Уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера

Полезная модель относится к электролитическому получению алюминия, в частности к уплотнениям вывода катодных стержней, включающая катодный кожух с окнами для пропуска катодных стержней, характеризующаяся тем, что прямой и/или сужающийся в направлении от катодного кожуха рукав из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, герметично соединен одним концом с катодным кожухом, другим концом свободно облегает катодный стержень но периметру его поперечного сечения, с возможностью скольжения и перемещения синхронно или асинхронно относительно катодного стержня. Дополнительная уплотняющая заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого неформованного и/или формованного материала расположена но периметру между катодным стержнем и внутренней поверхностью у внешнего края рукава, заполняя часть внутреннего объема, не прикреплена или прикреплена к внутренней поверхности у внешнего края рукава. Но внешнему краю периметра снаружи рукав обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром и/или последовательно соединенными шнуром и пружиной и/или шнур пропущен по периметру внутри подшитых или подрубленных краев рукава, обеспечивающий дополнительное уплотнение между катодным стержнем и внутренней поверхностью рукава. С внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна. Уплотняющая заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого материала размещена также и в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха. 13 теле рукава и/или уплотнения встроен(ы) клапан(ы) для спуска давления и/или сжигания газов образующихся при обжиге и пуске электролизера.

1 з.п.ф.п.м., 2 илл.

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 C25C 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 к 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 C25C 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 но 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.

- сильфон имеет фиксированное соединение обоих своих концов с целью обеспечения абсолютной герметичности соединения, однако, недостатком абсолютно герметичного соединения является то, что при обжиге и пуске в подине электролизера образуется значительное количество газов, которые устремляются в окна для пропуска катодных стержней под избыточным давлением, приводя к повреждению в месте присоединения сильфона. При возникновении разгерметизации в непредназначенном для этого месте, выходящие газы могут гореть, усугубляя повреждение.

Известно уплотнение (Патент РФ 2108414, МПК C25C 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 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. 13 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.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели но совокупности существенных признаков является уплотнение вывода катодных стержней алюминиевого электролизера, (Патент РФ 106251, МПК С25С 3/08, 2006.01), содержащее присоединенное к футерованному катодному кожуху, имеющему окна для пропуска катодных стержней, приспособление для размещения уплотняющей заделки, размещенное с лицевой стороны электролизера, отличающееся тем, что 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 конном с катодным кожухом, ссужающегося в направлении от катодного кожуха и облегающего катодный стержень но 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, обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения, и размещена также и в зазоре, образованным катодным стержнем и стенкой катодного кожуха,

Недостатком является то, что неформованный наполнитель может частично терять свою эластичность под воздействием агрессивных газов и, в результате поперечно-продольного перемещения катодного стержня, при сплошном заполнении огнеупорной заделкой внутреннего пространства, усилие передастся на материал рукава и может приводить к частичному отсоединению от кожуха. Кроме того, максимальное заполнение пространства герметиком не является оптимальным с точки зрения экономии материалов.

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, а также уменьшение объема уплотняющей заделки внутри рукава.

Поставленная задача достигается тем, что прямой и/или сужающийся в направлении от катодного кожуха рукав из эластичного, газостойкого и термостойкого материала, герметично соединен одним концом с катодным кожухом, другим концом не соединен с катодным стержнем, а свободно облегает катодный стержень но периметру его поперечного сечения с возможностью скольжения и перемещения но поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения.

В частном случае:

- дополнительная уплотняющая заделка из эластичного газостойкого и термостойкого неформованного и/или формованного материала расположена по периметру между катодным стержнем и внутренней поверхностью у внешнего края рукава, заполняя часть внутреннего объема, не прикреплена или прикреплена к внутренней поверхности у внешнего края рукава, с возможностью скольжения и перемещения по металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, обеспечивает скольжение катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичность уплотнения.

- по внешнему краю периметра снаружи рукав обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром и/или последовательно соединенными шнуром и пружиной и/или шнур пропущен по периметру внутри подшитых или подрубленных краев рукава, обеспечивающий дополнительное уплотнение между катодным стержнем и внутренней поверхностью рукава, с возможностью скольжения и перемещения но металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня.

- с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней но его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна,

- уплотняющая заделка из эластичного, газостойкого и термостойкого материала размещена также и в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха.

- в теле рукава и/или уплотнения встроен(ы) клапан(ы) для спуска давления и сжигания газов образующихся при обжиге и пуске электролизера.

