УПЛОТНЕНИЕ ВЫВОДА КАТОДНЫХ СТЕРЖНЕЙ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к электролитическому получению алюминия, в частности к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия, а именно к уплотнениям вывода катодных стержней.
Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера (Авторское свидетельство СССР №865992, МПК С25С 3/16, 1981), содержащее сужающийся в направлении от кожуха патрубок, присоединенный к катодному кожуху, упорное кольцо, присоединенное к наружному торцу патрубка, уплотняющую набивку, катодный стержень, фланец, присоединенный к катодному стержню, и слой глинозема.
Недостатком известного уплотнения является то, что уплотняющая набивка и слой глинозема являются газопроницаемыми. Также в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень перемешается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень перемещается поперек своей оси. Это приводит к нарушению герметичности уплотнения вследствие неспособности уплотняющей набивки компенсировать поперечное перемещение катодного стержня и износа при его осевом перемещении. Воздух проникает через уплотняющую набивку, слой глинозема и нарушает герметичность боковой угольной футеровки, окисляет и разрушает ее. Это снижает срок службы алюминиевого электролизера, довольно часто служит причиной прорыва и вытекания расплава через прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней. Кроме того, следует отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с заполнением заделки свободного пространства вокруг катодного стержня.
Известно уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера (Патент РФ №2281347, МПК С25С 3/08, 2006), содержащее расположенную с внутренней стороны окон для пропуска катодных стержней, выполненных в катодном кожухе, пластину с отверстием, и сильфон одним своим концом герметично соединенный с катодным стержнем, а другим - с катодным кожухом. В устройстве, пластина с отверстием надета на катодный стержень с возможностью перемещения вдоль его оси и перекрывания окна.
Недостатками известного уплотнения являются:
- поскольку катодный стержень является прокатом, его поверхность имеет неровности, следовательно, в щели между катодным стержнем и пластиной во время обжига и пуска электролизера, агрессивные газы (особенно HF) проходят внутрь сильфона и приводят к его коррозии и нарушению герметичности;
- сильфон по принципу своего действия имеет развернутую площадь поверхности складок и объем внутреннего пространства, поэтому, в случае заполнения последнего герметиком, он имеет повышенный расход герметика, т.е. высокую стоимость и трудоемкость работ;
- сильфон имеет фиксированное соединение обоих своих концов, следовательно, не имеется возможность добавить эластичный герметик-наполнитель внутрь сильфона во время его эксплуатации, при необходимости.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является уплотнение (Патент РФ №2108414, МПК С25С 3/08, 1998), содержащее уплотняющую заделку вокруг катодного стержня, металлический короб с двумя отверстиями, присоединенный к катодному кожуху с окнами для пропуска катодных стержней, слой материала, обеспечивающий скольжение катодного стержня относительно уплотняющей заделки.
Недостатком прототипа является то, что в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень перемещается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень перемещается поперек своей оси. Поскольку катодный стержень является прокатом, его поверхность имеет неровности. В результате осевого перемещения между катодным стержнем и отвердевшей уплотняющей заделкой образуются зазоры. В результате поперечного перемещения катодного стержня происходит разрушение отвердевшей уплотняющей заделки. Воздух проникает через образовавшиеся зазоры к боковой угольной футеровке, окисляет и разрушает ее. Это снижает срок службы алюминиевого электролизера, довольно часто служит причиной прорыва и вытекания расплава через прорезанные в продольных стенках катодного кожуха окна для пропуска катодных стержней. Кроме того, следует отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с заполнением заделкой свободного пространства вокруг катодного стержня.
Задачей полезной модели является увеличение срока службы алюминиевого электролизера, снижение трудоемкости выполнения монтажных работ и улучшение экологии.
Техническим результатом является герметизация вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, путем предотвращения проникновения кислорода воздуха внутрь катодного кожуха электролизера и окисления при высокой температуре и разрушения внутренней футеровки, бортовых и катодных блоков, а также, предотвращение проникновения агрессивных газов, в частности фтористого водорода (HF), изнутри катода электролизера наружу кожуха и обеспечение комбинации одновременно действующих свойств уплотнения, а именно: а) эластичности элементов при перемещении катодных стержней в продольной и поперечной плоскостях, б) химостойкости к агрессивным газам, в частности кислорода и HF, с) термостойкости, которые в совокупности обеспечивают долговременную целостность и герметичность уплотнения, следовательно, увеличение срока службы электролизера и улучшение экологии.
