Обмежувач витоку електролізера та електролізер

1. Обмежувач (20) витоку електролізера (1) для виробництва алюмінію, оснащеного засобами (14, 15) утримання, що мають пропускні отвори (17) для вставки анодних штанг (3), який відрізняється тим, що він містить щонайменше один тримач (21), виготовлений з можливістю обхвату всієї або частини анодної штанги, і щонайменше одне гнучке ущільнювальне тіло (30, 30а, 30b, 30с), розташоване по всьому або по частині периметра (23) тримача (21) і призначене для перекриття всього або частини вільного простору між внутрішнім краєм (18) отвору (17) і анодною штангою (3), і тим, що тримач або тримачі (21) мають проріз або виріз (26), виконаний з можливістю вставки анодної штанги (3) збоку. 2. Обмежувач (20) витоку за п. 1, який відрізняється тим, що згадане або кожне зі згаданих гнучких ущільнювальних тіл (30, 30а, 30b, 30с) утворене щонайменше одним елементом, вибраним серед ниток, смужок, губчасти х тіл, гн учких тр убок або їх комбінації. 3. Обмежувач (20) витоку за п. 1, який відрізняється тим, що згадане або кожне зі згаданих гнучких ущільнювальних тіл (30, 30а, 30b, 30с) утворене пучком металевих і/або неметалевих ниток. 4. Обмежувач (20) витоку за п. 3, який відрізняється тим, що згаданий пучок ниток виконаний із нержавіючої сталі. 5. Обмежувач (20) витоку за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що щонайменше одне гнучке ущільнювальне тіло (30, 30а, 30b, 30с) за 2 (19) 1 3 78390 Даний винахід стосується виробництва алюмінію електролізом розплаву. Зокрема, він відноситься до засобів утримання відхідних газоподібних продуктів, що виділяються під час електролізу. Металевий алюміній виготовляють у промислових масштабах електролізом розплаву, тобто електролізом глинозему, розчиненого у ванні розплавленого кріоліту, що називається ванною електроліту, з використанням способу, відомого як спосіб Холла-Еру. Ванна електроліту міститься в резервуарах, що називаються «електролізними ваннами» і включають в себе сталевий кожух, футерований зсередини вогнетривкими і/або ізоляційними матеріалами, і катодний пристрій, розташований на дні електролізної ванни. Аноди з вуглецевого матеріалу частково занурені у ванну електроліту. Усю установку, що складається з електролізної ванни, анодів і ванни електроліту, називають електролізером. Унаслідок реакції електролізу, вторинних реакцій і дії високих робочих температур відбувається виділення відхідних газів (газоподібних відходів), до складу яких входить, передусім, діоксид вуглецю і фтористі речовини. Викид цих відхідних газів в атмосферу суворо контролюється і регламентується, причому не тільки в тому, що стосується атмосфери в електролізному цеху внаслідок вимог до умов праці персоналу, що працює поблизу електролізерів, але також і з точки зору забруднення зовнішньої атмосфери. Законодавством багатьох держав у галузі о хорони навколишнього середовища накладаються обмеження на кількість газоподібних відходів, які викидаються в атмосферу. На цей час існують рішення, що дозволяють досить надійно і задовільно вилучати, збирати і обробляти ці відхідні гази. Широко розповсюджене рішення полягає в оснащенні електролізерів пристроями для уловлювання відхідних газів. Такий пристрій закриває електролізер і має засоби утримання (взяття в оболонку), які включають, зокрема, пристрій укривання та засоби відсмоктування і хімічної обробки відхідних газів. Відомі способи обробки відхідних газів включають в себе, зокрема, уловлювання фтористих газів за рахунок реакції з глиноземом. Пристрій укривання містить засоби доступу, такі як кришки, що звичайно виготовляються знімними (рухомими), і робочий люк, який дозволяє втручатися в роботу електролізера. Пристрій укривання обмежує закриту зону відсмоктування, яка обмежується розміром і знаходиться в умовах розрідження в порівнянні з навколишньою атмосферою, що дозволяє ефективно добувати відхідні гази. Таким чином у найбільш сучасних промислових установках домагаються коефіцієнта уловлювання в безперервному режимі понад 97%, при цьому рівень викидів в атмосферу фтористи х газоподібних продуктів значно нижчий за регламентовані межі. Як правило, аноди з'єднують зі струмопідвідною шиною, що