Электролизер для получения алюминия Советский патент 1978 года по МПК C25C3/08 

I

Изобретени.е относится « области металлургий цветных металлов, в частности к разработке конструкции электролизера для получения алюминия из расплавленных сред.

С увеличением мощности электролизеров, как в |результате роста плотности тока, так и в результате увеличения площади анода (особенно его щирИны), наблюдается отчетливая тенденция роста температуры электролита. Поскольку увеличение температуры электролита снижает основные показатели процесса (например, выход по току снижается на 2,3% на жаждые 10% повышения температуры), то это значительно замедляет рост единичной мощности электролизеров.

Известен ряд методов снижения температуры электролита: увеличение толщины слоя расплавленного алюминия, периодическое разрущение глиноземной корки, подъем уровня электролита выше бортовой футеровки (за счет наращивания наружного гарниссажа), введение в состав электролита компонентов, снижающих температуру его затвердевания и повыщаюЩИХ его электропроводность и пр.

В силу ряда причин (дефицит и высокая стоимость добавок, неудобство в обслуживании электролизеров, увеличение трудозатрат и пр.) ни один из выщеуказанных способов не оказался высокоэффективным в практическом применении.

Известен также электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб. Система охлаждения расположена вне катодного кожуха электролизера 1.

Известная система охлал дения обеспечивает увеличение теплопотерь и тем самым позволяет увеличить силу тока на нем, но вследствие неизбежного снижения температуры нижней части подины приводит к кристаллизации диффундированного расплава непосредственно под подиной. Последнее вызывает значительный рост вертикального давления на подину снизу и ускоряет ее разрущение. Возрастание градиента температуры по толщине подины увеличивает изгиб ее, также ускоряя разрущение, И вызывает появленпе настылей на подине. Охлаждение боковых сторон электролизера TaKHve позволяет усилить теплоотдачу, однако, снижения температуры электролита и регулирования ее обеспечить не может. Более того, вследствие увеличения теплового потока от расплава к боковой настыли температура электролита в центральных зонах его даже возрастает.

Цель изобретения - повышение теплоотбора от электролита, облегчение регулировки его температуры и увеличение срока службы подины ванны.

Для этого охлаждающие элементы размещены .между подиной ванны и уровнем подошвы анода.

В ряде случаев охлаждающие элементы могут быть размещены между боковыми стенками ванны и подощвой анода лиже уровня подошвы анода.

Охлаждающие элементы могут быть вынолнены из материала, выбранного из грунны, содержащей графит, силицированйый графит, графит е покрытием из карбонптрида бора и карбид кремния.

Кроме того, охлаждающие элементы могут быть выполнены двухслойными с внутренним слоем из жаропрочной стали к наружным, выполненным пз вышеуказанных материалов. Это придает охлаждающим элементам повышение несущей способности и защиту их внутренних полостей от окисления.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Электролизер содержит горизонтально расположенные анод 1 и подину 2, пространство меледу которыми заполнено расплавом «з электролита 3 в верхней части и алюминия 4--в нижней. В расплаве алюминия размещены охлаждающие элементы 5 из одной или нескольких труб (в зависимости от типа и мощности электролизера). Сечеиие труб определяется пх тепловой нагрузкой. Например, для электролизеров с верхним токоподводом при силе тока ГйО кА снижение температуры электролита с 965°С до 955°С обеспечивается охладителем из 3-х параллельных продольной оси электролизера графитовых труб с внутренним диаметром 40 мм и толщииой стенки 30 мм. По трубам пропускается теплоноситель. Для упрощения конструкции и ее эксплуатации наиболее приемлемым теплоносителем является редуцированный или вентиляторный воздух. Современная техника располагает рядом материалов, которые могут быть применены для охлаждающих элементов. Наряду с традиционным графитом могут применяться более стойкие к расплаву алюминия и фторсолей карбид кремния в виде силпцнрованного графита или самосвязанный графит с наружным покрытием из карбонитрида бора. Кроме того, для защиты внутренней полости труб от окисления может быть применена, например, тонкостенная металлическая труба. Для обеспечения достаточной механической прочности охлаждающие трубы выполняются двухслойными: внутренний слой - из жароупорной стали, а наружный - из материала, химически стойкого против расплавленного алюминия. Соотношение диаметров этих труб выбирается с учетом коэффициентов термического расширения, с тем, чтобы при 950-1000°С обе трубы достаточно плотно соприкасались между собой. Допустимо оставлять кольцевой зазор между наружной и внутренней трубой с заполнением его порошком высокой теплопроводности, например

графитным. Трубы могут быть расположены как вдоль, так и поперек продольной оси электролизера. Учитывая, что тепло в первую очередь должно отводиться от наиболее нагретых зон электролита, при нродольном расположении охлаждающие трубы размещаются ближе к продольной оси электролизера. Для обеспечения достаточной равномерности охлаждения металла но длине охлаждающих труб теплоноситель может подаваться в противоположных направлениях по расположенным рядом трубам. Для опоры на подину и фиксации высоты расположения труб в шахте ванны каждая труба имеет две-три опоры 6, изготовленные из материала, стойкого в расплаве.

Соединение элементов труб по длине производится одним из известных способов (на резьбовых муфтах и т. д.). Ввод охладительиых труб в катодный металл осуществляется

через слой расплавленного электролита (через колено, изогнутое под углом 90°С) или сбоку через бортовую футеровку.

Прн эксплуатации электролизера редуцированный илн вентиляторный воздух поступает

с одного конца каждой трубы и выводится через другой. При этом от расплавленного алюминия отбирается часть тепла, его температура понижается. Вследствие присущей ему высокой теплопроводности расплавленный алюминий будет охлаждать электролит в реакционной зоне. Интенсивность охлаждения регулируется количеством пропускаемого воздуха. Применение современных высокостойких к расплавленному алюминию материалов позволяет рассчитывать на срок службы охлаждаюнщх элементов, равный продолжительности межремонтной кампании электролизера, однако при необходимости элементы могут быть извлечены из электролизера и заменены

новыми. Тепло, отбираемое от расплава, может быть утилизировано одним из известных способов.

Применение охлаждающих элементов, размещенных в пространстве между подиной и

анодом, обеспечивает поддержание температуры электролита в реакционной зоне электролизера в оптимальных пределах. Этим достигается улучшение основных технико-экономических показателей, прежде всего выхода по

току. Стабилизация температуры электролита открывает возможность значительного увеличения токовой нагрузки и, следовательно, производительности электролизеров. Экономический эффект от изготовления не

менее 100 тыс. рублей на каждый типовой корпус электролиза, что по отрасли составит не менее 7,5 млн. рублей.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб, о т л ич а юши и ся тем, что, с целью повышения теплоотбора от

электролита, облегчения регулировки его тем