УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА И УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
DEVICE FOR COLLECTION AND REMOVAL OF GASES FROM ALUMINIUM ELECTROLYSIS CELL

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза, и может быть применено для удаления газов из алюминиевых электролизеров.
Известно устройство (патент SU 1473718, С25С 3/20, опубл. 15.04.1989), в котором балка-коллектор разделена по высоте на несколько зон забора анодных газов из электролизера с помощью горизонтальных перегородок разной длины, причем каждая зона удаления газов распространяет свое действие на длину коллектора, равную примерно ширине двух боковых створок укрытия электролизера. Пространство между двумя соседними перегородками образуют заранее заданные каналы для удаления газов из каждой зоны всасывания. Регулирование газоудаления производится с помощью установленных в каждом канале температурных датчиков и поворотных заслонок. Основной целью работы устройства является автоматическое регулирование интенсивности газоудаления при различных режимах работы электролизера.
К недостаткам устройства, прежде всего, следует отнести разделение газоходного канала балки-коллектора перегородками на систему параллельных каналов постоянного сечения, что увеличивает потери энергии газового потока по длине канала в несколько раз. Для преодоления большой величины сопротивления потребуется обеспечить значительное разрежение. Кроме того, установленные внутри каждого канала шиберы создают дополнительное сопротивление и способствуют оседанию глинозема в каналах. Работа шиберов либо будет затруднена воздействием высокой температуры, абразивных частиц, фтористых соединений и магнитного поля, либо будет невозможна. В связи с тем что внутренняя полость коллектора разделена сплошными горизонтальными перегородками, исключается возможность подачи сырья в зону продольной оси электролизера и возможность установки токоведущих перемычек между анодными шинами, то есть исключается возможность применения технических решений, касающихся систем питания электролизеров глиноземом и модернизации конструкции анодной ошиновки.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для сбора и удаления выделяющихся газов из алюминиевого электролизера с обожженными анодами (патент RU 2385975, С25С 3/22, опубл. 10.04.2010), оснащенное системой автоматической подачи сырья с пробойниками, содержащее балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы газоходные каналы переменного сечения, высота которых возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, между вертикальными стенками балки-коллектора, между пробойниками установлены пластины с образованием постепенно сужающихся вверх входных каналов, снабженных на входе в газоходный канал обтекателями, выполненными с уменьшением высоты их поперечного сечения к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, вертикальные двойные стенки газоходного канала соединены между собой поперечной пластиной, в которой выполнены отверстия, при этом в торце балки-коллектора, соединенном с системой газоочистки, газоходные каналы объединены с образованием выходного канала, площадь поперечного сечения которого не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов, а в торце балки-коллектора, противоположном торцу, соединенному с системой газоочистки, газоходные каналы объединены между собой с помощью дополнительно установленных пластин с образованием всасывающего отверстия для газов над зоной забора металла.
Недостаток данного устройства заключается в том, что высота установки обтекателей настраивается из условия равномерного удаления газов по длине электролизера в межоперационном режиме работы. При выполнении операции замены анодов и выливки металла происходит частичная разгерметизация укрытия электролизера и значительное локальное увеличение объема газа под укрытием. Впускные каналы в зоне разгерметизации не справляются с удалением газов, т.к. настроены на удаление меньшего объема газов. Наличие только одной зоны регулирования, настроенной на работу в межоперационный период, в случае частичной разгерметизации электролизера не обеспечивает перераспределение объема газов между отдельными участками системы удаления газов и равномерное удаление газов на каждом из них. Кроме того, при выполнении операции замены анодов требуется многократное увеличение разрежения на входе в газоходные каналы. Система удаления газов во время выполнения операций работает неэффективно.
В основу изобретения положена задача, заключающаяся в повышении эффективности удаления газов с электролизера при выполнении операций замены анодов и выливки металла с электролизера.