знаходиться ззовні пристрою уловлювання, через металеві штанги, які проходять всередину цього пристрою через виконані у ньому отвори. Вільний простір (або «зазор»), що залишається штангами в цих отворах, не ущільнюють, 4 щоб не заважати горизонтальним і вертикальним переміщенням металевих штанг. Вертикальні переміщення здійснюються найчастіше і дозволяють, зокрема, компенсувати витрачання анодів під час електролізу. Горизонтальні переміщення, як правило, пов'язані з операціями по заміні відпрацьованих анодів. Вільні простори між анодними штангами і внутрішнім краєм отворів для проходу цих анодних штанг являють собою розрив в обмежувальній оболонці, що не має великого значення для кожної анодної штанги, але стає істотним для всього набору анодів в електролізері, а тим більше для електролізної серії з декількох сотень електролізерів. У даному винаході пропонується обмежувач витоку, виконаний з можливістю зменшення розриву в обмежувальній оболонці, що має місце в отворах для проходу анодних штанг. Більш конкретно, обмежувач витоку згідно з винаходом призначений для обмеження проходження повітря і відхідних газів між внутрішнім і зовнішнім просторами пристрою уловлювання електролізера для виробництва алюмінію електролізом розплаву через отвори для проходу анодних штанг. Обмежувач витоку в електролізері згідно з винаходом характеризується тим, що він містить, щонайменше, один тримач, виконаний з можливістю обхвату всієї або частини анодної штанги, і, щонайменше, одне гнучке ущільнювальне тіло, розташоване по всьому або по частині периметра (контура) тримача і призначене для перекриття всього або частини вільного простору між внутрішнім краєм отворів для проходу анодної штанги і самою анодною штангою. Гнучке тіло забезпечує певну герметичність навколо анодної штанги і дозволяє зберігати цю герметичність завдяки гнучкості такого тіла, навіть незважаючи на неминучі зміни положення штанги. Зокрема, даний винахід дозволяє істотно обмежити газовий обмін через згаданий вільний простір. Тримач здебільшого виконаний у вигляді гнізда для спрощення конструкції обмежувача витоку і дозволяє вставляти анодну штангу збоку через отвір у цьому гнізді. У даному винаході пропонується також електролізер, що має, щонайменше, один обмежувач витоку згідно з даним винаходом. Даний винахід буде більш очевидним із наступного докладного опису варіанту його реалізації з посиланням на додані креслення. Фіг.1 являє собою вигляд у поперечному розрізі типового електролізера, призначеного для виробництва алюмінію. Фіг.2 являє собою спрощений вигляд у перспективі частини типового електролізера, призначеного для виробництва алюмінію, (а) без обмежувача витоку і (Ь) з обмежувачем витоку згідно з винаходом. Фіг.3-5 ілюструють обмежувачі витоку згідно з винаходом. Фіг.6 ілюструє вигляд U-подібної щітки обмежувача витоку відповідно до одного з варіантів реалізації винаходу. Фіг.7 ілюструє поперечний переріз по осі І Uподібної щітки обмежувача витоку, 5 78390 6 показаного на Фіг.5. розташовані по внутрішньому периметру (23) проФіг.8 ілюструє перерізи L'-С' обмежувача виторізу (26). ку, показаного на Фіг.5. У цьому варіанті реалізації обмежувач (20) виФіг.9 і 10 ілюструють варіанти вставки анодної току о хоплює, щонайменше, три сторони анодної штанги в обмежувачі витоку згідно з винаходом. штанги (3). Ущільнювальне тіло (30) може мати Як показано на Фіг.1, електролізер (1) для витаку форму, щоб перекривати також четверту сторобництва алюмінію способом Холла-Еру звичайрону штанги. За необхідності, обмежувач (20) вино має електролізну ванну (10), аноди (2), які підтоку може містити додатковий перекривальний тримуються за допомогою засобів кріплення, що елемент (20'), виконаний рухомим або знімним з звичайно містять штангу (3) та кронштейн (4) аноможливістю обмеження витоків через четверту дотримача і механічно та електрично з'єднаних з сторону після вставки штанги. Цей додатковий анодною рамою (5) за допомогою засобу (6) з'єдперекривальний елемент (20') може містити тринання. Анодна штанга (3) звичайно має по суті мач (21'), оснащений гнучким ущільнювальним прямокутний або квадратний переріз. Електролізтілом (30'). Цей додатковий елемент може бути