Стальная токоподводящая штанга алюминиевого электролизера Советский патент 1988 года по МПК C25C3/12 

293

со ел ю

N3

75J

СМ

11

Изобретение относится к производству алюминия электролизом криолито- глин оземиых расплавов с использованием углеграфитовых анодов.

Цель изобретения - снижение расхода электроэнергии.

На фиг. 1-3 показана стальная то- коподводящая штанга для обожженного анода алюминиевого электролизера; на фиг. А - то же, для самообжигающегося анода.

Углеграфитовый блок анода 1 выполнен с углублением 2, При помощи чугунной заливки 3 установлена стальная штанга 4, выполненная в верхней части 5 с уменьшенным сечением. Штанга крепится к анодной шине 6. При использовании самообжигающегося анод

0

5

локализируется точно над анодом (фиг. 1). Следовательно, достаточно теплоизолировать эту зону теплоизоля- тором, например глиноземом, чтобы устранить большую часть имеющихся в зоне теплопотерь, средняя и верхняя части стержня могут быть оставлены на воздухе ввиду сравнительно невысокой температуры, составляющей 300 С или ниже.

Увеличение падения омического напряжения в суженной части может быть компенсировано увеличением сечения горячей части стали, где имеет место высокое удельное сопротивление. Температурный коэффициент удельного

электрического сопротивления железа составляет 0,0147 при 500 с. Эта ве

Изобретение относится к электролитическому получен то алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов с использованием углеграфитовых анодов. Цель изобретения - снижение расхода электроэнергии. Стальная то- коподводящая штанга 4 анода 1 алюминиевого электролизера выполнена с уменьиюнным сечением в верхней части 5. Верхняя часть с уменьшенным сечением составляет 30% всей длины штанги. Площадь уменьшенного сечения равна 60% площади поперечного сечения нижней части. Уменьшенное сечение верхней части штанги может быть в виде круга или кольца. Такое выполнение токоподводящей штанги снижает тепло- потери через тело штанги и позволяет снизить расход электроэнергии на 200- 300 кВт-ч/т алюминия. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. g СУ)

подачу тока осуществляют через сталь

ной стержень - штырь 7, установленны в углеграфитовую пасту 8. Теплоизоляцию осуществляют гранулами 9. В ваннах, использующих предварительно обоженные аноды, примерно половина теп- левого потока, проходящего через аноды, отв одится через сталь. Теплопередача осуществляется в основном посредством проводимости. Пунктирной линией ХХ обозначена граница между частью проводника, заделанной в углерод, и верхней его частью.

Частичное уменьшение сечения стали в верхней части позволяет локально получить высокие температурные градиенты. В результате этого можно точно определить в стали горячие и холодные зоны.

Проводят опыт, в результате которого на 10 см длины получают снижечО ,

ние температуры с 650 до 320 С (фиг. 1).

На фиг, 2 показано каким образом в известных анодах и В идентичных условиях происходит распределение температур в анодной системе, когда штанга 4 имеет постоянное сечение.

Плотность тока может локально увеличиваться без проявления эффекта плавления. Действительно, благодаря близости значительной массы стали с относительно низкой температурой происходит быстрое поглощение тепла, выделяющегося в результате эффекта Джоуля при чрезмерном увеличении силы тока в круглой штанге 4.

Повьш1ение температуры стали, являющееся источником тепловых потерь в результате конвекции и излучения,

0

5О

5

0

5

5

личина достигает максимума при температуре около 500°С.

Кроме того, контакт между сталью и углеродом улучшается в результате увеличения сечения нижней части штанги 4, повьш1ения температуры этой зоны и дополнительного теплового расширения металлической части. Выигрьш в сопротивлении полученного таким образом контакта составляет около 30% по сравнению с монтажом известной конструкции (фиг. 2).

Сечение и длина суженной и несуженной частей подбираются так, чтобы полученное полное тепловое сопротив- ление было равно или несколько превышало сопротивление монтажа известной конструкции. В этой связи необходимо, чтобы длина суженной части верхнего участка 5 была тем больше, чем ближе ее сечение к сечению исходного стержня. Это условие требует также определенного соотношения между сечением части верхнего участка 5 и сечением штанги 4.

Изобретение особенно эффективно в случае, когда соотношение между сечением части верхнего участка 5 и сечением штанги 4 равно или меньше 0,6. Длина суженной части должна по меньшей мере составлять 35% общей длины верхней части стержня. Это позволяет сбалансировать общее тепловое сопротивление без проявления эффекта плавления, получая при этом выигрыш в контактном сопротивлении, во всех случаях превышающий на 30% его первоначальную величину.

Возможны варианты осуществления изобретения: сечение уменьшенной час314

ти может быть ПЫПО.П11С110 в форме круга или кольца (фиг. 3).

Использование такого монтажа в известной ванне при силе тока 280000 А позволило констатировать, что покрытие стержня большего сечения глиноземом достаточно для очень хорошей теплоизоляции анодов. Плотность тока D этом случае бььта следующей: поперечина (холодная зона) 15 А/см , стержень - суженная зона верхнего участка 5 28 А/см, горячая зона штанги 4 10 А/см.

При сравнении работы электролизера при 280000 А с круглыми анодами постоянного сечения 120 мм и с предлагаемыми анодами выяснилось, что последние обеспечивают выигрыш в 30 мВ в падении анодного напряжения. В результате снижается потребление энергии электролизером на 100 кВт-ч/т, а рабочее напряжение электролизера снижается на 0,03 В без изменения силы тока. В этом случае общее тепловое сопротивление стержня и его суженной части на 50% превьппает тепловое сопротивление стержня с постоянным диаметром 120 мм. Это обеспечивает дополнительную теплоизоляцию электролизера, позволяющую снизить мощность, подаваемую в электролизер.

В случае самообжигающегося анода (фиг. 4) подача тока осуществляется при помопщ стальных стержней - штырей 7, которые всаживаются непосредственно в углеграфитовую пасту 8, потом извлекаются и вновь устанавливаются немного выше по мере сгорания анода, но так, чтобы избежать контакта между нижним заостренным концом штыря И электролитом. Диаметр верхней части штыря, составляющий 100522

150 мм, можно уменьшить ниже зоны контакта штыря п анодной рамке и уве-- личить диаметр нижней части. Теплоизоляция верхней части анода обеспечивается в этом случае гранулами углеродистой пасты 9, периодически добавляемыми для восстановления анода по мере износа его нижней части. Для

Q облегчения извлечения штыря из пасты предпочтительно использовать конструкцию с трубой, имеющей такой же наружный диаметр, что и нижняя часть штыря.

5 Использование изобретения поэво- ляет снизить расход электроэнергии на 200-300 кВт ч/т алюминия и увеличить срок службы наплавок алюминий - сталь, который становится равным сроQ ку службы стальных элементов.

Формула изобретения

из верхней и нижней частей и соединяющая анодную ошиновку с углеграфи- 0 товым анодом, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии, верхняя часть штанги составляет не менее 30% всей длины и выполнена с сечением площадью не более 60% площади поперечного сечения нижней части.

д имеет сечение ввиде круга.

Фиг. 2

У07

750

950

Фи9.3

фм.4