Способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом


 


Владельцы патента RU 2517623:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к способу обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом в процессе его эксплуатации. Способ включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха, перемещение анодной рамы относительно зеркала катодного металла и перестановку анодных штырей, при этом для перемещения анодной рамы определяют зависимость порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера от положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла с построением графика, на котором определяют нижнее и верхнее положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, и при достижении анодной рамой позиции, соответствующей равенству упомянутых положений рамы относительно зеркала катодного металла, определяющему заданный порог МГД-устойчивости, осуществляют перемещение анодной рамы. Перемещение анодной рамы осуществляют при достижении нижней части анодной рамы относительно зеркала катодного металла от 245 см до 275 см. Обеспечивается более стабильная работа электролизера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к получению алюминия электролизом и может быть использовано при обслуживании анодного узла алюминиевого электролизера в процессе его эксплуатации.

Обслуживание анодных устройств электролизеров с самообжигающимися анодами с верхним токоподводом сводится к загрузке анодной массы, перестановке штырей, подъему анодной рамы, подъему анодного кожуха и контролю параметров анода.

Данные операции вызваны тем, что угольный анод постепенно сгорает (расходуется), и его положение относительно уровня металла необходимо корректировать для сохранения заданного межполюсного расстояния. В процессе формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера анодная масса проходит стадии размягчения, формовки, спекания. При этом ее свойства существенно изменяются, что сопровождается термическим расширением и усадкой анода при определенных температурах.

В процессе электролиза определение нижнего положения анодной рамы происходит опытным путем на работающих электролизерах. Ключевыми параметрами при определении нижнего положения анодной рамы служат скорость сгорания анода, экономия кранового времени и трудозатраты. По мере сгорания анода рама вместе с анодом перемещается вниз до крайнего нижнего положения, а затем должна быть поднята вверх - эта операция на практике носит название перетяжки анодной рамы. При выполнении данной операции анод должен оставаться на месте.

Известный способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом включает следующие основные операции: загрузку анодной массы, подъем анодной рамы и анодных кожухов, перестановку штырей, контроль над состоянием анода, (М.Я. Минцис, П.В. Поляков, Г.А. Сиразутдинов. Электрометаллургия алюминия. Новосибирск, "Наука", 2001). Загружают анодную массу равномерным слоем по всей поверхности анода. На анодах с верхним подводом тока масса загружается один раз в 2 суток или ежедневно. На анодах с боковым подводом тока, загрузка анодной массы производится, как правило, через 5-6 суток.

Перетяжку анодной рамы на электролизерах с верхним подводом тока проводят с помощью механизма подъема анода при одновременной работе вспомогательного механизма. Основной механизм смонтирован на опорных стойках и служит для перемещения анодной рамы, а вспомогательный механизм, расположенный на анодной раме, предназначен для подъема анодного кожуха. Скорость перемещения основного и вспомогательного механизмов одинакова. Подъем анодной рамы должен выполняться до перестановки штырей.

При перетяжке анодной рамы анод подвешивают на анодном кожухе, и при этом могут быть использованы два способа. При первом способе на 16-18 анодных штырях устанавливают временные зажимы, опирая их на площадки, приваренные к анодному кожуху. Затем поочередно ослабляют контактные зажимы, прижимающие штыри к анодной шине, но анод не просядет, так как будет висеть на временных зажимах. Второй способ заключается в том, что на анодный кожух устанавливают переносной портал, к верхней части которого с помощью тяг закрепляют анодные штыри. И в этом случае при ослаблении контакта между анодной шиной и штырями анод не просядет.

После подвески анода зачищают контактную часть штыря от существующего положения до места нового его контакта с анодной ошиновкой, ослабляют все зажимы, прижимающие штыри к анодной ошиновке, и одновременно включают основной и вспомогательный механизмы. При этом основной механизм перемещает анодную раму вверх, а вспомогательный перемещает анодный кожух вниз. Так как вспомогательный механизм расположен на анодной раме, движущейся вверх, положение анодного кожуха, а вместе с ним и анода, по отношению к катоду останется неизменным. В процессе перемещения анодной рамы контакт между штырем и анодной шиной будет скользящим, т.е. возможно искрение.

