Способ консервации алюминиевого электролизера

 

Использование: консервация алюминиевого электролизера. Сущность: в течение всего периода консервации через электролизер пропускают постоянный ток. При переводе электролизера на консервацию снижением его мощности осуществляют кристаллизацию электролита. В период консервации поддерживают электролит в твердом состоянии, а алюминий - в расплавленном путем контроля напряжения электролизера и регулирования его мощности. По окончании консервации осуществляют разогрев и пуск электролизера увеличением его мощности. В период консервации прекращается процесс электролиза, что обеспечивает предотвращение разрушения анода и бортовой футеровки и сокращенные выделения фтора в окружающую среду. За счет снижения температуры электролизера снижается расход электроэнергии. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при временной остановке отдельных электролизеров и действующих серий электролизеров.

Известны способы консервации электролизера, включающие обесточивание электролизера и охлаждение его до температуры окружающей среды.

Использование этих способов консервации приводит к повреждению подины электролизера и сокращению срока его службы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ консервации, включающий поддержание алюминия и электролита в расплавленном состоянии путем пропускания через электролизер переменного тока.

Основными недостатками данного способа являются повышенный расход электроэнергии, выделение соединенного фтора в период консервации в окружающую среду, разрушение анода и бортовой футеровки за счет внедрения натрия и соответственно насыщенного электролита угольными частицами. Необходимо подключение электролизера к источнику переменного тока.

В заявляемом способе консервации алюминиевого электролизера, включающем поддержание находящегося в шахте электролизера алюминия в расплавленном состоянии путем пропускания через электролизер электрического тока, в течение всего периода консервации через электролизер пропускают постоянный ток, при переводе электролизера на консервацию кристаллизуют электролит и замыкают анод на алюминий, для чего снижают мощность электролизера путем уменьшения силы тока, пропускают через него, и (или) его сопротивления за счет сокращения расстояния от анода до алюминия, в период консервации поддерживают электролит в твердом состоянии путем контроля напряжения электролизера и соответствующего при необходимости изменения его мощности, по окончании консервации осуществляют разогрев и пуск электролизера увеличением его мощности.

В период консервации поддерживают заданный тепловой режим электролизера путем контроля температуры электролизера и соответствующего регулирования его мощности, силу тока поддерживают в пределах 0,5-0,95 от ее величины в период нормальной эксплуатации.

Регулирование теплового режима осуществляют по температуре расплавленного алюминия, находящегося в шахте электролизера.

После перевода электролизера на консервацию осуществляют охлаждение электролизера путем уменьшения его мощности до снижения температуры расплавленного алюминия до 700^оС и в дальнейшем поддерживают в пределах 660-700^oС.

Разогрев электролизера осуществляют со скоростью 0,5-2^оС/ч. Кроме того, пуск электролизера осуществляют после повышения температуры расплавленного алюминия до 870-880^оС путем повышения мощности электролизера и заливки расплавленного электролита. Осуществление замыкания анода на алюминий, кристаллизация электролита и поддержание последнего в твердом состоянии обусловливает прекращение процесса электролиза, что обеспечивает сокращение выделения фтора в окружающую среду, предотвращает разрушение анода и бортовой футеровки. Кроме того, за счет уменьшения мощности электролизера снижается расход электроэнергии. Пропускание через электролизер в период консервации постоянного тока позволяет осуществить последнюю без изменения источника питания. Контроль напряжения электролизера и регулирование его мощности позволяет оперативно оценивать тепловой режим электролизера и не допустить ни плавления электролита, ни замерзания алюминия.

Контроль температуры электролизера и регулирование его мощности позволяют поддерживать в период консервации заданный тепловой режим, что способствует сохранению целостности его футеровки и соответственно повышению срока службы электролизера. Поддержание в период консервации силы тока 0,5-0,95 от его значения в период нормальной эксплуатации предотвращает чрезмерный рост конуса спекания в аноде, который может привести к ухудшению качества анода.

Регулирование теплового режима электролизера по температуре расплавленного алюминия позволяет повысить качество регулирования, так как этот параметр наиболее точно отражает тепловое состояние электролизера.

Осуществление консервации при 660-700^оС обеспечивает уменьшение теплопотерь в окружающую среду и соответственно требует меньшей мощности электролизера. Последнее обеспечивает уменьшение расхода электроэнергии и позволяет уменьшить силу тока, что благоприятно сказывается на состоянии анода, а именно: рост конуса спекания прекращается при меньшей его высоте.

Осуществление разогрева электролизера со скоростью более 2^оС/ч приводит к неблагоприятному перераспределению тока в аноде и соответственно к неравномерному росту конуса спекания в нем, что отрицательно сказывается на работе электролизера после пуска. Осуществление же разогрева со скоростью менее 0,5^о с/ч приводит к неоправданному увеличению продолжительности разогрева, т.е. без заметного улучшения состояния катода и анода.