- рукав может состоять из частей, скрепленных во время монтажа но 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 к виде рукава, который одним своим концом герметично соединен с катодным кожухом, а другим концом герметично не соединен с катодным стержнем, по эластично облегает катодный стержень, позволяя последнему не только перемещаться в начале движения синхронно с концом рукава, но и скользить затем относительно конца рукава, перемещаясь асинхронно, т.е. обеспечивает скольжение катодного стержня относи только катодного кожуха и герметичность уплотнения, при этом герметичность уплотнения обеспечивается не только путем эластичного соединения рукава и катодного стержня, плюс дополнительно монтажом под относительно небольшим избыточным давлением эластичной огнеупорной газостойкой неформованной и/или формованной уплотняющей заделки внутрь рукава, но и занимает лишь часть внутреннего объема, примыкающего к катодному стержню, не прикрепленной или прикрепленной к внутренней поверхности внешнего края рукава.

Свойства эластичности неформованного 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, между рукавом и катодным стержнем.

На фиг.1-2 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, дополнительной уплотняющей заделки 4, пластины с отверстием 5. Эластичный рукав 3 надет на катодный стержень 2 и одним своим концом эластично облегает катодный стержень 2, а другим герметично соединен с катодным кожухом 1 с окнами для пропуска катодных стержней 2 при помощи слоя клея 6. Дополнительная уплотняющая заделка 4 монтируется внутрь эластичного рукава 3 по периметру между катодным стержнем и внутренней поверхностью у края рукава, занимая часть внутреннего объема, не прикреплена, или прикреплена к внутренней поверхности внешнего края рукава, с возможностью скольжения и перемещения по металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня, 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 либо из эластичного огнеупорного газостойкого неформованного наполнителя, в качестве которого могут быть использованы материалы тина Thermoseal M22 (фиг.1), либо из формованного материала (фиг.2). Рукав 3 выполнен из эластичного, газостойкого и термостойкого материала в качестве которого могут быть использованы материалы типа ЛРМЛТНХ. По внешнему краю периметра снаружи рукав 3 обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром 8 и/или последовательно соединенными шнуром 8 и пружиной и/или шнур 8 пропущен по периметру внутри подшитых или подрубленных краев рукава, обеспечивающий дополнительное уплотнение между катодным стержнем 2 и внутренней поверхностью рукава 3, с возможностью скольжения и перемещения но металлической поверхности катодного стержня 2 синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня 2.

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 1 с окнами для пропуска катодных стержней 2 и остается неподвижным. Рукав 3 при перемещениях катодного стержня 2 растягивается и изгибается к 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.

1. Уплотнение вывода катодного стержня алюминиевого электролизера, содержащего катодный кожух с окнами для пропуска катодных стержней, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде прямого и/или сужающегося в направлении от катодного кожуха рукав из эластичного газостойкого и термостойкого материала, герметично соединенного одним концом с катодным кожухом, а другим концом свободно облегающего катодный стержень по периметру его поперечного сечения с возможностью скольжения и перемещения по металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня с обеспечением скольжения катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичности уплотнения.

2. Уплотнение вывода катодного стержня по п.1, отличающееся тем, что по периметру между катодным стержнем и внутренней поверхностью у внешнего края упомянутого рукава расположена дополнительная уплотняющая заделка из эластичного газостойкого и термостойкого неформованного и/или формованного материала, заполняющая часть внутреннего объема, не прикрепленная или прикрепленная к внутренней поверхности у внешнего края рукава с возможностью скольжения и перемещения по металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня с обеспечением скольжения катодного стержня относительно катодного кожуха и герметичности уплотнения.

3. Уплотнение вывода катодных стержней по п.1, отличающееся тем, что упомянутый рукав снаружи по внешнему краю его периметра обвязан и затянут огнеупорным эластичным шнуром и/или последовательно соединенными шнуром и пружиной и/или шнур пропущен по периметру внутри подшитых или подрубленных краев рукава для обеспечения дополнительного уплотнения между катодным стержнем и внутренней поверхностью рукава и с возможностью скольжения и перемещения по металлической поверхности катодного стержня синхронно или асинхронно относительно перемещения катодного стержня.

5. Уплотнение вывода катодного стержня по п.1, отличающееся тем, что с внутренней стороны окна для пропуска катодных стержней по его периметру расположена пластина с отверстием с возможностью перемещения вдоль катодного стержня и перекрывания окна.

6. Уплотнение вывода катодных стержней по п.2, отличающееся тем, что уплотняющая заделка из эластичного газостойкого и термостойкого материала размещена также в зазоре, образованном катодным стержнем и стенкой катодного кожуха.

7. Уплотнение вывода катодного стержня по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что в теле рукава и/или уплотнения встроен(ы) клапан(ы) для спуска давления и/или предотвращения выхода газов, образующихся при обжиге и пуске электролизера.

8. Уплотнение вывода катодных стержней по п.1, отличающееся тем, что рукав состоит из частей, скрепленных во время монтажа по продольным краям между собой внахлест склеиванием, и/или сшиванием, и/или скрепками.