ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С САМОСПЕКАЮЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Российский патент 1998 года по МПК C25C3/06 

Настоящее изобретение относится к электролизеру типа Soderberg, то есть с самоспекающимся электродом для производства алюминия, содержащему катод, который включает в себя электролитическую ванну, анод, расположенный над катодом и проходящий частично в электролитическую ванну, средство подвода и отвода тока из электролизера и средство ввода добавок в электролизер.

Самоспекающийся электрод был изобретен Содербергом на рубеже двух столетий, однако до 1924 года его не использовали в алюминиевой отрасли промышленности.

Самоспекающийся электрод имеет стальной кожух в форме цилиндра, заполняемого электродной массой, состоящей из обожженного антрацита, нефтяного кокса и смолы. Во время применения массы размягчают в горячей зоне для образования сплошного угольного электрода, который опускают в электролизер по мере его расхождения. Кожух электрода стационарный, и только угольный электрод подается в ванну электролизера.

Подвод тока к аноду осуществляется через болты, стенки анода (старая конструкция) или через его верхнюю часть. Болты перемещаются иногда в более высокое положение во время подачи свежей электродной массы, когда анод расходуется.

До настоящего времени большую часть алюминия получают путем электролиза в электролизерах с самоспекающимися электродами, однако эта технология заменяется в большинстве случаев технологией с применением предварительно спеченных анодов. Для этого существует много причин, однако наиболее важной причиной является то, что электролизеры с самоспекающимися анодами менее эффективны (большое потребление электроэнергии),что приводит к большому загрязнению и больше затрачивается труда.

В соответствии с настоящим изобретением получен электролизер со значительно улучшенным самоспекающимся электродом, позволяющий использовать достижения в технологии известных электролизеров с предварительно спеченными анодами, сохранить электролизеры с самоспекающимися анодами и возможно также построить новые установки для производства алюминия, основанные на такой технологии.

В соответствии с настоящим изобретением изготовлен электролизер типа Soderberg, который отличается тем, что анод состоит из двух частей, расположенных в двух неподвижных кожухах анода, которые проходят параллельно и близко друг к другу, причем, как указано в пункте 1 формулы изобретения, между кожухами анода расположена съемная конструкция или крышка.

С такой определенной здесь конструкцией добавки (окись алюминия и фторид) можно вводить в электролизер посредством дозированной подачи в соответствующее место между секциями анода. Это позволит исключить трудоемкую ручную подачу, которая является наиболее распространенным способом, применяемым в современных электролизерах с самоспекающимися анодами. Между прочим, это также решит проблемы загрязнения воздуха и скопления добавок, которые затрудняют или делают невозможным точную подачу в таких электролизерах в настоящее время.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением значительно улучшается улавливание газов, поскольку загрузку электролизера осуществляют между секциями анода, которые снабжены плотно закрывающей конструкцией или крышкой и поскольку расстояние между анодами и катодом очень небольшое и его можно эффективно уплотнить. В известном электролизере с самоспекающимся электродом расстояние между анодом и катодом большое, чтобы мог работать электролизер во время применения, и поскольку этот участок нельзя закрыть по практическим причинам, то пыль и газы, образующиеся во время работы электролизера, будут выходить в окружающую среду из этой зоны.

Когда расстояние между анодом и катодом небольшое и достигается значительно лучшее уплотнение между анодом и катодом в соответствии с изобретением, то во время работы электролизера воздух будет меньше проникать и, следовательно, возможность окисления анода уменьшается. Кроме того, отсутствует необходимость в применении колпака, который обычно применяют в известном электролизере с самоспекающимся анодом, следовательно, текущий ремонт для содержания и исправности колпака не потребуется.

Еще одним преимуществом применения секционного анода является то, что каждая секция анода относительно узкая.

Газ проходит внутрь в сторону наивысшей точки анода, то есть в направлении конструкции в форме крышки, расположенной между секциями анода. Как было указано, колпаки для вытяжки газа, которые могут быть повреждены струей из ванны, отсутствуют. Это значит, что можно выбрать такой наполнитель для анода, который может дать только наименьшую усадку анода, а именно крупнозернистый наполнитель с небольшим количеством порошкообразного материала и смолы, таким образом можно получить дешевый анод с низким содержанием ПАН.

