УЗЕЛ ИЗОЛЯЦИИ ПРОБОЙНИКА ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

Полезная модель относится к цветной металлургии, а именно к оборудованию для обслуживания электролизеров и может быть использована в технологическом процессе электролитического производства алюминия.
Автоматизированное питание алюминиевых электролизеров глиноземом и добавками (АПГ) предусматривает периодическое пробивание корки электролита пневматическими пробойниками в заданных точках и дозированную подачу сырья в образовавшиеся отверстия. Пробойник выполняет вспомогательную функцию и время его нахождения непосредственно в расплаве должно быть минимальным.
Известно устройство для продавливания корки электролита, установленное в точечном питателе. Устройство содержит выполненный герметично в корпусе пневмоцилиндр со штоком, к которому через шарнир присоединен пробойник. При этом корпус выполнен из двух секций - верхней и нижней. Тело пневмоцилиндра пропущено через втулку, которая через имеющийся на ней фланец, оперта на нижнюю часть корпуса и герметично связана с ней. По этой причине нижняя часть корпуса не сообщается с верхней частью, а для исключения короткого замыкания они электроизолированы друг от друга. Такое исполнение позволяет использовать втулку как элемент, являющийся одновременно для пробойника направляющим, герметизирующим и изолирующим элементом (RU 2094539, С 25 С 3/14, 1997).
Однако описанному аналогу свойственны недостатки, поскольку при выполнении зазора между пробойником и втулкой, как указано в патенте, возможен сильный абразивный износ частицами глинозема самой втулки, а невозможность самоустановки пробойника при его движении может
значительно ослабить герметизацию в месте присоединения втулки к корпусу. Кроме того, возможно возникновение «короткого замыкания» с пробойником, который, двигаясь вниз, может касаться расплавленного металла. Особенно опасно это при анодных эффектах, когда напряжение достигает 40-90 вольт, а электрическая дуга между деталями возникает даже при небольшом погружении пробойника в электролит. Мощная электрическая дуга повреждает поверхность штока, и даже пневмоцилиндры. В условиях сильных магнитных полей все металлические предметы, стружка, окалина, собираются в зазорах и нарушают электрическую изоляцию. По этой причине стараются отключать систему АПГ при возникновении анодного эффекта, уменьшая тем самым эффективность ее работы и повышая трудозатраты на ликвидацию анодного эффекта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является пробойник, через шарнир, присоединенный к установленному герметично в корпусе пневмоцилиндру со штоком точечного питателя. При этом корпус выполнен из двух секций - верхней и нижней. Тело пневмоцилиндра пропущено через втулку, которая через имеющийся на ней фланец оперта на нижнюю часть корпуса и герметично связана с ней. По этой причине нижняя часть корпуса не сообщается с верхней частью, а для исключения короткого замыкания они электроизолированы друг от друга. Такое исполнение позволяет использовать втулку как элемент, являющийся одновременно для пробойника направляющим (для исключения боковых сил), герметизирующим и очищающим элементом (RU 2094539 С 1, Норск Хюдро А.С, С 25 С 3/14, 1997).
Однако, прототипу также свойственны недостатки, поскольку при выполнении зазора между пробойником и втулкой, как указано в патенте, «настолько малым, что предотвращается выход газа и пыли в верхнюю часть корпуса (окружающую среду)», возможен сильный абразивный износ
частицами глинозема самой втулки. Кроме того, невозможность самоустановки пробойника при его движении может значительно ослабить герметизацию и электроизоляцию в месте присоединения втулки к корпусу.
Задачей создания полезной модели является увеличение срока службы пробойника и уменьшение эксплуатационных затрат на его обслуживание.
Технический результат состоит в исключении попадания потенциала катода на анод во время анодного эффекта при нижнем положении пробойника, т.е. при нахождении наконечника пробойника в электролите.
Технический результат обеспечивается тем, что в узле изоляции пробойника для систем автоматизированного питания алюминиевых электролизеров включающем заключенный в корпусе пробойника электроизоляционный элемент, согласно предлагаемому, электроизоляционный элемент выполнен в виде внутренней и наружной труб и расположенного между ними слоя электроизоляционного материала, жестко ограниченных с обеих сторон по высоте опорными кольцами, выполненными диаметром меньшим внутреннего диаметра наружной трубы, при этом, по вертикали к внутренней стороне наружной трубы жестко закреплены связующие кольца, а электроизоляционный материал содержит следующие компоненты, при количественном содержании ингредиентов в весовых частях:
кварцит
-2,1-2,8;
шамот
-0,8-1,2;
смесь огнеупорная
-0,8-1,2;
глинозем
-0,8-1,2;
мулито-кремнеземистый войлок
-0,35-0,65;
жидкое стекло
-3,5-4,5
Предлагаемый состав электроизоляционного элемента обеспечивает повышение прочности при работе и повышение электроизоляционных свойств элемента. Достигается это тем, что в предлагаемом составе повышается
сцепление частиц в массе, что повышает прочность и предотвращает образование трещин в условиях переменных нагрузок, возникающих при деформации пробойника, тем самым проникновение в поры материала расплавленного алюминия, что ведет к сохранению электроизоляционных свойств узла изоляции.
