Катодное устройство

Катодное устройство электролизера любого типа представ­ляет собой ванну, выложенную из углеграфитовых подовых блоков и бортовых угольных или карбидокремниевых плит. Вся конструк­ция заключена в металлический кожух. Между стенками кожуха и блоками размещается огнеупорная и теплоизоляционная футеровка. Специально изготовленные конструкционные материалы подины устойчивы против агрессивного воздействия расплавленного элек­тролита и являются достаточно хорошими проводниками тока. По­следнее обстоятельство особенно важно, т.к. подина служит одно­временно и катодом.

В процессе электролиза происходит пропитка угольной и огнеупорной футеровок фтористыми солями, их разбухание и воз­никновение внутренних напряжений в конструкции катода. Для со­хранения формы и функционального назначения катодного устрой­ства металлический кожух ванны должен обладать устойчивостью против деформации, но иметь достаточную возможность компенса­ции расширения подины в процессе пропитки. С учётом этого тре­бования конструкция катодных кожухов подразделяется на два типа: катоды с рамным кожухом, не имеющим днища, и катоды с кожу­хом, имеющим металлическое днище (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Конструкция катодных кожухов: а- рамный кожух без днища: 1-кожух; 2-швеллерные балки; 3-анкерное крепление; б- контрфорсный кожух с днищем: 1-кожух; 2-контрфорсная балка; 3- стягивающая шпилька; 4-распорная балка; в- шпангоутный кожух с днищем: 1-кожух; 2-шпангоутное устройство; 5-распорная балка

Катодное устройство с кожухом рамного типа размещается на цоколе из нескольких рядов огнеупорного шамотного и красного кирпича. Назначение цоколя состоит в том, чтобы предохранить фундамент (из огнеупорного бетона) от высоких температур и создать необходимую тепловую изоляцию подины. Кожух крепится к фундаменту с помощью ан­керных лап, которые удерживают кожух от смещения под воздейст­вием вертикальных усилий, возникающих из-за расширения футе­ровки в результате пропитки фтористыми солями. Анкерное крепле­ние - очень важный узел катодного устройства. Отрыв катодного кожуха от анкеров приводит к деформации катодного узла и быст­рому выходу электролизёра из строя.

Катодными кожухами рамного типа (без днища) оснащаются преимущественно электролизеры БТ небольшой мощности и элек­тролизеры ВТ на 120 -130 кА. Основным недостатком такой конст­рукции следует считать сложность капитального ремонта электроли­зера. При каждом ремонте разборка цоколя может производиться только на месте, занимая продолжительный период времени.

Более удобны с этой точки зрения катодные устройства, ос­нащенные кожухами с днищем. Применяют несколько конструкций кожухов с днищем: цельносварные контрфорсные, шпангоутные с вертикальными и наклонными стенками, рамно-шпангоутные. На рис.3.7,б,в приведена принципиальная схема кожухов контрфорсного и шпангоутного типа.

Основным элементом конструкции кожуха контрфорсного типа с днищем можно считать наличие вертикальных балок (контр­форсов), размещенных вдоль продольных стенок. Контрфорсы удерживают стенки кожуха от деформации. В своей средней части контрфорсы с помощью шпилек жестко соединены с днищем, а в нижней части между противоположно расположенными балками размещены распорные железобетонные балки. Верхняя часть контрфорсов упирается в борта стального кожуха, осуществляя об­жатие их по всей длине продольной стенки.

Продольные и торцевые стенки кожуха сделаны в виде сплошного листа толщиной 8-10 мм и усилены по высоте продоль­ными поясами жесткости. Сам кожух свободно, без жесткого креп­ления укладывается на опорные П-образные балки. Контрфорсы равномерно распределены между выходными окнами для блюмсов катодного кожуха, т.е. между выступающими концами блюмсов.

Отличие катодного кожуха шпангоутного типа состоит в том, что жесткость его конструкции обеспечивается системой шпан­гоутов, напоминающих ребра остова морских судов и имеющих большой момент сопротивления распирающим усилиям между про­тивоположными стенками футерованного кожуха.

Бортовые стенки и днище в кожухах шпангоутного типа из­готовлены из листовой стали толщиной 14-20 мм и сварены по все­му периметру кожуха. Сами шпангоуты установлены с шагом, рав­ным ширине подового блока (как и в контрфорсном кожухе). Верх­няя часть шпангоутов по всему периметру кожуха связана с поясом жесткости, сделанным из стального профиля или листа. В некоторых конструкциях шпангоутные кожухи изготовляются с наклонными продольными стенками с углом наклона 15-22°, повторяя конфигу­рацию ванны с наклонной бортовой стенкой.

Достоинством кожухов шпангоутного типа можно считать повышенную жесткость их конструкции, что позволяет повышать единичную мощность алюминиевого электролизера и увеличивать срок службы до 80-90 мес. против 50-60 мес. с контрфорсными ка­тодными устройствами. Однако чрезмерная жесткость конструкции кожуха может иметь и отрицательные последствия и способствовать разрушению подин. Использование шпангоутного кожуха следует совмещать с применением катодных блоков с высоким содержанием графита, имеющих низкий коэффициент теплового расширении, а также точно рассчитывать компенсационные засыпки.

Свободная установка кожухов на опорные балки позволяет существенно упростить капитальный ремонт с вывозом катодного устройства ремонтируемой ванны в специализированные ремонтные цехи.