Анодное поддерживающее устройство

011904 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству и способу для поддержания анодов в электролизере, в котором получают, например, алюминий, а в частности, к устройству и способу для регулирования положения анодов в электролизере. Уровень техники Электролиз глинозема для получения алюминия по технологии Холла-Эру хорошо известен и предусматривает электрохимическую реакцию. Такая технология включает в себя электролизер, содержащий электролитическую ванну, имеющую множество катодов и анодов. Оксид алюминия подают в ванну с криолитом, в которой растворяют оксид алюминия. Электролиз является наиболее эффективным при температурах ванны от 940 до 970 С. Аноды содержат углеродные анодные блоки и алюминиевые стержни, которые обеспечивают механическое и электрическое соединение с анодной балкой, на которой подвешены аноды. Аноды частично погружают в электролит для обеспечения зазора между анодом и катодом, через который проходит электрический ток. Во время электролиза, алюминий получают на катоде и образуют слой расплавленного алюминия на поверхности катода с ванной криолита, плавающего на поверхности слоя алюминия. Для эффективной работы электролизера зазор между анодом и катодом должен быть установлен и поддержан или на заданном оптимальном расстоянии, или в пределах оптимальной величины. Если зазор между анодом и катодом является слишком большим, это вызывает значительное падение напряжения между электродами, что приводит к нежелательному увеличению выработки энергии в электролите. Если зазор является слишком маленьким, электролиз становится неустойчивым и неэффективным. С обычными угольными анодами анодные блоки непрерывно расходуются во время электрохимической реакции, в результате которой образуются в основном газы CO2. Как следствие непрерывного расхода анодов зазор между анодом и катодом с течением времени увеличивается. Для поддержания величины зазора напряжение электролизера непрерывно контролируют, а положение анодов периодически возвращают в исходное положение для поддержания оптимального зазора между анодом и катодом. Ввиду непрерывного расхода аноды имеют ограниченный срок службы около четырех недель, после чего они должны быть заменены новыми анодами. Специалистам в данной области техники очевидно, что замена больше чем одного из всех анодов в электролизере в короткий промежуток времени приведет к серьезному нарушению химических и термических процессов. Поэтому, обычно принято заменять только один анод в день в данном электролизере так, чтобы каждый анод этого электролизера имел разный срок службы от ноля до приблизительно 28 дней. В обычной конструкции электролизера подвижная опора анода, называемая анодной балкой, поддерживается анодным устройством. Аноды закреплены непосредственно на этой анодной балке, которая обеспечивает механическую опору и подает электрический ток к анодам. Обычно используют один зажим для каждого анода и для механической фиксации и электрического контакта анодного стержня с анодной балкой. Расстояние между анодами и слоем алюминия на поверхности катода затем регулируют,поднимая и опуская анодную балку целиком. Следовательно, во время эксплуатационного срока службы анодов существует необходимость поднимать и опускать анодную балку для поддержания зазора между анодом и катодом в пределах оптимальной величины. Ввиду расхода анодов преобладает перемещение вниз анодной балки и составляет от около 15 до 20 мм в день. В результате перемещения вниз анодная балка достигнет ее самого нижнего положения на анодном устройстве после двух-трех недель, а затем она должна быть поднята с помощью вспомогательной анодной поднимающей балки, которая временно расположена сверху анодного устройства электролизера. Эта анодная поднимающая балка снабжена устройствами, которые удерживают аноды на месте, в то время как анодные зажимы открывают вручную операторами для того, чтобы позволить анодной балке переместиться обратно в ее верхнее положение. Когда анодная балка достигает ее верхнего положения, все анодные зажимы должны быть снова закрыты операторами. Эти зажимные устройства также оказывают высокое боковое давление на анодные стержни для поддержания электрического контакта между анодными стержнями и анодной балкой, в то время как анодная балка перемещается вверх, скользя по анодным стержням. Процесс поднятия анодов представляет значительную угрозу безопасности, поскольку давление, оказываемое на анодные стержни, может упасть, что приводит к потере электрического контакта между анодными стержнями и анодной балкой. В такой ситуации развиваются опасные электрические дуги, пока подстанция алюминиевого плавильного завода не выключится ввиду размыкания электрической цепи. В таком примере операторы, выполняющие поднятие анодной балки, подвергаются опасности получить ожог. Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание устройства для поднятия анодной балки автоматически без воздействия человека, направленное на решение одной или более проблем существующих конструкций. Сущность изобретения В одном варианте изобретения предложено устройство для поддержания анодов над катодом в электролизере, содержащем анодное устройство, включающее анодную балку, к которой прикреплены множество отдельных анодов, причем каждый анод имеет соответствующий анодный стержень для при-1 011904 крепления к анодной балке основным зажимом, при этом анодная балка, установлена на анодном устройстве с возможностью регулирования расстояния между анодами и катодом, вспомогательный зажим для каждого анодного стержня, и по меньшей мере одну электрическую балку, поддерживаемую анодным устройством, причем электрическая балка имеет соединители, обеспечивающие электрическое соединение между электрической балкой и анодными стержнями. В предпочтительной форме этого варианта изобретения вспомогательные зажимы закреплены относительно анодного устройства. В отличие от общеизвестных электролизеров анодная балка согласно настоящему изобретению является лишь механической фиксацией для анодных стержней для обеспечения вертикального перемещения анодов для управления зазором между анодом и катодом. Анодная балка больше не выполняет функцию проведения электричества к анодам. Эта функция обеспечивается по меньшей мере одной электрической балкой, предпочтительно закрепленной в центральной верхней части анодного устройства электролизера и множестве гибких проводников. Эти гибкие проводники предпочтительно выполнены из большого количества алюминиевой фольги, которая приварена к электрической балке, и прикреплены при помощи болтового или зажимного соединения к верхней части анодных стержней. Таким образом, функция механической фиксации и регулирования высоты анодов может быть поддержана независимо от электрического соединения с анодными стержнями. Следовательно, электрической балке обеспечен непрерывный электрический контакт, в то время как подвижной анодной балке обеспечена более безопасная фиксация анодных стержней. Во втором варианте изобретения предложено устройство для регулирования расстояния между анодами и катодом электролизера, содержащее анодную балку, к которой соответствующими анодными стержнями прикреплено множество отдельных анодов, причем анодные стержни электрически соединены с электрической балкой посредством соединителей, при этом анодный стержень каждого анода поддержан в заданном положении относительно анодной балки основным зажимом, вспомогательным зажимом для каждого анодного стержня и средством для управления работой основного и вспомогательного зажимов для обеспечения зацепления и расцепления зажимов. Устройство может быть дополнительно снабжено анодным устройством. Вспомогательный зажим предпочтительно закреплен на анодном устройстве для поддержания вспомогательного зажима во время поднятия анодной балки. В предпочтительной форме первого и второго вариантов изобретения зацеплением и расцеплением основного и вспомогательного зажимов управляют компьютером для управления технологическим процессом. Отсоединение и повторное соединение электрических гибких проводников необходимо для операции замены анода и выполняется специальными инструментами, прикрепленными к манипулятору кранов. Гибкое электрическое соединение будет разомкнуто лишь для выполнения замены анода в конце срока службы анодного блока. В настоящем изобретении операция поднятия анодной балки больше не выполняется вспомогательной поднимающей балкой, удерживающей аноды на месте, как описано выше. Вместо этого для этой операции используются два набора зажимов. Для поднятия анодной балки компьютер для управления технологическим процессом закрывает вспомогательные зажимы для поддержания текущего положения анодов, расцепляя при этом основные зажимы. Когда основные зажимы всех анодов электролизера находятся в открытом положении, анодная балка может быть поднята свободно. Отсутствует необходимость поддержания электрического контакта