Способ термической подготовки алюминиевых электролизеров к пуску Советский патент 1991 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизом расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися или обожженными анодами.

Цель изобретения -улучшение качества подины и увеличение срока.

Плавный прогрев катода с одинаковой скоростью 6 - 7°С/ч при общей продолжительности обжига на металле 90 - 100 ч приводит к равномерному нагреву подины по всей ее площади и глубине, полному коксованию подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины и увеличению срока службы электролизера. Поддержание оптимальной скорости нагрева 6 - 7°С/ч обеспечивается при линейном графике изменения напряжения на ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В.

Основной задачей при обжиге алюминиевых электролизеров после капитального ремонта является обеспечение полного коксования подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины. Это достигается прогревом центральной части катода до средней температуры более 700°С и периферийной его части до сред - ней температуры более 450°С. При этом коэффициент неравномерности темпера- дурного поля при нагреве (отношение среднеквадратического отклонения локальных температур от средней к средней температуре) должен быть минимальным.

Для получения оптимальных значений продолжительности обжига, скорости нагрева, исходного и конечного напряжения проводят опыты при обжиге электролизеров, вышедших после капитального ремонта.

о

00 О W

В процессе опытов изменяют продолжительность обжига и падение напряжения на ванне, измеряя через каждый час локальные температуры катода в 24 точках, а также падение напряжения.

По результатам проведенных опытов строят зависимости средней температуры катода и коэффициента неравномерности температурного поля от продолжительности обжига.

Анализ полученных данных показал, что требуемые значения средней температуры катода и минимальный коэффициент неравномерности температурного поля обеспечиваются при продолжительности обжига 90-100 ч, линейном графике изменения напряжения на ванне от 4,5-4,7 до 3,0 В, Рассчитанная по опытным данным скорость нагрева является постоянной и равна б,5°С/ч. Для практического применения можно рекомендовать скорость нагрева 6-7°С/ч.

Выбранные оптимальные параметры обжига электролизеров подтверждены примерами.

П р и м е р 1.Численное значение конечного напряжения на ванне AU 3 В и продолжительность обжига А т 100 ч определяются следующим образом.

При обжиге электролизеров требуется достичь средней температуры катода в центральной его части до 700°С.

За этот период ( Дт 100ч) выделяется следующее количество теплоты при пропускании электрического тока:

Qr l AUk -Ат 150 К

X 103 3 100 3600 1,62 10м Дж, где I 150-103 А - сила тока для электролизеров С 8Б.

Считаем, что примерно половина выделившейся теплоты передается аноду, вторая половина - катоду.

Выделившаяся в катоде теплота частично расходуется на прогрев футеровки, теплоизоляции и кожуха электролизера, а также на потери в окружающую среду.

Количество теплоты, идущей на прогрев футеровки, теплоизоляции и кожуха электролизера в районе катода, определяется из уравнения

,

где V - объем футеровки и теплоизоляции, около 25 м3;

Ср- объемная теплоемкость, равная

ж

:з

1,840

м

К

t- средняя температура футеровки И теплоизоляции, около 300°С (для Ат- 100ч

Тогда ,5 109 Дж.

Количество теплоты, теряющейся в окружаю, щую среду,

Q п «F At Дт

где а 16 Вт/м, К - коэффициент теплоотдачи от поверхности кожуха к воздуху цеха. м2 - поверхность кожуха;

A t 110°C-температурный напор между поверхностью кожуха и окружающим воздухом.

Тдгда Q п-16- Ю- 110-100- ,3.109 Дж.

Количество теплоты, аккумулирующееся катодом за А ч

Qk г - Qn - Qli -QH 23,2 109Дж.

Это же количество теплоты расходуется на повышение температуры катода, т.е.

Qk Vk- (p )k tk) где ,9 м3 - объем катода;

(,53 106 Дж/м3, k - объемная теплоемкость катода;

tk - средняя температура катода, достигнутая за промежуток времени . Тогда

tk

23,2 10У

711°С.

12,9 2,53 10° Таким образом, при выбранном конечном напряжении на ванне В при продолжительности обжига Дт 100чсред- няя температура катода в центральной его части достигается в пределах 700°С.

