Пристрій для підтримки анодів та спосіб його здійснення

1. Пристрій для підтримки анодів над катодом в електролізері, що містить верхню конструкцію, анодну балку, до якої прикріплена множина окремих анодів, причому кожний анод має анодний стрижень для прикріплення до анодної балки основним затиском, при цьому анодна балка встановлена на верхній конструкції з можливістю регулювання, допоміжний затиск для кожного анодного стрижня і щонайменше одну електричну балку, що підтримується верхньою конструкцією, причому електрична балка має з'єднувачі, що забезпечують електричне з'єднання між електричною балкою і анодними стрижнями. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що допоміжні затиски встановлені в заданому положенні відносно верхньої конструкції. 3. Пристрій за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що щонайменше одна електрична балка встановлена в центральній верхній частині верхньої конструкції електролізера і множини гнучких провідників. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що гнучкі провідники виконані з алюмінієвої фольги, яка приварена до електричної балки, і прикріплені C2 2 (19) 1 3 Електроліз глинозему для отримання алюмінію по технології Хола-Еру добре відомий і передбачає електрохімічну реакцію. Така технологія включає в себе електролізер, що містить електролітичну ванну, яка має множину катодів і анодів. Оксид алюмінію подають у ванну з криолітом, в якій розчиняють оксид алюмінію. Електроліз є найбільш ефективним при температурах ванни від 940°C до 970°С. Аноди містять вуглецеві анодні блоки і алюмінієві стрижні, які забезпечують механічне і електричне з'єднання з анодною балкою, на якій підвішені аноди. Аноди частково занурюють в електроліт для забезпечення зазору між анодом і катодом, через який проходить електричний струм. Під час електролізу, алюміній отримують на катоді і утворюють шар розплавленого алюмінію на поверхні катода з ванної криоліту, плаваючого на поверхні шару алюмінію. Для ефективної роботи електролізера зазор між анодом і катодом повинен бути встановлений і підтриманий або на заданій оптимальній відстані, або в межах оптимальної величини. Якщо зазор між анодом і катодом є дуже великим, це викликає значне падіння напруження між електродами, що приводить до небажаного збільшення вироблення енергії в електроліті. Якщо зазор є дуже маленьким, електроліз стає нестійким і неефективним. Із звичайними вугільними анодами анодні блоки безперервно витрачаються під час електрохімічної реакції, в результаті якої утворюються в основному гази СО2. Як наслідок безперервної витрати анодів зазор між анодом і катодом з плином часу збільшується. Для підтримки величини зазора, напруження електролізера безперервно контролюють, а положення анодів періодично повертають в початкове положення для підтримки оптимального зазора між анодом і катодом. У зв'язку з безперервною витратою аноди мають обмежений термін служби близько чотирьох тижнів, після чого вони повинні бути замінені новими анодами. Фахівцям в даній галузі техніки очевидно, що заміна більше ніж одного з всіх анодів в електролізері в короткий проміжок часу приведе до серйозного порушення хімічних і термічних процесів. Тому, звичайно прийнято замінювати тільки один анод на день в даному електролізері так, щоб кожний анод цього електролізера мав різний термін служби від нуля до приблизно 28 днів. У звичайній конструкції електролізера рухома опора анода, яка називається анодною балкою, підтримується верхньою конструкцією. Аноди закріплені безпосередньо на цій анодній балці, яка забезпечує механічну опору і подає електричний струм до анодів. Звичайно використовують один затиск для кожного анода і для механічної фіксації і електричного контакту анодного стрижня з анодною балкою. Відстань між анодами і шаром алюмінію на поверхні катода потім регулюють, підіймаючи і опускаючи анодну балку цілком. Отже, під час експлуатаційного терміну служби анодів існує необхідність підіймати і опускати анодну балку для підтримки зазора між анодом і катодом в межах оптимальної величини. 88064 4 У зв'язку з витратою анодів переважає переміщення вниз анодної балки і складає від близько 15 до 20 мм на день. Внаслідок переміщення вниз анодна балка досягне її найнижчого положення на верхній конструкції після двох-трьох тижнів, а потім вона повинна бути піднята за допомогою допоміжної анодної підіймаючої балки, яка тимчасово розташована зверху верхньої конструкції електролізера. Ця анодна підіймаюча балка забезпечена пристроями, які втримують аноди на місці, в той час як анодні затиски відкриваються вручну операторами для того, щоб дозволити анодній балці переміститися назад в її верхнє положення. Коли анодна балка досягає її верхнього положення, всі анодні затиски повинні бути знов закриті операторами. Ці затискні пристрої також чинять високий бічний тиск на анодні стрижні для підтримки електричного контакту між анодними стрижнями і анодною балкою, в той час як анодна балка переміщається вгору, ковзаючи по анодних