of the cathode casing prevent the free passage of air to cool the end walls, which impairs heat dissipation, as it is characterized by poor convective heat transfer, which leads to the absence of a skull and overlap at the ends and, as a result, to failure of the electrolyzer from due to breakthrough of the melt through the end walls.
В основу предлагаемого изобретения положена задача усовершенствования конструкции катодного кожуха алюминиевого электролизера, которая обеспечивала бы необходимую прочность кожуха и равномерность обжатия футеровки электролизера и обеспечивала бы беспрепятственное прохождение воздуха для охлаждения торцевых стенок и днища кожуха, улучшая отвод тепла от электролизера и увеличивая конвективный теплообмен, что позволяет повысить срок службы алюминиевого электролизера за счет предотвращения прорыва расплава через торцевые стенки вследствие абразивного и химического износа бортовых блоков из-за отсутствия гарнисажа и настыли на торцах катодного кожуха.The basis of the present invention is the task of improving the design of the cathode casing of an aluminum electrolyzer, which would provide the necessary strength of the casing and uniform compression of the lining of the cell and would provide unhindered passage of air to cool the end walls and bottom of the casing, improving heat dissipation from the cell and increasing convective heat transfer, which allows increase the service life of the aluminum electrolyzer by preventing the breakthrough of the melt through the end walls in quently abrasive and chemical wear bead blocks due to lack ledge and accretion on the ends of the cathode casing.
Для достижения поставленной задачи в катодном кожухе алюминиевого электролизера, включающем футеруемую внутри металлическую ванну с продольными стенками, торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного поперечными цельносваренными шпангоутами, горизонтальные торцевые пояса жесткости, имеющие вертикальные и горизонтальные ребра жесткости и лист обвязки, горизонтальные торцевые ребра жесткости установлены с зоной разрыва в горизонтальной плоскости от листа торцевой стенки кожуха и ширина их составляет от 1/3 до 2/3 ширины торцевой стенки кожуха, а к нижней части вертикальных ребер жесткости присоединена металлическая накладка одной частью от листа обвязки, а другой заходящая на торцевую стенку и между вертикальными ребрами установлены дополнительные вертикальные ребра охлаждения на высоту бортового блока футеровки.To achieve this goal, in the cathode casing of an aluminum electrolyzer, including a metal tub lined inside with longitudinal walls, end walls and a bottom, installed inside a rigid frame formed by transverse all-welded frames, horizontal end stiffeners with vertical and horizontal stiffeners and strapping sheet end stiffeners are installed with a gap zone in the horizontal plane from the sheet of the end wall of the casing and the width of their composition It ranges from 1/3 to 2/3 of the width of the end wall of the casing, and a metal plate is attached to the bottom of the vertical stiffening ribs with one part of the strapping sheet, and the other extending onto the end wall and between the vertical ribs have additional vertical cooling fins to the height of the side lining block .
Предлагаемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.The proposed design is complemented by private distinctive features aimed at solving the problem.
Количество дополнительных вертикальных ребер охлаждения составляет от 1 до 4, а толщина металлической накладки 6-20 мм, ширина - 100-200 мм.The number of additional vertical cooling fins is from 1 to 4, and the thickness of the metal lining 6-20 mm, width - 100-200 mm.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию “новизна”.A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates that the solution meets the criterion of “novelty”.
Предлагаемая конструкция торцевой части катодного кожуха с приведенными выше параметрами по сравнению с прототипом способствует интенсивному отводу тепла и формированию устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла достаточных размеров для предотвращения разрушения футеровки по торцевым сторонам электролизера и проникновения расплава к металлическому кожуху при сохранении высокой прочности катодного кожуха.The proposed design of the end part of the cathode casing with the above parameters in comparison with the prototype promotes intensive heat dissipation and the formation of a stable protective skull in the electrolyte zone and a stable steeply falling hearth in the metal zone of sufficient size to prevent the destruction of the lining on the end sides of the cell and the melt penetration to the metal casing while maintaining the high strength of the cathode casing.
Выполнение горизонтальных торцевых ребер жесткости шириной менее 1/3 ширины торцевой стенки кожуха приводит к недостаточной жесткости горизонтальных торцевых поясов и, следовательно, к снижению прочности конструкции, а при ширине более 2/3 ухудшаются отвод тепла и условия образования гарнисажа.The implementation of horizontal end stiffeners with a width of less than 1/3 of the width of the end wall of the casing leads to insufficient rigidity of the horizontal end belts and, consequently, to a decrease in the strength of the structure, and when the width is more than 2/3, heat dissipation and conditions of the formation of the skull are worsened.
