Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера и модель для его осуществления

 

1. Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объемную деформацию подины модели, изме . рение скоростей и величин деформации , отличающийся тем, что, с целью расширения круга моделируемых явлений, снижения стоимости обеспечения наглядности, простоты и оперативности экспериментов, деформацию осуществляют пропиткой подины I модели жидкостью, предпочтительно водой, при подаче ее на верхнюю по (Л верхность подины. 00 со SI О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) 3(бц С 25 С 3/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 (21) 3502259/22-02 (22) 20.10,82 (46) 30.04.84. Бюл. Ф 16 (72) М.Е. Дынкин, В.Я. Никитин, А.Е. Баженов, Г.А. Венков, Д.С. Петров, А.М. Цьп лаков и В.Г. Харченко (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промьппленности (53) 669.71 (088.8) (56) 1. Waddington 3,, Зоцгпа1 of

NetaI4, 1969, 22, И - 9, р. 27. 2. Журнал "Цветные металлы", 1964, 9 4, с. 50. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

ДЕФОРМАЦИИ ПОДИНЫ АЛККИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И МОДЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объемную деформацию подины модели, измерение скоростей и величин деформа-, ции, отличающийся тем, что, с целью расширения круга моделируемых явлений, снижения стоимости, обеспечения наглядности, простоты и оперативности экспериментов, деформацию осуществляют пропиткой подины модели жидкостью, предпочтительно водой, при подаче ее на верхнюю поверхность подины.

1089176

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что пропитку подины модели осуществляют периодически, чередуя операции пропитки с операция- ми удаления жидкости с поверхности подины естественной или искусственной сушкой.

3. Модель, включающая материал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями, о т л и .ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения круга моделируеИзобретение относится к цветной металлургии, в частности к изучению механических явлений, происходящих в подине электролизера для получения алюминия из криолитоглино5 земного расплава, и может быть применено для моделирования процессов, связанных с объемной деформацией твердых тел.

Одной из основных причин выхода 1б электролизера из строя является разрушение углеродистой подины вслед" ствие накопления необратимых деформаций при внедрении в подину металлического натрия, неизбежно выделяющегося совместно с алюминием при электролизе. Взаимодействие подины с натрием, начинающееся непосредственно при введении электролизера в эксплуатацию, приводит к деформации (расширению) катодных блоков.

Особенностью процесса деформации является то, что сначала деформируются верхние слои подины и лишь с течением времени процесс деформа- 25 ции распространяется вглубь катодных блоков. Неравномерная величина деформации по высоте блоков приводит к их изгибу и подъему центральной части подины. Процесс деформации протекает непрерывно при эксплуатации электролизера и скорость процесса деформации определяет срок его службы.

Известен способ моделирования процессов, происходящих в алюминиевом

33 электролизере, при котором исследования выполняются на физических момых явлений, снижения стоимости, обеспечения наглядности, простоты и оперативности экспериментов, в качестве материала использована древесина, подина выполнена. сборной из блоков, причем боковые и нижние поверхности блоков выполнены со слоем изолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительно парафина, и по крайней мере один блок покрыт слоем изолирующего вещества по всем поверхностям герметично. делях, отличающихся от промышленных электролизеров главным образом только размерами и формой P) .

Недостатками данного способа моделирования являются большая стоимость и длительность экспериментов, а также трудности, связанные с экспериментированием при высоких температурах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающий объемную деформацию подины модели, измерение скоростей и величин деформации. ,Данный способ реализуется в модели, включающей материал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями $2) .

Недостатками известных способа и модели является невозможность расширения круга моделируемых явлений, высокая стоимоеть, сложность, низкая наглядность и оперативность экспериментов.

Цель настоящего изобретениярасширение круга моделируемых явле-. ний, снижение стоимости, обеспечение наглядности, простоты и оперативности экспериментов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе моделирования процессов деформации подины алюминиевого электролизера, включающем деформацию подины модели, измерение скоростей и величин деформации, согласно изобретению, деформацию

3 1089 осуществляют пропиткой подины модели жидкостью, предпочтительно водой, при подаче ее на верхнюю поверхность подины, Пропитку подины модели осуществляют периодически, чередуя операции пропитки с операциями удаления жидкости с поверхности подины естественной или искусственной сушкой.

В качестве модели, включающей ма- 10 териал, имитирующий подину, расположенный между ограждающими поверхностями, согласно изобретению, в качестве материала использована древесина, подина выполнена сборной из блоков, причем боковые и низкие поверхности блоков выполнены со слоем изолирующего вещества, непроницаемого для жидкости, предпочтительно парафина, и по крайней мере один 2р блок покрыт слоем изолирующего вещества по всем поверхностям герметично.

Предлагаемые способ и модель позволяют изучить деформацию подин 25 электролизеров при различньм условиях.

При смачивании блоков жидкостью происходит пропитка блоков и их деформация (расширение при набухании), приводящая к силовому взаимодействию блоков с ограждающими поверхностями, . что позволяет изучать характер деформации в зависимости от конструкции жесткости ограждающих поверхностей.