После подъема рамы в крайнее верхнее положение надежно затягивают зажимы, прижимающие штыри к анодной шине, а затем демонтируют временные зажимы или переносные порталы.

Недостаток аналога состоит в том, что нижнее положение анодной рамы определяется в зависимости от скорости сгорания анода и экономии кранового времени, и при его определении не учитывается влияние порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера. При приближении анодной рамы к расплаву катодного металла происходит перераспределение магнитного поля, что в конечном итоге влияет на запас МГД-стабильности электролизера. Поэтому при выборе оптимального нижнего положения анодной рамы необходимо учитывать ее влияние на запас МГД-стабильности электролизера.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению, является способ обслуживания алюминиевого электролизера (Э.А.Янко. Производство алюминия. Санкт-Петербург, 2007, стр.175-177). Способ обслуживания включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодных кожухов и анодной рамы из минимального положения в максимальное и перестановку анодных штырей. Подъем анодной рамы и анодных кожухов производят периодически, когда рама приближается к поверхности контрфорсов. Раму следует поднимать не ранее суток после перестановки штырей. Анодную раму на электролизерах с верхним подводом тока поднимают при одновременной работе вспомогательного механизма и механизма перемещения анода. Перед подъемом рамы анод подвешивают с помощью опорных колец на поперечные балки анодного кожуха, либо с помощью специальных порталов с захватами. После установки удерживающего устройства ослабляют зажимы штырей на анодной шине, включают основной и вспомогательные механизмы. При этом анодная рама поднимается вверх, а вспомогательный механизм выкручивает анодную рубашку вниз, а анодная рубашка остается неподвижной. После окончания подъема рамы штыри плотно затягиваются с помощью прижимных устройств. Перетяжка не должна изменять напряжение на ванне, напряжение на ванне не должно при этом увеличиваться более чем на 0,1-0,2 В.

Недостатком прототипа является то, что при определении нижнего положения анодной рамы отсутствует параметр, учитывающий влияния положения анодной рамы на запас МГД-стабильности в зависимости от ее положения относительно зеркала катодного металла.

Задачей изобретения является разработка способа, в котором нижнее положение анодной рамы определяется относительно зеркала катодного металла, и при котором электролизер будет иметь существенный запас МГД -устойчивости (300 мВ и выше). Увеличение запаса МГД - стабильности способствует снижения скорости циркуляции расплава, уменьшению его перекоса, что в конечном итоге ведет к снижения потерь катодного металла и, соответственно, к увеличению выхода по току.

Технический результат заключается в достижении стабильной работы электролизера при различных положениях анодной рамы - от верхнего (после операции по перетяжке анодной рамы), до нижнего (перед операцией по перетяжке анодной рамы).

Технический результат достигается тем, что в способе обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, расположенным над катодом, размещенным в электролитической ванне, включающем загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха и анодной рамы из минимального положения в максимальное и перестановку анодных штырей, согласно заявляемому изобретению, перемещение анодной рамы осуществляют при достижении положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, соответствующего заданному порогу МГД-устойчивости, определенному при равенстве минимального и максимального положения анодной рамы, по предварительно построенному графику зависимости порога МГД-устойчивости электролизера от положения анодной рамы.

Способ дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению технического результата.

Заданный порог МГД-устойчивости может быть определен по графику зависимости порога МГД-устойчивости, построенным при нижнем, среднем и верхнем положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла в виде графика зависимости типа А(х)=С01Х+С2Х23Х3, где F(x) -порог МГД устойчивости, мВ, X, Х2, Х3 - различные положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, см, для эмпирических коэффициентов полинома третьей степени, определяющих тип кривой, Со, C1, С2, С3 должны выполняться следующие условия: C1 меньше нуля, С3 меньше нуля, С0 больше нуля, С2 больше нуля, С0 больше C1, больше С2, больше С3.

Перемещение анодной рамы осуществляют при достижении нижней части анодной рамы относительно зеркала катодного металла от 245 см до 275 см.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что определение нижнего положения анодной рамы осуществляется относительно зеркала катодного металла при условии достаточного запаса МГД-устойчивости на электролизере.

