ОБОЖЖЕННЫЙ АНОД АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к алюминиевому электролизеру.
Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из угольных блоков, анододержателя и ниппельного кронштейна, соединенных между собой с помощью стержней с клиньями, в котором анододержатель в нижней части снабжен пазом, охватывающим ниппельный кронштейн, и прорезью по продольной оси, заканчивающейся отверстием (Авторское свидетельство СССР 354003, МКЛ C22D 3/02, 3/12, опубл. 09.10.1972 г.).
Недостаток такого обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в использовании нескольких угольных блоков, закрепленных на одном анододержателе при помощи ниппельного кронштейна. При использовании нескольких угольных блоков в случае выхода из строя по тем или иным причинам одного из угольных блоков нарушается работа остальных угольных блоков. В случае выхода из строя одного из угольных блоков возрастает токовая нагрузка на остальные угольные блоки, что приводит к преждевременному выходу из строя этих угольных блоков. Это приводит к снижению срока службы обожженного анода и повышенному расходу угольных блоков.
Кроме того, для снижения падения напряжения в контакте ниппелей с угольными блоками и обеспечения механической прочности соединения ниппелей с угольными блоками данная конструкция обожженного анода предполагает использование ниппелей и ниппельных гнезд достаточно большого диаметра, а это приводит к увеличению вероятности растрескивания угольных блоков в результате воздействия напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения ниппеля и угольного блока.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном. Крайние ниппеля кронштейна расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока (патент РФ 2196193, МКЛ С25С 3/12, опубл. 10.01.2003 г.).
Недостаток обожженного анода алюминиевого электролизера прототипа заключается в недостаточной площади контакта обожженного угольного блока и ниппелей и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей для электролизеров мощностью свыше 250 кА. Кроме того, для снижения падения напряжения в контакте ниппелей с угольными блоками данная конструкция обожженного анода предполагает использование ниппелей и ниппельных гнезд достаточно большого диаметра, а это приводит к увеличению вероятности растрескивания угольных блоков в результате воздействия напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения ниппеля и угольного блока.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение срока службы обожженного анода и анододержателя.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение вероятности растрескивания угольных блоков и улучшение механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей.
Технический результат достигается тем, что в обожженном аноде алюминиевого электролизера, состоящем из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, согласно заявляемой полезной модели ниппельные гнезда выполнены с глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, где D и d - диаметры ниппельного гнезда, h - глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображен обожженный анод алюминиевого электролизера, на фиг.2 - ниппельное гнездо.
Обожженный анод алюминиевого электролизера состоит из обожженного угольного блока 1, кронштейна 2 с ниппелями 3, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока 1 и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах 4 при помощи чугунной заливки 5, и анододержателя 6, соединенного с кронштейном 2. Согласно заявляемой полезной модели ниппельные гнезда 4 выполнены с глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, где D и d - диаметры ниппельного гнезда, h - глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами 7, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда.
Работа обожженного угольного блока осуществляется следующим образом.
В процессе эксплуатации обожженного анода электрический ток от анодной ошиновки (не показана) алюминиевого электролизера подается на анододержатель 6, затем по анододержателю 6 поступает к соединенному с ним кронштейну 2, по которому ток распределяется по ниппелям 3, закрепленным в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах 4. В процессе эксплуатации обожженного анода происходит сгорание обожженного угольного блока 1 до минимальной величины - "огарка". При достижении минимальной величины огарка обожженный анод извлекается из алюминиевого электролизера и на его место устанавливается новый обожженный анод.
В настоящее время для алюминиевых электролизеров с мощностью более 250 кА используются обожженные угольные блоки длиной 1450-1540 мм, шириной 650-710 мм и высотой 620-625 мм. При таких размерах обожженных угольных блоков оптимальное количество ниппелей равняется трем. Центральный ниппель располагается по центру обожженного угольного блока, а крайние ниппеля располагаются симметрично вертикальной оси кронштейна. Ниппельные гнезда выполняются глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08 и с наклонными пазами выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда. Ниппеля закрепляются в выполненных в обожженном угольном блоке ниппельных гнездах при помощи чугунной заливки. Глубина ниппельного гнезда, составляющая 0,18-0,25 определена опытным путем, исходя из условий прочности соединения обожженного угольного блока с ниппелями кронштейна. На электролизерах мощностью более 250 кА с глубиной ниппельного гнезда менее 0,18 высоты обожженного угольного блока контактирующей поверхности ниппеля, установленного в обожженный угольный блок, не достаточно, это приводит к нагреву кронштейна и биметаллической плиты, что снижает механическую прочность соединения ниппелей с обожженным угольным блоком. При глубине ниппельного гнезда более 0,25 высоты обожженного угольного блока, минимальная величина «огарка» обожженного угольного блока увеличивается, при этом увеличивается расход углеродного материала на изготовление анодов.
В процессе эксплуатации обожженного анода происходит сгорание обожженного угольного блока и нагрев кронштейна, что приводит к удлинению кронштейна и возникновению напряжений в обожженном угольном блоке. Различие в величине термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока приводит к возникновению напряжений, величина которых может превысить предел прочности обожженного угольного блока, что в свою очередь может привести к его растрескиванию в зоне расположения ниппелей и приведет к выходу из строя обожженного угольного блока.
При глубине 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока и выполнении ниппельного гнезда в виде усеченного конуса с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, величина напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, уменьшается, исключая вероятность растрескивания обожженного угольного блока. При этом гарантируется прочность обожженного угольного блока в местах размещения ниппелей при воздействии напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, при обеспечении надежного электрического контакта и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей. Наклонные пазы, выполненные под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда создают более увеличенную контактирующую поверхность чугунной заливки с обожженным угольным блоком, обеспечивая тем самым надежное закрепление обожженного угольного блока на ниппелях кронштейна.