между анодной балкой и анодными стержнями путем приложения давления к стержням, поскольку элекропроводность остается постоянной через непрерывное соединение гибкий проводник - стержень. Согласно третьему варианту изобретения предложен способ поднятия анодной балки в электролизере, содержащем выше описанное устройство, включающий этапы, на которых зацепляют вспомогательные зажимы для поддержания положения анодов относительно анодного устройства,расцепляют основные зажимы,перемещают анодную балку,повторно зацепляют основные зажимы и расцепляют вспомогательные зажимы. С использованием настоящего изобретения становится возможным выполнить автоматизированное поднятие анодной балки более часто (например, каждые один-два дня), чем с обычной конструкцией анодной балки, в которой поднятие балки, требующее больших усилий, происходит каждые две-три недели. Поэтому общее расстояние перемещение анодной балки можно значительно снизить. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе электролизера и обычной анодной опоры, согласно уровню техники, а фиг. 2 представляет собой вид в разрезе электролизера и анодную опору согласно варианту изобретения. Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Электролизер согласно уровню техники содержит стальной внешний кожух 12, имеющий огне-2 011904 упорную футеровку 14 подины и огнеупорную футеровку 16. Огнеупорная футеровка подины поддерживает катод 18, имеющий стальные катодные стержни 20 для проведения электричества к ошиновке (не показана) на внешней стороне стального кожуха 12. Анодный узел содержит анодный блок 24, соединенный с анодным стержнем 26 посредством стального кронштейна 22 и ниппеля 28. Анодный стержень 26 и механически, и электрически соединен с анодной балкой 30 зажимным приспособлением 32, установленным на анодной балке. Предусмотрены механические приводные механизмы (не показаны) для поднятия и опускания анодных балок для изменения зазора между анодом и катодом (в действительности зазор между анодами, погруженными в электролит и жидким слоем алюминия на поверхности катода) до требуемого расстояния. Конструкция оборудования для поднятия и опускания анода основана на предположении, что все аноды будут расходоваться с постоянной скоростью, и что, как правило, все аноды в электролизере могут быть подняты или опущены одновременно для поддержания зазора в пределах оптимальной величины. Внутри анодного устройства электролизера предусмотрены множество бункеров с глиноземом (34) для подачи глинозема к точечным питателям (не показаны), которые в основном расположены между парами анодов. Такие системы анодной балки основаны на зажимном соединении, обеспечивающем достаточное механическое давление для поддержания анодных стержней в зафиксированном положении относительно анодной балки с таким же соединением, обеспечивающим электрическое соединение между анодной балкой и анодными стержнями. Поэтому такая система содержит и функцию электрического соединения,и функцию механической фиксации. Кроме того, извлечение и добавление анодов обеспечивается краном, который расположен над электролизером. Ввиду конструкции анодного устройства электролизера кран должен быть обязательно намного выше для очистки анодного устройства. В то время как детали обычного электролизера показаны на фиг. 1, вариант настоящего изобретения показан на фиг. 2. Для облегчения понимания конструкции в варианте изобретения, которые являются аналогичными обычному электролизеру, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Анодная опорная конструкция согласно изобретению содержит электрическую балку 50, которая предпочтительно установлена в заданном положении и соединена с анодными стержнями 26 электрическими соединителями, называемыми гибкими проводниками 52. Эти гибкие проводники 52 поддерживают электрическое соединение с анодными стержнями, обеспечивая возможность перемещения стержней относительно электрической балки 50. Гибкие проводники 52, по существу, образованы из множества алюминиевых листов, имеющих форму листовых блоков из алюминия со слоистой структурой, проходящей в направлении протекания тока. Один конец гибких проводников приварен к электрической балке 50, в то время как другой конец соединен с верхней частью анодных стержней посредством болтового или зажимного соединения 60. Анодная поддерживающая конструкция содержит основной зажим 54, прикрепленный к анодной балке 30, перемещающейся в вертикальном направлении, и вспомогательный