ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C25C3/06 

В металлургии цветных металлов при электролитическом получении алюминия используются электролизеры с предварительно обожженными анодами (ОА), а также самоспекающимися анодами при верхнем (ВТ) или боковом (БТ) токоподводе к ним. Электролизеры с ВТ или БТ содержат в настоящее время один анод прямоугольного сечения при ширине его до 3000 мм. В то же время однозначно установлено, что с возрастанием ширины анода увеличиваются потери металла и снижается катодный выход по току. Современные электролизеры с ОА работают при силе тока до 300 кА и более с выходом металла по току до 95-96%, что объясняется использованием на них узких анодов шириной только в 700-800 мм. На электролизерах с ВТ при типичной ширине анода 2700-2850 мм выход по току не превышает в лучшем случае 87-88 %. Эти электролизеры отличаются также низким качеством анода и расходом электроэнергии на 1500-3000 кВт/ч на тонну металла большим, чем для ванн с ОА Основные недостатки электролизера с ВТ обусловлены использованием в нем одного анода большого сечения. В качестве аналогов предлагаемого электролизера могут рассматриваться электролизеры с самоспекающимися анодами, установленные в 1927 г. на французском заводе в Риуперу, на которых применялись двуханодные конструкции прямоугольного сечения. Близкие к прототипу электролизеры использовались также на Уральском алюминиевом заводе в первые годы его работы. В процессе эксплуатации под каждым анодом образовывалась самостоятельная ванна - тигель, что затрудняло ведение электролиза.

Наиболее близким аналогом является электролизер, описанный в патенте РФ 2121014, опубликованном 27.10.1998г. и выданном на имя Норск Гидро (автор А. Пеулсен). В этом изобретении анод разделен на две секции в двух анодных кожухах, расположенных параллельно и близко друг к другу. Между этими кожухами размещены съемная крышка и системы охлаждения в виде петель охлаждающих труб, вентиляторов и т.п.

Сущность заявленного изобретения направлена на решение задачи увеличения выхода металла по току на электролизерах с самоспекающимися анодами. Для этого анод должен состоять не из двух, как в изобретении - ближайшем аналоге, а из трех параллельно расположенных анодных блоков при ширине каждого из них 900-950 мм. Это значение приближается к определяющему размеру - ширине обожженных анодов, и только разделение анодного массива на три блока позволит поднять выход металла по току до 95-96%, достигаемый на электролизерах с ОА.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в том, что газ собирается в два канала, образованные тремя анодными блоками, и в традиционную систему газоулавливания, расположенную по внешним сторонам анодных блоков. В результате сокращения пути газового потока в электролите под анодом снижаются потери металла и возрастает выход его по току.

Технический результат заключается также в том, что каждый анодный блок снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей. Использование в конструкции электролизера трех параллельных анодных блоков с двумя образованными ими внутренними газосборными каналами-промежутками обеспечивает достаточную интенсивность охлаждения за счет естественной аэрации без расхода энергии на принудительное охлаждение. Экономия энергии достигается также за счет повышения качества анода и снижения омических потерь напряжения в нем.

При трехблочной схеме компоновки анода, использовании двух рядов токоподводящих штырей в каждом анодном блоке и шести рядов штырей во всем анодном устройстве снижаются горизонтальные составляющие тока в аноде. Этот технический результат благоприятен для перераспределения магнитного поля и также способствует решению задачи увеличения выхода металла по току и повышения эффективности использования энергии.

На фиг.1 показан поперечный разрез предложенного электролизера. Здесь: 1 - анодные блоки; 2 - продольные балки анодной рамы; 3 - токоподводящие штыри; 4 - поперечные балки жесткости анодной рубашки; 5 - катодное устройство. На фиг.2 этот же электролизер показан в плане. Обозначения те же, что и на фиг.1, т.е. 1 - анодные блоки; 2 - продольные балки анодной рамы; 3 - токоподводящие штыри.

Для реального электролизера с ВТ на 155-160 кА определяющий размер одного анодного блока составляет около 900 мм. Тогда для межанодных промежутков в 250 мм и расстоянии "борт - анод" по продольным сторонам по 350 мм предложенная конструкция может быть размещена даже в шахте существующих размеров. В самом деле, для типового электролизера с анодом шириной 2800 мм и расстоянием "борт - анод" 550 мм ширина шахты составляет 2800 мм+2•550=3900 мм.

Для предложенного электролизера при ширине трех анодных блоков 2700 мм (3•900), ширине межанодных промежутков 500 мм (2•250) и расстоянии "борт - анод" 700 мм (2•350) общая ширина шахты составляет
3•900+2•250+2•350=2700+500+700=3900 мм,
т.е. то же значение, что и для существующего одноанодного электролизера. Для реализации треханодного электролизера, конечно, понадобится использовать карборундовые огнеупоры для бортовой футеровки, широко применяющиеся в ваннах с ОА, и настоящее изобретение по конструктивному оформлению межанодных промежутков.

Анодные блоки продольной стороной сориентированы по оси Х (фиг.2) и короткой стороной, т.е. в направлении определяющего размера, по оси У(фиг.1 и фиг. 2). Количество токоподводящих штырей благодаря использованию трех продольных балок анодной рамы при сохранении существующего у аналогов расстояния между штырями возрастает с 18•4=72 шт до 18•6=108 шт. При сохранении количества штырей каждый анодный блок снабжается 24 штырями или суммарно число их составит 24•3=72 шт.

Благодаря уменьшению ширины (определяющего размера) от 2800 мм для единичного анода до 900 мм для каждого из анодных блоков снижается газогидродинамическая составляющая потерь металла и выход его по току увеличивается до ≈95%. Благодаря возрастанию количества штырей с 72 до 108 шт. и увеличению равномерности распределения тока по анодам омический перепад напряжения в аноде снижается на 15-200 мВ. Потери напряжения на газосодержащем прианодном слое уменьшаются не менее, чем на 50 мВ. Благодаря более равномерному распределению концентрации глинозема по межполюсному зазору предложенного электролизера снижается также частота вспышек, это обеспечивает дополнительную экономию порядка 20 мВ среднего напряжения и также способствует росту выхода металла по току. Суммарная величина среднего напряжения снижается примерно на 250 мВ, что отвечает экономии в 950-1000 кВт/ч на тонну металла. Таким образом, в пределе основные показатели эксплуатации такого электролизера значительно улучшаются и приближаются к соответствующим показателям работы ванн с OA3

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения алюминия в электролизерах с самоспекающимися анодами. Предложен электролизер для получения алюминия с верхним токоподводом к самоспекающимся анодам, подвешенным на общей раме и расположенным параллельно и близко друг к другу. В поперечном сечении электролизера установлено три блока, каждый из которых снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей, что позволяет снизить потери металла и увеличить выход его по току. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электролизер для получения алюминия с верхним токоподводом к самоспекающимся анодам, подвешенным на общей анодной раме и расположенным параллельно и близко друг к другу, отличающийся тем, что в поперечном сечении его установлено три анодных блока. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что каждый анодный блок снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей.