Катодные кожуха шпангоутного типа для серийных электролизёров

Библиографический список

1. Норден А.П. Краткий курс дифференциальной геометрии. - М., 2000.

2. Погфелов A.B. Лекции по дифференциальной геометрии. - М„ 2002.

А.В.Ермаков

Катодные кожуха шпангоутного типа для серийных электролизёров

Технико-экономические показатели электролизера для производства алюминия, а также его срок службы в значительной степени зависят не только от ведения технологии электролиза и физико-химических свойств материалов футеровки, но и от конструкции катодного кожуха.

Силовые элементы катодного кожуха воспринимают различные нагрузки, возникающие при эксплуатации электролизера, а именно:

- от веса металлоконструкций катодного кожуха, а также анодного устройства (в случае опирания его на катод), веса материалов футеровки с пропиткой ее фторсолями и составляющими расплава;

- давление на стенки электролизной ванны, вызванное расширением материалов футеровки вследствие их пропитки компонентами электролита;

- тепловые напряжения, возникающие из-за температурных колебаний процесса электролиза, а также применения в конструкции футеровки материалов с разной теплопроводностью, особенно усиливающиеся в межсезонный период, когда разница ночных и дневных температур максимальна;

- динамические нагрузки от обслуживающей техники, передающиеся через перекрытия рабочей отметки.

На основании этого металлоконструкция катодного устройства должна иметь максимальную ремонтопригодность, достаточно жесткую, прочную конструкцию, гася или компенсируя все перечисленные напряжения, обеспечивая продолжительную работоспособность электролизной ванны. Поэтому технические решения, закладываемые в конструкцию катодного устройства, должны быть направлены на эффективное решение поставленных задач.

Из всего многообразия катодных кожухов, созданных для разных типов электролизеров, можно выделить 3 основных типа конструкций: рамная, контрфорсная и шпангоутная.

Рамная конструкция катодного кожуха морально устарела, она самая старая из всех типов, но до сих пор применяется для оснащения электролизеров как с БТ, так и с ВТ одноэтажных серий электролиза.

Главные недостатки, характеризующие конструкцию рамных кожухов - низкая ремонтопригодность, увели-ченное время капитального ремонта и относительно

невысокий срок службы, особенно на электролизерах с верхним токоподводом, - делают дальнейшее использование данной конструкции, по нашему мнению, не целесообразным.

Контрфорсные кожухи ввиду конструктивных особенностей применяются только для двухэтажных серий электролиза. Контрфорсная конструкция катодного кожуха неплохо зарекомендовала себя на многих заводах. Ее отличительные особенности - достаточно высокие сроки службы, конкурирующие с катодными кожухами шпангоутного типа, высокая ремонтопригодность. Минусом такой конструкции является большое количество составляющих и как следствие большие, по сравнению со шпангоутными кожухами, сроки сборки и монтажа, что приводит к увеличению затрат при выполнении данных операций.

Шпангоутная конструкция катодного кожуха является универсальной как для одноэтажных, так и для двухэтажных серий электролиза и разделяется на два основных типа: цельносварной, когда шпангоуты привариваются к стенкам и днищу электролизной ванны, и с раздельным силовым каркасом и электролизной ванной.

Цельносварной шпангоутный катодный кожух состоит из металлической обечайки, к которой приварены шпангоуты. Одним из основных минусов данной конструкции является ее низкая ремонтопригодность.

Металлоконструкция шпангоутного катодного кожуха с раздельным силовым каркасом состоит из силового каркаса, вынимающейся обечайки (ванны), фиксирующих ванну соединительных элементов, устанавливаемых между верхней частью шпангоутов и стенкой ванны. Данный тип катодных кожухов характеризуется упрощенным монтажом - демонтажом, высокой ремонтопригодностью и сроком службы. Понимая преимущества конструкций шпангоутных кожухов перед контр-форсными, многие заводы начали заменять во время капитального ремонта электролизеров контрфорсные кожухи на шпангоутные. Поэтому специалистами ОАО «СибВАМИ» было решено разрабатывать для серийного производства конструкции катодных кожухов шпангоутного типа.

Ввиду этого, дополнительно к разработанным двум конструкциям модернизированных электролизеров, ра-ботающих на силе тока 170кА и 175кА с контрфорсны-

НДС каюАНОго кожуха и ванны электролизёра мощностью 300 кА

ми кожухами, которые создавались для замены серийных электролизеров с верхним токоподводом типа С-8Б, С-8БМ, был разработан шпангоутный кожух.

В результате испытаний обе конструкции, как шпан-гоутного, так и контрфорсного кожухов, показали срок службы свыше 4 лет.

Позднее для замены устаревших конструкций электролизеров с верхним токоподводом типа С2, СЗ одноэтажных серий электролиза был разработан и испытан электролизер с обожженными анодами на силу тока 140кА. Для этого электролизера был специально спроектирован шпангоутный кожух с раздельным силовым каркасом. После проведения промышленных испытаний и введения в конструкцию катодного кожуха ряда усовершенствований была создана его модернизированная версия, которая рекомендована для серийного производства.

В последнее время специалистами ОАО «СибВА-МИ» был разработан ряд шпангоутных и контрфорсных катодных кожухов для электролизеров различных типов и мощности. В этих разработках были испытаны различные варианты конструкций катодных кожухов. Их целью являлось создание шпангоутного катодного кожуха с высокими технико-экономическими показателями и выбор основной концепции металлоконструкции, а именно:

- наименьший вес металлоконструкции;

- большой срок службы;

- высокая ремонтопригодность;

- способность выдерживать большие тепловые нагрузки, возникающие при интенсификации процесса электролиза.

Для уменьшения веса металлоконструкции применялись низколегированные стали с соответствующим уменьшением толщины листов. Для увеличения жесткости электролизной ванны продольные стенки были выполнены с наклоном ниже окон выхода блюмсов, что придало обечайке ванны дополнительную жесткость. Кроме того, фланцевый лист является многофункциональным. Он выполнен цельносварным из толстого листа, а не как на серийных электролизерах - составным, из большого количества составляющих. В отличие от рядовых кожухов фланцевый лист не только удерживает бортовую футеровку, но и усиливает верхнюю зону обечайки, выполняя роль мощного силового элемента, а его большая толщина способствует лучшему отводу тепла, создавая хорошую бортовую настыль, тем самым надежно защищая бортовую футеровку.

К тому же необходимо учитывать, что многие заводы в последнее время все чаще применяют в футеровке импортные материалы и карбидкремниевые блоки, поднимая силу тока даже на серийных электролизерах. Это приводит к перегреву конструкций катодных кожухов, требуя организации дополнительного охлаждения. Это также учитывается в конструкции разрабатываемых катодных кожухов путем применения дополнительного оребрения и организации своеобразных воздушных каналов.

Все эти решения воплотились в катодных кожухах шпангоутного типа, разработанных для мощных электролизеров, использующих технологию обожженных анодов на силу тока 300 кА, которые в данный момент проходят опытно-промышленные испытания на Уральском алюминиевом заводе.