Глубокий "колодец" будет обеспечивать хорошую непроницаемость анода, а это вместе с хорошим улавливанием газа и защитой от окисления анода будет создавать меньше проблем в связи с образованием и накоплением сажи.

Плотный анод с незначительными трещинами и порами позволяет осуществлять незначительную регулировку болтов без утечки через отверстия под болты, когда их затягивают. Небольшое расстояние между болтами и изнашивающейся поверхностью позволяет применять низкое напряжение на аноде. Это хорошо для достижения термического равновесия анода и это можно использовать для увеличения тока и уменьшения расхода удельной энергии.

В соответствии с предпочтительным исполнением предлагается применять принудительное охлаждение анода и в промежутке между секциями анода, как раскрыто в зависимых пунктах 2-4 формулы изобретения. Это обеспечивает то, что можно получить глубокий "колодец" анода и холодную верхнюю часть анода, которые будут вносить свой вклад в дополнительное уменьшение эмиссии ПАН и в улучшение свойств анода. Охлаждение анода будет также исключать перегрев электролизеров и, следовательно, уменьшать напряжение на аноде и катоде в результате теплового расширения.

Кроме того, в качестве альтернативного решения можно разместить механический колпак между кожухами анода и катодом в виде легких крышек, как раскрыто в пункте 5. Однако возможно будет достаточно покрыть эти участки слоем окиси для получения достаточного уплотнения между анодом и катодом.

В качестве другого варианта можно также разместить точку отвода газов над секциями анода для удаления анодных газов, выделяемых в связи с затягиванием анодных болтов, как раскрыто в пункте 6 формулы изобретения.

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах со ссылкой на чертежи, на которых фиг.1 показывает схематически электролизер для производства алюминия, как это изображено в продольном разрезе; фиг.2 - вид в разрезе электролизера в плоскости А-А фиг.1 в увеличенном масштабе; фиг. 3 - вид в горизонтальном разрезе в плоскости В-В фиг.2 и фиг.4 - вид в более увеличенном масштабе конструкции между секциями анода, показанными на фиг.2.

Электролизер для производства алюминия состоит в общих чертах, как показано на фиг.1, из анода 1 и катода 2. Постоянный ток подается к аноду от шин (не показаны) через анодные штанги 3, удлинители 4 болтов, болты 5 и через анод 1. От анода ток проходит через ванну, расплавленный металл 18 и через катодные штанги 7 к шинам (не показаны), расположенным вниз по течению, и затем к следующему электролизеру. Таким образом электролизеры соединены последовательно, причем может быть установлено несколько десятков электролизеров в одном ряду, расположенном продольно или поперечно.

Традиционный самоспекающийся анод или электрод состоит, как было указано, из неподвижного стального кожуха, заполненного угольной массой из прокаленного антрацита, нефтяного кокса и смолы. Во время применения масса расплавляется в горячей ванне зоне, образуя сплошной угольный электрод, который подают в электролитическую ванну (фиг.2). Одновременно подают сверху свежую углеродную массу, когда болты 5 перемещаются в более высокое положение.

Особым признаком настоящего изобретения является то, что, как показано на фиг.2 и 3, самоспекающийся анод 1 разделен на две, предпочтительно одинакового размера части 6 и 7, то есть с двумя кожухами 8 и 9 анода, которые расположены параллельно и близко друг от друга. При расположении анодов на расстоянии друг от друга между частями анода образуется центральный канал 10, снабженный конструкцией 11. Вследствие действия магнитных полей уровень металла будет наибольшим под центром анода.

Таким образом, при применении секционного анода, например, как описано и показано здесь, газ будет проходить в направлении центрального канала, из которого он будет течь свободно в сторону концов канала, где установлены горелки (не показаны подробно), которые соединены с первичным газосборником (не показан). Поскольку между катодом 2 и секциями 6 и 7 анода небольшое расстояние в этой конструкции с секционным анодом, то обычно будет достаточно покрыть это пространство слоем окиси 12 для исключения утечки газа в окружающую среду. Однако дополнительно к слою окиси или как отдельное решение можно разместить небольшие легкие крышки 13 между катодной крышкой и стенками анода для удаления газов в первичный газосборник.

