УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКРЫТИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И ПОДАЧИ ГЛИНОЗЕМА В ЭЛЕКТРОЛИТ Российский патент 1997 года по МПК C25C3/14 

Изобретение относится к электрометаллургии алюминия применительно к получению этого металла электролизом криолито-глиноземного расплава по методу Эру-Холла.

При существующей технологии обслуживания алюминиевых электролизеров между анодом и стенкой катода образуют корку из затвердевшего электролита со слоем глинозема на ней. Эту корку периодически разрушают с использованием различных передвижных механических устройств. Куски корки и глинозем погружают при этом в электролит. В более прогрессивных решениях применяют устройства для "непрерывного" питания электролита глиноземом (НПГ) балочного или точечного типа, стационарно устанавливаемые на ваннах (М.М.Ветюков, А.М.Цыплаков, С.Н.Школьников. Электрометаллургия алюминия и магния. М. "Металлургия", 1987 г, 320 с).

Устройства НПГ балочного типа предложены, например, в изобретениях по авт. св. СССР N 526682; 855075; 899723; 1.178.799, а также в патенте США N 4.849.529. Устройства "точечного " типа, содержащие той или иной конструкции пробойник корки и дозатор, предложены в авт.св. СССР N 458624; 461973; 985153; 999664; 1.378.425 и 1.445.264; патентах США N 3.681.229; 3.901.787; 3.371.026; заявках на изобретения Великобритании N 2.058.137; Франции N 2.036.896; Японии N 57-28751.

Все отмеченные технические решения предусматривают питание ванн глиноземом через корку электролита, образующуюся на его поверхности. Корку при этом частично разрушают или продавливают.

Устройства НПГ балочного или точечного типа относительно сложны, так как содержат механические системы разрушения или продавливания корки, силовой привод исполнительных механизмов, дозирующие элементы и т.д. Кроме того, с помощью таких устройств подача глинозема в электролит производится локально, только в месте их установки, что часто сопровождается подачей избыточного количества глинозема и образованием осадков в расплаве.

Известны также такие решения, в которых разрушение корки и подачу глинозема в электролит осуществляют за счет перемещений анода в горизонтальной или вертикальной плоскостях (патент Франции n 1.228.309; патент США N 3.919.058; Франц. заявка N 2.229.778). В этих решениях однако не решены вопросы дозирования количества поступающего в электролит глинозема.

Корка электролита служит естественным укрытием основной зоны обслуживания электролизера. Известно однако, что через корку фильтруются до 50% анодных газов, содержащих фтористые соединения и полиароматические углеводороды. В связи с этим существуют многочисленные технические решения в виде вторичных систем укрытия или вторичных коллекторов для сбора газов, расположенных над коркой. Это предложения по авт.св. СССР N 269.494; 360.398; 449.989; 583.208; 932.8489; 1.468.973; Французским заявкам N 2.283.963 и N 2.455.093; патенту США N 2 943.985. Вторичные укрытия такого рода получаются громоздкими, металлоемкими и недостаточно эффективными. В результате они не нашли промышленного применения.

Устройство наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому решению описано в патенте США На боковой стороне анода устанавливают коробочное устройство с отверстием в верхней части и открытым нижним концом. Оксид алюминия через нижнее отверстие высыпается на твердую корку, образуя поверхность с естесственными откосами. С помощью вертикально установленной пластины, расположенной на некотором расстоянии от анода над твердой коркой, разбивают корку, загружая таким образом в электролизе заданное количество оксида алюминия.

Недостатком такого технического решения является наличие громоздкого привода вертикальной пластины гильотины и периодическое массовое обрушение корки (раскрытия электролизера), что ухудшает производственную экологию.

Все рассмотренные изобретения относятся к существующей технологии обслуживания электролизеров, непременной особенностью которой является образование на поверхности электролита корки, поверх которой засыпается глинозем.

Существование и периодическое массовое, частичное или локальное точечное разрушение корки связано со значительными энерго- и трудозатратами, а также с ухудшением экологических характеристик процесса. Задачи укрытия электролизера и питания его глиноземом решаются при этом разрозненно.

Возможно комплексное решение проблем укрытия электролизера и, одновременно, "непрерывного" питания его глиноземом. Предложенное устройство выполнено в виде консоли, установленной на катодный кожух или около него и снабженной наклонной стенкой, образующей бункер вместе с анодной рубашкой или наружной поверхностью колокольного газосборника. Устройство и бункер, как его часть, опоясывают по периметру весь анод. Роль дозирующего элемента выполняет при этом щель, образованная в нижнем сечении бункера кромками наклонной стенки консоли и колокольного газосборника или анодной рубашки.

Устройство отличается предельной простотой исполнения, так как не содержит каких-либо элементов самостоятельного привода и исполнительных органов. Глинозем сыплется в электролит через щель, образованную в нижнем сечении бункера, при любом перемещении анода или анодной рубашки по вертикали. При этом движение сообщается аноду или отдельно анодной рубашке от механизмов подвески и привода анода, имеющихся на любом электролизере.

Применительно к электролизеру с верхним анодным токоподводом устройство показано на фиг. 1. На катодный кожух 1 электролизера установлена консоль 2 через электроизоляционную прокладку 3. Консоль снабжена наклонной стенкой 5 и футерована изнутри огнеупорными и теплоизоляционными материалами 4.