на ванна (10) має сталевий кожух (7), елементи (8) встановлений, за необхідності, на нерухомій кривнутрішньої футерівки і катодний пристрій (9). шці (15) або на рухомій кришці (14), що знаходитьЕлементи (8) футерівки і катодний пристрій (9) ся поруч з анодною штангою. утворюють усередині електролізної ванни (10) На Фіг.3 показаний випадок, коли ущільнюватигель, який пристосований для вмісту ванни (11) льне тіло утворене одним елементом (30). На Фіг.4 електроліту і шару (12) рідкого металу. показаний випадок, коли ущільнювальне тіло Електролізер (1) містить також металеву несуутворене трьома окремими, розташованими поруч чу конструкцію (13), на яку спираються, зокрема, один з одним елементами (30а, 30b, 30с). рухомим чином анодна рама(5) і пристрій уловЯк показано на Фіг.5, ущільнювальне тіло прилювання відхідних газів, який має засоби (14, 15) микає до анодної штанги, але не обов'язково стиутримання і обмежувальний закритий внутрішній кається з нею. Воно може бути відділене від штанпростір (16). Засоби утримання звичайно містять ги відстанню в декілька міліметрів, звичайно 2 або знімні кришки (14) і нерухому кришку (15). 3мм, при цьому істотно не порушуючи герметичноЯк показано на Фіг.2(а), пристрій уловлювання сті, досягнутої завдяки пристрою згідно з винамає отвори (17), виконані з можливістю вільного ходом. проходу анодної штанги (3). Цей отвір частіше за Гнучке ущільнювальне тіло може бути утворевсе виконаний у вигляді зубцеподібного вирізу для не будь-яким гнучким елементом, виконаним з забезпечення вставки анодної штанги. Як правило, можливістю ефективного перекриття всього або аноди вводять в електролізер або виймають з ньочастини згаданого вільного простору. Воно може го шляхом вставки збоку після видалення однієї бути виконане, наприклад, з ниток, смужок (пелюсабо декількох кришок (14). Як наслідок, отвір (17) ток), губчасти х тіл або гнучких (м'яких) тр убок або виконаний у такий спосіб, щоб він забезпечував будь-якого їх поєднання. Воно може бути металевставку штанги (3) анода (2) збоку, причому з її вим або неметалевим. подовжнім переміщенням або без такого переміГнучке ущільнювальне тіло (30) здебільшого щення, тобто з її переміщенням або без переміпристосоване до опору атмосфері внутрішнього щення вздовж головної осі електролізера. простору (16) електролізера і до збереження своїх На Фіг.2(b) схематично показане позиціонумеханічних властивостей під час впливу темперавання обмежувача (20) витоку згідно з винаходом тур, що досягаються в цьому середовищі. в отворі (17) для проходу анодної штанги. Гнучке ущільнювальне тіло (30) здебільшого Обмежувач (20) витоку електролізера (1) для утворене пучком металевих і/або неметалевих виробництва алюмінію, оснащеного засобами (14, ниток. Заявник установив, що пучок ниток забез15) утримання, що мають пропускні отвори (17) печує збереження певної герметичності навколо для вставки анодних штанг (3), відрізняється тим, анодної штанги завдяки щільності розташування що він містить, щонайменше, один тримач (21), ниток, і що ця герметичність зберігається завдяки виконаний з можливістю обхвату всієї або частини гнучкості ниток, навіть незважаючи на неминучі анодної штанги, і, щонайменше, одне гнучке ущізміни положення штанги. Нитки забезпечують тальнювальне тіло (30, 30а, 30b, 30c), розташоване кож збереження хорошої герметичності незалежно по всьому або по частині периметра (23) тримача від дефектів поверхні анодної штанги. (21) і призначене для перекриття всього або часЯк було відмічено, задовільний результат дотини вільного простору між внутрішнім краєм (18) сягається під час використання ниток з нержавіюотвору (17) і анодною штангою (3). чої сталі. Ущільнювальні тіла, виготовлені з таких Тримач (21) може мати різні форми, які по суті ниток, добре протистоять механічним навантапрямолінійні, криволінійні або інші. Крім того, триженням під дією анодної штанги під час її перемімач (21) може бути утворений декількома елеменщень і мають хорошу гн учкість. тами. Нитки пучка (30) розташовані досить щільно У переважному варіанті реалізації даного виодна до одної для того, щоб забезпечувати втрату находу згаданий тримач або тримачі (21) мають натиску між зовнішнім