При применении секционного анода добавки, как, например, окись алюминия и фторид, можно подавать, как было указано, посредством одного или более питателей с делениями 14, установленных в связи с конструкцией 11, расположенной между секциями анода. Перемешивание ванны электролизера очень хорошее в этой зоне, а температура высокая, таким образом, добавки будут растворяться быстро и эффективно.

В соответствии с настоящим изобретением анод можно снабдить системой охлаждения. Система охлаждения может состоять из контуров труб 15, расположенных на внешней стороне кожухов в зону между секциями анода и на конструкции 11 над центральным каналом 10. Цель охлаждения - это регулирование формы зоны 16 спекания в аноде и исключение перегрева электролизера. Возможно также будет целесообразно разместить охлаждающую трубу 19 в неспеченной части анода. Это внесет свой вклад в образование "колодца" анода (холодная верхняя часть анода) и в улучшении характеристик анода. В качестве хладагента в трубах можно использовать воду или другую соответствующую охлаждающую среду.

Несмотря на то, что здесь описано и показано применение системы охлаждающих труб, однако, как описано в формуле изобретения, можно применять в объеме изобретения другую систему охлаждения, например воздушную и т.п. Также можно охлаждать другие части анодов, а не те, которые показаны на фигурах, например, снаружи секций анода.

Что касается конструкции или крышки 11, то ее можно изготовить в виде подвешенных на петлях легко съемных дверец с уплотнениями для опорной кромки кожухов анода (не показаны), либо можно применить затвор из слоя окиси, как показано на фиг.4. В последнем случае дверцы 11 или т.п. выполняют с обращенными вниз кромками 21, которые проходят в U-образные каналы 20, содержащие окись .

Использование: изобретение относится к конструкции электролизеров для производства алюминия. Сущность: электролизер с самоспекающимся электродом для производства алюминия, содержащий катод, который представляет собой ванну электролизера, узел кожуха анода, расположенный в неподвижном положении над катодом и содержащий угольный анод, проходящий частично в электролитическую ванну, средства подачи и отвода постоянного тока от электролизера и средство ввода добавок, например окись алюминия, в ванну электролизера. Анод разделен на две секции, таким образом узел кожуха анода состоит из двух секций кожуха, расположенных параллельно и близко друг от друга, причем между секциями кожуха установлена съемная крышка или конструкция. Конструкция обеспечивает решение проблем загрязнения воздуха, улучшает улавливание газов, упрощается загрузка и обеспечивается возможность дозирования загрузки. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электролизер с самоспекающимся электродом для производства алюминия, содержащий катод, который представляет собой электролитическую ванну, узел кожуха анода, расположенный в неподвижном положении над катодом и содержащий угольный анод, проходящий частично в ванну электролизера, средства подачи и удаления постоянного тока из электролизера и средство ввода добавок, например окиси алюминия, в ванну электролизера, отличающийся тем, что анод разделен на две секции с образованием двух кожухов анода, которые расположены параллельно и близко друг к другу, при этом между секциями кожуха размещена съемная крышка или конструкция. 2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что секции анода, предпочтительно стенки секций кожуха, выполнены охлаждаемыми в зоне между секциями анода и крышкой посредством системы охлаждения. 3. Электролизер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что система охлаждения состоит из системы охлаждающих труб, расположенных петлями на внешней стороне секций кожуха и в верхней неспеченной части анода. 4. Электролизер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что секции анода выполнены охлаждаемыми посредством системы воздушного охлаждения с вентиляторами или т.п. средствами. 5. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что между секцией кожуха анода и катодом расположен механический колпак в форме легких крышек из алюминия или т.п. 6. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что точка отвода газов расположена в связи с секциями анода, причем отвод соединен с центральным каналом для удаления газов из анода в связи с затягиванием анодных болтов.