Техническим результатом изобретения является выравнивание газодинамического сопротивления в отдельных зонах системы удаления газов при частичной разгерметизации электролизера во время замены анодов и выливки металла.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера с обожженными анодами, оснащенном системой автоматической подачи сырья с пробойниками, содержащем балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы газоходные каналы переменного сечения, высота которых возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, при этом между вертикальными стенками балки-коллектора, между пробойниками установлены пластины с образованием постепенно сужающихся вверх входных каналов с обтекателями на входе в газоходный канал, выполненными с уменьшением высоты их поперечного сечения к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, а вертикальные двойные стенки газоходного канала соединены между собой поперечной пластиной, в которой выполнены отверстия, при этом в торце балки-коллектора, соединенном с системой газоочистки, газоходные каналы объединены с образованием выходного канала, площадь поперечного сечения которого не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов, а в торце балки-коллектора, противоположном торцу, соединенному с системой газоочистки, газоходные каналы объединены между собой с помощью дополнительно установленных пластин с образованием всасывающего отверстия для газов над зоной забора металла, согласно заявляемому изобретению в газоходных каналах установлены пластины, разделяющие газоходные каналы на четыре зоны забора анодных газов - две с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, и две с торца, противоположного торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, при этом высота газоходного канала в каждой из четырех зон уменьшается к торцу балки-коллектора, противоположному торцу, соединенному с системой газоочистки, а высота установки обтекателей над впускными отверстиями увеличивается, причем соотношение высоты установки последнего обтекателя в зоне торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, к высоте газохода в этом сечении равно соотношению высоты первого обтекателя в зоне с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, к высоте газоходного канала в этом сечении.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображено устройство для сбора и удаления газов, на фиг. 2 - продольный разрез устройства в изометрии, на фиг. 3 - поперечный разрез устройства.
Устройство для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 и укрытия электролизера 2. Балка-коллектор содержит вертикальные двойные стенки 3, а также верхний 4 и нижний 5 пояса жесткости. В верхней части балки-коллектора 1 вдоль вертикальных двойных стенок 3 образованы два газоходных канала 6 переменного сечения постоянной ширины. В соединенном с системой газоочистки торце балки-коллектора 1 газоходные каналы 6 объединяются, образуя один выходной канал 7, при этом площадь поперечного сечения канала 7 должна быть не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов 6. В нижних стенках газоходных каналов 6 выполнены впускные отверстия 8, над которыми расположены обтекатели 9 направленного действия. Всасывающие отверстия 10, выполненные в нижнем поясе жесткости 5, соединены с впускными отверстиями 8 входными каналами 11, имеющими форму купола. В нижнем поясе жесткости 5 балки-коллектора 1 с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, выполнено отверстие 12 для поступления газов в газоходные каналы при осуществлении выливки металла. В газоходных каналах переменного сечения 6 установлены регулировочные пластины 13, объединяющие три входных канала 4а, 4b, 4с в зону забора газа с торца балки-коллектора 1, соединенного с системой газоочистки. Входные каналы 3а, 3b, 3с и отверстие в зоне выливки металла 12 образуют зону забора металла с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, с которого осуществляется выливка металла.
В межоперационном режиме работы электролизера, выделяющиеся газы поднимаются вверх, проходя через отверстия 10, попадают во входные каналы 11, откуда, проходя впускные отверстия 8, через обтекатели 9 оказываются в газоходных каналах 6 в верхней части балки-коллектора 1, по которым транспортируются вдоль электролизера к каналу 7 и далее в систему газоочистки.
В режиме замены анодов электролизер частично разгерметизируется в одной из зон забора газа, либо с одного из торцов балки-коллектора. В результате разрежение, создаваемое газоочисткой на входном канале 7, перераспределяется между четырьмя зонами забора газов 6а, 6b, 6с, 6d. По длине каждой зоны посредством обтекателей 9 выравнивается газодинамическое сопротивление. В результате выравнивания сопротивления в каждой зоне обеспечивается равномерное удаление газов без образования застойных зон. Отсутствие застойных зон под укрытием 1 электролизера и равномерное удаление газов через входные каналы 11 в каждой зоне исключают выбивание газов в корпус.
В процессе выливки металла из электролизера газы удаляются через отверстия 12 и 10, образующие зону забора металла с торца, противоположного торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, и далее через газоходные каналы 6 транспортируются в систему газоочистки. Объединение каналов 3а, 3b, 3с и отверстия 12 в единую зону забора газов с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, позволяет обеспечить необходимую величину разрежения в этой зоне. Посредством обтекателей 9 выравнивается газодинамическое сопротивление в зоне забора металла с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, что исключает образование застойных зон и выбивание газов из-под укрытия электролизера.
В результате такой установки обтекателей и разделения газохода на отдельные зоны, газодинамическое сопротивление выравнивается по длине каждой из четырех зон, а также по длине всего электролизера. При частичной разгерметизации укрытия объем удаляемых газов вначале перераспределяется между отдельными зонами, затем равномерно удаляется по длине каждой из них.