Анодное устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом для производства алюминия Советский патент 1993 года по МПК C25C3/12 

Ј

Использование: анодное устройство алюминиевого электролизера. Изобретение позволяет снизить удельный расход анодной массы, повысить производительность электролизера и увеличить срок службы анодного кожуха. Сущность: в анодном устройстве с четырехрядной расстановкой штырей расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой анода равно 1.5-2,3 диаметра цилиндрической части токоподводящего штыря, расстояние между внутренними рядами равно 7-11,5 диаметра цилиндрической части штыря, а нижний край анодного кожуха расположен в зоне анода, имеющей температуру 430- -500°С. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к электролити- черкому способу производства алюминия и быть использовано в конструкции анодного устройства электролизера.

I Целью изобретения является повышение производительности электролизера, снижения расхода электроэнергии и анод- ной массы.

j Поставленная цель достигается тем, что в анодном устройстве электролизера с са- мцобжигающимся анодом и верхним токо- подводом для производства алюминия, включающем металлический кожух, уголь- ный анод и установленные в нем в четыре ряда токоподводящие штыри верхняя часть которых выполнена цилиндрической, а ниж- - конусной, расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой угфльного анода равно 1,5-2,3 диаметра ци- лирдрической части штыря, а расстояние между внутренними рядами токоподводящих штырей равно 7-11,5 диаметра цилиндрической части штыря, причем, нижний край металлического кожуха расположен в зоне самообжигающегося анода, имеющей температуру 430-500°С.

Техническая сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем.

Исследованиями установлено, что максимальный тепловой поток, выделяющийся в центре штыря, в 2 раза превосходит тепловыделения на периферии штыря (граница боковая поверхность штыря-анод) и в 5 раз больше тепловых потоков, исходящих от анодной массы на расстоянии одного диаметра штыря. Таким образом, токоподводя- щий штырь является мощным концентратором термических напряжений в аноде.

Измерения показывают, что изотермы температурного поля анода имеют наклон к периферии анода, что свидетельствует о бо00 CJ 00

&

4

СО

лее низкой температуре зоны вследствие охлаждения боковой поверхности анода через анодный кожух и более низких токовых нагрузок на периферийные ряда токоподво- дящих штырей. В тоже время изотермы в зоне нижнего края анодного кожуха сжаты, что указывает на то, что в спеченной части анода анодный кожух работает как тепловая насадка, препятствуя охлаждению анода и увеличивая окисляемость боковых граней.

Указанные факторы отрицательно влияют на качество анода и на процесс электролиза. Неоднородность температурного поля анода приводит к повышенным потерям газообразных углеводородов, неравномерной плотности анода, повышает его окисляемость и, как следствие, повышается расход анодной массы. Неравномерная плотность анодного тока и наличие горизонтальных токов являются причиной роста падения напряжения в аноде, что повышает расход электроэнергии и снижает производительность процесса электролиза.

Предлагаемое техническое решение направлено на снижение неоднородности температурного и электрического полей самообжигающегося анода.

Поставленная задача решается тем, что периферийные ряды штырей смещаются к кромке анода и увеличивается расстояние между внутренними рядами штырей. Такое размещение токоподводящих штырей приводит к снижению термических и токовых нагрузок на центральную часть анода, способствует снижению неоднородности температурного поля - выравниванию изотерм, снижению горизонтальных токов и неравномерности плотности анодного тока. Уменьшение же высоты анодного кожуха и расположение его нижнего края в зоне анода, имеющей температуру 430-500°С, приводит к разжатию изотерм, т.е. к снижению температурного градиента и температуры в периферийной зоне анода, а следовательно и уменьшению окисляемости боковых граней анода. Кроме того, надежно предотвращается протек жидкой анодной массы за счет более плотного прилегания нижнего края кожуха к аноду в зоне полукокса-кокса и, в то же время, за счет умень- шения площади контакта прилегания кожуха к спеченной части анода практически исключается припекание кожуха к аноду и тем самым устраняются условия для его продольной и поперечной деформации, что повышает срок службы металлического анодного кожуха.