Вместе с колокольным газосборником 7 консоль образует бункер 8, из которого глинозем подается в электролит при любом перемещении анода 9 по вертикали. Нижняя кромка газосборника снабжена гильотиной 6 для разрушения или продавливания корочки электролита. Верхняя кромка гильотины 6 служит также для разрыхления глиноземной шихты при движении анода. Она может быть снабжена пластиной-рыхлителем, установленной параллельно наклонной стенке консоли и имеющей отверстие для перетекания глинозема.

Консоль выполнена из отдельных секций, которые можно перемещать в поперечном направлении по отношению к осям ванны. Нижняя часть внутренней поверхности наклонной стенки покрыта электроизоляционной керамикой. Консоль может быть выполнена из несущей 10 и опорной 12 частей, жестко связанных друг с другом и разделенных из диэлектриков 11 (фиг.2). Теплоизоляционные материалы, например глинозем 13, могут располагаться поверх несущей части консоли.

Устройство устанавливается по периметру всего электролизера или только по его продольным сторонам.

Промышленная применимость предложенного устройства представляется достаточно очевидной, так как оно предназначено для электролизеров имеющихся конструкций и, в первую очередь, для ванн с анодами Зодерберга при верхнем токоподводе и ванн с обожженными анодами. При необходимости раскрытия ванны секции консоли сдвигаются по направляющим в сторону соседних ванн или среднего прохода корпуса. Труба вакуум-ковша, инструменты и материалы могут водиться в электролит также через люк с крышкой, имеющийся в одной из секций консоли.

Скорость подачи глинозема в электролит задается шириной щели, образованной нижними кромками наклонной стенки консоли и колокольного газосборника. При постоянной и заданной ширине щели она поддерживается системами автоматического регулирования положения анода, скорость сгорания которого равна скорости расходования глинозема. Опускание анода по мере его сгорания сопровождается поступлением эквивалентных количеств глинозема в электролит.

Использование патентуемого устройства обеспечивает следующие преимущества перед техническими решениями.

1. Обеспечивается герметизация электролизера с улучшением санитарно-гигиенических условий в цехе и экологической обстановки в районе предприятия.

2. Обеспечивается предельная пустота устройства для непрерывного питания.

3. Снижаются материальные, трудовые и энергетические затраты на обслуживание электролизеров.

4. Создаются благоприятные возможности для полной автоматизации обслуживания электролизера за счет использования взаимосвязей "омическое сопротивление электролита скорость сгорания анода скорость его механического перемещения и подачи глинозема в электролит".

5. Исключается возможность образования оксидов глинозема на подине благодаря поступлению оксида алюминия в электролит рассредоточено по всему периметру анода.

6. Обеспечиваются благоприятные возможности для внедрения изобретения по международной заявке РСТ/ 93/00135, при котором катодный выход по току увеличивается на 10%
7. Создается новая прогрессивная технология обслуживания электролизеров.

Использование: изобретение относится к конструкции укрытия алюминиевого электролизера и подачи глинозема. Сущность: устройство выполнено в виде консоли, установленной на катодный кожух или около него и снабженной наклонной стенкой, образующей бункер вместе с анодной рубашкой или наружной поверхностью колокольного газосборника. Консоль может быть выполнена из отдельных секций, установленных по периметру электролиза и снимаемых при необходимости раскрытия электролизера. Глинозем поступает в электролит при любом перемещении анода. Скорость поступления глинозема регулируется шириной щели в нижнем сечении бункера. При постоянной ширине щели скорость подачи глинозема регулируется централизованно по скорости сгорания и перемещения анода. Нижняя кромка анодной рубашки или колокольного газосборника снабжена гильотиной для разрезания или продавливания корочки электролита. Верхняя кромка гильотины имеет рыхлитель глиноземной шихты. Для обеспечения электроизоляционных разрывов используют прокладки из диэлектрика между опорной поверхностью консоли и катодным кожухом, а также на нижней части внутренней поверхности наклонной стенки консоли. Консоль снизу футерована огнеупорными и теплоизоляционными материалами. Консоль снабжена рабочими окнами с крышками для введения в электролит трубы вакуум-ковша, инструментов и материалов. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для укрытия алюминиевого электролизера и подачи глинозема в электролит, отличающееся тем, что оно выполнено в виде консоли, установленной на катодный кожух или около него, и имеет наклонную стенку, образующую бункер вместе с анодной рубашкой или наружной поверхностью колокольного газосборника. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что консоль выполнена из отдельных секций, установленных по периметру электролизера и съемных при необходимости раскрытия ванны. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что секции консоли выполнены перемещающимися по горизонтали в поперечном направлении по отношению к осям симметрии ванны для регулирования ширины щели в нижнем сечении бункера и скорости поступления глинозема в электролит. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющими, по которым секции консоли могут быть сдвинуты в сторону соседних ванн при необходимости раскрытия электролизера. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя кромка анодной рубашки или колокольного газосборника выполнена с гильотиной для разрезания или продавливания корочки электролита. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что под опорную поверхность консоли установлена прокладка из электроизоляционных материалов. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая часть консоли отделена вставками из электро- и теплоизолирующих материалов от ее опорной части. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть внутренней поверхности наклонной стенки консоли выполнена с покрытием из электроизоляционной керамики, например нитрида алюминия. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность консоли футерована снизу огнеупорными и теплоизоляционными материалами. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляционные материалы расположены поверх несущей части консоли. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что консоль выполнена с рабочими окнами и крышкой для введения в электролит трубы вакуум-ковша, инструментов и дополнительных материалов. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя кромка гильотины выполнена с пластиной-рыхлителем, установленной параллельно наклонной стенке консоли, и имеет отверстия для перетекания глинозема.