Способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

 

Изобретение позволяет повысить точность и оперативность управления технологией формирования анода, уменьшить трудозатраты при контроле и регулировании процесса формирования его благодаря тому, что корректировку состава "сухой" анодной массы ведут в зависимости от изменения ее электросопротивления, измеряемого на глубине 100-200 мм в центральной зоне и поддерживают его в пределах 2-8 Ом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к электрометаллургии алюминия на электролизерах с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом.

Известен способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом по патенту США N 4021318, кл, C 25 C 3/06, 1977 г. (приоритет Японии, 1974 г. ф. Сумитомо)(1). Согласно патенту анодная масса состоит из пекового или нефтяного кокса и каменноугольного пека, содержание которого в массе поддерживают в пределах 20--32% предпочтительно 24-30% т.е. поддерживают так называемый "сухой" состав анодной массы. Контроль качества массы ведут по удлинению образца массы 15-20 мм при 200^oC и угле наклона 5^o в течение 2 ч.

Известная технология позволяет исключить ряд недостатков самообжигающихся анодов, в том числе седиментацию в неспеченном слое, протеки массы под штыри и анодный кожух, сократить выделения вредных веществ в рабочую зону и атмосферу.

Опыт испытания и применения этой технологии показал, что одним из главных и необходимых условий, обеспечивающих ее эффективность, является стабильность состава и свойств "сухой" анодной массы в неспеченном слое анода. Даже незначительные колебания состава и пластических свойств "сухой" анодной массы в неспеченном слое приводит к расстройству технологии формирования анода и снижению технико-экономических показателей процесса. Кроме того, новая технология требует строго определенного состава и пластичности массы в определенном слое неспеченной части анода. Ни зарубежные, ни отечественные заводы не имеют в настоящее время способа, обеспечивающего оперативный и точный контроль и регулировку состава и свойств "сухой" анодной массы в неспеченной части анода. В лучшем случае такой контроль обеспечивают опытные специалисты, которые визуально оценивают состояние неспеченного слоя анода пикой или наощупь. С помощью этой субъективной оценки ведется регулировка состава и свойств "сухой" анодной массы. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в зависимости от целого ряда факторов (конструкции электролизера, свойств электродного сырья, параметров анода и др.) нормальное состояние "сухого" анода может быть различным и определяется по ходу накопления опыта с помощью визуальной оценки состояния анода и сопоставления этих данных с последующими результатами его работы. Вместе с тем отсутствие оперативной и объективной оценки состава и свойств "сухой" анодной массы в неспеченном слое анода осложняет процесс освоения этой технологии и снижает ее эффективность.

Известен способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера по а. с. N 1608251, кл. C 25 C 3/06, 1987 г. (2), который предусматривает загрузку верхнего слоя массы высотой 30-150 мм, извлечение штырей при достижении текучести анодной массы 1,3-1,7 отн. ед. на глубине 100-200 мм через 30-72 ч после загрузки массы.

Одним из основных показателей известного способа, принятого за прототип, является поддерживание текучести анодной массы на глубине 100-200 мм в пределах 1,3-1,7 отн. ед. Соблюдение такого условия способствует формированию анода в оптимальном режиме. Однако известный способ не содержит метода оперативного контроля текучести анодной массы на действующем электролизере.

Наибольшее распространение на отечественных заводах как экспресс-метод нашел способ контроля текучести анодной массы по а.с. 685956, кл. C 01 N 11/00, 1978 г. (3), сущность которого заключается в том, что на металлической пластине, размеченной концентрическими кругами, типа "мишень", устанавливают образец анодной массы в центральный круг, имеющий диаметр образца. Каждая концентрическая линия соответствует определенной текучести. Величина коэффициента текучести образца определяется по границе растекания массы. При этом образец подвергают изотермической выдержке при 200^oC в течение 14-16 мин. С учетом времени отбора пробы с анода, подготовки образца, доставки его в лабораторию общее время анализа может превышать 1 ч, и, учитывая большое количество электролизеров на современных заводах, данная операция влечет за собой значительные трудозатраты.

Другим недостатком данного метода является то, что известные типы пробоотборников не позволяют с достаточной точностью отобрать пробу массы из заданного слоя анода. Как правило, при погружении пробоотборника, например в форме цилиндра, в неспеченный слой анода для отбора пробы происходит смещение слоев массы из-за ее высокой вязкости. В результате происходит отбор пробы смешанного состава, что может внести значительные погрешности в измерение текучести и снизить эффективность управления технологией формирования "сухого" анода, т. е. процесс может идти нестабильно с недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

Целью изобретения является повышение точности и оперативности управления технологией формирования анода и снижение трудозатрат при контроле и регулировании процесса формирования его.

Цель достигается тем, что периодически или постоянно измеряют электросопротивление "сухой" анодной массы на глубине 100-200 мм в центральной зоне анода и в зависимости от изменения электросопротивления производят корректировку состава загружаемой анодной массы, при этом величину электросопротивления поддерживают в пределах 2,0-8,0 ом.

Общим признаком предложенного способа и прототипа является то, что корректировку состава "сухой" анодной массы производят в зависимости от изменения параметров анодной массы, периодически измеряемых на глубине 100-200 мм в центральной зоне анода.