Защищая часть поверхностей блоков от контакта с жидкостью, например, боковые и нижние поверхности, обеспечивают направленную, сверху вниз, 40 пропитку блбков, нри этом деформация начинается с верхних слоев и затем постепенно расцространяется в лежащие ниже слои блоков.

Неравномерная деформация различ- 4 ных слоев по высоте блоков приводит к их изгибу и вспучиванию центральной части подины модели, имитируя тем самым основной процесс деформации, происходящий в реальной углеродистой подине при взаимодействии ее с натрием после .пуска на электролиз.

Неравномерность деформации по площади подины имитируется покрытием по крайней мере одного блока изолирующим 55 веществом герметично, а неравномерность деформации во времени из-за колебаний технологических условий

176 4 (температура, криолитовые отношение электролита} — чередованием операций пропитки и удаления части жидкости из блоков за счет естественной или искусственной сушки.

На фиг.1 и 2 изображена модель подины, соответственно план и поперечный разрез; на фиг.3 — модель подины после окончания одного из экспериментов, поперечный разрез.

Древесные блоки 1 уложены на горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4, скрепленными стяжками 5. Между боковыми поверхностями блоков 1, между блоками 1 и основанием 2, а также между блоками

1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 расположено изолирующее вещество 6.

Модель может быть снабжена измерительными устройствами, фиксирующими величины деформаций блоков в различных направлениях и усилия, возникающие между блоками и ограждающими поверхностями.

Подину модели выполняют из древесных блоков 1 двух типоразмеров

88 22 16 и 64 ° 22 16. Блоки 1 укладывают в четыре ряда по два блока в ря- ду с перевязкой швов между блокамина горизонтальное основание 2 между ограждающими поверхностями 3 и 4.

В качестве ограждающих поверхностей

3 и 4, имитирующих стенки катодного кожуха, использовали металлические уголки 32 32 3, скрепленные между собой стяжками 5 и образующие прямоугольную раму.

Боковые и нижние поверхности блоков 1 предварительно покрывают расплавленным парафином. После сборки модели швы б между блоками 1 и между блоками и ограждающими поверхностями

3 и 4 дополнительно заливали расплавленным парафином для обеспечения монолитности подины.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью индикатора линейных перемещений (цена деления шкалы

0,01 мм) определяют исходный рельеф поверхности подины и затем на поверхность подины заливают слой воды 35 мм. Начавшуюся сразу же после заливки воды деформацию контролируют в ходе эксперимента регулярным через определенные промежутки времени из 4ерением рельефа поверхности подины, кроме того, скорость подъема в

1089176 центре подины измеряют непрерывно стационарно установленным индикато-, ром линейных перемещений. В ходе эксперимента проводят визуальные наблюдения процесса дефор- .5 мации и образования щелей.

Эксперимент проводят до момента разрушения подины; т.е. до момента образования щелей между блоками или между блоками 1 и ограждающими поверхностями 3 и 4 протека воды под подину или же до прекращения деформа цни.

После окончания эксперимента измеряют и фиксируют размеры и локализацию образовавшихся щелей, сдвиг и наклон ограждающих поверхностей, сдвиг блоков относительно друг друга.

Моделирование неравномерной деформации подины обеспечивают защитой от контакта с водой и верхних поверхностей у части блоков, а также чередованием операций пропитки и удаления части воды при естественной сушке.

Эксперименты показали, что при моделировании воспроизводятся основные явления, связанные с деформацией подин промышленных электролизеров; линейная деформация (4-6X) и изгиб З0

Ълоков, вспучивание центральной части подины, сдвиг блоков относительно друг друга, образование щелей между блоками и между блоками и ограядающими поверхностями (боковыми стенками)З5 разворот боковых стенок наружу зависимость величины и скорости деформа-. ции подины от степени податливости . боковых стенок (величины обжатия подины) и др. 40

Оценочный пересчет результатов, полученных на моделях, на реальные условия может быть выполнен при использовании критериев подобия, таких как: 45 где b.Я перепад деформации по высо-те подины, о — поперечный размер подины, — высота подины, — прогиб; — горизонтальное обжатие подины, — модуль упругости; — эксцентриситет приложения силы, действующей на подину со стороны ограждающих поверхностей, относительно нейтральной оси блоков подины; — вертикальное давление под подиной.

Г

1

Е

Время, затрачиваемое на сборку и подготовку модели к работе, не превышает нескольких часов, а длительность одного эксперимента в большинстве случаев составляет

3-8 ч.

Таким образом, предлагаемый способ моделирования позволяет изучать основные явления; связанные с деформацией подин электролизеров для получения алюминия и дает возможность быстро, наглядно и с минимальными затратами проводить поиск и проверку решений, направленных на повьппение срока службы электролизеров.

Для проведения дальнейших испытаний на полупромышленных H промьппленных электролизерах отбирают только наиболее перспективные решения но данным модельных экспериментов, что обеспечивает значительную экономию средств и времени на поиск и отработку решений, направленных на

;совершенствование катодного узла электролизера.

1089176

Составитель Н. Харлампиева

Техред М.Тепер Корректор А. Тяско

Редактор Е. Кривина

Тираж 633 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2878/25

Филиал ИПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4