При отсутствии дополнительных вертикальных ребер охлаждения не обеспечивается необходимый отвод тепла от зоны электролита и зоны металла и не образуется устойчивый защитный гарнисаж в зоне электролита и устойчивая крутопадающая подовая настыль в зоне металла.In the absence of additional vertical cooling fins, the necessary heat removal from the electrolyte zone and the metal zone is not provided, and a stable protective skull in the electrolyte zone and a stable steeply falling hearth in the metal zone are not formed.
При использовании дополнительных вертикальных ребер охлаждения более четырех не ощущается заметного влияния на отвод тепла.When using additional vertical cooling fins of more than four, there is no noticeable effect on heat dissipation.
Выполнение металлической накладки размерами, выходящими за значения 6-20 мм и 100-200 мм, предотвращает отрыв основных вертикальных ребер от листа торцевой стенки кожуха, и следовательно, увеличивается механическая прочность кожуха и срок службы алюминиевого электролизера.The execution of a metal plate with dimensions beyond 6-20 mm and 100-200 mm prevents the separation of the main vertical ribs from the sheet of the end wall of the casing, and therefore, increases the mechanical strength of the casing and the service life of the aluminum electrolyzer.
Сущность изобретения поясняется графическим материалами, на которых на фиг.1 - предлагаемая конструкция торцевой части катодного кожуха; на фиг.2 и фиг.3 - с температурными полями торцевых стенок кожуха исходной и предлагаемой конструкции.The invention is illustrated by graphic materials, in which figure 1 - the proposed design of the end part of the cathode casing; figure 2 and figure 3 - with the temperature fields of the end walls of the casing of the original and proposed designs.
Катодный кожух алюминиевого электролизера включает днище 1 металлической ванны, окна 2 для вывода катодных стержней, выполненные в продольных стенках, торцевые стенки 3 с поясами жесткости, состоящими из вертикальных 4 и горизонтальных 5 ребер жесткости и соединяющего ребра 4 и 5 листа обвязки 6. Днище 1, торцевая 3 и продольная (на фигуре не показана) стенки кожуха футеруются внутри огнеупорными и теплоизоляционными материалами 7. Верхняя часть торцевой стенки 3 выложена подовыми блоками 8. По всей ширине торцевой стенки 3 между вертикальными ребрами жесткости 4, параллельно ним, установлены дополнительные ребра охлаждения 9 на высоту бортового подового блока 8. Ребра охлаждения 9 и вертикальные ребра жесткости 4 приварены к верхнему листу 10 торцевой стенки 3, к которому крепится фланец 11. В нижней части ребра 4, от низа листа обвязки 6 прикреплена сваркой накладка 12, заходящая другим концом на торцевую стенку 3. На днище 1 установлены подовые блоки 13.The cathode casing of an aluminum electrolyzer includes a bottom 1 of a metal bath, windows 2 for outputting cathode rods made in longitudinal walls, end walls 3 with stiffening belts, consisting of vertical 4 and horizontal 5 stiffeners and connecting ribs 4 and 5 of the strapping sheet 6. Bottom 1 , end 3 and longitudinal (not shown in the figure) walls of the casing are lined inside with refractory and heat-insulating materials 7. The upper part of the end wall 3 is lined with hearth blocks 8. The entire width of the end wall 3 between the vertical p stiffeners 4, parallel to it, additional cooling ribs 9 are installed to the height of the side hearth block 8. Cooling ribs 9 and vertical stiffening ribs 4 are welded to the top sheet 10 of the end wall 3 to which the flange 11 is attached. At the bottom of the ribs 4, from the bottom strapping sheet 6 is attached by welding plate 12, calling the other end on the end wall 3. On the bottom 1 is installed hearth blocks 13.
Монтаж и демонтаж катодного кожуха алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.Installation and dismantling of the cathode casing of an aluminum electrolyzer is as follows.
При изготовлении кожуха предлагаемой конструкции интенсивный отвод тепла и формирование устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей настыли в зоне металла по торцевым сторонам при сохранении достаточной жесткости кожуха возможно при следующем конструктивном исполнении.In the manufacture of the casing of the proposed design, intense heat removal and the formation of a stable protective skull in the electrolyte zone and a stable steeply falling crust in the metal zone along the end sides while maintaining sufficient casing stiffness are possible with the next design.