В предлагаемом решении расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой угольного анода равно 1,5-2,3 диаметра цилиндрической части анодного штыря.

Уменьшение расстояния (менее 1,5 Дш) 5 приведет к интенсификации процесса окисления боковых граней анода и нелинейному росту градиента температуры по периферийной части анода, т.к. штырь является мощным источником выделения тепла. Все

0 это отрицательно скажется на качество анода, повысит расход анодной массы. Кроме того, при меньших расстояниях возможны механические повреждения периферийной части анода при перестановке анодных

5 штырей.

Увеличение расстояния более 2,3 Дш нецелесообразно, т.к. не происходит выравнивание температурного поля анода, и цели изобретения не достигаются.

0 Расстояние между внутренними рядами штырей равно 7-11;5 диаметра цилиндрической части штыря.

Расстояние менее 7 Дш не обеспечивает снижение температурных и токовых на5 грузок центральной части штыря и не приводит к решению поставленной задачи. Увеличение расстояния более 11,5 Дш нецелесообразно, т.к. в этом случае происходит смешение термической и электриче0 ской зон к периферии анода, нарушается режим коксования, повышается падение напряжения в аноде.

. . Нижний край анодного кожуха предлагаемого устройства расположен в зоне ано5 да, имеющей температуру 430-500°С.

При расположении нижнего края анодного кожуха выше этой зоны возможны протеки жидкой анодной массы.

Это приводит к снижению качества ано0 да, повышению расхода анодной массы и нарушениям нормального технологического режима. Расположение нижнего края анодного кожуха ниже указанной зоны повышает вероятность припекания кожуха к аноду,

5 при этом разрушается боковая поверхность анода, снижается его качество, возможна деформация анодного кожуха, зависание анода. Кроме того, при высоком анодном кожухе (нижний край в зоне температур 6500 680°С) между анодом и кожухом возникает зазор, и кожух работает как тепловая насадка для анода, повышая температуру боковой поверхности и периферии анода, ухудшая тем самым температурный режим коксова5 ния анода и его качество, повышая окисляемость боковых граней.

На чертеже показано предлагаемое анодное устройство.

Оно состоит из металлического анодного кожуха 1, угольного анода 2 и установленных в нем анодных токоподводящих штырей 3.

П р и м е р. На действующем электролизере типа С-8Б путем увеличения расстояния между горизонтальными двутаврами анодной рамы и уменьшения толщины под- Кладок между стенкой двутавра и анодной шиной устанавливали расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой угольного анода (И) 207 мм, что составляет 1,5 диаметра цилиндрической части токоподводящего штыря (Д), а расстояние между внутренними рядами штырей (1з) устанавливали 970 мм ( 7Д). Замеры и контроль технологии осуществляли одновременно на двух электролизерах: опытном (заявляемое решение) и свидетеле - (применяется на заводе конструкция анодного устройства - прототип). На электролизере-свидетеле расстояние между продольной кромкой анода крайними рядами штырей (hh-344 мм (2.49Д), а расстояние между внутренними рядами штырей; з - 838 мм (6Д). Нижний край анодного кожуха опытного электролизера находился в зоне анода, имеющей температуру 450-470°С, а нижний край анодного кожуха электролизера-свидетеля - в зоне с температурой 680- 700°С. Замеры и контроль осуществляли в течение четырех полных циклов перестановки штырей.

Результаты приведены в табл.1.

В процессе работы были проведены серии экспериментов на опытном электролизере. Результаты приведены в табл.2

(деформацию анодного кожуха определяли после 24 мес, работы,

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить падение напряжения в ано- де на 20-25 мВ, расход анодной массы на 12 кг/т AI, повысить производительность электролизера на 6 кг/сут, увеличить срок службы анодного кожуха почти в 7 раз.

Ожидаемый годовой экономический эф- фект составит 246 тыс, руб. на корпус.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

штыря.

Таблица 1

1ЗМ 838 (про- (2, Д) (6Д) тотип)

680-700

575

1065

3,5

3,2

f

ЗАЪйтрол um