198532. lajstromszámú szabadalom • Felsőszerkezet Hall-Heroult alumíniumgyártó eljárásnál alkalmazott téglalapú fámházzal kialakított kádhoz
1 2 A találmány tárgya felsőszerkezet Hall-Heroult alumíniumgyártó eljárásnál alkalmazott téglalapalapú fémházzal kialakított kádhoz, ahol a kád rövidebb oldalaira támaszkodó legalább egy, a kád hossztengelyével párhuzamosan elrendezett gerendából kialakított felsőszerkezet van elsősorban az anódszerkezet és a sorban előbbi kádból átvezetett árambevezető elem, valamint az anód hordozására. A technika állása szerint ismeretesek különböző elektrolizáló alumíniumgyártó eljárásoknál használt kádkonstrukciók, amelyeknél egy vagy több vízszintes helyzetű, acélból készült gerendát támasztanak a gerenda végeire szerelt lábakkal a kádhoz és amelyet egyrészt az anódszerkezet, valamint az árambevezető elem megtartására, valamint másrészről a J timföld ellátó rendszerek hordozására szolgának (timföldtartály, timföldkéreg- törő szerkezet, timfóldadagoló rendszer). Ugyancsak ezek a felsorolt szerkezeti elemeket hordozó felsőszerkezetek használatosak az ancdok felfelé és lefelé irányuló mozgásának szabályozására és gyakori, hogy ezeken helyezik el a metallurgiai folyamatokban felhasznált anyagok továbbító vezetékét, valamint a kád által kibocsátott gázok és porok elvezető vezetékeit. A felsőszerkezet meghatározó részét alkotó gerenda végeinél lábakkal támaszkodik az elektrolízis kádat körülvevő, illetve alkotó fémházra. Ez a típusú szerkezeti elrendezés lehetőséget ad arra, hogy a kádakhoz, azok hosszanti oldalai mentén az alumínium elektrolízissel történő előállításánál hagyományosan szükséges műveleteket elvégezzék, így pl. az anódok cseréjét, továbbá ez a szerkezeti elrendezés lehetővé teszi, hogy a felsőszerkezethez a működésben lévő kádból eredő hő által létrehozott, a kádat körülvevő fémházban keletkező dilatációs hőmozgások ne továbbítódjanak. A technika állása szerint ismeretes megoldásoknál jellemző az a műszaki fejlesztési törekvés, amely a kád hosszának növelésére, valamint a kádak kapacitásának növelésére irányul. Ennek következtében gyakorivá váltak azok a kád konstrukciók, amelyek 15-20 m hosszúságúak, és amelyek 250 kA-es és annál magasabb áramerősséggelműködnek. Az említett műszaki fejlesztési, illetve konstrukciós irányzatok megvalósításánál felmerült, illetve tapasztalható néhány olyan hiányosság, amelyek rendkívül nehezen megvalósíthatóvá teszik azokat a fontos f;eometriai helyzetmeghatározási feladatokat, ameyek az anódsík pontos beállításánál felmerülnek stb.A felsőszerkezet által alátámasztott, illetve hordozott anódokkal szemben támasztott követelmény, hogy a különböző technológiai műveleteknél előadódó geometriai beállítási helyzetek (pl. anódsík beállítás) maradéktalanul megvalósíthatók legyenek. Ebből a célból a felsőszerkezetnek olyan kialakításúnak kell lennie, hogy megfelelő szilárdsággal rendelkezzék az önsúlyból eredő mechanikai igénybevételek felvételére, továbbá megfelelő szerkezeti szilárdságú legyen a tlmföldkéreg vagy az elektrolitkéreg letörésénél fellépő erőhatások felvételére. A felsőszerkezettel szemben támasztott fontos követelmény, hogy a kád teljes hossza mentén biztosítsa az anód- katód távolság állandóságának betartását, illetve megvalósítható, ságát. Ez a távolság nagyságrendileg mintegy 40 nmei. Abból a célból, hogy a felsőszerkezetet az előbb felsorolt, általában valamennyi felsőszerkezet típussal szemben támasztott követelménynek megfelelő szilárdságú tulajdonsággal felruházzák, a konstrukciókat általában robusztusabb kivitelű, pl. a gerenda szerkezeti vastagságát óhatatlanul megnövelő kivitellel gyártáják, amelyhez természetesen nagyobb szerkezeti tömeg járul. Ugyancsak megnövekszik a gerenda keresztmetszete, amely méretnövekedésnek a műhely csarnok-épület belső magassága szab határt. Természetesen mind az épület nagyobb belső méreteit, mind pedig a robusztusabb szerkezeti kialakítást realizáló konstrukciók lényegesen nagyobb beruházási költségvorzatúak. Számos esetben azonban a felsorolt módon történő szerkezeti szilárdságnövelő műszaki intézkedéseknek a konkrét elrendezési és költség-felhasználási lehetőségek objektív határokat, illetve akadályokat jelentenek. \ találmánnyal célunk az említett hiányosságok kiküszöbölése, illetve az alumíniumgyártó eljárásnál alkalmazott, a bevezetőben leírt kádhoz csatlakoztatott, illetve arra támaszkodó felsőszerkezet továbbfejlesztése, amely lényegesen jobb működési hatásfokkal jellemezhető, mint az ismert megoldások. \ találmánnyal feladatunk a Hall-Heroult alumíniumgyártó eljárásnál alkalmazott elektrolizis kádhoz felhasznált felsőszerkezet továbbfejlesztése, amely a mindinkább teret hódító és a kádak szerkezeti méreteinek és teljesítményének növelésében megnyilvánuló konstrukciónak megfelelő nagy szerkezeti szilárdságú és teherbírású felsőszerkezet kialakítását teszi lehetővé a mechanikai igénybevételt felvevőhordozó szerkezeti elemek (gépelemek) szerkezeti méreteinek és a tömegének jelentős növelése nélkül, lehetőség szerint az adott, illetve meglévő üzemcsarnok - épület méretek figyelembevételével, továbbá lehetőség szerint minél alacsonyabb beruházási-fejlesztési költséggel. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha a felsőszerkezettel szemben támasztott megnövekedett teherbírási és műveleti mérettartás pontossági követelményeket újszerű geometriai elrendezéssel és a berendezés további szerkezeti elemmel való kiegészítésével oldjuk meg. A kitűzött feladatot a bevezetőben leírt típusú felsőszerkezetnél a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy minden egyes gerenda legalább egy közbenső portálemelőrésszel van alátámasztva. Célszerű továbbá az olyan kiviteli alak, amelynél a portálemelőrésznek négy lába van. A találmány szempontjából továbbá előnyös, hogy a portálemelőrész legalább két fél-darabból van kialakítva, amelyek mindegyike két lábbal van ellátva. A találmány szerint felsőszerkezetet a továbbiakban részletesen konkrét kiviteli példák és rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra egy modem elektrolízis kád (Pechiney típusú) keresztmetszeti szerkezeti képe, a 2- 5. ábrák konkrétan a találmányunk szerinti felsőszerkezet különböző szerkezeti részeit szemléltetik. A találmányunk szerinti megoldással könnyűszerrel megoldható a napjainkban általánosan alkalmazott nagyteljesítményű elektrolízis kádak létesítésénél fellépő, a szerkezeti szilárdság növeléséből fakadó, robusztus méreteket és nagy szerkezeti tömegeket eredményező konstrukció nehézkességben és magas beruházási költségekben megnyilvánuló számos további 198.532 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
