Основы расчета алюминиевого электролизера

Введение

 

Алюминии — химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых изотопов алюминии не имеет.

Алюминий имеет электронную  конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. На третьем (внешнем) энергетическом уровне атома алюминия находятся три электрона, и в химических соединениях алюминии обычно трехвалентен. Из трех валентных электронов два расположены на s-подуровне и один на p-подуровне (3s²3p¹).

Так как один p-электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s-электрона, то в определенных условиях, теряя p-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Кристаллизуется алюминии в гранецентрированной кубической решетке.

Алюминий химически активен. Уже  в обычных условиях он взаимодействует  с кислородом воздуха, покрываясь очень  тонкой и прочной пленкой оксида Al₂S₃. 
 Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а также ослабляет металлический блеск. Чем чище алюминий, тем выше его стойкость против коррозии, что объясняется более прочным сцеплением оксидной пленки с поверхностью чистого металла. Из присутствующих в алюминии примесей наиболее сильно снижают его коррозионную стойкость примеси железа.

Температура плавления алюминия технической  чистоты (99,5 % А1) 658°С. 
 С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты (99,996 % А1) составляет 660,24°С. Удельная теплота плавления алюминия—около 390 Дж/г, удельная теплоемкость при 0°С—0,88 Дж/(г°С). При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6 % (99,75% А1). Кипит алюминий при 2500 °С.

Следует отметить, что удельная теплота плавления алюминия по сравнению с другими металлами очень высока; например, удельная теплота плавления меди 205 Дж/г, железа 273 Дж/г.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, волочению, резанию. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу.

Пластичность алюминия возрастает по мере повышения, его чистоты. Временное  сопротивление литого алюминия технической  чистоты составляет 88—118 Па, прокатанного 176—275 Па. Относительное удлинение  соответственно равно 18—25 и 3—5 %, а твердость по Бринеллю НВ 235—314 и 440—590.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости  от чистоты теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м°С) (99,7% А1) и 247 Вт/(м°С) (99,99% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5 % А1) она составляет 62,5 % от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты (99,997% А1) 65,45 %. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия в неодинаковой степени. Наиболее сильно электропроводность снижают примеси хрома, ванадия и марганца. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом. Удельное электросопротивление отожженной проволоки из алюминия технической чистоты (99,7% А1) составляет (0,0279-0,0282)*10^-6 Ом*м.

Следует также отметить, что алюминий обладает высокой способностью отражать световые и тепловые лучи, которая близка к отражающей способности серебра и увеличивается с повышением чистоты металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание  конструкции электролизера

 

 

1.1 Общая характеристика  алюминиевых электролизеров

Электролизные ванны 80-х годов прошлого столетия и электролизеры, применявшиеся в промышленности вплоть до конца 20-х—начала 30-х годов нашего столетия, были малой мощности (до 10 кА), с блочными предварительно обожженными анодами, периодического действия. Анодная плотность тока на таких электролизерах составляла 6,5—1,4 А/см², а расход электроэнергии на производство алюминия 80000—25000 кВт*ч/т. С 30-х годов нашего столетия начинается новый этап развития конструкции электролизных ванн.

Еще в начале 20-х годов  в электрометаллургии начали внедряться непрерывные самообжигающиеся электроды (по патенту Зодерберга), были сделаны первые попытки использовать принцип устройства таких электродов в алюминиевой промышленности. Однако устройство непрерывных самообжигающихся анодов с токоподводом по принципу непрерывных самообжигающихся электродов электропечей (посредством прижимных контактных плит) не дало желаемых результатов в алюминиевой промышленности. Значительное падение напряжения в прижимном контакте, которое не имеет решающего значения в условиях работы электродов в электропечах, крайне неблагоприятно при эксплуатации алюминиевых электролизеров.

