СПОСОБ УСТАНОВКИ ОБОЖЖЕННЫХ АНОДОВ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ Российский патент 2007 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из криолитоглиноземного расплава.

Известен способ установки в электролизере для производства алюминия, по которому обожженные (угольные) аноды наращивают посредством склеивания с нижними анодами. (В.А.Scholemann, S.Wilkening. Reduction Cell with Continuous Prebaked Anodes-a New Approuch. Light Metalls, 2001, pp.167-172). Подвод тока в известном способе осуществляется через анодные стержни к торцевой поверхности анода.

Известный способ позволяет исключить операции монтажа анодов и демонтажа огарков; извлечения, транспорта и переработки огарков, что позволяет сократить капитальные вложения в строительство завода, а также эксплуатационные затраты на производство алюминия за счет исключения перечисленных выше операций, а также за счет стабилизации теплового баланса электролизера, обусловленной исключением операции замены анодов. Однако, поскольку ток к аноду подводится с его торцов, способ может быть применен только для электролизеров с боковым токоподводом средней мощности с шириной анода не более 2,5 м и силой тока менее 130 кА. При этом увеличивается расстояние от токоподводящего стержня до рабочей поверхности анода (путь тока) и падение напряжения в аноде. Увеличение падения напряжения по сравнению с электролизером с вертикальным токоподводом составляет около 350 мВ, что эквивалентно увеличению расхода электроэнергии на производство алюминия примерно на 8%.

Известен способ установки анодов в электролизере для производства алюминия, в котором нижние спеченные (обожженные) и верхние прессованные (необожженные) угольные аноды склеивают угольной пастой (анодной массой Содерберга) по вертикали и горизонтали в монолитный анод. Токоподводящие стержни, запеченные в полуотверстиях смежных поверхностей анодов с помощью угольной пасты, переставляют по мере сгорания анода так, что их нижняя часть всегда остается в спеченной части анода. (Патент США №2,937,980, 24 мая 1960.) Наращивание анода проводят установкой новых необожженных анодных блоков на слой анодной массы, помещенной на поверхность уже обожженных блоков, находящихся в нижней спеченной части анода. Известный способ принят в качестве прототипа.

Известный способ решает проблему уменьшения пути прохождения тока и обусловленного этим падения напряжения. Однако, поскольку обжиг верхних анодов происходит при температуре ниже температуры электролиза (960°С), удельное электросопротивление и реакционная способность в токе СО₂ их будут выше (70 Ом·см против 50-60 и 44 мг/см²·ч против 38) по сравнению с анодами, обожженными в печах обжига при температуре 1150°С. Все вышесказанное приведет к увеличению расхода электроэнергии и угольных анодов. Кроме того, поскольку коксование верхних анодов происходит в помещении серии электролиза, для нейтрализации выделяющихся газов коксования, содержащих в т.ч. канцерогенные соединения, потребуется дополнительная организация сбора и очистки газов, что повлечет за собой удорожание капитальных вложений и стоимости завода.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа установки, обеспечивающего непрерывную эксплуатацию обожженных анодов с вертикальным токоподводом.

Поставленная задача достигается тем, что в способе установки обожженных анодов в электролизере с верхним токоподводом, включающем размещение токоподводящих штырей в склеенный по вертикальной и горизонтальной плоскостям анод, их перестановку по мере расходования анода при электролизе, наращивание анода, согласно предлагаемому решению токоподводящие штыри устанавливают на двух или более горизонтах анода, составленного из отдельных обожженных блоков, склеенных между собой по горизонтальной и вертикальной плоскостям со смещением верхней поверхности блоков относительно друг друга в вертикальной плоскости; а наращивание анода проводят поочередным наращиванием блоков по мере сгорания нижней поверхности анода с сохранением величины смещения блоков в верхней плоскости.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на достижение поставленной задачи.

При перестановке штырей их поднимают на высоту блока и вклеивают в наращенный блок.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что осуществляют формирование обожженных анодов из отдельных блоков, склеенных по вертикальным и горизонтальным плоскостям со смещением верхней поверхности анодных блоков относительно друг друга в вертикальной плоскости. Вышеприведенное позволяет обеспечить непрерывное ведение процесса без замены анодов и переработки огарков, поочередно наращивая анодные блоки сверху по мере их сгорания снизу. При этом сохраняются все преимущества технологии обожженных анодов (высокая электропроводность и низкая реакционная способность, отсутствие выбросов в окружающую среду газов коксования) и главное преимущество технологии Содерберга - непрерывность процесса. Кроме того, появляется возможность использовать двухрядное расположение анодов (для электролизеров Содерберга и с обожженными анодами большой мощности).

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фигуре 1 представлен поперечный разрез электролизера, а на фигуре 2 - продольный разрез электролизера.

Электролизер для производства алюминия содержит угольные аноды 1, подвешенные на токоподводящих стержнях (анододержателях) 2 и состоящие из отдельных блоков 3, склеенных по вертикальной и горизонтальной поверхностям со смещением верхней поверхности анодных блоков относительно друг друга в вертикальной плоскости. Первоначально необходимая величина смещения создается тем, что в каждом аноде выставляются два разновысотных блока. В дальнейшем, при дожигании нижнего блока анода до толщины, при которой возможно растворение токоподводящих стержней (10-15 см), последние извлекаются из гнезда нижнего блока. Поверхность блока очищается от просыпей глинозема и на нее устанавливается и приклеивается снизу по горизонтали и сбоку по вертикали с соседним блоком данного анода новый полноразмерный блок. В гнезда нового блока вклеиваются токоподводящие стержни. В дальнейшем аноды наращиваются поочередной установкой полноразмерных блоков.

Предлагаемый способ позволяет исключить операции замены анодов и переработки анодных огарков (ликвидировать участки монтажа и демонтажа анодов и переработки огарков), а также использовать оборудование и инфраструктуру алюминиевого завода с технологией Содерберга для перевода на непрерывные обожженные аноды и решения экологических проблем технологии Содерберга. Экономический эффект состоит в снижении удельных капитальных вложений на строительство и операционных затрат на эксплуатацию завода.

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия из криолитоглиноземного расплава, в частности к способу установки обожженных анодов в электролизере с верхним токоподводом. В способе осуществляют размещение токоподводящих штырей в склеенный по вертикальной и горизонтальной плоскостям анод, составленный из отдельных обожженных блоков. Блоки склеивают между собой со смещением верхней поверхности блоков относительно друг друга в вертикальной плоскости. Токоподводящие штыри переставляют по мере расходования анода при электролизе. Наращивание анода проводят поочередным наращиванием блоков по мере сгорания нижней поверхности анода с сохранением величины смещения блоков в верхней плоскости. При перестановке штырей их поднимают на высоту блока и вклеивают в наращенный блок. Изобретение обеспечивает непрерывную эксплуатацию обожженных анодов с вертикальным токоподводом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ установки обожженных анодов в электролизере с верхним токоподводом, включающий размещение токоподводящих штырей в склеенный по вертикальной и горизонтальной плоскостям анод, их перестановку по мере расходования анода при электролизе, наращивание анода, отличающийся тем, что штыри устанавливают на двух или более горизонтах анода, составленного из отдельных обожженных блоков, склеенных между собой по горизонтальной и вертикальной плоскостям со смещением верхней поверхности блоков относительно друг друга в вертикальной плоскости, а наращивание анода проводят поочередной установкой блоков по мере сгорания нижней поверхности анода с сохранением величины смещения блоков в верхней плоскости.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при перестановке штырей их поднимают на высоту блока и вклеивают в нарощенный блок.