Днище 1 и торцевые стенки 3 кожуха изготавливают из листовой стали толщиной 14-20 мм и обладающей достаточной пластичностью и качеством. Днище 1, торцевые 3 и вертикальные стенки кожуха футеруются внутри огнеупорными и теплоизоляционными материалами 7, применяется шамотная крупка, шамотный заполнитель и другие материалы. В верхней части кожуха, вдоль торцевых стенок 3 устанавливают бортовые угольные блоки 7 толщиной 100-150 мм или карбидокремниевые плиты толщиной 100 мм. Вертикальные ребра жесткости 4 выполняют толщиной 16 мм и шириной 270 мм, количество ребер составляет девять штук, а расстояние между ребрами - 500 мм. В нижней части вертикального ребра жесткости 4 приваривается накладка 12 толщиной 14-16 мм и шириной 150 мм, которая начинается от низа обвязки и заходит на лист торцевой стенки на 100 мм. Верхняя часть вертикальных ребер жесткости 4 и дополнительных ребер охлаждения 8 приваривается к верхнему листу 10 торцевой стенки 3, к которому крепится фланец 11. Толщина дополнительных ребер охлаждения 8 составляет 6-8 мм, ширина - 120 мм, высота - 640-650 мм, а количество - 14 штук, по одному ребру между крайними вертикальными ребрами жесткости 4 и по два ребра между остальными ребрами 4. Расстояние от средней линии вертикальных ребер жесткости 4 до средней линии дополнительных ребер охлаждения 8 равняется 166-167 мм. Обвязку 6 вертикальных ребер жесткости 4 производят листом толщиной 30 мм и шириной 600 мм, который приваривается к ребрам 4 и к листу продольной стенки до первого шпангоута с вырезами для увеличения длины сварного шва. Между верхним листом 10 и верхом обвязки 6 зазор 175 мм. Между торцевой стенкой 3 кожуха, на расстоянии 150 мм от нее и листом обвязки 6 приваривают к вертикальному ребру жесткости 4 два ряда горизонтальных ребер жесткости 5, толщиной 20 мм, шириной 120-130 мм и на расстоянии 300 мм друг от друга. Радиус закругления в зоне перехода листа торцевой стенки 3 в днище 1 и на продольную стенку составляет не менее 100 мм. Фланец 11 изготавливают из листовой стали толщиной 30 мм, ширина внутренней части составляет 100 мм, а общая ширина 400 мм. Фланец 11 закреплен болтовым соединением с горизонтальным верхним листом 10 и заканчивается на продольной стенке на расстоянии 100-200 мм после закругления. На фланце 11 выполнены вертикальные ребра для повышения жесткости.The bottom 1 and the end walls 3 of the casing are made of sheet steel with a thickness of 14-20 mm and having sufficient ductility and quality. The bottom 1, end 3 and vertical walls of the casing are lined inside with refractory and heat-insulating materials 7, chamotte, chamotte aggregate and other materials are used. In the upper part of the casing, along the end walls 3, side coal blocks 7 are installed with a thickness of 100-150 mm or silicon carbide plates with a thickness of 100 mm. Vertical stiffening ribs 4 are 16 mm thick and 270 mm wide, the number of ribs is nine pieces, and the distance between the ribs is 500 mm. In the lower part of the vertical stiffening rib 4, a plate 12 is welded on with a thickness of 14-16 mm and a width of 150 mm, which starts from the bottom of the strapping and enters the sheet of the end wall by 100 mm. The upper part of the vertical stiffening ribs 4 and additional cooling ribs 8 are welded to the upper sheet 10 of the end wall 3 to which the flange 11 is attached. The thickness of the additional cooling ribs 8 is 6-8 mm, width is 120 mm, height is 640-650 mm, and the number is 14 pieces, one rib between the extreme vertical stiffeners 4 and two ribs between the remaining ribs 4. The distance from the midline of the vertical stiffeners 4 to the midline of the additional cooling ribs 8 is 166-167 mm. The strapping of 6 vertical stiffeners 4 is made with a sheet 30 mm thick and 600 mm wide, which is welded to the ribs 4 and to the sheet of the longitudinal wall to the first frame with cutouts to increase the length of the weld. Between the top sheet 10 and the top of the harness 6, a gap of 175 mm. Between the end wall 3 of the casing, at a distance of 150 mm from it and the strapping sheet 6, two rows of horizontal stiffeners 5, 20 mm thick, 120-130 mm wide and 300 mm apart, are welded to the vertical stiffener 4. The radius of curvature in the transition zone of the sheet of the end wall 3 in the bottom 1 and on the longitudinal wall is at least 100 mm. The flange 11 is made of sheet steel with a thickness of 30 mm, the width of the inner part is 100 mm, and the total width is 400 mm. The flange 11 is bolted to the horizontal top sheet 10 and ends on a longitudinal wall at a distance of 100-200 mm after rounding. Vertical flanges are made on flange 11 to increase rigidity.
