СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ САМООБЖИГАЮЩЕГОСЯ АНОДА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1994 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, к способам формирования самообжигающегося анода электролизеров с верхним токоподводом.

Известен способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий периодическую загрузку в анод массы, содержащей 28-34 мас. % каменноугольного пека в качестве связующего и 66-72 мас. % кокса в качестве заполнителя.

Недостатком данного способа является то, что при перестановке токоподводящих штырей в образовавшиеся отверстия затекает жидкая анодная масса, обогащенная пеком, при попадании которой в зону высоких температур происходит быстрое ее коксование, что приводит к образованию рыхлой и пористой коксовой структуры, а это отрицательно сказывается на качестве вторичного анода, а следовательно, и всего анода в целом. Кроме того, осуществление данного способа связано с выделением значительного количества смолистых веществ, образующихся как при коксовании анода, так и выделяющихся при попадании жидкой массы, обогащенной пеком, в отверстия из-под штырей.

Наиболее близким является способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий загрузку анодной массы с содержанием связующего 20-32% в анодный кожух прямоугольной формы на поверхность анода с установленными в нем рядами токоподводящих штырей, образующую три слоя: верхний слой брикетированной массы, имеющий температуру поверхности не более 130^оС; средний слой необожженной массы с отверстиями из-под штырей, образовавшимися при их перестановке, и нижний слой обожженной массы, а также заполнение указанных отверстий массой с повышенным содержанием связующего. Использование анодной массы указанного состава уменьшает выделение в атмосферу корпуса смолистых веществ, образующихся при коксовании анода.

Недостатком же данного способа является то, что вводимая в отверстия из-под штырей при их перестановке масса с повышенным содержанием связующего сразу же попадает в зону высоких температур и быстро коксуется, что приводит к образованию рыхлой и пористой структуры и тем самым снижает качество вторичного анода, а следовательно, и всего анода в целом. При этом также не исключается выделение смолистых веществ. Кроме того, осуществление данного способа связано с дополнительными затратами по заполнению отверстий из-под штырей. Следует также отметить, что использование "сухой" анодной массы связано с повышенной осыпаемостью боковых граней анода.

В основу изобретения положена задача разработать способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, создающий наиболее благоприятные условия для усреднения анодной массы, самопроизвольного ее затекания в отверстия из-под штырей при их перестановке и обеспечивающий повышение плотности анода, что повысит качество анода, уменьшит выделение смолистых веществ, выделяющихся при заполнении отверстий из-под штырей, и снизит затраты по заполнению указанных отверстий массой.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в способе формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающем загрузку "сухой" анодной массы с содержанием связующего 20-32% в анодный кожух прямоугольной формы на поверхность анода с установленными в нем рядами токоподводящих штырей и массы с повышенным содержанием связующего для заполнения отверстий из-под штырей, образовавшихся при их перестановке, загрузку массы для заполнения отверстий из-под штырей осуществляют в прилегающие к длинным сторонам анодного кожуха части анода, ширину которых устанавливают исходя из схемы размещения токоподводящих штырей в плане анода, равной 0,15-0,35 ширины анода каждая, а "сухой" массой загружают среднюю часть анода. Загрузку прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха частей анода осуществляют массой с содержанием связующего на 2-10% выше его содержания в массе, загружаемой в среднюю часть анода.

При загрузке массы с повышенным содержанием связующего для заполнения отверстий из-под штырей, образовавшихся при их перестановке, в прилегающие к длинным сторонам анодного кожуха части анода и "сухой" анодной массы с содержанием связующего 20-32% в среднюю часть анода происходит проникновение избыточного количества связующего (отстоев пека) из прилегающих к длинным сторонам кожуха частей анода в среднюю часть анода, загружаемую "сухой" массой, в результате чего в прилегающих к длинным сторонам кожуха частях анода остается вязкотекучий слой массы однородного (усредненного) состава. Таким образом, при перестановке токоподводящих штырей образовавшиеся отверстия из-под штырей самопроизвольно заполняются вязкотекучей массой однородного состава, что способствует образованию хорошего вторичного анода и уплотнению трещин, повышая тем самым качество анода. Самопроизвольное заполнение отверстий из-под штырей снижает затраты, связанные с заполнением указанных отверстий, так как отпадает необходимость в специальной операции, предусматривающей подачу массы в каждое образовавшееся отверстие. Кроме того, заполнение отверстий из-под штырей массой однородного состава исключает операцию, связанную с подготовкой (перемешиванием и усреднением) массы перед заполнением отверстий, что также снижает затраты, связанные с заполнением отверстий из-под штырей.

