Электролизер для получения алюминия

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 25 С 3/08 ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О:

4й

4:

М

СР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4621337/02 (22) 16.12.88 (46) 07.04.91.Бюл. Р 13 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) И.Ф.Боженко, Е.Н.Панов, А.П.Кукшин и Ф.К.Тепляков (53) 669.713.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(188016, кл . С 22 D, 1965. (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

AJIFNHHHH (57) Изобретение относится к электрометаллургии алюминия, в частности к конструкции электролизера и его футеровке. Целью изобретения является поИзобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизом расплавленных солей в смециальных аппаратах (электролизерах) с верхним токоподводом и обожженными или самообжигающимися анодами, а также катодным устройством.

Целью изобретения является увеличение производительности и срока службы электролизера.

На фиг.1 представлена принципиальная конструкция электролизера; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Электролизер содержит металлический катодный кожух 1, на внутренней поверхности боковых стен которого размещена тепловая изоляция 2. Давьппение производительности и увеличение срока службы электролизера.

В электролизере для получения алюминия графитовые блоки футеровки выполняют переменного сечения, а переменную толщину теплоизоляции опредеПП г ляют по зависимости и gq = аg1L1 + ьп

+ (A») 1II(q(/q<)), где 0 иъ проектная толщина теплоизоляции; действительные удельные теплопотери боковых поверхностей; q — расчетные удельные .теплопотери с боковых поверхностей; a(9())g) — коэффициент, зависящий от теплопроводности ($

7 и анод 8. Подина электролизера

9 содержит футеровку и теплоизоляцию соответственно из шамотного и диами -. тового кирпича.

Толщина теплоизоляции боковых .стен определяется по формуле

8„g = 1„ () а(%д )1п(- — )), (1)

Чр

1640206 где

Че а(% иэ) 10 (3) Оэ 143 +(Оэ055/%и ) q

40 — проектная толщина теплоизоляции — действительные удельные теплопотери с боковых поверхностей; — расчетные удельные теплопотери с боковых поверхГ ностей; — коэффициент, зависящий от теплопроводности (%И ) выбранного материала теплоизоляции определен из со7 отношения

%из ) = 0 5 + 3 92%из

Выполнение футеровки переменного сечения позволяет сохранить неизменной суммарную толщину футеровки и теплоизоляции для определенной конструкции электролизера.

На одном из эксплуатируемых электролизеров серии производится . экспериментальное определение тепловых потерь с его боковых поверхностей в зависимости от длины (а ).

Для этого же электролизера вычисля" яйся расчетные удельные теплопотери с боковых поверхностей (q ), при которых обеспечивается образование тре- 30 буемой толщины защитного слоя гарниссажа (100-150 мм) и поддержание оптимальной температуры расплава в электролиэере t> = 970 С), т.е.

35 — to

2 —;; —; — --.— — —,(2)

+- + — + — -+-- — +-М Ф р из м а где t > - температура окружающего воздуха в помещении цеха;

1/К вЂ” термическое сопротивление теплоотдачи от расплава к

1 гарниссажу; г/ А — термическое сопротивление теплопроводности гарниссажа; р / %, — термическое сопротивление теплоизоляции графита; 50

<о

Ои /ф и - термическое сопротивление металлического кожуха;

1/0(g- термическое сопротивление теплоотдачи от поверхности кожуха к окружающему возду"

У

4 ху.

В практических расчетах величиной р /%щ можно пренебрегать. Приняв для алюминиевого электролизера на силу тока 175 кА из конструктивных характеристик gz> = 0,2 м, о из

0,055 м, по литературным данным

{К, = б10 Вт/м К, ф р = 8 Вт/мК, ф„= 2,5 Вт/м К, 0(= 15 Вт/м К, по условиям оптимальной эксплуатации электролизера а < = 0,125 м, = 970 С, а также tb = 30 С, получим соотношение для расчетной плотности теплового потока в зависимости от . выбранного материала теплоизоляции.