стрижнях. Процес підняття анодів представляє значну загрозу безпеці, оскільки тиск, що надається на анодні стержні, може впасти, що приводить до втрати електричного контакту між анодними стрижнями і анодною балкою. У такій ситуації розвиваються небезпечні електричні дуги, поки підстанція алюмінієвого плавильного заводу не вимкнеться в зв'язку з розмиканням електричного ланцюга. У такому прикладі, оператори, що виконують підняття анодної балки, наражаються на небезпеку отримати опік. Відповідно, задачею даного винаходу є створення пристрою для підняття анодної балки автоматично без впливу людини, направлене на рішення однієї або більше проблем існуючих конструкцій. В одному варіанті винаходу запропонований пристрій для підтримки анодів над катодом в електролізері, що містить верхню конструкцію, анодну балку, до якої прикріплена множина окремих анодів, причому кожний анод має відповідний анодний стрижень для прикріплення до анодної балки основним затиском, при цьому анодна балка, встановлена на верхній конструкції з можливістю регулювання, допоміжний затиск для кожного анодного стрижня, і щонайменше одну електричну балку, що підтримується верхньою конструкцією, причому електрична балка має з'єднувачі, що забезпечують електричне з'єднання між електричною балкою і анодними стрижнями. У переважній формі цього варіанту винаходу, допоміжні затиски встановлені в заданому положенні відносно верхньої конструкції. На відміну від загальновідомих електролізерів, анодна балка згідно з даним винаходом є лише механічною фіксацією для анодних стрижнів для забезпечення вертикального переміщення анодів для керування зазором між анодом і катодом. Анодна балка більше не виконує функцію проведення електрики до анодів. Ця функція забезпечується щонайменше однією електричною балкою, переважно, закріпленою в центральній верхній частині верхньої конструкції електролізера і множини гнучких провідників. Ці гнучкі провідники, 5 переважно, виконані з великої кількості алюмінієвої фольги, яка приварена до електричної балки, і прикріплені за допомогою болтового або затискного з'єднання до верхньої частини анодних стрижнів. Таким чином, функція механічної фіксації і регулювання висоти анодів може бути підтримана незалежно від електричного з'єднання з анодними стрижнями. Отже, електричній балці забезпечений безперервний електричний контакт, в той час як пересувній анодній балці забезпечена більш безпечна фіксація анодних стрижнів. У другому варіанті винаходу запропонований пристрій для регулювання відстані між анодами і катодом електролізера, що містить анодну балку, до якої відповідними анодними стрижнями прикріплена множина окремих анодів, причому анодний стрижень кожного анода підтриманий в заданому положенні відносно анодної балки основним затиском, допоміжний затиск для кожного анодного стрижня і засіб для керування роботою основного і допоміжного затисків для забезпечення зачеплення і розчеплення затисків. Пристрій може бути додатково забезпечений верхньою конструкцією. Допоміжний затиск переважно закріплений на верхній конструкції для підтримки допоміжного затиску під час підняття анодної балки. У переважній формі першого і другого варіантів винаходу зачепленням і розчепленням основного і допоміжного затисків керують комп'ютером для керування технологічним процесом. Від'єднання і повторне з'єднання електричних гнучких провідників необхідне для операції заміни анода і виконується спеціальними інструментами, прикріпленими до маніпулятора кранів. Гнучке електричне з'єднання буде розімкнене лише для виконання заміни анода в кінці терміну служби анодного блока. У даному винаході операція підняття анодної балки більше не виконується допоміжною підіймаючою балкою, що втримує аноди на місці, як описано вище. Замість цього для цієї операції використовуються два набори затисків. Для підняття анодної балки комп'ютер для керування технологічним процесом закриває допоміжні затиски для підтримки поточного положення анодів, розчіпляючи при цьому основні затиски. Коли основні затиски всіх анодів електролізера знаходяться у відкритому положенні, анодна балка може бути піднята вільно. Відсутня необхідність підтримки електричного контакту між анодною балкою і анодними стрижнями шляхом прикладення тиску до стрижнів, оскільки електропровідність залишається постійною через безперервне з'єднання гнучкий провідник-стрижень. Згідно з третім варіантом винаходу запропонований спосіб підняття анодної балки в описаному вище електролізері, що включає етапи, на яких: - зачіпляють допоміжні затиски для підтримки положення анодів відносно верхньої конструкції, - розчіпляють основні затиски, - переміщують анодну балку, - повторно зачіпляють основні затиски, і - розчіпляють допоміжні затиски. 