Проникновение избыточного количества связующего из прилегающих к длинным (продольным) сторонам анодного кожуха частей анода в среднюю, загружаемую "сухой" массой, его часть обеспечивает также усреднение состава всего загружаемого слоя анодной массы по всему сечению анода и позволяет получить более однородный по своей структуре анод с одинаковыми реакционными свойствами, что также положительно сказывается на качестве анода.

Вязкотекучий слой является хорошим затвором для смол и газов коксования, образующихся как при коксовании анода, так и выделяющихся при заполнении отверстий из-под штырей при их перестановке. Поэтому значительная их часть удаляется не через верх анода, а направляется в нижние слои анода, где под действием высоких температур они разлагаются с выделением углерода, который отлагается в порах анода. Это повышает качество анода, так как углерод, отлагаясь в порах, уменьшает пористость анода и тем самым создает плотную структуру анода как его периферийной части, так и вторичного анода. Наличие вязкотекучего слоя обеспечивает также уменьшение выделения смолистых веществ.

Ширина прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха частей анода установлена исходя из схемы размещения токоподводящих штырей в плане анода, равной 0,15-0,35 ширины анода каждая. Это обеспечивает равномерное и полное заполнение отверстий из-под штырей вязкотекучей массой однородного состава. Указанные пределы ширины прилегающих к продольным сторонам кожуха частей анода определены исходя из оптимального расположения токоподводящих штырей относительно продольной стороны анодного кожуха.

При ширине каждой из указанных частей менее 0,15 ширины анода происходит неравномерное и недостаточное заполнение массой отверстий из-под штырей и после установки штырей на верхний горизонт вокруг них образуются неплотности, через которые выделяются газы коксования и смолистые вещества. При уменьшении ширины каждой указанной части менее 0,15 ширины анода требуется более близкое расположение штырей к продольной стороне анодного кожуха, что, в свою очередь, приводит к пригоранию анодной массы к стенке кожуха и снижению механической надежности подвески анода на штырях. Таким образом, при ширине указанной части анода менее 0,15 ширины анода снижается качество анода и увеличивается выделение смолистых веществ, а также повышаются затраты, связанные с заполнением отверстий из-под штырей.

При ширине каждой из указанных частей анода более 0,35 ширины анода соответственно уменьшается средняя часть анода, загружаемая "сухой" анодной массой, а это приводит к повышению среднего содержания связующего в коксопековом слое. В этом случае в среднюю часть анода из прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха его частей проникает только часть избыточного количества связующего, что приводит при перестановке штырей к заполнению образующихся отверстий массой, обогащенной связующем, а это снижает качество вторичного анода и при этом повышается выделение смолистых веществ. Повышение среднего содержания связующего в коксопековом слое анода также повышает выделение смолистых веществ с поверхности анода. Кроме того, перед заполнением отверстий из-под штырей массой, обогащенной связующим, необходима ее предварительная подготовка (перемешивание и усреднение), что повышает затраты, связанные с заполнением указанных отверстий.

Загрузку прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха частей анода осуществляют массой с содержанием связующего на 2-10% выше его содержания в массе, загружаемой в среднюю часть анода. При повышении содержания связующего в массе менее чем на 2% масса теряет жидкотекучесть, в результате чего не обеспечивается самопроизвольное заполнение отверстий из-под штырей, что естественно отрицательно сказывается на качестве анода, повышает выделение смолистых веществ, а также требует дополнительных затрат, связанных с заполнением указанных отверстий. Превышение содержания связующего в массе более чем на 10% приводит к тому, что при перестановке штырей в образовавшиеся отверстия затекает масса с избыточным количеством связующего, что снижает качество вторичного анода и повышает выделение смолистых веществ, образующихся при затекании такой массы в указанные отверстия. В этом случае также повышается среднее содержание связующего в коксопековом слое анода, что повышает выделение смолистых веществ с поверхности анода. Кроме того, при таком высоком содержании связующего оно при коксовании претерпевает значительную усадку, что вызывает внутренние напряжения в аноде и способствует образованию большого числа трещин, а следовательно, понижается прочность анода и повышается его реакционная способность. При этом также требуются дополнительные затраты, связанные с предварительной подготовкой массы перед заполнением отверстий из-под штырей. Следует также отметить зависимость содержания связующего в массе, загружаемой в прилегающие к продольным сторонам анодного кожуха части анода, от ширины этих частей.

Промышленная применимость способа подтверждается приведенным примером практического осуществления.