940

Превьш ение действительной (измеренной) плотности теплового потока (q<) по отношению к ар будет определяться уменьшением толщины защитного слоя гарниссажа и уменьшением, соответственно, термического сопротивления теплопроводности гарниссажа, поскольку остальные термические сопротивления будут изменяться йезначительно и их можно принимать постоянными. Поэтому при известной величине q определяем действитель1 ное термическое сопротивление теплопроводности гарниссажа, принимая, что температурный напор, (tp- t ) вовсех случаях будет одинаковым и равным 940 С. г 940 О 055 — — — = — — — -Я вЂ” — — О, 0933, %г Ч из (4) Дпя обеспечения расчетной плотности теплового потока (ор) необходимо в зависимости от величины Ч выполнять теплоизоляцию переменного сечения, изменяя также толщину угольной футеровки с таким условием, чтобы величина (Rqp + 8 э) выдерживалась постоянной (для электролизеров серии на сулу тока 175 кА эта величина равна 0,255 м) °

Таким образом, из (2) с учетом (4) сумма термических сопротивлений теплопроводности графита и теплоизоляции Р из 1 1

+ =940(— -- — -) + гр "иъ Чр ЧР

+ - --- + 0,025

О 055 (5) и с учетом того, что F, = 0,255 †. Fzg, а Я, = 8 Вт/м К

О из из

1640206

0 255 — азиз

940 (-— чР

1 — )+

+ - --- + 0,025, 0 055 из (6) 5 а»а = а»„а (1аа(%„) 1п(— )), Ч

0,143 + (0,055/0,2)

35 т

Длина стенки 1, м 0,4 1,6 3»0 4,4 6,0 7,0 8,6 10,0 11,3

Удельные теплопотери q »Âò/м

Толщина теплоизоляции (1 „, мм

1500 3950 3350 2650 2750 3300 2950 2950 ?5Э

55 95 83 67 69 82 74 74 55

Толщина футеровки

1„, мм

200 160 172 188 186 173 181 181 200

Решение этого уравнения и дает величину толщины изоляции („э ).

По описанной методике расчетным путем определяют толщину теплоизоляции для теплопроводности 0,05; 0,1;

0,15; 0,2; 0 25; 0,3 Вт/м ° К при значениях плотности теплового потока (9 ) в интервале 1000-4000 Вт/м .

15 е

Полученные данные обобщены уравнением. (1) и рекомендуются для практического применения, В качестве примера конкретного выполнения футеровки и теплоизоляции рассмотрим левую продольную стенку в районе верхнего пояса катодного кожуха алюминиевого электролизера на силу тока 175 кА Таджикского алюминиевого завода.

Проектная -толщина теплоизоляции

П и»» = 0,055 м, теплопроводность фи = 0,2 Вт/м К, тогда а (Яиз )

= 0 5 + 3,92 Ъ и = 1,284.

Расчетные удельные теплопотери вычислены из (3):

Толщина теплоизоляции ((и ) рассчитана по зависимости (1), где в качестве q приняты реально измерен1 ные значения удельных теплопотерь по 40 длине стенки, толщина графитовой футеровки определена из соотношения гр = 0»255 О из °

Результаты расчета приведены в таблице.

В результате выполнения графитовой футеровки и теплоизоляции переменного сечения ожидается снижение удельного расхода электроэнергии на

500 кВт-ч/т и увеличение выхода по току на 1»57,.

Формула и зо бр ет ен ия

Электролизер для получения алюми- ния, содержащий катодное устройство, размещенную в боковых стенках теплоизоляцию переменного сечения по высоте и периметру шахты и футеровку из графитовых блоков, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения производительности и срока службы электролизера, графитовые блоки выполнены переменного сечения, а переменная толщина теплоизоляции определена по зависимости

1 П где 0 и — проектная толщина теплоизоляции;

q — действительные удельные е теплопотери с боковых поверхностей; — расчетные удельные теплоГ потери с боковых поверхностей; а(фи ) — коэффициент, зависящий от теплопроводности (Q <3) выбранного материала теплоизоляции, определен из соотношения а(Я и )

= 0»5+3,92 из, причем суммарная толщина футеровки и теплоизоляции постоянна.

1640206

&ur. 4

<Рог. Я

Составитель Е.Теренин

Редактор С.Пекарь Техред М.Дидык

Корректор A-Обручар

Заказ 999 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101