простором і внутрішнім пропроріз або «виріз» (26), виконаний з можливістю стором пристрою уловлювання. Як було виявлено, вставки збоку анодної штанги (3). Проріз (26) звидостатньо забезпечити лінійну щільність 100-1000 чайно має U-подібну форму або виконаний у виниток на сантиметр уздовж периметра. Звичайно гляді тристоронньої рамки. Згадане ущільнювальтовщина пучка перевищує 0,5см. Діаметр ниток не тіло або ущільнювальні тіла (30, 30а, 30b, 30с) звичайно знаходиться в межах від 0,1 до 1мм. Кут 7 78390 8 носно електролізера. a розкриття пучка металевих ниток звичайно Тримач (21) і оправа (32) переважно виготовскладає від 0 до 45°, а в основному - від 0 до 30°. Довжина L металевих ниток, що виступають із лені з металу, щоб забезпечити достатню механічну міцність. Переважним чином можна використримача, звичайно складає від 1 до 10см. товувати алюміній і алюмінієві сплави, які є Згідно з переважним варіантом реалізації данемагнітними. ного винаходу щонайменше одне гнучке ущільнюЖорсткість тримача (21) дозволяє, крім того, вальне тіло (30, 30а, 30b, 30c) закріплюють на другому тримачі або «оправі» (32), рухомому(-ій) по оператору, занеобхідності, спиратися ногою на обмежувач витоку, уникаючи небезпеки його повідношенню до тримача (21), тобто виконаному(шкодження. Обмежувач (20) витоку може бути ій) з можливістю переміщення відносно тримазакріплений жорстко або рухомо в електролізері і, ча (21). зокрема, на якому-небудь елементі його конструкУ цьому варіанті тримач (21) звичайно містить подовжену щілину (22) по своєму вн утрішньому ції або на пристрої уловлювання. Для цього тримач (21) здебільшого має засоби (24) для його периметру (23), і в цій щілині рухомо встановлена кріплення, переважно рознімного, до електролізеоправа (32). У цьому випадку оправа (32) і гнучке ра. Рознімне кріплення, що здійснюється, наприущільнювальне тіло (30, 30а, 30b, 30с) утворюють клад, за допомогою болтів і гайок (29), дозволяє рухомий вузол або «висувний блок» (31), який поліпшує самопозиціонування засобів ущільнення легко знімати обмежувач витоку, не торкаючи анода. під час переміщень анодної штанги. Рух вузла (31) Хоча в більшості випадків досить здійснити оправа/ущільнювальне тіло є по суті перпендикужорстке кріплення, все ж рухоме кріплення забезлярним по відношенню до анодної штанги (3). печує обмежувачу витоку додатковий степінь вільУ цьому варіанті реалізації даного винаходу гнучке ущільнювальне тіло (30, 30а, 30b, 30с) і ності і дозволяє йому легше зайняти відповідне положення відносно анодної штанги. Цей додаткооправа (32) здебільшого виконані з немагнітних вий степінь вільності особливо важливий у тому матеріалів, щоб уникнути створення магнітної сили випадку, коли отвір (17) для проходу анодної штаза наявності інтенсивного магнітного поля, яке є нги має великий розмір у порівнянні з перерізом навколо електролізера, що дозволяє уникнути блокування згаданого руху цим магнітним полем. штанги, і забезпечує останній великий люфт під час її установки і/або використання. Наприклад, оправа (32) здебільшого виконана з Цей степінь вільності має також значення, коалюмінію або алюмінієвого сплаву, а нитки - з нели отвір (17) має більш складну форму, ніж просмагнітної нержавіючої сталі. тий зубцеподібний виріз, і коли анодну штангу (3) Рухомість елементів (31) у тримачі (21) може полегшити їх обслуговування або заміну на випавводять в отвір (17) в обох напрямах, тобто коли під час установки штанги її переміщують в подок зносу або пошкодження. довжньому і поперечному напрямах відносно гоОтже, обмежувач (20) витоку додатково місловної осі електролізера, як показано на Фіг.10. У тить, щонайменше, один з'єднувальний елемент цьому випадку обмежувач витоку звичайно має (25) між тримачем (21) і однією або кожною оправою (32) для контролю за переміщенням згаданого відкрите положення (Фіг.10(а)) і закрите положення (Фіг.10(b)). У цьому випадку обмежувач (20) або згаданих ущільнювальних тіл (30, 30а, 30b, витоку переважно містить один або декілька дода30c) відносно тримача (21). Звичайно з'єднувальткових перекривальних елементів (33, 34), таких як ний елемент закріплений на оправі (32). Щонайпластина, призначених для збереження