Смоделированный и проведенный температурный анализ торцевых стенок кожуха, выполненный по прототипу (фиг.2), показал, что температура торцевых стенок составляет около 500°С. Выполнение торцевой части катодного кожуха по предлагаемой конструкции приводит к уменьшению температуры стенок до 316°С.The simulated and conducted temperature analysis of the end walls of the casing, made according to the prototype (figure 2), showed that the temperature of the end walls is about 500 ° C. The implementation of the end part of the cathode casing according to the proposed design leads to a decrease in wall temperature to 316 ° C.
Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения значительно увеличивается срок службы алюминиевого электролизера за счет значительного снижения температуры торцевых стенок катодного кожуха.Thus, when using the present invention, the service life of the aluminum electrolyzer is significantly increased due to a significant decrease in the temperature of the end walls of the cathode casing.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130212/02A RU2230834C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Cathode casing of aluminum cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002130212/02A RU2230834C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Cathode casing of aluminum cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002130212A RU2002130212A (en) | 2004-06-10 |
| RU2230834C1 true RU2230834C1 (en) | 2004-06-20 |
Family
ID=32846363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002130212/02A RU2230834C1 (en) | 2002-11-10 | 2002-11-10 | Cathode casing of aluminum cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230834C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023043334A1 (en) | 2021-09-16 | 2023-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" | Cathode device for an aluminium electrolysis cell |
-
2002
- 2002-11-10 RU RU2002130212/02A patent/RU2230834C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023043334A1 (en) | 2021-09-16 | 2023-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" | Cathode device for an aluminium electrolysis cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2285991B1 (en) | Cooling plate for a metallurgical furnace | |
| RU2559381C2 (en) | Electrolyser anode fitted with grooves | |
| US4087345A (en) | Potshell for electrolytic aluminum reduction cell | |
| RU2230834C1 (en) | Cathode casing of aluminum cell | |
| AU2001268870B2 (en) | Electrolysis cell | |
| RU2308547C1 (en) | Aluminum cell cathode casing | |
| KR900006698B1 (en) | Tank furnace for the metallurgical treatment of non-ferrous metals | |
| CA2773127C (en) | Cathode shell structure | |
| RU2294404C1 (en) | Cathode device of aluminum cell | |
| KR100665514B1 (en) | Water cooling cover for blast furnace | |
| EA034760B1 (en) | Electrolytic cell intended for the production of aluminium and electrolytic smelter comprising this cell | |
| RU2320781C1 (en) | Cathode casing of aluminum cell | |
| RU2321682C2 (en) | Cathode device of aluminum cell | |
| RU2083726C1 (en) | Anode shell of aluminum electrolyzer with upper current lead and self-baking anode | |
| US9039959B2 (en) | Cooling plate arrangement and method for installing cooling plates in a metallurgical furnace | |
| RU2131486C1 (en) | Cathode casing of aluminium cell | |
| RU2051204C1 (en) | Aluminum electrolyzer cathodic shell | |
| RU2770602C1 (en) | Cathode device of aluminum electrolyzer | |
| KR20080036753A (en) | Trough and frame assembly structure possessing a distribution chute | |
| RU2274681C1 (en) | Anodic housing of the aluminum electrolytic bath with the upper current feed bar and the self-calcinating anode | |
| JP2013024526A (en) | Water-cooled h type steel | |
| RU2214480C1 (en) | Cathode enclosure of aluminum electrolyser ( variants ) | |
| RU2536617C1 (en) | Cathode shell of aluminium electrolysis unit | |
| RU2078855C1 (en) | Anode enclosure of aluminium electrolyzer | |
| RU2118408C1 (en) | Anode enclosure of aluminum electrolyzer with top current lead and self-baking anode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071111 |