зажим 56, закрепленный на опорной плите 58 анодного устройства электролизера. Анодная балка перемещается механическим приводным механизмом (не показан), который является подобным обычной анодной поддерживающей конструкции. Предусмотрен один основной зажим 54 и один вспомогательный зажим 56 для каждого анодного стержня 26. Основной зажим 54 всех анодов электролизера постоянно зацеплен за исключением операции во время поднятия анодной балки. Предусмотрено средство управления, например, пневматические цилиндры или электрические двигатели для управления операциями зацепления и расцепления основных зажимов 54 и вспомогательных зажимов 56. В анодном устройстве между анодными балками 30 также предусмотрен бункер с глиноземом 62,который меньше, чем бункер из уровня техники. Для поднятия анодной балки вспомогательные зажимы 56 всех анодов в данном электролизере закрывают компьютером для управления технологическим процессом. Затем основные зажимы 54 открывают так, что механический приводной механизм может свободно поднять анодную балку 30 с анодами,удерживаемыми в их положении вспомогательными зажимами 56, и электрическое соединение, обеспечиваемое гибкими проводниками 52, остается непрерывным. Как только анодная балка достигнет своего верхнего положения основные зажимы 54 закрывают с последующим открытием или расцеплением вспомогательных зажимов 56. Вся операция расцепления и повторного зацепления зажимов, а также поднятие анодной балки полностью автоматизированы и не требуют никакого вмешательства оператора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для поддержания анодов над катодом в электролизере, содержащее анодное устройство, включающее анодную балку, к которой прикреплено множество отдельных анодов, причем каждый анод имеет анодный стержень для прикрепления к анодной балке основным зажимом, при этом анодная балка установлена на анодном устройстве с возможностью регулирования расстояния между анодами и катодом,вспомогательный зажим для каждого анодного стержня и по меньшей мере одну электрическую балку, поддерживаемую анодным устройством, причем электрическая балка имеет соединители, обеспе-3 011904 чивающие электрическое соединение между электрической балкой и анодными стержнями. 2. Устройство по п.1, в котором вспомогательные зажимы закреплены относительно анодного устройства. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере одна электрическая балка установлена в центральной верхней части анодного устройства электролизера и множестве гибких проводников. 4. Устройство по п.3, в котором гибкие проводники выполнены из большого количества алюминиевой фольги, которая приварена к электрической балке, и прикреплены при помощи болтового или зажимного соединения к верхней части анодных стержней. 5. Устройство для регулирования расстояния между анодами и катодом электролизера, содержащее анодную балку, к которой соответствующими анодными стержнями прикреплено множество отдельных анодов, причем анодные стержни электрически соединены с электрической балкой посредством соединителей, при этом анодный стержень каждого анода поддержан в заданном положении относительно анодной балки основным зажимом, вспомогательным зажимом для каждого анодного стержня и средством для управления работой основного и вспомогательного зажимов для обеспечения зацепления и расцепления зажимов. 6. Устройство по п.5, дополнительно снабженное анодным устройством, причем вспомогательный зажим закреплен на анодном устройстве для поддержания вспомогательного зажима во время поднятия анодной балки. 7. Устройство по п.5, в котором зацеплением и расцеплением основного и вспомогательного зажимов управляет компьютер для управления технологическим процессом. 8. Устройство по п.7, в котором компьютер для управления технологическим процессом обеспечивает только расцепление основных зажимов, когда вспомогательные зажимы закрыты. 9. Способ поднятия анодной балки в электролизере, содержащем устройство по любому из пп.1-8,включающий этапы, на которых зацепляют вспомогательные зажимы для поддержания положения анодов относительно анодного устройства, расцепляют основные зажимы, перемещают анодную балку, повторно зацепляют основные зажимы и расцепляют вспомогательные зажимы. 10. Способ по п.9, в котором основные зажимы расцепляют, только когда вспомогательные зажимы зацеплены. 11. Способ по п.9, в котором вспомогательные зажимы выполнены с возможностью расцепления,только когда основные зажимы зацеплены.