Катодное устройство электролизеров

КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

Пропитка футеровки фтористыми солями, термиче­ское воздействие и физико-химические превращения в материалах катода в процессе работы электролизера создают значительные усилия (до 300 тс), которые вы­зывают деформацию подины и разрушение футеровки. Для обеспечения необходимой механической прочности катодное устройство выполнено из металлического теплоизолированного кожуха жесткой конструкции, футе­рованного изнутри угольными подовыми и бортовыми блоками.

Общий вид катодного устройства:

1 - швы между блоками; 2 - паз в блоке; 3 - углеродистая подущка;

4- катодные сгержни; 5-подовые блоки; 6 - пробки из подовой массы;

7 - боковые угольные плиты

По устройству кожуха различают два вида катодно­го устройства: с кожухом без металлического днища и с кожухом с металлическим днищем. Кожух с днищем (рис. 2,а) выполнен в виде короба, сваренного из стальных листов толщиной 10—12 мм. На днище ко­жуха 1 засыпается шамотная крупка 2, на которой уложены 4-6 рядов кирпича: 3, 4 (нижние ряды из

г

Рис. 2. Катодные устройства электролизеров: а — с кожухом с днищем; б — с кожухом без днища

диатомового или шамотного легковесного, верхние ря­ды— из шамотного). С боков кожух имеет угольную футеровку 5. Снаружи катодного кожуха для увеличе­ния его прочности приварены горизонтальные пояса жесткости 6, изготовленные из швеллеров или двутав­ровых балок.

Кожух установлен на продольные 9 и поперечные 7 двутавровые балки, которые смонтированы на бетон­ных стойках 8 или колоннах, установленных на первом этаже корпуса. Для придания кожуху необходимой прочности с боковых сторон его укрепляют стальными вертикальными балками 10 — контрфорсами, которые крепятся к кожуху с помощью шпилек 11. Один конец шпильки вставлен в отверстие стойки и закреплен гайкой, другой конец прикреплен к днищу кожуха. Нижние концы стоек расперты железобетонной балкой 12, которая препятствует повороту стоек под действи­ем усилий, вызываемых деформацией кожуха. Обвязка кожуха контрфорсами выполнена с таким интервалом, чтобы между контрфорсами находились два катодных стержня.

Катодное устройство с кожухом без днища имеет цоколь 2 из не­скольких рядов шамотного и красного кирпича, что га­рантирует высокую степень теплоизоляции подины. Ко­жух к фундаменту 3 крепит­ся с помощью анкерных лап 4. Анкер состоит из стержня и скобы с трубой, которые соединяются между собой гайкой и изо­лируются друг от друга изоляционной втулкой и шай­бой 5. Верхний конец стержней приварен к внутренней стенке кожуха, а скоба с трубой вставлена в анкер­ный колодец 6 в цоколе и фундаменте ванны. В нижней части колодцы заливают бетоном, а в зо­не цоколя закладывают кирпичом. Такое крепле­ние позволяет противо­действовать вертикаль­ным усилиям, возникаю­щим в катодном устрой­стве при эксплуатации электролизера. Между цо­колем и фундаментом проложена выравниваю­щая подсыпка.

УСТРОЙСТВО   ПОДИНЫ

На отечественных алюминиевых заводах подины электролизеров выполняются из обожженных угольных блоков. В зарубежной прак­тике еще имеют распространение подины, выполняемые набойкой сырой массой (набивные подины). Подина электролизера служит для отвода тока от жидкого алюминия к катодным стержням и для за­щиты всего катодного устройства от разрушающего действия рас­плава

В последнее время фундаменты стали совмещать с катодным кожухом путем изготовления так называемого железобетонного днища. При этом отпадает необходимость в устройстве под электролизером мощного бетонного фундамента, так как все усилия воспринимаются железобетонным днищем. Кроме того, при такой конструкции капитальный ремонт электролизеров значительно проще.

В связи с увеличением мощности электролизеров и в целях улучшения условий труда в электролизных корпусах стали при­менять катодные кожухи с металлическим днищем, расположен­ные на втором этаже. В этом случае ленточные фундаменты не применяют, а катодный кожух устанавливают на специальную опорную конструкцию из сборного железобетона.

Футеровка электролизера

Футеровку электролизера выполняют из подовых и бортовых угольных блоков. Угольные блоки обладают ценными свойства­ми: хорошо проводят ток и стойки в условиях высокой темпера­туры и агрессивной среды. Угольные блоки изготовляют прессо­ванием в глухую матрицу или прошивкой через мундштук, По этой причине их часто называют прошивными.

Для мощных электролизеров применяют катодные блоки се­чением 400X550 мм. Длина подовых блоков определяется проек­том электролизера.

Для боковой футеровки электролизеров употребляют боко­вые угольные блоки толщиной 200 мм. Высота блоков опреде­ляется проектом.

Подовые блоки собирают в секции. Секция представляет со­бой один или два подовых блока, соединенных стальным катод­ным стержнем. Катодный стержень укладывают в паз, выфрезерованный по всей длине блока, и заливают чугуном (рис. 6), а иногда подовой массой.

Боковую футеровку выполняют из боковых блоков, которые устанавливают непосредственно на бровку в один или два ряда и тщательно подгоняют один к другому. Ширина швов между боковыми блоками должна быть не более 1 мм. В углах уста­навливают блоки специальной формы.

Между кожухом и боковой угольной футеровкой оставляют зазор, который затем тщательно забивают огнеупорной засып­кой (шамотным порошком).

При установке одного ряда боковых блоков с полукруглыми замковыми пазами последние забивают подовой массой. При этом необходимо избегать образования пустот. После установки боковой футеровки приступают к набойке швов подины, предва­рительно прогрев ее до температуры 100—120°С Набойка поди­ны производится специальной вибрационной самоходной маши­ной или пневматическими трамбовками.

Подовую массу засыпают в зазоры между блоками толщи­ной 40—60 мм и одновременно трамбуют. Набойку ведут в 10— 12 засыпок. Периферийные швы (между подовыми и угловыми блоками) набивают с откосом к боковым блокам под углом 15—20°.

Набойка подовых швов — очень ответственная операция, поэтому в процессе ее необходимо следить за температурой мас­сы и подины, давлением воздуха в трамбовках, плотностью и не­прерывностью набойки швов, чистотой рабочего места и т. д.

Рис.   104.   Катодное   устройство   электролизера   средней   мощности   (кожух   без   днища):

Глубина шахты катодного устройства зависит от единичной мощности электролизера, геометрических размеров анодного мас­сива, типа применяемого катодного кожуха и составляет 400— 600 мм. Внутренние размеры шахты в плане зависят от геометри­ческих размеров анодного массива. В промышленных электроли­зерах расстояние от продольных сторон анода до стенки шахты принимается равным 550—650 мм, а от торцовых сторон 500— 600 мм. В некоторых конструкциях электролизеров с предвари­тельно обожженными анодами расстояние между продольной сто­роной анодного массива и стенкой шахты составляет до 300 мм.