В анодный кожух прямоугольной формы алюминиевого электролизера с верхним токоподводом типа С8Б на поверхность анода в прилегающие к продольным сторонам анодного кожуха загружают массу с содержанием связующего 34% в количестве 720 кг, а затем в среднюю его часть загружают "сухую" массу с содержанием связующего 26% в количестве 380 кг. Превышение содержания связующего в массе, загружаемой в прилегающие к продольным сторонам кожуха части анода, относительно его содержания в массе, загружаемой в среднюю часть анода, составляет 8% . Загрузку осуществляют 1 раз в двое суток. В аноде электролизера установлено четыре ряда токоподводящих штырей, по два ряда вдоль каждой продольной стороны кожуха, при этом удаление внутренних рядов штырей от продольной стороны кожуха составляет 850 мм, что соответствует 0,3 ширины анода. Ширина каждой из прилегающих к продольной стороне кожуха части анода составляет 0,33 его ширины. Таким образом, ширина указанных частей анода перекрывает зону размещения токоподводящих штырей в плане анода. После загрузки массы на поверхность анода избыточного количества связующего (отстоев пека) в верхнем коксопековом слое не наблюдалось, что свидетельствует о хорошем усреднении состава массы. При извлечении штырей в образовавшиеся отверстия самопроизвольно затекала вязкотекучая масса однородного состава без избыточного количества связующего. При этом наблюдалось полное и равномерное их заполнение. Самопроизвольное заполнение отверстий исключало операцию, связанную с подачей массы в каждое образовавшееся отверстие из-под штырей. После заполнения отверстий массой осуществляли установку подготовленных холодных штырей на верхний горизонт. При заполнении отверстий массой наблюдалось незначительное выделение смолистых. В процессе работы алюминиевого электролизера разрушений боковой поверхности анода и образования "шеек", а также неровностей на подошве анода не наблюдалось, что свидетельствовало о хорошем качестве как вторичного анода, так и всей периферийной части самого анода.

Увеличение ширины каждой из прилегающих к продольным сторонам анодного кожуха части анода более 0,35 приводило к появлению отстоев пека, что естественно снижало качество анода и приводило к повышенному выделению смолистых веществ.

При использовании массы, загружаемой в прилегающие к продольным сторонам кожуха части анода шириной 0,33, с содержанием связующего 27% , что превышало содержание связующего в "сухой" массе на 1% , т. е. менее 2% , масса теряла жидкотекучесть и свободно, самопроизвольно не затекала в образовавшиеся после извлечения штырей отверстия, что требовало дополнительных затрат, связанных с подачей массы в каждое образовавшееся отверстие, а также приводило к ухудшению качества анода и повышенному выделению смолистых. При этом наблюдалось разрушение боковых поверхностей анода.

При использовании же массы с содержанием связующего 38% , что превышало содержание связующего в "сухой" массе более, чем на 10% наблюдались отстои пека, что снижало качество анода и повышало выделение смолистых веществ в атмосферу корпуса, а также требовало дополнительной подготовки массы перед заполнением отверстий из-под штырей. В этом случае при извлечении отдельных штырей наблюдалось выделение газов, что свидетельствовало о наличии трещин в аноде и о плохом качестве вторичного анода. При этом также наблюдалось образование неровностей на подошве анода. (56) Заявка Японии N 53-42283, кл. С 25 С 3/12, 1978.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, к способам формирования самообжигающегося анода электролизеров с верхним токоподводом. Сущность изобретения сводится к тому, что загрузку массы с повышенным содержанием связующего для заполнения отверстий из-под штырей осуществляют в прилегающие к длинным сторонам анодного кожуха части анода, ширину которых устанавливают исходя из схемы размещения токоподводящих штырей в плане анода, равной 0,15 - 0,35 ширины анода каждая, а "сухой" массой с содержанием связующего 20 - 32% загружают среднюю часть анода. При этом загрузку прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха частей анода осуществляют массой с содержанием связующего на 2 - 10% выше его содержания в массе, загружаемой в среднюю часть анода. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ САМООБЖИГАЮЩЕГОСЯ АНОДА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий загрузку "сухой" анодной массы с содержанием связующего 20 - 32% в анодный кожух прямоугольной формы на поверхность анода с установленными в нем рядами токоподводящих штырей и массы с повышенным содержанием связующего для заполнения отверстий из-под штырей, образовавшихся при их перестановке, отличающийся тем, что загрузку массы для заполнения отверстий из-под штырей осуществляют в прилегающие к длинным сторонам анодного кожуха части анода, ширину которых устанавливают, исходя из схемы размещения токоподводящих штырей в плане анода, равной 0,15 - 0,35 ширины анода каждая, а "сухой" массой загружают среднюю часть анода. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрузку прилегающих к длинным сторонам анодного кожуха частей анода осуществляют массой с содержанием связующего на 2-10% выше его содержания в массе, загружаемой в среднюю часть анода.