В различных странах, в том числе и Советском  Союзе, были проведены большие экспериментальные  работы по изысканию конструкции  непрерывного электрода (анода) для нужд алюминиевой промышленности. В результате появилась система токоподвода при помощи штырей, забиваемых и неспеченную зону тела анода сбоку—так называемая система бокового токоподвода к самообжигающимся анодам. Эту систему начали внедрять в промышленность с начала 30-х годов, и, постепенно совершенствуясь, она стала конкурировать с системой обожженных анодов. Совершенствование электролизеров с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым токоподводом связано, прежде всего, с увеличением единичной мощности (силы тока) электролизеров и с отказом от первоначальных двух- и трехэлектродных конструкций в пользу сохранившейся до настоящего времени одноэлектродной конструкции анодной системы, что обеспечило широкое применение электролизеров этого типа в производстве алюминия вплоть до 50-х годов.

На рисунке 1.1.1 схематично представлена конструкция современного электролизера этого типа. В настоящее время работают промышленные серии электролизеров с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока от 60 до 140 кА. Анодная плотность тока электролизеров этой системы составляет 0,7—1,0 А/см², расход электроэнергии от 22,0 до 14,5 тыс. кВт*ч/т.

Переход на электролизеры  с самообжигающимися анодами  способствовал ускорению и удешевлению производства алюминия, так как из технологической схемы были исключены дорогостоящие переделы прессования и обжига анодов. На начало 1980 г. около 15 % алюминия производилось в электролизерах с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом.

Переход на применение электролизеров повышенной мощности (свыше 160 кА) с непрерывными самообжигающими анодами привел к разработке другой системы токоподвода — при помощи штырей, запекаемых в анод сверху. Электролизеры с анодным устройством такой системы, известные под названием электролизеров с верхним токоподводом, стали широко применяться в промышленности с пятидесятых годов нашего века. Эта система токоподвода позволила увеличить единичную мощность электролизеров и значительно упростить их обслуживание, что обеспечило рост производительности труда. На рисунке 1.1.2 дана схема современной конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом. С 50-х до 70-х годов подавляющее большинство вновь вводимых электролизных корпусов в алюминиевой промышленности оборудовалось электролизерами этого типа. Единичная мощность таких электролизеров составляла от 100 до 165 кА плотность тока 0,6—0,75 А/см², расход электроэнергии 14,2— 15,5 кВт ч/т. К началу 1980 г до 26 % алюминия производилось в электролизерах с верхним токоподводом.

Наряду с развитием  и внедрением систем электролизеров с неnpepывными самообжигающимися  анодами постоянно продолжались работы в направлении модернизации и совершенствования системы  предварительно обожженных анодов. Этому  способствовало развитие автоматизированного производства крупногабаритных анодных блоков, позволившее снизить стоимость и улучшить 
качество анодов. В результате создания автоматизированных линий монтажа и демонтажа анодов, а также создания механизмов для обслуживания анодного узла значительно coкратились тpyдовые затраты при работе на электролизерах с обожженными анодами. Главное же в конструкции таких электролизеров—дальнейшее увеличение единичной мощности при резком сокращении 
вредных выделений в атмосферу, особенно канцерогенных веществ, образующихся в результате коксования самообжигающихся анодов. Возросшие требования к улучшению условий труда и охране природы сделали конструкцию электролизеров с предварительно обожженными анодами наиболее перспективной.

В настоящее время работают серии электролиза на силу тока от 50 до 250 кА, оборудованные электролизерами с предварительно обожженными анодами. Имеются опытные электролизеры на силу тока свыше 260 кА, при этом плотность тока в анодном массиве составляет 1,1—0,65 А/см², а расход электроэнергии 13,8—15 кВт ч/т. На рисунке 1.1.3 представлена схема современной конструкции электролизера с самообжигающимися анодами. Начиная с середины 70-х годов, большинство вновь вводимых электролизных корпусов оборудуется электролизерами этого типа. 

 

 

 

Рисунок 1.1.1 – Схема  конструкции с самообжигающимся анодом и боковым токоподводом:

                    1 – катодное устройство; 2 – анодное  устройство; 3 – анодная ошиповка; 4 – механизм перемещения        анода; 5 -  укрытие шторного типа; 6 – токоподводящие штыри.

