Анодное устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом для производства алюминия
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1
ГС СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГфСПАТЕНТ СССР)
С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (si)s С 25 С 3/12
К ПАТЕНТУ
1 ал1о
Изобретение относится к электралитическому способу производства алюминия и манжет быть использовано в конструкции анрдного устройства электролизера.
Целью изобретения является повыше. нИе производительности электролизера, снижения расхода электроэнергии и анод- но массы., Поставленная цель достигается тем, что в внодном устройстве электролизера с самс обжигающимся анодом и верхним токопбдводом для производства алюминия, включающем металлический кожух, угольный анод и установленные в нем в четыре ряда токоподводящие штыри верхняя часть которых выполнена цилиндрической, а нижняя — конусной, расстояние между крайним рядами штырей и продольной кромкой угольного анода равно 1,5-2,3 диаметра цилиндрической части штыря, а расстояние между внутренними рядами токоподвадя(2 (2 (4 (7 (7 (7 (5 та л (5
) 5015629/02
) 08.07,91
) 30.08.93. Бюл. ¹ 32
) Братский алюминиевый завод
) В, Н.Деревя гин и В.Т. Беспалов
Братский алюминиевый завод
) Справочник металлурга по цветным мелам. Производство алюминия, М,; Металгия, 1971, с. 181.
) АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИРА С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ
ЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ ДЛЯ ПРООДСТВА АЛЮМИНИЯ
Использование: анодное устройство миниевого электролизера. Изобретение
„„БЦ „„1838454 АЗ позволяет снизить удельный расход аноднай 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 токоподвадящего штыря, расстояние между внутренними рядами равно 7-11,5диаметра цилиндрической части штыря, а нижний край аноднага кожуха расположен в зоне анода, имеющей температуру 430500 С. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл. щих 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 установлена, 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, токопадводящий штырь является мощным концентратором термических напряжений в аноде.
Измерения показывают, чта изатермы температурного поля анода имеют наклон к периферии анода, что свидетельствует о ба1838454 лее низкой температуре зоны вследствие охлаждения боковой поверхности анода через анодный кожух и более низких токовых нагрузок на периферийные ряда токоподводящих штырей. В тоже время иэотермы 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 рмды 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.
Чменьшение 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 полукоксэ-кокса и, в то же время, за счет уменьшения 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, 8 предлагаемом решении расетояние между крайними рядами штырей и продольН0А Кр0МК0А угольного анода равно 1,5-2,3 диаметра цилиндрической части анодного штыря.
Уменьшение расстояния (менее 1,5 Дш) 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 это отрицательно скажется на качество анода, повысит расход анодной массы, Кроме того. при меньших расстояниях возможны механические повреждения периферийной части анода при перестановке анодных штырей.
Увеличение расстояния более 2,3 Дш нецелесообразно, т.к. не происходит выравнивание температурного поля анода, и цели изобретения не достигаются.
20 Расстояние между внутренними рядами штырей равно 7-11;5 диаметра цилиндрической части штыря, Расстояние менее 7 Дш не обеспечивает снижение температурных и токовых нагрузок 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 электриче30 ской зон к периферии анода,. нарушается режим коксования, повышается падение напряжения в аноде.
Нижний край анодного кожуха предлагаемого устройства расположен в зоне ано35. 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 ано40 да, повышению расхода анодной массы и нарушениям нормального технологического режима. Расположение нижнего края анодного кожуха. ниже указанной зоны повышает вероятность припекания кожуха к анОду, 45. 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 65050 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 коксова55 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 установлен1838454
Таблица 1 ных в нем анодных токоподводящих штырей 3.