При этом же конечном напряжении на ванне (AUk 3 В) и продолжительности об- жига Дт 100 ч также достигается требуемая температура катода tk 700UC, однако, как показали опыты и расчеты, после 100 ч с начала обжига резко уменьшается скорость нагрева. Это объясняется тем, что из-за вы- соких температур катода сильно возрастают потери теплоты в окружающей среду.

П р и м е р 2. При конечном напряжении на ванне В примем продолжительность обжига менее 90 ч, т.е. ч. Рас- четы ведем по зависимостям аналогично примеру 1. Тогда

,44 10 Дж; 0 13-109Дж; ,7. 109Дж

,3 109Дж tk 652°C.

Таким образом, полученное значение средней температуры катода меньше требуемой величины.

П р и м е р 3. Примем конечное напряжение на ванне Д(,9Впри .

-Тогда

,5661011 Дж;

,5-109Дж;

tk 629°C.

Таким образом, при этом режиме сред- няя температура катода в центральной его части равна 629°С. что недостаточно.

П р и м е р 4. Определим исходное напряжение на ванне ( Д UH ) при конечном AUkKJ.O В и продолжительности обжига .

Примем tk 600°C. Скорость нагрева при tk 7H°CntH 20°CpaBHa 710-20 ,0 /

100 7 с/ч

Время, при котором достигается tk 600°C

.

Для этого времени количество теплоты, идущее на повышение температуры катода

Qki V Ср tki 19,56 109 Дж . Аналогично приммеру 1 определяем значения Q n+Q-n, при своих значениях средней температуры футеровки и теплоизоляции и температуре поверхности кожуха, т.е.

Q|«+Qn, 54,1 109Дж., Величина

QTJ 2 ( Qki + Q.| + ОН, ) 14,74

1010Дж

Значения напряжения на ванне при

3.25 В,

В.

40

I -Дп. Приращение напряжения на 1°С

..™- .. 4S

Приращение напряжения на (711°С - С

5Д11 5AUi 691 1,6В Тогда исходное напряжение на ванне ,6В,50

Считая эту величину средним значениожно рекомендовать ,5-4,7B.

5

1°

15

20

зо 35

40

4S

50

При Д UH 4,5 В не обеспечивается требуемая температура катода (при продолжительности обжига Дг 100°С), так как уменьшается скорость нагрева.

При Дин 4,7 В и продолжительности обжига ч требуемая температура катода обеспечивается, однако здесь, как показали опыты, увеличивается коэффициент неравномерности температурного поля по катоду и увеличиваются затраты электроэнергии на обжиг электролизера.

Для обоснования скорости нагрева подины 6 С/ч проведен опыт на электролизере типа С8Б.

Напряжение на ванне плавно уменьшалось от 4,5 до 3,0 В, при этом скорость нагрева катода оставалась практически постоянной. За 100 ч обжига средняя температура катода достигла 650°С. В центральной части катода температуры составляли 750 - 800°С. Периферийные швы прогрелись до 450 - 500°С.

Снижение скорости нагрева менее 6°С/ч приводит к недостаточному прогреву катода до полного коксования межблочных швов.

Увеличение скорости нагрева более 7°С/ч повышает также термоупругие напряжения в катоде, что приводит к преждевременному разрушению углеграфитовых катодных секций и снижению срока службы электролизера.

В результате термической подготовки алюминиевого электролизера к пуску по предлагаемому способу ожидается экономический эффект 792 руб в год на один электролизер за счет увеличения срока службы на 4 мес и снижения затрат электроэнергии при вводе электролизера в нормальную эксплуатацию на 50 тыс. кВт/ч, что подтверждается технико-экономическим расчетом,

Формула изобретения Способ термической подготовки алюминиевых элекролизеров к пуску, включающий заливку расплвленного алюминия, замыкание анода с жидким катодом, включение электролизера в цепь серии и нагрев подины, о т л и-чающийсят ем, что, с целью улучшения качества подины и увеличения срока службы электролизера, нагрев подины проводят со средней скоростью 6 - 7град/ч и в течение 90 - 100 ч при изменении напряжения на ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В.

Изобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизером расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися или обожжеными анодами Цель изобретения - улучшение качества подины и увеличение срока службы электролизера. Нагрев подины в предлагаемом способе осуществляют в течение 90 - 100 ч при изменении напряжения в ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В со средней скоростью 6 - 7°С/ч.