88064 6 З використанням даного винаходу стає можливим виконувати автоматизоване підняття анодної балки більш часто (наприклад, кожні один-два дні), ніж із звичайною конструкцією анодної балки, в якій підняття балки, що вимагає великих зусиль, відбувається кожні два-три тижні. Тому загальну відстань переміщення анодної балки можна значно знизити. Фігура 1 являє собою вигляд в розрізі електролізера і звичайної анодної опори, згідно з рівнем техніки, а Фігура 2 являє собою вигляд в розрізі електролізера і анодну опору згідно з варіантом винаходу. Докладний опис переважних варіантів здійснення винаходу Електролізер згідно з рівнем техніки містить стальний зовнішній кожух 12, що має вогнетривка футерівка 14 подини і вогнетривка футерівка 16. Вогнетривка футерівка подини підтримує катод 18, що має стальні катодні стрижні 20 для проведення електрики до ошиновки (не показана) на зовнішній стороні стального кожуха 12. Анодний вузол містить анодний блок 24, з'єднаний з анодним стрижнем 26 за допомогою стального кронштейна 22 і ніпеля 28. Анодний стержень 26 і механічно, і електрично з'єднаний з анодною балкою 30 затискним пристосуванням 32, встановленим на анодній балці. Передбачені механічні привідні механізми (не показані) для підняття і опускання анодних балок для зміни зазора між анодом і катодом (насправді зазор між анодами, зануреними в електроліт і рідким шаром алюмінію на поверхні катода) до необхідної відстані. Конструкція обладнання для підняття і опускання анода основана на припущенні, що всі аноди будуть витрачатися з постійною швидкістю, і що, як правило, всі аноди в електролізері можуть бути підняті або опущені одночасно для підтримки зазору в межах оптимальної величини. Всередині верхньої конструкції електролізера передбачена множина бункерів з глиноземом (34) для подачі глинозему до точкових живильників (не показані), які в основному розташовані між парами анодів. Такі системи анодної балки основані на затискному з'єднанні, що забезпечує достатній механічний тиск для підтримки анодних стрижнів в зафіксованому положенні відносно анодної балки з таким же з'єднанням, що забезпечує електричне з'єднання між анодною балкою і анодними стрижнями. Тому така система містить і функцію електричного з'єднання, і функцію механічної фіксації. Крім того, витягання і додання анодів забезпечується краном, який розташований над електролізером. У зв'язку з конструкцією верхньої конструкції електролізера кран повинен бути обов'язково набагато вищий для очищення верхньої конструкції. У той час як деталі звичайного електролізера показані на фігурі 1, варіант даного винаходу показаний на фігурі 2. Для полегшення розуміння, конструкції у варіанті винаходу, які є аналогічними звичайному електролізеру, позначені однаковими посилальними позиціями. Анодна опорна конструкція згідно з винаходом містить електричну балку 50, яка переважно встановлена в заданому поло 7 88064 женні і з'єднана з анодними стрижнями 26 електричними з'єднувачами, які називаються гнучкими провідниками 52. Ці гнучкі провідники 52 підтримують електричне з'єднання з анодними стрижнями, забезпечуючи можливість переміщення стрижнів відносно електричної балки 50. Гнучкі провідники 52, по суті, утворені з множини алюмінієвих листів, що мають форму листових блоків з алюмінію з шаруватою структурою, що проходить в напрямку протікання струму. Один кінець гнучких провідників приварений до електричної балки 50, в той час як інший кінець з'єднаний з верхньою частиною анодних стрижнів за допомогою болтового або затискного з'єднання 60. Анодна підтримуюча конструкція містить основний затиск 54, прикріплений до анодної балки 30, що переміщається у вертикальному напрямку, і допоміжний затиск 56, закріплений на опорнійплиті 58 верхньої конструкції електролізера. Анодна балка переміщається механічним привідним механізмом (не показаний), який є подібним до звичайної анодної підтримуючої конструкції. Передбачений один основний затиск 54 і один допоміжний затиск 56 для кожного анодного стрижня 26. Основний затиск 54 всіх анодів електролізера постійно Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 зачеплений за винятком операції під час підняття анодної балки. Передбачений засіб керування, наприклад, пневматичні циліндри або електричні двигуни для керування операціями зачеплення і розчеплення основних затисків 54 і допоміжних затисків 56. У верхній конструкції між анодними балками 30 також передбачений бункер з глиноземом 62, який менший, ніж бункер з рівня техніки. Для підняття анодної балки допоміжні затиски 56 всіх анодів в даному електролізері закривають комп'ютером для керування технологічним процесом. Потім основні затиски 54 відкривають так, що механічний привідний механізм може вільно підняти анодну балку 30 з анодами, що втримуються в їх положенні допоміжними затисками 56, і електричне з'єднання, що забезпечується гнучкими провідниками 52, залишається безперервним. Як тільки анодна балка досягне свого верхнього положення основні затиски 54 закривають, з подальшим відкриттям або розчепленням допоміжних затисків 56. Всі операції розчеплення і повторного зачеплення затисків, а також підняття анодної балки повністю автоматизовані і не вимагають ніякого втручання оператора. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601