СПОСОБ ПИТАНИЯ ГЛИНОЗЕМОМ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ И ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ Российский патент 2001 года по МПК C25C3/14 

Предложение относится к области электролитического производства алюминия и может быть использовано на электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися анодами для питания их глиноземом и другими подобными материалами.

В настоящее время одной из главных проблем при электролитическом получении алюминия является проблема надежного и простого способа непрерывного питания электролизеров без значительных разрушений корки электролита, при котором бы поддерживалась постоянная концентрация глинозема в электролите.

Известен способ непрерывного питания алюминиевого электролизера по патенту США N 2713024, НКИ 204-67, 1955 г. (1), по которому глинозем непрерывно подается под рабочий орган, установленный над поверхностью расплава в трубе, а сам глинозем вводится в расплав под действием давления, создаваемого рабочим органом на столб глинозема, который образуется в месте его ввода.

Данная технология питания приемлема для всех электролизеров любой мощности, независимо от типа анода. Технология по патенту реализуется рабочим органом шнекового, поршневого типа и т.д.

К ее недостаткам следует отнести:
- значительные энергозатраты по доставке глинозема в расплав, связанные с образованием значительных сил трения между столбом глинозема и отверстием в корке электролита;
- ненадежность работы исполнительных механизмов из-за высоких нагрузок, воздействующих на них;
- сложность конструкции исполнительных механизмов.

Известен способ питания алюминиевых электролизеров глиноземом по а.с. СССР N 945249, М кл³ С 25 С 3/06, 1980 г. (2), по которому ведут разрушение криолитоглиноземной корки по ее периметру и погружение ее в электролит по всей площади ванны электролизера одновременно, причем погружение корки осуществляют путем осаждения ее в верхней зоне электролита на величину ее подработки. Данный способ преследует цель стабилизировать параметры процесса электролиза.

К недостаткам данной технологии следует отнести:
- значительные энергозатраты по разрушению корки электролита специальными машинами;
- сложность осуществления погружения корки в целом по периметру электролизера;
- отсутствие полной герметичности электролизера в процессе разрушения корки и, как следствие, загрязнения окружающей среды.

Известен способ питания глиноземом алюминиевого электролизера по а. с. СССР N 1712466 (заявка N 4809610, М кл 5 С 25 С 3/06 от 17 февраля 1990 г. (3), принятый в качестве ближайшего аналога, который включает в себя подачу глинозема на корку электролита, при этом подачу глинозема на корку электролита и ее наращивание осуществляют в подколокольном пространстве электролизера по его продольным сторонам и постепенно, создавая давление на корку без ее разрушения, погружают в зону расплава.

К недостаткам этой технологии при всех ее достоинствах относится следующее:
- не учитывается неравномерность работы анода и расплавление корки на отдельных участках электролизера;
- выпадение глиноземных осадков на подину в отдельных зонах;
- растворение бортового гарнисажа в отдельных зонах.

Задачей предлагаемого изобретения по заявленному способу является повышение технико-экономических показателей работы электролизера.

Техническим результатом предложения является повышение срока службы катодного устройства и обеспечение возможности ввода сырья в ванну без нарушения целостности электролитной корки, а также повышение производительности на 2-3%.

Технический результат достигается тем, что в способе питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающем подачу глинозема на корку электролита и ее наращивания в подколокольном пространстве электролизера по его продольным сторонам и периодическое погружение корки в электролит без ее разрушения путем создания постепенного давления на корку, погружение корки осуществляют путем создания одновременного давления на корку в подколокольном пространстве и пространстве колокол - борт, причем максимальную подачу глинозема осуществляют в зону наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства, где потоки расплавленного электролита разделяются, а подачу глинозема осуществляют в зоны наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства в пределах 50-60% от общего количества подаваемого глинозема.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Известный способ питания не учитывает неравномерность работы анода и расплавление погружаемой корки электролита на отдельных участках электролизера. Эти явления вызваны прежде всего гидродинамикой расплава в электролизере, которая зависит от совокупного воздействия трех сил - газогидродинамической, магнитной и свободной конвекции. Наибольшие скорости магнитной и свободной конвекции движения электролита приходятся на зоны, прилегающие к правому углу выходного и к левому углу входного торцов электролизеров по ходу тока серии на 2,5-3,0 м от торцов анода. Причем интенсивность движения электролита повышается в пространстве борт - анод в зонах образования трещин в аноде и интенсивного газовыделения. Эти зоны периодически меняются по периметру анода.

