Кожух алюминиевой ванны, его установка на цоколе и футеровка

29.01.2017

От прочности кожуха в значительной мере зависит срок службы ванн, особенно мощных (больших размеров). Кожухи бывают круглой, овальной и прямоугольной формы.
Круглый кожух обычно применяют только для ванн малой мощности (до 25—30 тыс. а). При более мощных ваннах применение круглого кожуха приводит к затруднениям при эксплуатации ванн.
Кожухи овальной формы (рис. 57, а), как показала заводская практика, недостаточно прочны, а срок службы ванн с овальными кожухами меньше, чем ванн с прямоугольными кожухами. Поэтому кожухи овальной формы заменены кожухами более жесткой конструкции прямоугольной формы.
Прямоугольные кожухи (рис. 57, б, е) бывают с днищем и без днища. В заводской практике широкое распространение получили ванны с кожухом без днища. Для обеспечения необходимой прочности этот кожух готовят из листовой стали толщиной 10—12 мм и усиливают снаружи ребрами жесткости (поясами) из стальных швеллеров № 30 или двутавровых балок № 36. Эти пояса к кожуху крепят при помощи заклепок или сварки. В некоторых случаях кожух склепывают только из одних швеллеров. Кожухи без днища устанавливают на кирпичную кладку — цоколь.
Цоколь сооружают на бетонном фундаменте из двух-трех рядов красного кирпича, а остальные ряды выполняют из шамотного кирпича. Для предотвращения отрыва кожуха от цоколя его крепят к фундаменту анкерными лапами.
Несмотря на большую прочность кожуха и жесткое крепление его к фундаменту, он под влиянием возникающих внутри усилий с течением времени деформируется: длинные стороны его выгибаются, торцовые стороны поднимаются и кожух приобретает бочкообразную форму.
Чем больше размеры ванны, тем сильнее деформируется в процессе работы ее кожух, поэтому в заводской практике стали применять дня мощных ванн (до 120 000 а) более жесткие кожухи с днищем.
Кожух с днищем (рис. 57, г) представляет собой сваренный из листовой стали толщиной 10—12 мм короб (корыто) прямоугольного сечения. Короб кожуха устанавливают в полурамы жесткости (контрфорсы), которые придают ему жесткость (прочность). Торцовые стороны короба укрепляют двутавровыми или швеллерными балками. Такие кожухи к фундаменту не крепят, а их контрофорсы устанавливают на фундамент свободно на асбестовых изоляционных прокладках толщиной 15—20 мм.
Кожух алюминиевой ванны, его установка на цоколе и футеровка

Существенным недостатком кожуха такого типа являются большие потери тепла днищами. Эти потери, как показывают измерения на ваннах средней мощности (60 000 а), в пять раз больше, чем потери тепла у ванн с кожухами без днища. Поэтому кожухи с днищем для ванн средней мощности не применяют, хотя такие ванны имеют повышенный срок службы.
Кожухи как с днищем, так и без днища устанавливают с таким расчетом, чтобы борта ванны находились на 250—300 мм выше уровня пола. При такой высоте их над полом обеспечивается удобство обслуживания ванн и уменьшаются их тепловые потери.
В течение многих лет футеровка кожуха ванны принципиально не претерпела большого изменения. Она выполняется из слоя огнеупорного и слоя углеродистого материалов. Первый слой выкладывают обычно из шамотного кирпича, он прилегает непосредственно к кожуху. Слой огнеупорного кирпича, с одной стороны, изолирует электрически кожух ванны от внутренней угольной футеровки, с другой стороны, создает тепловую изоляцию, которая не позволяет кожуху и подине ванны слишком нагреваться, благодаря чему уменьшаются бесполезные потери тепла ванной в окружающую среду. Внутреннюю часть шахты ванны футеруют угольными блоками и плитами, которые достаточно стойки по отношению к расплавленному криолиту. Блоками футеруют подину ванны, плитами — боковые ее стороны.
Иногда в заграничной практике, в частности в США, применяют набивные подины из углеродистой массы. Набивку производят массой в разогретом состоянии специальными пневматическими трамбовками. Отвод тока от таких подин производится с помощью стальных полос, запрессованных в толщу подовой массы. Стоимость таких подин примерно в два раза меньше стоимости подин, футерованных прессованными обожженными блоками, хотя, как показали производственные испытания таких подин на отечественных заводах, срок службы их меньше и расход электроэнергии выше, чем у ванн, футерованных угольными блоками. Возможно, что усовершенствование в изготовлении ванн с набивной подиной в дальнейшем позволит устранить указанные недостатки и применять эти ванны в производстве.
Футеровка подины обожженными угольными блоками показана на рис. 58.
Кожух алюминиевой ванны, его установка на цоколе и футеровка