Отличительной особенностью предложенного способа является то, что в указанном месте измеряют не текучесть анодной массы путем отбора пробы ее подготовки и определения, как у прототипа, а ее электросопротивление. Данные об электросопротивлении анодной массы можно получить непосредственно в момент измерения на аноде, т.е. более оперативно, чем у прототипа, требующего значительного времени на проведение анализа состояния текучести анодной массы. Кроме того, достоверность получаемых данных при измерении предложенным способом более высокая, т.к. электроды, с помощью которых можно измерять электросопроттивление, могут быть выполнены в виде, например, жестких, тонких пластин, позволяющих производить замеры с минимальной степенью возмущающих усилий на сформировавшиеся слои неспеченной анодной массы.

Таким образом, данное предложение существенно отличается от прототипа и следовательно отвечает критерию изобретения "новизна".

Для сравнения предложения с другими известными решениями был проведен поиск по патентной и научно-технической литературе. Ни в одном из известных решений не обнаружено технического решения по контролю и регулированию состава загружаемой анодной массы в самообжигающийся анод в зависимости от электросопротивления его неспеченной части. Следовательно, данное решение отвечает современному уровню техники.

Как показали исследования, с увеличением содержания связующего возрастает текучесть и закономерно возрастает электросопротивление. Закономерный рост электросопротивления массы от содержания связующего позволяет с помощью показателя электросопротивления массы в аноде контролировать ее состав и текучесть. Соответственно можно оперативно изменять и поддерживать оптимальный состав анодной массы в аноде путем уменьшения или увеличения связующего в зависимости от изменения электросопротивления массы.

Измерение электросопротивления может быть выполнено устройством, содержащим омметр и два электрода, выполненных в виде жестких пластин или стержней с фиксированным расстоянием между электродами. Электроды погружают в неспеченный слой центральной зоны анода на глубину 100-200 мм. По показателям прибора определяют состав анодной массы на действующем электролизере и в зависимости от отклонения полученного значения от требуемого состава изменяют состав следующей порции загружаемой анодной массы.

Пример 1. Анодную массу с различным содержанием связующего загружали в аноды однотипных электролизеров с верхним токоподводом в течение 20 дней для обновления неспеченного слоя анода. Через 15 дней в центральной части анода погружали два электрода с неизолированными наконечниками, расстояние между которыми было 40 мм, и с помощью омметра замеряли электросопротивление неспеченного слоя анода на разной глубине. После замера электросопротивления из точек замера отбирали пробу анодной массы и определяли текучесть при температуре соответствующей этому слою. Результаты измерений приведены в табл.1.

Как следует из табл.1, наиболее пластичным слоем, который и определяет формовку анодной массы, является слой на глубине 100-200 мм.

Полученные данные свидетельствуют также о том, что показатели текучести и электросопротивления анодной массы коррелируются для всех слоев неспеченной части анода. Таким образом, эти данные свидетельствуют о возможности контроля пластических свойств анодной массы в аноде по ее электросопротивлению. При этом с учетом максимальной текучести анодной массы на глубине 100-200 мм замеры электросопротивления необходимо производить на этой же глубине.

Пример 2. Анодную массу с различным содержанием связующего загружали в аноды однотипных электролизеров с верхним токоподводом в течение 6 месяцев, тем самым создавали неспеченный слой с разным электросопротивлением, через 15 дней один раз в неделю производили замер электросопротивления неспеченного слоя анода на глубине 150±50 мм. Таким же образом, как в примере 1. Через 3 месяца после начала загрузки массы в аноды в течение 3-х месяцев определяли съем угольной пены и производительность электролизеров.

Как следует из табл. 2, основные технико-экономические показатели электролиза хорошо коррелируются с электросопротивлением массы в неспеченном слое анода на глубине 100-200 мм. При этом лучшие показатели достигаются при электросопротивлении массы в пределах 2,0-8,0 ом.

При электросопротивлении менее 2,0 ом масса плохо формуется в аноде, образуются пустоты под контрфорсами, наблюдается интенсивное газовыделение из-под контрфорсов и вокруг штырей. При этом показатели электролиза резко ухудшаются (см. табл. 2, опыты 1-3).

При повышении электросопротивления выше 8,0 ом масса становится жидкотекучей и технология перестановки штырей с применением подштыревой массы становится невозможной, т.к. подштыревые отверстия быстро сужаются и не удается поставить штырь на нужный горизонт. Нарушение расстановки штырей приводит к неравномерному формированию анода и снижению показателей электролиза (см. табл. 2, опыты 7-6).

Таким образом, данное предложение позволяет повысить точность и оперативность управления технологией формирования анода, уменьшить трудозатраты при контроле и регулировании процесса формирования его.

Формула изобретения

1. Способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий контроль состава и свойств анодной массы в аноде на глубине 100 200 мм в центральной зоне и корректировку состава загружаемой анодной массы, отличающийся тем, что состав "сухой" анодной массы корректируют в зависимости от изменения электросопротивления неспеченного слоя анода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину электросопротивления сухой анодной массы поддерживают в пределах 2 8 Ом.

РИСУНКИ

Рисунок 1