Рассматривая совершенствование  конструкции алюминиевых электролизеров за весь период развития алюминиевой  промышленности, можно сделать основной вывод, что доминирующим на всех его  этапах является рост единичной мощности агрегата при одновременном сокращении трудовых затрат на его обслуживание, снижении расхода электроэнергии, улучшении условии труда и уменьшении вредных промышленных выбросов в окружающую среду. При выборе той или иной конструкции электролизеров для нового алюминиевого завода в первую очередь учитывают эти факторы.

Рассматривая различные  системы конструкции электролизеров, легко убедиться, что все они  практически состоят из аналогичных  узлов катодного и анодного устройства, системы газоулавливания и системы  ошиновки.

В процессе развития электролитического производства алюминия с увеличением  единичной мощности электролизеров увеличивались его размеры и  совершенствовались конструктивные элементы: катодное и анодное устройство, система  газоулавливания, токоподвод (ошиновка), а также конструкция подъемных механизмов и другие конструктивные узлы.

Современные алюминиевые  электролизеры по конструкции катодного  устройства подразделяют на электролизеры  с днищем и без днища, с набивной и блочной подиной; по способу  токоподвода _ с односторонней и двусторонней схемой ошиновки; по способу улавливания газов—на электролизеры открытого типа, с колокольным газоотсосом и укрытого типа. К неудовлетворительным свойствам всех существующих конструкций алюминиевых электролизеров следует отнести недостаточно высокий коэффициент использования электроэнергии, непродолжительный срок их службы и недостаточную эффективность улавливания отходящих газов. Дальнейшее совершенствование конструкции электролизеров должно идти по пути увеличения его единичной мощности, механизации и автоматизации всех операций обслуживания, полного улавливания всех отходящих газов с последующей регенерацией их ценных компонентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1.2 – Схема  конструкции электролизера с самообжигающимися анодом и верхним токоподводом:

1 – катодное устройство; 2 – анодное устройство; 3 – горелка  газосборной системы; 4 – анодная  ошиновка; 5 – механизмы перемещения  анодного устройства; 6 – газосборный  колокол; 7 – токоподводящие штыри.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1.3 - Схема конструкции  электролизера с предварительно обожженными анодами:

1 – катодное устройство; 2 – анодная ошиновка; 3 – механизмы  перемещения анодного устройства; 4 – анодный блок; 5 – газосборное  укрытие.                    

1.2 Катодное  устройство

Катодное устройство алюминиевого электролизера предназначено  для создания условий, необходимых  для протекания процесса электролиза  в криолитно-глиноземном расплаве. Поскольку электролиз идет в весьма агрессивной среде при 950—1000°С, катодное устройство должно быть устойчиво к действию расплавленных фтористых солей; обладать достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, чтобы до минимума сократить потери тепла, быть электропроводным в зоне протекания процесса и иметь надежную изоляцию во избежание утечек тока; иметь достаточно жесткую конструкцию, способную выдержать напряжения, возникающие от протекания физико-химических реакций; обеспечивать продолжительную работоспособность между ремонтами и мобильность при замене в целях сокращения простоя электролизера в ремонте. На рисунок 1.2.1 приводится схема катодного устройства современного электролизера.

Катодное устройство представляет собой заключенную  в металлический кожух шахту  либо выложенную угольными блоками, либо набитую углеродистой массой. Между кожухом и угольной футеровкой размещены теплоизоляционные материалы, как правило, шамотный кирпич или шамотная засыпка. Угольная футеровка монтируется на цоколе из теплоизоляционных материалов. Такая футеровка стойка против воздействия криолитового расплава и сравнительно хорошо проводит ток, что особенно важно, так как подина служит катодом электролизера. Во время работы электролизера расплавленный алюминий и электролит проникают в толщу теплоизоляционных материалов, вызывая в них физикохимические превращения, приводящие к возникновению значительных деформирующих напряжений. Для защиты шахты от разрушающего действия этих напряжений служит металлический кожух. Существует два вида катодных кожухов: с металлическим днищем и без него.