Зеркало катодного металла - форма поверхности металла на границе раздела фаз металл - электролит. Порог МГД - устойчивости - напряжение электролизера, при котором он находится на границе между МГД - стабильным и МГД-нестабильным состоянием, измеряется в мВ или В. МГД-нестабильность (магнитогидродинамическая нестабильность) - физическое явление, возникающее в алюминиевом электролизере, характеризующееся подмыканием катодного металла на анод с частотой около 0,01 Гц и амплитудой 50-70 мВ. Данное физическое явление обусловлено действием не скомпенсированных сил Лоренца, образующихся в расплаве в результате взаимодействия магнитного поля и тока.

В способе обслуживания электролизеров, определение минимального положения анодной рамы осуществлялось опытным путем, на группе ванн одного типа, эксплуатируемых с одинаковыми технологическими параметрами и имеющих одинаковые технико-экономические показатели. При различном положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла производилось определение порога МГД-устойчивости электролизера. По результатам данных проведенных замеров была построена графическая зависимость, представленная на фигуре. На кривой определен сопоставимый с верхним положением анодной рамы участок нижнего положения анодной рамы, характеризующий работу электролизера с достаточным уровнем запаса МГД-устойчивости, при одинаковом пороге МГД-устойчивости.

Способ осуществляется следующим образом.

-отбор группы электролизеров с одинаковым сроком службы, конструктивными и технологическими особенностями;

-определение порога МГД-устойчивости при различном положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла (в нижнем, среднем, верхнем);

-построение графика зависимости типа F(х)=С01Х+С2Х23Х3, где F(x) - порог МГД-устойчивости, мВ, X, Х2, Х3 - различные положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, см, для коэффициентов полинома третьей степени С0, C1, С2, С3 должны выполняться следующие условия: C1 меньше нуля, С3 меньше нуля, С0 больше нуля, С2 больше нуля, С0 больше C1, больше С2, больше С3;

-на полученном графике зависимости определяем нижнее положение анодной рамы:

а) представляем полученный график в виде двух прямых линий тренда (а и б);

б) на прямой линии, ближайшей к оси абсцисс (б) находим точку пересечения перпендикуляра восстановленного от значения, соответствующего верхнему положению анодной рамы (точка В);

в) от полученной точки проводим перпендикуляр параллельно оси абсцисс в сторону второй линии (а), относительно оси ординат. Точка пересечения двух линий (точка А) будет являться точкой, чья координата абсцисс соответствует значению нижнего положения анодной рамы.

Предлагаемый способ прошел опытно-промышленные испытания и показал более стабильную работу электролизеров экспериментальной группы, на которых положение анодной рамы было подобранно согласно предлагаемому способу, по сравнению с прототипом. Определенное положение анодной рамы влияет на проведение стабильной технологии анода и электролиза в целом.

1. Способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, расположенным над катодом, размещенным в электролитической ванне, включающий загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха, перемещение анодной рамы относительно зеркала катодного металла и перестановку анодных штырей, отличающийся тем, что определяют зависимость порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера от положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла с построением графика, на котором определяют нижнее и верхнее положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, и при достижении анодной рамой позиции, соответствующей равенству упомянутых положений рамы относительно зеркала катодного металла, определяющему заданный порог МГД-устойчивости, осуществляют перемещение анодной рамы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданный порог МГД-устойчивости определяют по графику зависимости порога МГД-устойчивости, построенному при нижнем, среднем и верхнем положениях анодной рамы относительно зеркала катодного металла в виде полинома третьей степени типа F(x)=C0+C1X+C2X23Х3, где X, Х2, Х3 - различные положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, см, С0, C1, С2, С3 - эмпирические коэффициенты полинома третьей степени, определяющие тип кривой, при C1<0, С3<0, С0>0, С2>0, С0>C123.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение анодной рамы осуществляют при достижении нижней части анодной рамы относительно зеркала катодного металла от 245 см до 275 см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к анододержателю анодного устройства алюминиевых электролизеров. Анододержатель содержит кронштейн с двумя и более ниппелями, расположенными равномерно или с разным шагом вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, при этом ниппели имеют сужения с площадью поперечного сечения, равными 0,3÷0,9 площади поперечного сечения ниппеля в заделке анодного блока, выполненные над поверхностью угольного блока на расстоянии от 0,01-0,2 до 0,21-0,9 расстояния от поверхности угольного анода до горизонтальной части кронштейна.

