Результат интеллектуальной деятельности: ЗАЩИТА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к производству алюминия электролизом расплавов, и может быть использовано на электролизерах для получения алюминия с верхним подводом тока.

Известно устройство для улавливания газов алюминиевого электролизера, представляющее собой щитовое укрытие, выполненное в виде верхнего и нижнего экранов и установленное с зазором вдоль стенок анодного кожуха (патент SU №575040).

Недостатками известного устройства являются громоздкость, значительный объем пространства, находящегося под укрытием, и необходимость эвакуации из-под него, в целях предотвращения выбросов в рабочую зону, значительных объемов газов, зачастую превышающих производительность эксплуатируемых вентиляторов-дымососов.

Известно устройство для сбора газов в электролизерах для получения алюминия, содержащее укрытие в виде ряда подъемных плит, закрепленных на аноде посредством поворотных рычагов и газонепроницаемо соединенных с нижней частью кожуха анода и боковыми стенками электролизера, (патент РФ №2023760).

Недостатками известного устройства являются необходимость разгерметизации значительной части поверхности расплава при выполнении технологических операций «снятие угольной пены», «подтягивание осадка», «контроль состояния поверхности подошвы анода» и связанные с этим высокие выбросы загрязняющих веществ, а также существенные потери тепла за счет его отвода в окружающую среду через укрытия большой площади наружной поверхности, что сопровождается увеличением расхода электроэнергии и ухудшением энергетических показателей электролизера.

Задачей настоящего изобретения является сокращение выбросов загрязняющих веществ при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией укрытия, а также снижение потребления электролизером электроэнергии.

Достигается это тем, что в защите алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, содержащей укрытие в виде подъемных плит, газонепроницаемо соединенных с поясом анодного кожуха и боковыми стенками электролизера посредством закрепленных на анодном кожухе поворотных рычагов, каждая продольная сторона укрытия снабжена не менее чем двумя отверстиями площадью S₁ по отношению к площади всего укрытия S₂ при условии S₁:S₂=0,01÷0,05:1, причем отверстия снабжены герметичными крышками, а само укрытие выполнено с теплоизоляцией.

Герметичная крышка выполнена в форме усеченной пирамиды, меньшим основанием обращенной внутрь отверстия, а угол между большим основанием и боковой поверхностью крышки составляет 2-5°.

Данные пределы отношения площади отверстия к площади укрытия выбраны из соображений обеспечения удобства выполнения технологических операций «снятие угольной пены», «подтягивание осадка», «контроль состояния поверхности подошвы анода» и уменьшения выбросов загрязняющих веществ в период выполнения этих операций. Отверстия менее 0,01 площади укрытия осложнят и даже сделают невозможным выполнение перечисленных технологических операций. Отверстия площадью более 0,05 площади укрытия приведут к значительному снижению эффективности улавливания загрязняющих веществ газосборным колоколом в период выполнения технологических операций, связанных с разгерметизацией электролизера. Отверстия площадью, равной 0,01÷0,05 площади укрытия, позволяют обеспечить эффективность улавливания анодных газов газосборным колоколом при разгерметизации электролизера на уровне 80-85%, фторида водорода 70-80%, что существенно выше, чем при выполнении технологических операций на электролизере, оборудованном газосборным колоколом.

Угол между большим основанием и боковой поверхностью крышки в пределах 2÷5° выбран из соображений обеспечения герметичности укрытия в межоперационный период и удобства ее извлечения при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией электролизера. Отступление от данных параметров угла не обеспечит плотного прилегания крышки к отверстию.

Укрытие оборудовано теплоизоляцией для сокращения потерь тепла электролизером теплопроводностью и конвекцией, которые находятся в прямой зависимости от площади укрытия, и снижения потребления электролизером электроэнергии на восполнение этих потерь.

Наличие в укрытии отверстий, обеспечивающих допуск к поверхности расплава, обосновывается необходимостью снижения выбросов загрязняющих веществ при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией электролизера. Отсутствие таких отверстий вызывает необходимость разгерметизации значительной части расплава путем снятия укрытия, что приводит к существенному увеличению выбросов загрязняющих веществ.

Выполнение крышки в форме усеченной пирамиды вызвано необходимостью обеспечения герметичности отверстия за счет плотного прилегания крышки к его стенкам в межоперационный период.

На фиг.1 показан электролизер с верхним подводом тока, оборудованный укрытием в виде подъемных плит, газонепроницаемо соединенных с поясом анодного кожуха и боковыми стенками электролизера посредством электроизолирующей герметизирующей засыпки, вид сверху, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Электролизер 1 с верхним подводом тока, оборудованный анодом 2, размещенным в кожухе 3, по всему периметру последнего оборудован укрытием 4, выполненным в виде подъемных плит. Газонепроницаемость и электрическая изоляция укрытия обеспечивается засыпкой 5, например, глиноземной, размещенной на поясе 6 анодного кожуха 3, и боковой стенкой 7 электролизера 1. Подъемные плиты с помощью кронштейнов 8 и шарниров 9 крепятся к анодному кожуху 3, что обеспечивает, при необходимости, возможность разгерметизации части или всей поверхности расплава по периметру анодного кожуха. Доступ к расплаву при выполнении технологических операций осуществляется через отверстия 10, выполненные в укрытии. Отвод газов из-под укрытия в систему организованного газоотсоса осуществляется через патрубки 11, диагонально расположенные в торцевых сторонах укрытия электролизера. Укрытия, в целях уменьшения отвода от них тепла теплопроводностью и конвекцией, содержат слой теплоизоляции 12, расположенный между наружной 13 и внутренней 14 стенками подъемных плит. Герметизацию отверстий 10 осуществляют крышками 15. Боковые стенки 16 отверстия 10, как и боковые стенки 17 крышек 15, в целях обеспечения плотного прилегания друг к другу выполнены в форме усеченной пирамиды, меньшим основанием обращенной внутрь отверстия, а угол между большим основанием и боковой поверхностью крышки составляет от 2 до 5 градусов.

Устройство работает следующим образом. Из укрытого электролизера анодные газы под укрытием 4 движутся в сторону газоотводящих патрубков 11, через которые они направляются в систему организованного газоотвода на очистку. При этом герметичность укрытия обеспечивается засыпкой 5, размещенной на поясе 6 анодного кожуха 3 и боковой стенке 7 электролизера 1, а герметичность крышек 15, закрывающих отверстия 10, обеспечивается стенками 16 и 17 и крышками 15 соответственно. При выполнении технологических операций «выливка металла», «проверка состояния подошвы анода», «снятие угольной пены» разгерметизация электролизера осуществляется открыванием крышки 15. При необходимости разгерметизации одной из сторон электролизера укрытие 4 с помощью кронштейна 8, который с помощью шарнира 9 прикреплен к стенке анодного кожуха 3, поднимается на высоту, достаточную для обеспечения удобства выполнения технологических операций.

Технический результат изобретения заключается в сокращении более чем в 2 раза выбросов загрязняющих веществ при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией укрытия, сокращение потерь тепла электролизером и затрат электроэнергии на их восполнение на 20-25 кВт*ч/тAl, исключение трудозатрат на поддержание герметичности укрытия путем восстановления глиноземной засыпки по мере ее растворения в расплаве.