Выполняется она следующим образом. Внутри кожуха на поверхность кирпичной кладки наносят слой углеродистой массы — «подушку» толщиной 40—50 мм. На «подушку» устанавливают основную часть катодного устройства — подовые секции, состоящиe из угольных обожженных подовых блоков сечением 400х400 мм. В пазы подовых блоков заделаны стальные квадратные или круглые стержни — блюмсы» с помощью которых ток отводится or катодных блоков. Для создания хорошего контакта между блюмсом и блоком зазор между ними заливают чугуном или заделывают специальной угольной массой (рис. 29, б). После установки секций в ванну свободные концы стержней выступают из кожуха наружу вдоль длинной оси ванны. Благодаря наличию угольной «подушки» представляется возможность установить подовые секции строго горизонтально. Катодные стержни oт кожуха изолируют замазкой, состоящей из асбеста и жидкого стекла. Схема укладки катодных секций на угольную «подушку» приведена на рис. 59.
Кожух алюминиевой ванны, его установка на цоколе и футеровка

Зазоры между подовыми блоками, а также между блоками и угольными плитами тщательно набивают необожженной подо вой угольной массой Боковые угольные плиты поднимаются выше подовых блоков до самого верха шахты ванны. Зазоры между плитами и верхним бортовым листом кожуха также набивают подовой угольной массой.
После обжига угольная футеровка подины и стенок ванн делается прочной и через нее не проникает электролит к кирпичной кладке. Лучшие результаты дали подины ванн, которые смонтированы из прошивных блоков с перевязкой центрального продольного шва.
В настоящее время, пока в опытном порядке, делаются попытки заменить угольную боковую футеровку другим малопроводящим электрический ток материалом, в частности карбидом кремния (карборундом или рефраксом). Если этот материал спрессовать с небольшим количеством связующего в плиты и обжечь их при температуре 2200—2300°, то такие плиты оказываются не только малоэлектропроводными, но и достаточно устойчивыми против разрушающего действия криолито-глиноземного расплава.
Применение такой футеровки, как показали промышленные испытания на одном из заводов, позволяет повысить выход по току, снизить расход электроэнергии, а также капитальные затраты на строительстве ванн в связи с сокращением расстояния от анода до боковой футеровки. Кроме того такая боковая футеровка позволяет сконструировать ванну с утепленным сводом, что дает возможность работать с открытой поверхностью электролита и баз бокового гарниссажа. Отсутствие корки на электролите в свою очередь, позволит перейти к непрерывной, а затем и к автоматической подаче глинозема в ванну и освободить персонал цеха от таких трудоемких и тяжелых операций, как обработка ванны и ручная загрузка глинозема.
Устройство футеровки ванны с днищем мало отличается от футеровки ванны без днища. В ванне с днищем перед ее футеровкой на поверхность днища кожуха выкладывают листовой асбест толщиной порядка 10 мм. На поверхность асбестового листа насыпают ровным слоем глиноземистые сметки (отходы производства), а затем на этот слой кладут шамотный кирпич. В остальном футеровка выполняется так же, как и в ванне без днища.