Изобретение относится к металлическому аноду выделения кислорода для электрохимического извлечения алюминия разложением глинозема, растворенного в расплавленном электролите на основе криолита.

Изобретение относится к способу удаления за один этап чугунных заливок, закрепленных на ниппелях, связанных с ножками анодной штанги. Способ включает следующие этапы: а) размещают ножку анодной штанги между упорным устройством и устройством воздействия, причем устройство воздействия может быть перемещено при помощи приводного механизма в направлении упорного устройства, которое охватывает, по меньшей мере частично, каждый из n ниппелей анодной штанги и представляет собой упорную поверхность, блокирующую поступательное перемещение соответствующей чугунной заливки, b) перемещают устройство воздействия в направлении упорного устройства таким образом, чтобы устройство воздействия входило в контакт с ножкой анодной штанги и увлекало ее за собой вплоть до того момента, когда ножка анода войдет в контакт с упорным устройством, с) продолжают перемещения устройства воздействия таким образом, чтобы каждая чугунная заливка, заблокированная связанной с ней упорной поверхностью, была отсоединена от соответствующего ниппеля, d) останавливают и отводят назад устройство воздействия.
Изобретение относится к способу получения связующего для электродной массы. .

Изобретение относится к анодному устройству алюминиевых электролизеров. .

Изобретение относится к способу производства анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров и может быть использовано в производстве обожженных анодов.

Изобретение относится к конструкции анодного устройства алюминиевого электролизера с механизмом перемещения анодной ошиновки. .

Изобретение относится к конструкции анодного токоподвода электролизера для получения алюминия. .

Изобретение относится к изготовлению инертных анодов для электролитического получения алюминия в криолит-глиноземном расплаве. .

Изобретение относится к области производства алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к производству анодной массы для формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, и может быть использовано при производстве обожженных анодов для тех же целей.

Изобретение относится к способу подготовки анодной массы для формирования сырых анодов электролизера производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает приготовление шихты зерновых и пылевых фракций кокса, регулирование гранулометрического состава фракций кокса, нагрев шихты и смешивание шихты с пеком-связующим, охлаждение полученной анодной массы, формирование полученных сырых анодов. При приготовлении шихты регулируют гранулометрический состав пылевых фракций кокса путем определения суммарной удельной поверхности пылевых фракций кокса, производят расчет отклонений о заданного значения суммарной удельной поверхности, расчет величины поправки и времени внесения поправок, проводят корректировку относительно заданного значения суммарной удельной поверхности и корректировку дозирования пылевых фракций кокса, после формирования сырого анода определяют кажущуюся плотность сырого анода и корректируют дозирование пека-связующего в зависимости от величины и знака отклонения кажущейся плотности сырого анода от заданного значения кажущейся плотности. Все корректировки осуществляют в онлайновом режиме. Обеспечивается повышение качества сырых анодов и срока службы обожженных анодов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу производства анодной массы для анодов алюминиевого электролизера, включающий регулирование процесса производства анодной массы путем изменения соотношения компонентов в коксопековой композиции. Способ характеризуется тем, что определяют содержание примесей натрия и серы в пеке и коксе и ведут процесс производства анодной массы при соотношении компонентов, удовлетворяющих условию C N a C S в  пеке C N a C S в  коксе < 4, где C N a C S в  пеке - отношение содержания натрия и серы в связующем пеке, C N a C S в  коксе - отношение содержания натрия и серы в коксе. Использование предлагаемого способа получения анодной массы позволяет снизить реакционную способность в воздухе в среднем на 23%, реакционную способность в CO2 на 19%. 3 табл., 5 пр.
Изобретение относится к способам формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Способ включает использование связующего нефтекаменноугольного пека с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, приготовление подштыревой анодной массы с содержанием связующего 30-40%, преимущественно 32-36%, формирование вторичного анода из приготовленной подштыревой анодной массы. Обеспечивается снижение выбросов бенз(а)пирена на 48% при производстве алюминия.