Глубина шахты катодного  устройств зависит от единичной  мощности электролизера, геометрических размеров анодного массива, типа применяемого катодного кожуха и составляет 400—600 мм. Внутренние размеры шахты в  плане зависят oт 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2.1 – Катодное устройство электролизера средней  мощности (кожух без днища):

 а – продольный  разрез; б – поперечный разрез; 1 – фундамент; 2 – песчаный слой; 3 – кладка из красного кирпича; 4 – кладка из шамотного кирпича; 5 – анкер; 6 – угольная подушка (слой подовой массы); 7 – угольная футеровка стенок; 8 – засыпка; 9 – металлический кожух; 10 – бортовой лист; 11 – подовый шов; 12 – угольные подовые блоки; 13 – катодный стержень.

 

 

Рисунок 1.2.2 – Кожух  рамного типа:

 а – продольный  размер и план; б – поперечный  разрез и сечение стенок; 1 –  рама кожуха; 2 – кронштейны для  крепления бортового листа; 3 –  бортовой лист; 4 – манжет окна  для пропускания катодного стержня.

Катодные кожухи

От прочности катодного  кожуха в большой степени зависит  продолжительность межремонтного  срока работы электролизера В  связи с ростом единичной мощности электролизеров все большее распространение  получают катодные кожухи рамного типа прямо угольной формы без металлического днища и контрфорсного типа с днищем.

 

 

 

Рисунок 1.2.3 – Кожух  контрфорсный: а – продольный вид  и разрез; б – поперечный разрез; 1 – корыто кожуха; 2 – элементы жесткости  продольных стенок; 3 – контрфорсы; 4 – торцовые стенки. 

 

Кожух без днища выполняется  в виде сварной конструкции из стальных балок и листа. Существует много различных конструкций  кожухов без днища, отличающихся друг от друга в основном профилем применяемых балок, а также размещением  их по высоте кожуха. Наибольшее распространение получили кожухи без днища, сваренные из двутавровых балок или швеллеров (рисунок 1.2.2). В верхней части кожуха с внутренней его стороны приварены кронштейны для установки бортового листа, закрывающего сверху боковую футеровку и защищающего ее от окисления во время эксплуатации. В нижней части кожуха вдоль продольной его стороны прорезаны окна для пропуска катодных токоотводящих стержней.

Катодные кожухи с  днищем состоят из двух частей: корыта кожуха, сваренного из листовой стали, и балок — контрфорсов. 
Прочность таких кожухов определяется жесткостью конструкции контрфорсов, число которых зависит от длины электролизера. На рисунке 1.2.3 показана схема конструкции контрфорсного кожуха с днищем. Бортовой лист, кронштейны для его крепления, окна для катодных стержней в кожухе этого типа выполняются так же, как и в кожухе рамного типа без днища.

Цоколь и подина

Кожух без днища устанавливают  на кирпичную кладку—цоколь. Такую  кладку обычно сооружают на бетонном фундаменте;

она состоит в нижней части из четырех-пяти рядов красного, а в верхней части двух-трех рядов шамотного кирпича. Кирпичная кладка может быть заменена блоками из жаростойкого бетона.

Теплоизоляционную футеровку  подины электролизера с днищем выполняют  из шамотной засыпки высотой 30—50 мм, листового асбеста высотой 10 мм и нескольких рядов шамотного кирпича.

 

 

 

 

Рисунок 1.2.4 – Подовая  секция сборно-блочной подины:

1 – катодный стержень; 2 – угольный блок; 3 – чугунная  заливка; 4 – подовая масса

 

Для большей теплоизоляции нижние ряды шамотной кладки выкладывают легковесным кирпичом. В отечественной промышленности применяется только сборно-блочная конструкция подины, состоящая из предварительно обожженных угольных подовых и боковых блоков. Зазоры между блоками набиты специальной углеродистой массой (подовой). В мировой практике существуют 
конструкции подин, в которых вместо блоков по всей площади подины набита специальная углеродистая масса.

