КРОНШТЕЙН АНОДОДЕРЖАТЕЛЯ
ANODE HOLDER BRACKET

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в конструкциях алюминиевых электролизеров при производстве алюминия.
Известен кронштейн анододержателя, содержащий горизонтальную балку с прикрепленной к ней штангой и ниппели. В поперечном сечении горизонтальная балка имеет форму прямоугольника со скругленными радиально углами и радиально переходит в ниппель под углом 60° (патент RU №2210634, C25C 3/12, опубл. 20.08.2003).
Наиболее близким к заявленной конструкции является кронштейн анододержателя для анодов электролизера для получения алюминия, выполненный из стального литья или путем сварки отдельных элементов из стального проката и, состоящий из траверсы с площадкой под биметалл, ветвей с круглым, прямоугольным или Т-образным сечением, цилиндрическими ниппелями с однорядным или двухрядным их расположением. Кронштейн анододержателя ниппелями устанавливается в отверстия углеродных анодов (электродов) и закрепляется. Биметаллический сталь-алюминиевый переходник устанавливается на площадку его траверсы и обваривается сваркой по периметру прилегания (Э.Я. Янко, «Аноды алюминиевых электролизеров». Москва. Издательский дом «Руда и металлы», 2001, стр. 493-496).
Недостатком аналога и прототипа является то, что в процессе эксплуатации электролизера углеродная часть анодов укрывается сырьем до 80-100 мм от окисления. При этом элементы кронштейна анододержателя, особенно с двухрядными ниппелями, покрываются слоем сырья местами до 50 мм. Кроме того, накопление пылевидной фракции сырья на элементах кронштейна происходит и из-за работы автоматической системы подачи сырья. Учитывая, что сырье (глинозем) является хорошим теплоизолятором, даже незначительное его количество на кронштейне анододержателя ведет к снижению теплопередачи через его поверхность. По мере расхода углеродной части анода (сгорания) из-за приближения к электролиту, температура кронштейна увеличивается. При этом дополнительное утепление сырьем способствует разогреву (перегреву) площадки для крепления биметаллического переходника до критичных для сталь-алюминиевых биметаллических переходников, при которых происходит снижение на 50-70% несущей способности. Аноды современных электролизеров обладают массой около 3 тонн, поэтому столь значительная потеря несущей способности ведет к разрушению биметаллического переходника и падению анода с кронштейном на подину электролизера и, как следствие, к нарушению технологии.
Задачей предложенного изобретения является снижение возможности увеличения температуры траверсы кронштейна в процессе эксплуатации, которое ведет к разрушению биметаллического проводника и нарушению технологического процесса производства алюминия.
Техническим результатом является снижение возможности накопления сырья на поверхностях элементов кронштейна, уменьшения площади прямого контакта кронштейна с биметаллическим переходником.
Технический результат достигается тем, что в кронштейне анододержателя, включающем траверсу с площадкой для крепления биметаллического переходника, ветви и ниппели, траверса выполнена в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды и снабжена отверстием в центральной части, при этом углы при основании траверсы и ветвей составляют не менее 45°.
Ветви в поперечном сечении могут быть выполнены треугольной формы, в форме трапеции или овала.
Выполнение траверсы кронштейна анододержателя в виде усеченного конуса или пирамиды, с углами при основании не менее 45°, снижает возможность накопления сырья на их боковых поверхностях. Тем самым исключается вероятность увеличения температуры траверсы за счет дополнительного утепления. Выполнение отверстия в траверсе под площадкой для крепления биметаллического переходника, ведет к уменьшению площади, передающей тепло биметаллическому переходнику путем прямого контакта, увеличивается поверхность теплоотдачи (охлаждения). Выполнение ветвей кронштейна анододержателя, передающих тепло траверсе, в сечении в виде треугольника или трапеции с углами при основании не менее 45° или овала с радиальными углами и с криволинейными сторонами исключает возможность значительного накопления сырья и дополнительного нагрева траверсы. Исключение возможности дополнительного нагрева кронштейна анододержателя из-за значительного накопления сырья на его элементах и увеличения поверхности охлаждения траверсы в месте крепления биметаллического переходника, снижают вероятность увеличения температуры и выхода из строя биметаллического переходника.
На фигуре 1 показан кронштейн анододержателя, на фигуре 2 - траверса в разрезе, на фигурах 3 и 4 - варианты выполнения сечения ветвей траверсы.
Кронштейн анододержателя состоит из траверсы 1 в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, в верхней части которой выполнена площадка 2 под биметалл с отверстием 3 в средней части, ветвей 4 и ниппелей 5.
Кронштейн анододержателя может быть изготовлен как методом сварки отдельных элементов, так цельнолитым. Траверса 1 выполняется в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды с величиной углов при основании не менее 45°. В средней части площадки под биметалл 2, траверса 1 снабжена отверстием 3, которое может быть выполнено как механически, так и при литье. Ветви 4 кронштейна анододержателя выполняются в сечении треугольной формы, в форме трапеции или в форме овала, с углами при основании не менее 45°.
При выполнении вершин углов сечения ветвей с радиусом, а боковых поверхностей криволинейными сопряженными с радиусами вершин углов (литой вариант), сечение приобретает форму овала. При сварном варианте ветви 4 привариваются к траверсе, при литом варианте - отливаются совместно с траверсой. Ниппели, имеющие цилиндрическую форму, выполнены заодно с ветвями - литой вариант, могут быть и приваренными к ветвям - сварной вариант.
Выполнение траверсы в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с углом при основании не менее 45° и поперечного сечения ветвей с углами при основаниях не менее 45° обусловлено сыпучестью сырья. Каждый сыпучий материал имеет предельные значения угла естественного откоса. Глинозем является основным сырьем для получения алюминия и в зависимости от состояния (влажность, фракционный состав, примеси) его угол меняется в широком диапазоне. Выполнение поперечного сечения ветвей с углами при основании менее 45° ведет к увеличению их размеров в горизонтальной плоскости, тем самым увеличивается возможность накопления сырья на их поверхностях. Отверстие в траверсе увеличивает поверхность охлаждения траверсы и уменьшает площадь прямого контакта с биметаллическим переходником.
При эксплуатации электролизера углеродный анод, с целью снижения окисления и потерь тепла, укрывается сырьем. Сырье, попадая на кронштейн анододержателя, ссыпается с его элементов, не происходит его накопления. При выполнении отверстия в центральной части траверсы, уменьшается площадь прямого контакта с биметаллическим переходником, снижается до 5% масса траверсы. Снижение возможности дополнительного нагрева из-за сырья, увеличение поверхности охлаждения траверсы и уменьшение площади прямого контакта снижает вероятность увеличения температуры в биметаллическом переходнике до разрушения и нарушение технологии электролиза из-за его разрушения.
В настоящее время опытные кронштейны анододержателей проходят испытания на действующих электролизерах высокой мощности.