ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1994 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия.

Известен электролизер с непрерывным самообжигающимся анодом, предусматривающий переплавку крупногабаритных отходов алюминия и его сплавов. Для загрузки отходов в шахту электролизера в центральной части анода сформирован вертикальный загрузочный канал.

Необходимость формирования канала внутри анода с помощью замкнутой металлической перегородки усложняет конструкцию электролизера. Кроме того, уменьшение рабочего сечения анода ведет к повышению анодной плотности тока, усилению циркуляции электролита и диффузии растворенного металла к аноду, что увеличивает потери металла.

Известен также электролизер с непрерывными самообжигающимися анодом и катодным устройством, конструкция которого предусматривает переплавку крупногабаритных отходов. Для загрузки их в электролизер в аноде сформирована плавильная ниша с помощью стальной перегородки, жестко закрепленной в анодном кожухе.

Недостатки известных электролизеров следующие: усложнение конструкции, вызванное установкой стальной перегородки в аноде; уменьшение сечения анода, приводящее к потерям металла. Кроме того, из-за наличия стальной перегородки в аноде уменьшается количество токоподводящих штырей (анодные штыри в месте установки перегородки не забиваются), что вызывает неравномерное распределение тока в теле анода и снижает эффективность работы электролизера.

Цель изобретения - упрощение конструкции электролизера-плавильника (т. е. электролизера, в котором производится переплавка крупногабаритных отходов алюминия и его сплавов) и повышение эффективности переплавки отходов.

Предлагаемая конструкция электролизера-плавильника включает следующие существенные признаки, общие с прототипом: электролизер для получения алюминия с введением в ванну подлежащих переплавке крупногабаритных алюминийсодержащих отходов содержит самообжигающийся анод и футерованный катод.

Новыми существенными признаками являются следующие:
анод установлен (при монтаже электролизера) в шахте ванны со смещением в сторону входного торца по ходу тока; смещение анода определяется соотношением расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах электролизера, соответственно равным 1,8-2,2.

Проблема загрузки крупногабаритных отходов в ванну в предлагаемом решении решается путем расширения расстояния "борт-анод", но это расширение осуществляется конструктивно значительно проще: смещение анода в процессе монтажа электролизера-плавильника в сторону входного торца (по ходу тока) шахты ванны с соответствующим увеличением расстояния "борт-анод" на выходном торце электролизера.

Увеличение расстояния "борт-анод" (и загрузку крупногабаритных отходов в ванну) осуществляют именно в выходном торце электролизера по следующей причине. В электролизерах с самообжигающимся анодом выходной торец ванны работает горячей, чем входной, из-за горизонтальной составляющей тока в катодном металле; кроме того, интенсивней идет циркуляция расплава под воздействием электромагнитных полей. Для обычного электролизера это конструктивный недостаток, приводящий зачастую к разрушению футеровки в торцовой стенке кожуха и прорыву расплава из шахты. В электролизере-плавильнике предлагаемой конструкции повышенное выделение тепла и циркуляция расплава в выходном торце являются положительным фактором, способствующим быстрому расплавлению отходов и препятствующим зарастанию шахты в торце.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер (продольный разрез) со смещением в сторону входного торца анодом; на фиг. 2 - фрагмент выходного торца электролизера с дополнительной катодной секцией и блоком искусственной настыли.

Электролизер содержит самообжигающийся анод 1 прямоугольной формы. Расстояние "борт-анод" в входных торцах электролизера, равное l₁ = 500 мм, удлинили в ходе капремонта электролизера путем установки в выходном торце его дополнительной катодной секции 2 и блока 3 искусственной настыли. Направление тока от входного торца к выходному указано стрелкой. Расстояние "борт-анод" в выходном торце l₂ при этом составило
l₂ = l₁ + l_к + l_ш + l_н = 500 + 550 + 50 +
+ 200 = 1300 мм, где l_к - ширина катодного блока, мм;
l_ш - ширина межблочного шва, мм;
l_н - ширина блока искусственной настыли, мм.

Пределы соотношения расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах электролизера определены равными l₂:l₁ = =1,8-2,2 экспериментальным путем.

Переплавку крупногабаритных отходов в электролизере осуществляют следующим образом.

После пуска электролизера и выхода его на нормальный технологический режим в выходном торце электролизера разрушают криолит-глиноземную корку и в образовавшееся между анодом и бортом ванны окно загружают электромостовым краном или погрузчиком крупногабаритные отходы, например чушки весом 0,5 т, или мелкогабаритные отходы в пакетированном виде.

Переплавка отходов ведется со скоростью 1 чушка в сутки, при этом производительность электролизера возрастает почти вдвое. Для поддержания оптимальной температуры расплава в пределах 950-970^оС (нормальный технологический ход электролизера) рабочее напряжение на электролизере в зависимости от массы загруженных на переплавку отходов увеличивают на 0,2-0,5 В.

Величина смещения анода в сторону входного торца определяется соотношением расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах, равным l₂:l₁ = 1,8-2,2. Указанное соотношение подобрано экспериментальным путем. Оптимальное расстояние "борт-анод" определяют по установившейся форме рабочего пространства в выходном торце электролизера. Максимальная величина этого расстояния l_2maх соответствует зоне начала образования гарнисажа в шахте ванны (гарнисаж-настыль в зоне электролита). Дальнейшее увеличение этого расстояния неэффективно, так как это зона гарнисажа, и расстояние "анод-настыль" при этом не увеличивается. Увеличить это расстояние можно, лишь нарушая нормальный технологический ход электролизера в сторону "горячего хода", что приводит к ухудшению технико-экономических показателей работы электролизера. Определенное в ходе испытаний l_2max составляет 2,2l₁. При l₂ > 2,2l₁ значительно увеличивается площадь теплоотдающих поверхностей электролизера, что ведет к существенному увеличению расхода электроэнергии.

Минимальное расстояние "борт-анод" в выходном торце электролизера соответствует максимальному расстоянию "анод-бортовая настыль" (бортовая настыль - настыль в зоне катодного металла - см. фиг. 2) и составляет l_2min = 1,8l₁. Уменьшение этого расстояния менее 1,8l₁ существенно лимитирует размер сечения переплавляемых отходов и не позволяет с достаточной эффективностью производить переплавку крупногабаритных отходов.

Для удобства обслуживания электролизер-плавильник монтируется крайним в ряду электролизеров (при продольном расположении электролизеров в корпусе) с учетом направления серийного тока.

При поперечном расположении электролизеров электролизер-плавильник монтируется в любом удобном для завозки и загрузки отходов месте корпуса. Число электролизеров-плавильников в серии определяется объемом переплавляемых отходов.

Электролизер для получения алюминия предусматривает введение в ванну крупногабаритных отходов алюминия и его сплавов для переплавки. Для упрощения конструкции электролизера-плавильника и повышения эффективности переплавки отходов анод установлен в шахте ванны со смещением в сторону входного торца по ходу тока. Величина смещения определяется соотношением расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах электролизера, равным 1,8 - 2,2. 2 ил.

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ с введением в ванну подлежащих переплавке крупногабаритных алюминийсодержащих отходов, содержащий самообжигающийся анод и футерованный катод, отличающийся тем, что анод установлен в шахте ванны со смещением в сторону входного торца по ходу тока, причем соотношение расстояний борт-анод в выходном и входном торцах электролизера составляет 1,8 - 2,2.