Подину любого типа перед  началом электролиза обжигают, чтобы  удалить из подовой массы летучие составляющие связующего материала (пека) и превратить подину в монолитный плотный массив, хорошо проводящий электрический ток. Ток к подине подводится по стальным полосам квадратного или прямоугольного сечения, называемым катодными стержнями—блюмсами. Отечественной промышленностью выпускаются прошивные катодные блоки высотой 400 мм, шириной 550 мм, длиной 600—2200 мм. Катодные стержни заделывают в угольные блоки специальной углеродистой массой или заливают чугуном. Назначение чугунной заливки или углеродистой набивки—создание механически прочного и хорошо проводящего электричество соединения катодного стержня с угольным блоком. Такая пара образует подовую секцию (рисунок 1.2.4).

При монтаже подовых  секций предусматривается предохранение  торцового конца блюмса от проникновения расплавленного алюминия, для чего в эту часть паза блока набивают углеродистую массу (80—100 мм).

В отечественной практике обычно применяют катодные стержни  из горячекатаной стали сечением 115х115 мм или 230х115 мм. Подовые блоки изготавливают на мощных прессах продавливанием угольной массы через мундштук, по форме отвечающий нужной конфигурации блока. Специальная насадка позволяет получать блоки с необходимым для заделки блюмсов пазом. Число катодных стержней в подине выбирают таким, чтобы плотность тока в них не превышала 0,18—0,20 А/мм².

По физико-механическим характеристикам угольные блоки  должны удовлетворять следующим  показателям: коэффициент разрушаемости (К_р) не более 1,7; пористость не более 24%; механическая прочность на сжатие не менее 22 МПа.

Футеровка катодного  устройства с днищем практически  не отличается от футеровки такового без днища.

 

1.3 Анодное  устройство

Анодное устройство алюминиевого электролизера, являясь одним из электродов, предназначено для подвода тока в зону непосредственного протекания процесса электролиза. Основным материалом анода служит углеродистый материал. По мере протекания процесса электролиза анод постепенно окисляется, и его необходимо периодически опускать. Для этого служит специальный подъемный механизм анодного устройства.

Как уже говорилось, аноды  подразделяются на предварительно обожженные и самообжигающиеся, а самообжигающиеся аноды по способу подвода тока — на аноды с боковым и верхним  токоподводами. Анодные устройства с предварительно обожженными анодами подразделяются на многоанодные и блочного типа (рисунок 1.3.1). Последний тип не получил в настоящее время массового pacпространения из-за трудности его обслуживания, но представляет большой интерес для дальнейшего совершенствования конструкции электролизеров

В отечественной алюминиевой  промышленности наиболее распространен  тип электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом (рисунок 1.3.2). Анод находится внутри металлического кожуха, назначение которого—удержать жидкую часть угольной массы и придать ей по мере коксования нужную форму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.1 – Схема  электролизера с предварительно обожженным анодом блочного типа: 1 –  катодное устройство контрфорсного  типа; 2 – анод; 3 – токоподводящие спуски.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.2 – Схема  электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом: 1 – катодное устройство; 2 – анод; 3 – токоподводящий штырь.

 

Ток к аноду подводится с помощью сталеалюминевых штырей, устанавливаемых сверху в тело анода. Кроме подвода тока, штыри выполняют роль несущих анод элементов. Сталеалюминевый штырь в отличие от ранее применяемых стальных не только обладает повышенной электропроводностью, но и способствует стабилизации электромагнитного поля электролизера, так как в алюминиевой части не обладает магнитными свойствами.

Штыри при помощи специальных  эксцентриковых зажимов крепятся к  анодной раме. Назначение рамы—удерживать  анод в горизонтальном положении  и подводить ток к штырям. Анодную  раму, как правило, изготавливают из стальных балок, вдоль которых монтируют токоподводящие алюминиевые шины. В электролизерах наиболее современных конструкций анодная рама полностью выполнена из алюминиевого сплава и, обладая высокой электропроводностью, является несущей конструкцией. В современных электролизерах этого типа на силу тока 150—160 кА масса анода со штырями составляет 70—80 т

Для перемещения анодной  рамы с подвешенным к ней анодом в вертикальном направлении служит подъемный механизм. В отличие  от механизма, необходимого для периодического вертикального перемещения анодной рамы относительно угольного анода, этот механизм называется основным.