Пуск электролизера при температуре алюминия менее 870^оС приводит к интенсивной циркуляции металла, что осложнит пуск из-за быстрого остывания и даже кристаллизации заливаемого электролита. Осуществление разогрева металла более 980^оС не имеет смысла, так как еще до достижения этой температуры начинается плавление электролита и возможен самопуск электролизера. Изобретение является новым, так как оно отличается от прототипа, имеет изобретательский уровень, так как для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники и промышленно применимо.

Пример конкретного выполнения. На консервацию останавливали электролизер с самообжигающимся анодом мощностью 686 кВт (156 кА и 4,4 В). Для осуществления кристаллизации электролита понизили мощность электролизера до 340 кВт путем уменьшения силы тока, протекающего через электролизер, с помощью двух управляемых шунтов-реостатов. Через 5 ч напряжение на электролизере возросло с 3,8 до 4,5 В вследствие сокращения площади контакта анода с расплавом из-за начавшегося процесса кристаллизации электролита. Поэтому анод был перемещен вниз на 0,5 см, при этом напряжение электролизера понизилось до 3,7 В; через 0,5 ч напряжение уменьшилось до 1,1 В, т.е. произошло замыкание анода на алюминий вследствие опускания электролита под алюминий. После этого отключили отсос газа из электролизера и начали последний охлаждать, поддерживая его мощность в пределах 220 ± 20 кВт. Контроль охлаждения осуществляли по температуре расплавленного алюминия с помощью хромель-алюминиевой термопары. Замеры температуры осуществляли через 2 ч. Температура алюминия в этот период времени снижалась со скоростью 2 ± 0,5^оС/ч. За 115 ч она понизилась с 920 до 680^оС. После этого в течение 11 суток поддерживали на электролизере температуру расплавленного алюминия в пределах 680 ± 20^оС. При охлаждении алюминия до 665^оС или нагреве до 695^оС осуществлялось соответствующее регулирование мощности электролизера изменением его сопротивления, т.е. соответствующим перемещением анода. В этот период на электролизере была установлена сила тока 145 кА, а мощность поддерживалась в пределах 275 ± 20 кВт. Рост конуса спекания в аноде прекратился через пять суток после начала консервации. За это время его высота возросла со 110 до 121 см, а уровень жидкой анодной массы в аноде уменьшился с 45 до 34 см. Анодную массу до начала разогрева в анод не загружали.

По окончании консервации был осуществлен разогрев электролизера со скоростью 2^оС/ч путем повышения его мощности до 405 кВт. Через 94 ч температура алюминия достигла 870^оС. Пуск электролизера произвели путем заливки 2 т электролита и увеличением его мощности до 2000 кВт. Через 2 ч пуск электролизера был завершен.

Затраты электроэнергии на консервацию 1 электролизера в течение 20 сут. , включая его разогрев и пуск, составили 141400 кВт ˙ ч, против 224600 кВт ˙ ч при осуществлении консервации по прототипу.

Использование предлагаемого способа консервации алюминиевого электролизера обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: уменьшение расхода электроэнергии; предотвращение разрушения анода и бортовой футеровки в период консервации; предотвращение выделения соединений фтора в окружающую среду.

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНСЕРВАЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий поддержание находящегося в шахте электролизера алюминия в расплавленном состоянии пропусканием через электролизер электрического тока, отличающийся тем, что в течение всего периода консервации через электролизер пропускают постоянный ток, при переводе электролизера на консервацию осуществляют кристаллизацию электролита и замыкание анода на алюминий снижением мощности электролизера путем уменьшения силы тока, пропускаемого через него, и (или) сопротивления электролизера за счет сокращения расстояния от анода до алюминия, в период консервации поддерживают электролит в твердом состоянии путем контроля напряжения электролизера и соответствующего изменения его мощности, по окончании консервации осуществляют разогрев и пуск электролизера путем увеличения его мощности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период консервации поддерживают заданный тепловой режим путем контроля его температуры и соответствующего регулирования мощности, силу тока поддерживают в пределах 0,5 - 0,95 величины в период нормальной эксплуатации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что регулирование теплового режима осуществляют по температуре расплавленного алюминия, находящегося в шахте электролизера.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после перевода электролизера на консервацию осуществляют охлаждение электролизера путем уменьшения его мощности до снижения температуры расплавленного алюминия до 700^oС и в дальнейшем поддерживают в пределах 660 - 700^oС.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разогрев электролизера осуществляют со скоростью 0,5 - 2,0 град./ч.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуск электролизера осуществляют после повышения температуры расплавленного алюминия до 870 - 980^oС путем повышения мощности электролизера и заливки расплавленного электролита.