герметичменше один з'єднувальний елемент є, переважно, пружним елементом, таким як пружина або пружна ності обмежувача під час його переміщень. Ці додаткові елементи можуть бути виготовлені нерупластина, для забезпечення самопозиціонування хомими або рухомими. За необхідності, рухомий щітки або щіток відносно анодної штанги (3). У разі обмежувач (20) витоку може взаємодіяти з одним необхідності, можна використати серги і/або наабо декількома нерухомими перекривальними прямні засоби, за необхідності - в комбінації зі згаданим або згаданими пружними елементами. елементами (20') для збереження герметичності пристрою під час його переміщень. Переміщення На Фіг.5-8 показаний переважний варіант реаобмежувача витоку можуть спрямовуватися за лізації даного винаходу, у якому ущільнювальне допомогою напрямного елемента (35), такого як тіло (30, 30а, 30b, 30с) виконане з ниток, закріплерейка. них в одній рухомій оправі (32), виготовленій з можливістю переміщення відносно рамки (21). Коли обмежувач (20) витоку містить металеві елементи, зокрема, поруч з анодною штангою, такі На Фіг.5(b) показаний вигляд у подовжньому як металевий тримач або металеві нитки, то краще розрізі обмежувача, показаного на Фіг.5(а), з вузелектрично ізолювати обмежувач витоку від елеклом (31) оправа/нитки, що називається «щіткою» і тролізера для того, щоб уникнути короткого замичастково знаходиться всередині тримача (21). Профіль анодної штанги (3) показаний пунктирною кання під час маніпуляцій (управління) анодом. Такого ізолювання можна досягти шляхом розмілінією. На Фіг.6 окремо показана щітка (31) у своїй щення електричного ізолятора (27, 28, 28') між основній площині (а) і збоку (b). обмежувачем витоку і електролізером. Наприклад, Вставка анодної штанги (3) збоку звичайно як показано на Фіг.8, обмежувач (20) витоку ізоздійснюється вздовж осі l-l', показаної на Фіг.5 і 6. На Фіг.9 і 10 показані два варіанти вставки анодної льований від електролізера (1) за допомогою ізоляційної пластини (27), встановленої між тримаштанги. Фіг.9 відповідає випадку вставки в одному чем (21) і засобом (15) утримання, і за допомогою напрямі. Фіг.10 відповідає випадку вставки у двох трубки (28) та шайби (28'), встановлених між крінапрямах з переміщенням обмежувача витоку від 9 78390 10 пильними засобами (29) і засобом (15) утримання. 10 Електролізна ванна Простота механізму ущільнення обмежувача 11 Ванна електроліту витоку згідно з винаходом забезпечує йому доста12 Рідкий алюміній тню стійкість щодо навколишніх умов і, зокрема, 13 Металева несуча конструкція до наявності пилу глинозему або подрібненої ван14 Засіб утримання (знімна кришка) ни електроліту, які можуть заблокувати або зава15 Засіб утримання (нерухома кришка) жати роботі механізмів, що містять поворотні осі 16 Закритий внутрішній простір або осі обертання. 17 Отвір для проходу анодної штанги Перевагою обмежувача витоку згідно з вина18 Внутрішній край отвору для проходу анодходом є також те, що він займає невеликий об'єм. ної штанги Загальна товщина обмежувача згідно з винаходом 20 Обмежувач витоку звичайно складає всього від 3 до 4см, що дозво20' Додатковий перекривальний елемент ляє легко його позиціонувати між анодною рамою 21, 21' Тримач обмежувача витоку (5) і кришкою (15). 22 Подовжена щілина Перевагою даного винаходу є також те, що він 23 Внутрішній периметр тримача не вимагає ні ручних операцій, ні спеціального 24 Засіб кріплення пристрою приводу, що робить його використання 25 З'єднувальний елемент більш простим і підвищує його надійність. 26 Проріз обмежувача Список позначень 27 Електричний ізолятор (пластина) 1 Електролізер 28 Електричний ізолятор (трубка) 2 Аноди 28' Електричний ізолятор (шайба) 3 Засіб кріплення і підведення струму (штанга) 29 Болт і гайка 4 Засіб кріплення і підведення струму (крон30, 30а, 30b, 30с, 30' Гнучке ущільнювальне штейн) тіло 5 Анодна рама 31 Вузол оправа/рухоме ущільнювальне тіло 6 Засоби з'єднання штанги з анодною рамою 32 Оправа 7 Кожух 33, 34 Додатковий перекривальний елемент 8 Внутрішня футерівка 35 Напрямний засіб. 9 Катодний пристрій 11 Комп’ютерна верстка О.Гапоненко 78390 12 Підписне Тираж 26 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