Таким образом, анодное  устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом состоит  из несущей токоподводящей рамы, вертикально установленных штырей, угольного анодного массива н механизмов перемещения анода и анодной рамы. Все эти основные элементы свойственны в том или другом конструктивном оформлении электролизерам с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.3 – Схема  электролизера с самообжигающимся анодом и боковым токоподводом:

1 – катодное устройство; 2 – анод; 3 – токоподводящий штырь.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.4 – Полиспастный механизм перемещения анода электролизера  с боковым токоподводом (с тексронной передачей):

1 – электродвигатель; 2 – тексронная передача; 3 – редуктор; 4 – шестерня цилиндрическая; 5 –  барабан; 6 – тросы; 7 – регулировочный  болт; 8 – стопорная планка; 9 –  анодная рама; 10 – блоки в коробке. 

 

Конструкция анодного устройства с самообжигающимся анодом и боковым токоподводом (рисунок 1.3.3) отличается от рассмотренной выше тем, что ее штыри забиты сбоку выше зоны коксовавшегося анода в так называемый тестообразный слой. Для бокового токоподвода применяются стальные штыри. Контакты между штырем и токоподводящим спуском осуществляют несколькими способами, наиболее распространены клиновой и сварной контакты.

В электролизерах этой конструкции  анодная рама выполнена в виде короба. В большинстве случаев  для систем с боковым токоподводом характерно применение механизмов вертикального перемещения анода полиспастного типа (рисунок 1.3.4) Как правило, перемещение анодной рамы осуществляется основным механизмом, а вспомогательные механизмы отсутствуют. Анод при этом закрепляется в стационарном положении при помощи установки временных тяг.

Формование анода у  электролизеров этого типа происходит в алюминиевом кожухе, изготавливаемом  из листового алюминия толщиной 0,8—1,0 мм. Назначение алюминиевого кожуха: предохранить от вытекания жидкий слой анодной массы, а в нижней части — предохранить анод от окисления. Тело анода заключено в анодную раму, сваренную из листовой стали и усиленную швеллерами, к которым приварены стальные балки — перья. К нижней части перьев подвешены стальные изогнутые в форме “серег” прутья, на которые опирается нижний ряд штырей, и тем самым вес анода передается на раму. Существуют конструкции, у которых “серьги” заменены клиньями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.5 – Схема  электролизера с предварительно обожженными анодами:

1 – катодное устройство; 2 – аноды; 3 – токоподводящий  анододержатель.

 

Конструкция блочного обожженного  анода напоминает вышеописанную. Токоподвод к нему осуществляется при помощи штырей, забитых в специальные  гнезда сбоку. Отличительной особенностью анода этого типа является его наращивание предварительно обожженными блоками по мере сгорания. Для создания монолитного анода блоки “склеиваются” между собой специальной углеродистой массой.

Наиболее простой с  точки зрения конструирования представляется система многоанодного типа, состоящая из предварительно обожженных угольных блоков (рисунок 1.3.5). В современных электролизерах такого типа анодный массив набран из достаточно крупных анодных блоков. Как правило, применяют угольные аноды шириной 700—900 мм, высотой 550—650 мм, длиной 1450—1600 мм. Механический и электрический контакты между анододержателем и угольным анодом осуществляются при помощи заливки чугуном или заделки углеродистой массой.

Анододержатель представляет собой алюминиевую штангу, соединенную со стальным кронштейном. Это соединение осуществляется различными методами: электросваркой, сваркой трением, сваркой при помощи взрыва и болтами. Наибольшее распространение получили сварные конструкции анододержателей. Алюминиевые штанги анододержателя прижимаются специальными зажимами к анодным шинам, закрепленным на анодной раме. Для перемещения анодной рамы, а следовательно, и всего анодного массива на электролизере смонтирован подъемный механизм, аналогичный основному механизму подъема самообжигающегося анода с верхним токоподводом. Во время периодически производимой перетяжки анодной рамы аноды фиксируются с помощью временных зажимов, установленных на электролизере, или специальным устройством.