Поставленная задача достигается тем, что в уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, содержащем присоединенное к футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, приспособление для размещения уплотняющей заделки, размещенное с лицевой стороны электролизера, согласно заявляемой конструкции, с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием, с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна, а приспособление для размещения уплотняющей заделки выполнено из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, герметично соединенного одним концом с катодным кожухом, ссужающегося в направлении от катодного кожуха и облегающего катодный стержень по периметру его поперечного сечения с возможностью перемещения синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, при этом, уплотняющая заделка состоит из эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя, и размещена также и в зазоре, образованным катодным стержнем и стенкой катодного кожуха, и обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения.
В частном случае выполнения уплотнения вывода катодных стержней рукав может состоять из четного количества частей, скрепленных во время монтажа по продольным краям между собой внахлест склеиванием и/или сшиванием, и/или скрепками.
Отличительные признаки заявляемой конструкции от прототипа: - приспособление для размещения уплотняющей заделки выполнено в виде эластичного, газостойкого и термостойкого материала в виде рукава, который одним своим концом, расширенным, герметично соединен с катодным кожухом, а другим концом герметично не соединен с катодным стержнем, но эластично обтягивает стержень, позволяя последнему не только перемещаться в начале движения синхронно с концом рукава, но и скользить затем относительно конца рукава, перемещаясь асинхронно.
- герметичность уплотнения обеспечивается путем эластичного соединения рукава и катодного стержня, плюс дополнительно закачиванием под относительно небольшим избыточным давлением эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя внутрь рукава. Свойства эластичности огнеупорного материала с действием внутренних сил поверхностного натяжения выбирают таким образом, чтобы последний не вытекал из под свободного края манжеты и, при этом, долговременно сохранял свои эластичные свойства, не смотря на высокотемпературное воздействие и химическое воздействие агрессивными газами, в т.ч. HF.
- рукав закреплен с возможностью перемещения синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня имеет форму с меньшей площадью внутренней поверхности и стоимостью материалов, а также меньший внутренний объем пространства между рукавом и катодным стержнем.
На фигуре изображено уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера.
Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера состоит из катодного кожуха с окнами 1 для пропуска катодного стержня 2, эластичного рукава 3, уплотняющей заделки 4, пластины с отверстием 5. Эластичный рукав 3 надет на катодный стержень 2 и одним своим концом эластично обтягивает катодный стержень 2, а другим герметично соединен с катодным кожухом с окнами для пропуска катодных стержней 1 при помощи слоя клея 6. Уплотняющая заделка 4 закачивается под относительно небольшим избыточным давлением внутрь эластичного рукава 3 и размещена также в зазоре 7, образованным катодным стержнем 2 и стенкой катодного кожуха 1. Пластина с отверстием 5 надета на катодный стержень 2 с возможностью перемещения вдоль его оси и расположена с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней катодного кожуха 1, перекрывая его. Уплотняющая заделка 4 состоит из эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя, в качестве которого могут быть использованы материалы типа Thermoseal М22. Эластичный рукав 3 выполнен из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в качестве которого могут быть использованы материалы типа ARMATEX.
Устройство работает следующим образом. В период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в процессе работы в результате термического расширения катодный стержень 2 перемещается вдоль своей оси, а в результате натриевого расширения углеродистой части футеровки катодный стержень 2 перемещается поперек своей оси. Вместе с катодным стержнем 2 перемещается один из концов рукава 3, эластично обхватывающий катодный стержень 2. Второй конец рукава 3 герметично соединен с катодным кожухом с окнами для пропуска катодных стержней 1 и остается неподвижным. Рукав 3 при перемещениях катодного стержня 2 растягивается и изгибается в пределах упругой деформации и совместно с уплотняющей заделкой 4 герметично закрывает зазор 7 между катодным стержнем 2 и окном для пропуска катодных стержней катодного кожуха 1. Пластина с отверстием 5 не дает сыпучей части футеровки проникать в полость между катодным стержнем 2 и эластичным рукавом 3.
Предлагаемое уплотнение вывода катодных стержней позволяет повысить срок службы алюминиевого электролизера и устранить протечки расплава через окна для пропуска катодных стержней, а также уменьшить себестоимость применяемых материалов и трудоемкость выполнения монтажных работ. Улучшается ремонтопригодность конструкции т.к. отсутствует прикрепление конца рукава к движущемуся катодному стержню и благодаря эластичности края рукава, осуществляется возможность неоднократного заполнения уплотняющей заделкой пространства внутри рукава в случае такой необходимости. Заявляемая конструкция позволяет предотвратить проникновение агрессивных газов, в частности фтористого водорода (HF), изнутри катода электролизера наружу кожуха и улучшить экологию, а также увеличить срок службы электролизера путем предотвращения коррозии конструкционных материалов от действия агрессивных газов.