Выбранные пределы содержания компонентов электроизоляционного материала лимитируются следующими факторами.
Уменьшение содержания составляющих изоляции: кварцита менее 2,1, шамота менее 0,8 и смеси огнеупорной менее 0,8 весовых частей снижает химическую стойкость изоляции от воздействия фторсодержащих компонентов электролита, что отрицательно сказывается на целостности электроизоляции и сроке службы пробойника.
Увеличение содержания кварцита более 2,8, шамота более 1,2 и смеси огнеупорной более 1,2 весовых частей нецелесообразно из-за отсутствия дополнительного эффекта по повышению химической стойкости изоляции.
Использование глинозема в составе в заявляемых пределах обеспечивает увеличение электроизоляционных свойств, поскольку глинозем не смачивается алюминием.
При использовании дополнительной огнеупорной добавки в виде мулито-кремнеземистого войлока увеличивается механическая прочность плит, при содержании войлока менее 0,35 весовых частей эффект увеличения прочности не заметен, введение более 0,65 весовых частей экономически нецелесообразно.
При содержании жидкого стекла в электроизоляционном материале менее 3,5 весовых частей не обеспечивается требуемая механическая прочность, содержание жидкого стекла более 4,5 весовых частей приводит к снижению термостойкости (увеличению температурной усадки).
На фигуре 1 представлена конструкция узла изоляции установленного на пробойник для систем автоматизированного питания алюминиевых электролизеров. На фигуре 2 - вид узла изоляции.
Устройство содержит наконечник пробойника 1, связанный штангой пробойника 2 с пневмоцилиндром 3. Штанга пробойника 2 установлена в направляющем герметизирующем элементе 4. Электроизоляционный элемент заключен между внутренней трубой 5 и наружной трубой 6. Электроизоляционный элемент состоит из слоя электроизоляционного материала 7, жестко ограниченного в нижней и верхней части опорными кольцами 8. Диаметр опорного кольца 8 меньше внутреннего диаметра наружной трубы 6. К внутренней стороне наружной трубы 6, по высоте жестко закреплены связующие кольца 9.
3
Монтаж узла изоляции пробойника для систем автоматического питания алюминиевых электролизеров осуществляется в следующей последовательности. Вначале сухая смесь ингредиентов в пределах заявленных интервалов (составы 1-3) и за их пределами (составы 4-5), приведенные в таблице, тщательно перемешивается в растворосмесителе. Загружается в емкость 0,7 куб. метров смеси, добавляется требуемое количество жидкого стекла, плотностью 1,38 кг/см и перемешивается до однородной массы. На решетчатую подставку ставится нижняя часть формы. В форму устанавливается внутренняя труба изолятора 5, наружная труба 6 и сверху - верхняя часть формы. Затем загружается лопаткой смесь (1/7-1/8 объема изолятора). Специальным приспособлением «трамбовкой», путем ударов, смесь трамбуется и постоянно добавляется. Обязательно при трамбовке постоянно проверять соосность между внутренней трубой 5 и наружной 6. по мере необходимости корректировать ее путем подсыпки смеси и смещением внутренней трубы 5. На утрамбованную, до верхней кромки формы, смесь электроизоляционного материала 7 ставится опорное кольцо 8 и утрамбовывается. Затем
форма разбирается, и с изолятора удаляются излишки смеси. Электроизоляционный элемент устанавливается на просушку в сушильную печь, для медленного прокаливания при средней температуре 100°С. Примерно через 8 часов, элементы перестанавливаются в горячий отсек печи с температурой 350-400°С, примерно еще через 8 часов специальными клещами элемент удаляется из печи на подставку для охлаждения. Нижнее опорное кольцо приваривается у готового изолятора на месте сварочных работ.
Таблица.
№ состава
Компоненты, вес.%
Утечки тока, А
кварцит
шамот
смесь огнеупор.
глинозем
мулито-кремнез. войлок
жидкое стекло
1
2,1
0,8
0,8
0,8
0,35
3,5
нет
2
2,45
1,0
1,0
1,0
0,5
4,0
нет
3
2,8
1,2
1,2
1,2
0,65
4,5
нет
4
2,0
0,7
0,7
0,7
0,25
3,4
есть
5
2,9
1,3
1,3
1,3
0,75
4,6
есть
Устройство функционирует следующим образом. При подаче питания на пневмоцилиндр 3 штанга пробойника 2 перемещает наконечник 1 для образования отверстия в корке. Пробойник совершает движение вниз в течение 2-3 секунд, задержка внизу составляет 1-2 секунды, движение вверх 1,5-3 секунды. В крайнем верхнем положении пробойник находится в течение 120-1400 секунд, а затем цикл повторяется. Конструкция АПГ находится под потенциалом анода электролизера. Пробойник, двигаясь вниз, может вызвать короткое замыкание. Для того чтобы не создавалась электрическая цепь алюминий - пробойник - анод, особенно при анодных эффектах, и предлагается установка электроизоляционного элемента. При использовании электроизоляционного элемента, изготовленного в пределах заявляемой рецептуры исключается попадание потенциала катода на анод, т.е. не происходит утечки тока.
Установка позволит предотвратить повреждение системы АПГ, увеличить срок службы пробойника и уменьшить эксплуатационные затраты на его обслуживание.