Пример. На действующем электролизере типа С-86 путем увеличения расстояния между горизонтальными двутаврами анодной рамы и уменьшения толщины подкладок между стенкой двутавра и анодной шиной устанавливали расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой угольного анода (I>) 207 мм., что составляет 1,5 диаметра цилиндрической части токоподводящего штыря (Д), а расстояние между внутренними рядами штырей (!з) 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 расстоя ние между продольной кромкой анода крайними рядами штырей (!!)!з-344 мм (2,49Д). а расстояние между внутренними рядами штырей;!з838 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 680700 С. Замеры и контроль осуществляли в течение четырех полных циклов переста новки штырей.
Результаты приведены в табл.1.
8 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 ано5 де на 20-25 мВ, расход анодной массы на 12 кг/т Al повысить производительность электролизера на 6 кг/сут, увеличить срок службы анодного кожуха почти в 7 раз.
Ожидаемый годовой экономический эф10 фект составит 246 тыс, руб. на корпус.
Формула изобретения
1. Анодное устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним то15 коподводом для производства алюминия, содержащее металлический кожух, угольный анод и установленные в нем в четыре ряда токоподводящие штыри, верхняя часть которых выполнена цилиндрической, а ниж20 няя — конусной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности электролизера и сокращения расхода электроэнергии и анодной массы расстояние между крайними рядами штырей и про25 дольной кромкой угольного анода составляет 1,5-2,3 диаметра цилиндрической части штыря, а расстояние между внутренними рядами штырей составляет
7,0-11,5 диаметра цилиндрической части
30 штыря.
2. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что. нижний край кожуха расположен в зоне анода, имеющей температуру
35 при электролизе 430-500 С.
1838454
X! cX э о
c x
О.
С Y
1 I е 0 cg ас < э о
c>z* о е
6; Cg
O0Z
ы 3еД
Я х
Cmx !
ОЭа
rO CLe
X 1
Э
X
Э
X а
z и км
В
cg cO
X X а о м е о
Э Х о
Л х о
e X
О Cg
I ос о >х а о с х
С л
Ю сО
Ю О
Ю!
Ю м
°
Ф
° с
à ——
1 т
Э
С1
Ф с >х о о с х О
°
lA
CD
LCC л
lA
Ю О
Ю
LCl
° с м
° Ь
1
О
Q, 1
8 о
L
° с
Ф а
Э
6)
X !., Ю О
Ю м л
C- l
>О
3i Q
О IО N
co l
X М
X о
Cg
Ю
CQ
I
Ф Э
Х X
X К
Э .Cl
>с
Cg fQ е х
Э
К
CD
СО
СО
LA>> о
1.
Ф
36 з
CL
X
Э
3!! о а 1 а о
w c
I- V
cO cg а а
Э с л
X X
Ф О
1- Cg
$о х
К >
Ф 31 ао
Y Y
Ю
Ф
lA
Ю м
Ю
Ю л
Ю
00 О
Ю л
I с»
LA
1 сХ
Ю лл (7l »
01
-Ф ф Ф
- Ф СЧ м.LA С
Ф
Ю ЛсЧ сЧ М! л в
ЮСЧ "
1X
Э
z
I
Э с о
Y !
1 С о s
Cl с 0 сч м ю ч>
tA бГ\ lA
CX С С." С
В Ю Ю Ю
CVСО ЛЛ Л Л ЛЛ
ОО О > - ОЪ б > .
>.!1 л лв в щ л
Ю е» ° C4 ° 3 (Ч м х
2 I
Z I
Э I х сХ Ф
Y о „
rgу 1
X . I
1 х
xz >
0 со
ых.!
1
I л!
Ю!
I
1 ю!
Ю!
I!
I!
1, I
Ю
I.!
I!
I:, I
C4 I
КР 1
>11
1.1
I
C 4 1 чО I
М1
I.
1
Ю I л !
I I
О 1
CA 1
-Ф 1!
I сЧ с 1
4 I
С4 О1!
1
1 с О
С: л ч !
C4 -
1сп
1838454
Составитель В. Деревягин
Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Màêñèìèøèíåö
Редактор С. Кулакова
Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2907 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