В известном способе при равномерной подаче глинозема по продольным сторонам вносили избыток глинозема в электролит на участках, где он меньше растворялся и где он выпадал в осадок. С другой стороны на участках, где анод работал более интенсивно, равномерная подача глинозема не обеспечивала необходимое питание. Эти участки начинали работать с недостатком глинозема (особенно в районе трещин на аноде), в результате чего происходило растворение гарнисажа и, как следствие, наблюдались прорывы расплава из шахты.

Предлагаемый способ предусматривает максимальную подачу глинозема в зоны наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства.

При этом в этих зонах интенсивно подрабатывается (растворяется) корка электролита, интенсивно твердеет и зависает над электролитом, что приводит к расплавлению защитного гарнисажа, бортовой настыли. Поэтому в этих зонах необходимо интенсивное осаждение корки, которое достигается давлением на корку в пространстве колокол - борт. Это увеличивает скорость растворения глинозема, охлаждает расплав и защищает бортовую футеровку. А на участках, где анод работает менее интенсивно, условия образования корки иные, а именно создается более "рыхлая", мягкая корка, которая прорезается внешней балкой, в расплав погружается с меньшей скоростью по мере ее подплавления.

Данная технология была испытана на Братском алюминиевом заводе и показала хорошие результаты по растворению глинозема в этих зонах, были достигнуты более высокие технико-экономические показатели по сравнению с прототипом. А там, где ванна идет более холодно, условия образования корки иные, а именно при холодной ванне корки практически не образуется, либо образуется очень твердая и она в расплав не погружается, а просто прорезается.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается признаками, заявленными в отличительной части формулы изобретения. Следовательно данное предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области не выявило сходных признаков с отличительными признаками данного предложения.

Таким образом, заявленное решение отвечает критериям изобретательский уровень и промышленная применимость.

Пример осуществления способа
Промышленные испытания проводились на Братском алюминиевом заводе на электролизерах С-8Б. Были определены зоны наибольшего воздействия расплава на бортовую футеровку и наличие зон с трещинами в аноде. Как правило, эти зоны совпадали.

При общей длине анода в 8,7 метра эти зоны составили:
- примыкающих к левому углу входного торца на расстоянии 2,5-3,5 м, выходного торца 2,5-3,0 м;
- примыкающие к правому углу выходного торца на расстоянии 2,0-2,5 м, входного торца 2,5-3,5 м.

В подколокольное пространство равномерно по продольным сторонам подавали 50-60% суточного расхода глинозема. В отмеченные зоны пространства колокол - борт дополнительно подавалось 30-35% с подачей оставшейся части глинозема до 100% на участки средней части продольных сторон электролизера. В процессе эксплуатации и питания электролизера глиноземом периодически осуществляли погружение корки электролита без ее разрушения от 2 до 4 см в подколокольном пространстве и пространстве колокол-борт. При этом бортовая футеровка в этих опасных зонах приобретала защитный гарнисаж саморегулируемых размеров, по подине в этих зонах или отсутствовал осадок, или его было незначительное количество. В целом электролизер работал с оптимальной формой рабочего пространства.

Опытно-промышленные испытания электролизеров показали, что помимо всех достоинств, присущих прототипу, данная технология позволила повысить надежность работы электролизера от прорыва расплава, повысить скорость растворения глинозема.

Способ включает подачу глинозема на корку электролита, наращивание ее в подколокольном пространстве электролизера по его продольным сторонам и периодическое погружение корки в электролит без ее разрушения путем создания постепенного давления на корку. Для повышения срока службы катодного устройства, обеспечения возможности ввода сырья без нарушения целостности электролитной корки и повышения производительности погружение твердой корки электролита осуществляют путем создания одновременного давления на корку электролита в подколокольном пространстве и в пространстве колокол-борт, причем максимальную подачу глинозема осуществляют в зоны наибольшей интенсивности работы анода и воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающий подачу глинозема на корку электролита и ее наращивание в подколокольном пространстве электролизера по его продольном сторонам и периодическое погружение корки в электролит без ее разрушения путем создания постепенного давления на корку, отличающийся тем, что погружение корки осуществляют путем создания одновременного давления на корку в подколокольном пространстве и в пространстве колокол-борт, причем максимальную подачу глинозема осуществляют в зоны наибольшей интенсивности работы анода и воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства. 2. Способ питания по п.1, отличающийся тем, что подачу глинозема в зоны наибольшей интенсивности работы анода и воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства осуществляют в пределах 50 - 60% от общего количества подаваемого глинозема.