УПЛОТНЕНИЕ ВЫВОДА КАТОДНЫХ СТЕРЖНЕЙ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к электролитическому получению алюминия, в частности, к катодным устройствам электролизеров для производства алюминия, а именно к уплотнениям вывода катодных стержней.
Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера (патент РФ №2281347, МПК C25C 3/08, опубл. 10.06.2006), 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, в щели между катодным стержнем и пластиной во время обжига и пуска электролизера, агрессивные газы (особенно HF) 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, повышенный расход герметика неизбежен, что увеличивает стоимость и трудоемкость данного способа герметизации;
- сильфон имеет фиксированное соединение обоих концов, следовательно, отсутствует возможность подачи эластичного герметика-наполнителя внутрь сильфона, в том числе, во время эксплуатации электролизера.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, (патент РФ №118966, МПК C25C 3/08, опубл. 10.08.2012), включающее катодный кожух с окнами для пропуска катодных стержней, характеризующаяся тем, что прямой и/или сужающийся в направлении от катодного кожуха рукав из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, герметично соединен одним концом с катодным кожухом, другим концом свободно облегает катодный стержень но периметру его поперечного сечения, с возможностью скольжения и перемещения синхронно или асинхронно относительно катодного стержня. Дополнительная уплотняющая заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого неформованного и/или формованного материала расположена но периметру между катодным стержнем и внутренней поверхностью у внешнего края рукава, заполняя часть внутреннего объема, не прикреплена или прикреплена к внутренней поверхности у внешнего края рукава. Но внешнему краю периметра снаружи рукав обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром и/или последовательно соединенными шнуром и пружиной и/или шнур пропущен по периметру внутри подшитых или подрубленных краев рукава, обеспечивающий дополнительное уплотнение между катодным стержнем и внутренней поверхностью рукава. С внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна. Уплотняющая заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого материала размещена также и в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха. В теле рукава и/или уплотнения встроен(ы) клапан(ы) для спуска давления и/или сжигания газов образующихся при обжиге и пуске электролизера.
Недостатками является то, что данный рукав необходимо монтировать на внешнюю сторону катодного кожуха посредством его приклейки к внешней стороне стенки катодного кожуха, для чего требуется качественная подготовка склеиваемых поверхностей. Такой способ монтажа данного рукава во время промышленного применения фактически приводит к отрыву рукава от внешней поверхности стенки катодного кожуха и разгерметизации мест вывода катодных стержней из электролизера для получения первичного алюминия. Дополнительная заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, а также монтаж металлических пластин с внутренней стороны катодного кожуха являются не технологичными и трудоемкими операциями.
Задачей полезной модели является увеличение надежности и срока службы уплотнения вывода катодных стержней из катодного кожуха электролизера для получения алюминия, снижение трудоемкости выполнения монтажных работ и улучшение экологии.
Техническим результатом является повышение степени герметизации уплотнения вывода катодных стержней электролизера для получения алюминия, которая позволит предотвратить проникновение окислительной среды внутрь катодного устройства электролизера и дальнейшее разрушение футеровочных материалов, а также, исключит выход агрессивных газов, в частности фтористого водорода (HF) в атмосферу.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в уплотнении вывода катодного стержня электролизера для получения алюминия, содержащего катодный кожух с окнами для пропуска катодных стержней, включающем манжету с рукавом, облегающим катодный стержень по периметру его сечения, с возможностью скольжения и перемещения относительно перемещения катодного стержня, скрепленных между собой и выполненных из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, огнеупорный эластичный шнур для обвязки рукава снаружи по внешнему краю его периметра, по периметру катодного стержня между катодным стержнем и внутренней поверхностью внешнего края рукава и по периметру манжеты между манжетой и внутренней поверхностью катодного кожуха размещен адгезионный слой, а манжета расположена с внутренней стороны катодного кожуха вплотную к стенке катодного кожуха, при этом край рукава, скрепленный с манжетой, расположен вплотную к катодному стержню.
В частном случае:
- в качестве адгезионного слоя используют клей или герметик.
- длина рукава от стенки катодного кожуха составляет 0,1-0,9 от максимального размера катодного стержня в поперечном сечении.
Отличительные признаки заявляемой конструкции от прототипа:
- уплотнение надевается на катодный стержень и вставляется с внутренней стороны катодного кожуха вплотную манжетой к стенке катодного кожуха.
- рукав плотно прилегает к катодному стержню, обеспечивая при этом скольжение катодного стержня относительно только катодного кожуха.
- герметичность уплотнения обеспечивается путем нанесения между манжетой и внутренней поверхностью стенки катодного кожуха, и между катодным стержнем и внутренней поверхностью рукава адгезионного слоя (клея или герметика).
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, на фиг. 2 указаны размеры, используемые для расчета длины рукава.
Уплотнение вывода катодных стержней электролизера для получения первичного алюминия состоит из катодного кожуха с окнами 1 для пропуска катодного стержня 2, эластичного рукава 3 с манжетой 4. Эластичный рукав 3 с манжетой 4 надевается на катодный стержень 2 и вставляется изнутри катодного кожуха 1 вплотную (герметично) манжетой 4 к стенке катодного кожуха 1, противоположный край рукава 3 плотно прилегает к катодному стержню 2. Герметизация соединений выполняется при помощи адгезионного слоя 5. Адгезионный слой (клей или герметик) расположен по периметру катодного стержня между катодным стержнем 2 и внутренней поверхностью у края рукава 3, и по периметру манжеты 4, между манжетой и внутренней поверхностью катодного кожуха 1.
Манжета 4 с рукавом 3 выполнены из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, в качестве которого могут быть использованы пропитанные или вулканизированные ткани, работающие в агрессивной среде. По внешнему краю периметра снаружи рукав 3 обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром 6.
Длина рукава от стенки катодного кожуха определяется по формуле (1).
где A - длина рукава от стенки катодного кожуха;
B - больший размер катодного стержня в поперечном сечении (фиг. 2).
Длина рукава, рассчитываемая по формуле (1) является оптимальной и подобрана опытным путем, с учетом перемещения катодного стержня во время эксплуатации электролизера, Поскольку в электролизерах на практике используются катодные стержни разных типоразмеров прямоугольной, квадратной или круглой формы, величина В выбрана, в связи с этим, равной большему размеру катодного стержня в поперечном сечении.
Устройство работает следующим образом. В период обжига и пуска электролизера для получения первичного алюминия и в процессе его 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 рукав 3, герметично облегающий катодный стержень 2. край рукава 3 герметично соединен с катодным кожухом 1 с окнами для пропуска катодных стержней 2 при помощи манжеты 4 и остается неподвижным. Рукав 3 при перемещениях катодного стержня 2 растягивается и изгибается в пределах упругой деформации.
Предлагаемое уплотнение вывода катодных стержней позволяет повысить надежность и срок его эксплуатации без разгерметизации и предотвратить проникновение окислительной среды в катодное устройство, а также снизить трудоемкость выполнения монтажных работ. Заявляемая конструкция позволяет предотвратить проникновение агрессивных газов, в частности фтористого водорода (HF), изнутри катода электролизера наружу и улучшить экологию, а также увеличить срок службы электролизера.