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия. Состав шихты для изготовления указанного анода включает смесь оксидной и металлической составляющих, взятых в следующем соотношении, мас.%: металлическая - 10-30, оксидная - остальное. Оксидная составляющая включает смесь двух или более микроразмерных порошков оксидов, выбранных из ряда: оксид никеля, оксид железа, оксид меди, оксид хрома. Металлическая составляющая включает микроразмерные порошки меди или сплава на основе меди, а также содержит 2-10 мас.% наноразмерного порошка меди или сплава на основе меди с размером частиц до 100 нм. Изобретение позволяет увеличить удельную электропроводность анода при температуре 750-850 °C и снизить скорость его коррозии при низкотемпературном электролитическом получении алюминия из оксидно-фторидного расплава. 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к электролизеру с обожженными анодами для производства алюминия. Электролизер содержит угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода, отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷l,15):1, где: h - высота корундовой трубки; H - высота анода и количество отверстий в аноде составляет не менее одного. Обеспечивается уменьшение удельного потребления электроэнергии электролизером с обожженным анодом на 300-400 кВт·ч/т Al и исключение риска загрязнения производимого электролизером алюминия примесями при растворении корундовой трубки в электролите. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к анодному блоку из углерода для предварительно обожженного анода электролизера по производству алюминия. Анодный блок имеет верхнюю сторону, нижнюю сторону, размещаемую напротив верхней стороны катода, четыре боковые стороны и по меньшей мере одну канавку, выходящую на по меньшей мере одну из боковых сторон, на которой упомянутая канавка имеет максимальную длину Lmax в плоскости, параллельной нижней стороне, при этом упомянутая канавка не выходит на упомянутые нижнюю или верхнюю стороны или выходит на упомянутые верхнюю или нижнюю стороны на длину L0, меньшую половины максимальной длины Lmax. Раскрыты также способ изготовления анодного блока, обожженный анод, электролизер для производства алюминия электролизом в расплавленных солях и способ производства алюминия. Обеспечиваются возможность устранения отвода анодного газа из-под анода без нарушения целостности последнего и повышение срока службы анода. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к аноду для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов при температуре менее 930°C. Анод содержит основу, выполненную из сплава, содержащего в мас.%: железо 65-96, медь до 35, никель до 20 и одну или несколько добавок молибдена, марганца, титана, тантала, вольфрама, ванадия, циркония, ниобия, хрома, алюминия (до 1), кобальта, церия, иттрия, кремния и углерода в сумме до 5, и защитный оксидный слой, состоящий главным образом из оксидов железа и комплексных оксидов железа, меди и никеля. Основа изготовлена путем литья в металлические или песчаные формы. Защитный оксидный слой на поверхности анода получен путем предварительного окисления на воздухе при температуре 850-1050°C или непосредственно в процессе электролиза окислением выделяющимся на аноде кислородом. Защитный оксидный слой на поверхности анода имеет толщину 0,1-3,0 мм. Обеспечивается увеличение срока эксплуатации анода. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения. Устройство содержит электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор. Причем датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока. Устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с угольными и малорасходуемыми анодами. Способ снижения анодного перенапряжения включает подачу на анод импульсов тока высокой частоты с использованием генератора высокочастотных импульсов переменного тока и варьированием частоты импульсов тока от 104 до 108 Гц. Обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии при получении алюминия путем снижения анодного поверхностного перенапряжения гетерогенной реакции образования СО2 за счет дополнительного нагрева и влияния импульсов переменного тока на кинетику электродных процессов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу изготовления анодной массы для анодов алюминиевых электролизеров. Способ включает приготовление анодной массы смешением зерновых фракций углеродного наполнителя в виде кокса с предварительно подготовленной связующей матрицей (СМ) на основе пылевой фракции кокса и пека в качестве связующего и регулировании гранулометрического состава (СМ) относительно заданного значения логарифма вязкости связующей матрицы корректировкой соотношения пылевых фракций при определении вязкости связующей матрицы в автоматическом режиме. Обеспечивается улучшение и стабилизация свойств анодной массы за счет управления ее пластичностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх