АНОДНЫЙ ШТЫРЬ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2008 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к конструкции анодного устройства электролизеров для получения алюминия с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом.

Известно анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающее угольный анод и анодные штыри, служащие для подвески анода и подвода тока к нему [1]. Штыри размещаются в плане анода по четыре в ряд, а по вертикали - на нескольких горизонтах. Число горизонтов может быть различным, но не менее двух. Через штыри отводится ˜1,5% тепла, выделяющегося от электролизера [2]. Часть штыря, погруженная в тело анода, отводит от него тепло теплопроводностью; часть штыря, не погруженная в тело анода, отводит тепло в окружающую среду конвекцией и излучением.

По мере наращивания единичной мощности электролизеров стал актуальным поиск способов интенсификации отвода от него тепла. Известно, что количество теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через проводник, прямо пропорционально квадрату тока (закон Джоуля-Ленца). В то же время количество теплоты, отдаваемой в окружающую среду нагретым предметом конвекцией и излучением, прямо пропорционально площади его поверхности.

Известен анодный штырь алюминиевого электролизера [3], взятый за прототип. Анодный штырь по известному техническому решению представляет собой стальной стержень, цилиндрической формы в его верхней части и конической - в нижней. Стальной стержень жестко соединен с алюминиевой токоподводящей штангой. Общая длина анодного штыря с токоподводящей штангой составляет 2250÷2700 мм. Длина стального стержня составляет 1600÷1940 мм, длина конической части стержня 900÷1080 мм, т.е. отношение длины цилиндрической части стержня к длине его конической части равно 1:(1,5÷2,0). По мере расхода самообжигающегося анода анодные штыри опускаются вместе с ним на глубину, составляющую 0,7÷0,75 общей длины стального стержня.

Данное техническое решение (прототип) имеет следующий недостаток - длина части анодного штыря, не погружаемая в тело самообжигающегося анода, через которую тепло конвекцией и излучением отводится в окружающую среду, составляет 0,25÷0,3 общей длины анодного штыря. Указанная длина недостаточна для эффективного отвода тепла с поверхности самообжигающегося анода при увеличении мощности электролизера.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности отвода тепла и сокращение выброса полициклических ароматических углеводородов с поверхности самообжигающегося анода; увеличение уровня коксово-пековой композиции (КПК).

Поставленная задача достигается тем, что в анодном штыре алюминиевого электролизера, содержащем стальной стержень цилиндрической формы в его верхней части и конической - в нижней, жестко прикрепленный к токоподводящей штанге, согласно заявляемому изобретению длина цилиндрической части анодного штыря увеличена и ее отношение к длине конической части анодного штыря равно 1:(1,0÷1,3), при этом на цилиндрической части анодного штыря выполнены теплоотводящие ребра.

Данное увеличение длины цилиндрической части анодного штыря выбрано по следующим соображениям. Увеличение мощности электролизера на 12÷15% увеличивает на 25÷30% количество выделяющегося от него тепла, при этом площадь поверхности цилиндрической части анодного штыря, непогружаемой в анод и через которую осуществляется отвод тепла в окружающую среду, осталась прежней. Применение анодного штыря по предлагаемому техническому решению увеличивает по сравнению с известным техническим решением площадь конвективной и лучистой теплоотдачи в 2÷3 раза. Соответственно, с учетом разницы температур по длине непогруженной в тело самообжигающегося анода цилиндрической части отвод тепла с поверхности самообжигающегося анода в окружающую среду через анодные штыри возрастает в 1,5÷2,5 раза.

Использование анодного стержня с отношением длины цилиндрической части анодного штыря к длине конической части менее 1:1,0 не увеличивает площадь конвективной и лучистой теплоотдачи и делает невозможной замену анодных штырей краном. При отношении длины цилиндрической части анодного штыря к длине конической части более 1:1,3 происходит незначительный рост площади конвективной и лучистой теплоотдачи.

Пример 1.

Использование анодного штыря по известному техническому решению.

По мере расхода самообжигающегося анода анодные штыри погружаются вместе с ним на глубину, составляющую 0,7÷0,75 длины стального стержня. При этом длина цилиндрической части стального стержня, не погруженная в тело самообжигающегося анода, составляет 145÷820 мм. При диаметре цилиндрической части стального стержня 120÷138 мм площадь теплоотдающей поверхности в зависимости от глубины погружения анодного штыря равна 0,0016÷0,0122 м².

Пример 2.

Использование анодного штыря по предлагаемому техническому решению.

По мере расхода самообжигающегося анода анодные штыри с увеличенной длиной цилиндрической части стального стержня погружаются на глубину, составляющую 0,4÷0,6 длины стального стержня. При этом длина цилиндрической части стального стержня, не погруженная в тело анода, составляет 270÷1100 мм. При диаметре цилиндрической части стального стержня 120÷138 мм площадь теплоотдающей поверхности в зависимости от глубины погружения штыря равна 0,003÷0,036 м².

На чертеже изображен анодный штырь по предлагаемому техническому решению.

К стальному стержню цилиндрической формы в его верхней части и конической - в нижней (1) жестко прикреплена алюминиевая токоподводящая штанга (2). Для интенсификации отвода тепла в окружающую среду непогружаемая в тело самообжигающегося анода цилиндрическая часть штыря снабжена теплоотводящими ребрами (3). Ребра могут быть выполнены вертикальными, наклонными или по спирали.

Увеличение длины штыря и наличие теплоотводящих ребер позволит увеличить площадь теплоотдающей поверхности штыря; увеличить количество теплоты, отводимой через штырь в окружающую среду (известно, что количество теплоты, отдаваемой нагретым предметом в окружающую среду, прямо пропорционально его площади); увеличить уровень КПК и, как следствие, сократить выбросы смолистых веществ в рабочую зону.

Предлагаемое техническое решение возможно внедрить на заводах Компании РУСАЛ, эксплуатирующих электролизеры с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, а также на заводах других Компаний, производящих алюминий по аналогичной технологии, например заводы компании СУАЛ.

Литература

1. В.Г.Терентьев и др. «Производство алюминия», изд. МАНЭБ, Иркутск, 2001 г., с.224-229.

2. А.А.Костюков и др. «Справочник металлурга по цветным металлам», М., изд. «Металлургия», 1971, с.179-180.

3. А.И.Басов, Ф.П.Ельцев «Справочник механика заводов цветной металлургии», М., «Металлургия», 1981, с.403.

Изобретение относится к конструкции анодного устройства электролизеров для получения алюминия с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, в частности к анодному штырю. Анодный штырь алюминиевого электролизера содержит стальной стержень цилиндрической формы в его верхней части и конической - в нижней. Стальной стержень жестко прикреплен к токоподводящей штанге. Отношение длины цилиндрической части анодного штыря к длине конической части равно 1:(1,0÷1,3). На цилиндрической части анодного штыря выполнены теплоотводящие ребра. Технический результат заключается в повышении эффективности теплоотвода, сокращении выброса полициклических ароматических углеводородов с поверхности самообжигающегося анода и увеличении уровня коксово-пековой композиции. 1 ил.

Анодный штырь алюминиевого электролизера, содержащий стальной стержень цилиндрической формы в его верхней части и конической - в нижней, жестко прикрепленный к токоподводящей штанге, отличающийся тем, что отношение длины цилиндрической части анодного штыря к длине конической части равно 1:(1,0÷1,3), при этом на цилиндрической части анодного штыря выполнены теплоотводящие ребра.