Анод электролизера для получения магния Советский патент 1985 года по МПК C25C3/04 C25C7/02 

1 , Изобретение относится к цветисп металлургии, а именно к электролизерам для производства магния из расплавов хлоридов, и может быть применено в цехах электролиза, обо рудованных электролизерами с верхним вводом анодов. Все известные магниевые электро лизеры с верхним вводом анодов име один существенный недостаток: срок службы анодов меньше срока службы других элементов электролизера. Ан ды разрушаются в результате окисле ния графита кислородом воздуха на ходе из перекрытия при создакяцейся обычно в этом месте температуре 400-450 С. Существует два основных направления решения задачи: охлаждение анодной головки или изоляция поверхности графита от воздуха. Известен анод, в котором токоподводЯщие шины выполнены в виде отливок с.залитыми в их теле сталь ными водоохлаждаемыми трубами lj . Известен также анод, в котором устройство для охлаждения головок анодов выполнено разборным в виде двух труб, коаксиальных на уровне перекрытия и с крышками с торцов 2. Однако эти технические решения не используются, так как по существукпцим нормам применения воды в цехе электролиза магния не допускается , Известно техническое решение,в котором поперечное сечение анодных головок составляет менее 70% от по перечного сечения его рабочей част что ведет к снижению потока тепла, следовательно, к снижению температуры и повьнпению срока службы анода з , При этом уменьшается тештосъем в целом с электролизера, а значит снижается его производительность, съем магния с 1 м площади пода и цеха, растет себестоимость магния. Кроме того, уменьшение поперечного сечения вызьгоает рост сопротивления анода, увеличение падения напряжения в нем и на электролизере, и, следовательно, приводит к росту расхода электроэнергии. Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату является анод электролизера 92 для получения магния, содержаний графитовый блок, причем в верхней части блока выполнены цилиндрические каналы с резьбой для увеличения срока службы анода путем подачи инертного газа в з.ону разрушения и пластины токоподвода . Недостатками известного анода являются сложность изготовления, эксплуатации анода, а также значительные энергозатраты. Это обусловлено значительным уменьшением сечения графита, так как создать надежную защитную инертную атмосферу возможно только при небольшой толщине графита в 20-50 мм, а следовательно, надо сверлить много отверстий, как следствие, увеличением сопротивления анода, падением напряжения в нем и увеличением расхода электроэнергии на получение магния. Кроме того., сверление анодов и нарезание резьбы требуют специального оборудования и HrtcTpyMeHTav эксплуатация анода с защитой инертньвчи газами требует дополнительных трудозатрат на поддержание герметичности системы подвода газа к аноду, устройство подвода газа усложняет электролизер и его обслуживание. Цель изобретения - упрощение изготовления и эксплуатации айода, а также снижение энергозатрат путем уменьшения падения напряжения в аноде. Поставленная цель достигается тем, что в аноде электролизера для получения магния, содержащем блок из графитовых брусьев с каналами в верхней части и пластины токоподвода, каналы выполнены поперечными и открытыми сверху и сбоку глубиной ниже пластины токоподвояа на 0,1-0,3 ее ширины. Кроме того, ширина каналов составляет 0,15-0,3 толщины блока. Расстояние между каналами составляет 2-10 ширины каналов. Каналы выполнены между смежными брусьями блока. На чертеже показан анод электролизера для получения магния с каналами в верхней части. Анод содержит графитовый блок 1 толщиной а, состоящий из нескольких брусьев, пластин 2 токоподвода

3

шириной Ь, каналы 3 шириной А . С расстояние между каналами; В - глуб на канала ниже токоподводящей пласт ны.

Анод с каналами работает следующим образом.

После сборки анод устанавливается в электролизер, причем расстояние от перекрытия до пластины токоподвода составляет 0,7-1,0 ширины пластины и дно каналов находится всегда вьяае перекрытия. При эксплуатации электролизера анод нагревается, в каналах создается вертикальный конвективный поток воздуха, который засасьшается в каналы под пластинами токоподвода и выбрасывается вверх. Поток воздуха охлаждает верх анода и пластины токоподвода.

Заданные размеры каналов определяются следующими обстоятельствами. Расстояние Ь от пластины до дна канала должно обеспечивать достаточный поток воздуха для охлаждения. При В 0,1Ь скорость воздуха низкая и эффективность охлаждения уменьшается, а при В 0,3 Ь появляется опасность ухудшения стойкости графита в месте выхода из перекрытия электролизера.

Ширина каналов определяется требованиями эффективной теплопередачи: при А 0,3 а сказьшается уменьшение поперечного сечения графита, так как растет сопротивление и падает напряжение в аноде, при А 0,t5q теплопередача ухудйается взаимного экрани543794

рования боковых стемок канала. Расстояние между каналами определяется необходимостью сохранения иеличины омического сопротивления анода и его 5 механической прочности: (при С 2 А значительно возрастает сопротипление и уменьшается механическая прочность, при С 10 А эффективность каналов становится низкой. В диапазоне 2-10 А каналы могут быть выполнены на прилегающих гранях смежных брусьев.

Каналы выполняются на обычном строгальном станке, применяемом для выравнивания граней брусьев и анода. Эксплуатация анода с каналами в верхней части не требует дополнительных трудозатрат, верх электролизера не загромождается, используются возможности анода без привлечения дополнительных устройств.

Расчет показывает, что по сравнению с известным решением падение напряжения в предложенном аноде на 0,08-0,10 В меньше, а себестоимость магния, полученного в электролизерах с предложенными анодами, снижается на 4-5 руб. на 1 т.

Как показывают испытания, температура верха анодов с предложенными каналами снижается на 20-40°С, а теплосъем со всего электролизера увеличивается на 3-5%, что позволяет на 2-3% увеличить производительность электролизеров.

Экономический эффект от внедрения предложенных анодов в объеме отрасли составит t00-300 тыс.руб. ..в год.

1. АНОД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ, содержали блок из графитовых брусьев с кангшами в верхней части и пластины токоподвода, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления и эксплуатации анода, а также снижения энергозатрат путем уменьшения падения напряжения в аноде, каналы вьтолнемы поперечньвш и открыть 1и сверху и сбоку,глубиной ниже пластины токоподвода иаО,1-0,3 ее ширины. 2.Анод по П.1, отличан щ и и с я тем, что ширина каналов составляет 0,15-0,3 толщины блока. 3.Анод по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что расстояние между каналами составляет 2-10 ширит 1 каналов. 4.Анод по пп. 1-3, о т л ич аю щи и с я тем,что каналы выполнены между смежными брусьями блока . и :о