Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом



Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом
Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом
Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом

 


Владельцы патента RU 2613839:

Цымбалов Сергей Дмитриевич (RU)

Изобретение относится к способу оптимизации токоподвода к аноду электролизера при электролитическом получении алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом. Способ включает удаление в ходе технологического сопровождения на электролизере токоподводящих штырей внутренних рядов, в проекции которых наиболее развитая трещиноватость, лунки и пустоты, до соотношения количества штырей внутренних и наружных рядов (0,98…0,88):1, при этом упомянутые штыри не устанавливают в дальнейшем. Обеспечивается повышение производительности электролизера за счет снижения потерь от обратного окисления произведенного алюминия посредством стабилизации межполюсного зазора и снижение расхода электроэнергии и трудозатрат на обслуживание электролизера. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия.

В практике электролиза криолитоглиноземных расплавов в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом особенностями являются развитая трещиноватость подошвы анода, арочная (вогнутая) конфигурация нижней границы анода и кривизна границы раздела «металл-электролит». Вторым пакетом особенностей являются выгорание «лунок» и появление пустот или «сквозняков» в проекции штыря. Наиболее мощное разрушение «вторичного анода» под штырями в виде трещин, «лунок» и «сквозняков» приходится именно на внутренние ряды штырей, где токовая нагрузка значительно превышает токовую нагрузку в периферийных областях анода. Топография подошвы анода описана в статье [1]. Наличие глубоких поперечных и продольных трещин, «лунок» и «сквозняков», образующихся под штырями в первую очередь внутренних рядов, арочная конфигурация нижней границы анода приводят к повышенной магнито-гидродинамической нестабильности расплава, возникновению искривления уровня металла и так называемых высокочастотных «шумов» измеренного и рассчитанного приведенного напряжения электролизера, что снижает эффективность управления электролизером в части поддержания оптимального межполюсного зазора, производительность электролизера, повышенное пенообразование, возрастание расхода электроэнергии и трудозатрат на обслуживание электролизера. Таким образом, равномерное расположение токоподводящих штырей в плане анода не обеспечивает равномерное распределение токовой нагрузки в аноде.

Известен способ токоподвода к самообжигающемуся аноду алюминиевого электролизера, согласно которому токоподводящие штыри в продольном ряду размещают относительно друг друга неравномерно [2]. Недостатком известного способа является необходимость реконструкции несущей анодной рамы для создания неравномерности расположения штырей. Кроме этого, согласно известному способу, требуется соблюдение числовой симметрии извлеченных штырей в рядах, а заявленный диапазон извлеченных штырей не дает четкой основы для проектирования конкретного устройства. Кроме этого, замечено, что на разных электролизерах картина расположения и количество перегруженных по току штырей не единообразная и требует индивидуального подхода в каждом конкретном случае. Необходимость увеличения расстояния в рядах между соседними штырями приводит к удорожанию конструкции электролизера. Все это препятствует созданию возможностей по удалению оптимального количества реально перегруженных штырей из анода и тем самым снижает эффективность применения известного способа, затрудняет его реализацию в промышленных масштабах. В результате, вышеизложенные затруднения, риски и неопределенности при реализации известного способа не позволяют снизить потери алюминия от обратного окисления, стабильного межполюсного расстояния, частоту анодных эффектов и трудозатраты на обслуживание.

Другим, наиболее близким по технической сущности и заявляемому эффекту, является способ оптимизации токовой нагрузки в самообжигающемся аноде алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающий подвод электрического тока к телу анода через токопроводящие штыри, отличающийся тем, что с целью повышения производительности электролизера, снижения частоты анодных эффектов удаляют токоподводящие штыри из тела анода в зонах с наивысшей или критической силой тока [3]. Недостатками известного способа являются следующие: как показывают результаты практического внедрения известного способа на промышленных электролизерах типа С-8БМ; способ сложен и трудозатратен в реализации, так как имеет место необходимость кропотливых и многочисленных замеров токовой нагрузки и перепадов напряжения в штырях действующих электролизеров; высокая вероятность появления ошибки измерений и необходимость их повторов, что связано с динамикой распределения и перераспределения тока в штырях в ходе обслуживания электролизера. Выявлено наличие нестабильности во времени повышенных значений измеряемой силы тока в штырях и смещение максимальных значений на другие штыри, в том числе и наружных рядов. Это указывает на недостаточность и неэффективность выбора такого критерия, как максимализация токовой нагрузки в части определения конкретного штыря для его извлечения и достижения указанных целей изобретения. В результате использования известного изобретения в промышленных масштабах имеет место возрастание приведенного напряжения на электролизерах и количество включений приводов перемещения анода при массовом внедрении известного способа. Также обнаружено некоторое снижение производительности электролизера и возрастание выхода угольной пены. Все это привело к необходимости возвращения части удаленных штырей обратно в аноды. И следует использовать другие критерии извлечения штырей.

С другой стороны, авторами в ходе внедрения автоматического устранения анодных эффектов на электролизерах типа С-8Б и С-8БМ установлено, что количество удаленных штырей из внутренних рядов может достигать от 1 и до 4-х без ухудшения технико-экономических показателей и без необходимости выполнения замеров токовой нагрузки и отслеживания технических результатов на каждом электролизере. Более того, извлечение указанного количества штырей именно из внутренних рядов приводит к уменьшению размеров и количества трещин, пустот и «сквозняков» на подошве анода. При этом, как показали замеры, происходит некоторое выравнивание высоты спеченной части анода в проекции внутренних и наружных рядов штырей, что указывает на изменение конфигурации температурного поля анода за счет некоторого перераспределения токовой нагрузки с зоны внутренних рядов штырей на наружные ряды. Также отмечено некоторое снижение частоты включения приводов перемещения анода и стабилизация технологического хода опытных электролизеров

Целью предлагаемого изобретения является снижение себестоимости произведенного алюминия, расхода электроэнергии, выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение производительности электролизера путем снижения потерь от обратного окисления произведенного алюминия через стабилизацию межполюсного зазора, снижение расхода электроэнергии и трудозатрат на обслуживание электролизера. Поставленная цель достигается тем, что в алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом, верхним токоподводом и вертикально установленными токоподводящими штырями уменьшают количество штырей внутренних рядов с наиболее развитой трещиноватостью, «лунками» и «сквозняками» на подошве в проекции анода и количество токоподводящих штырей наружных рядов до соотношения (0.98…0.88):1.

Способ осуществляют следующим образом.

На промышленных электролизерах типа С-8БМ с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом извлекают и в дальнейшем не устанавливают токоподводящие штыри из внутренних рядов, в проекции которых наиболее выраженные трещины, «лунки» и «сквозняки», в количестве до соотношения 0.88:1 внутренних рядов и наружных.

Пример реализации способа

На действующих электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-8БМ половины электролизного корпуса в количестве 45 штук, или половины корпуса, при плановой перестановке извлекают токоподводящие штыри от 1 до 4-х из внутренних рядов, в проекции которых имеются наиболее мощные трещины, «лунки» и «сквозняки» на подошве анода, и технологи хорошо знают о них в ходе эксплуатации электролизера, и в последующем не устанавливают их. Отслеживают изменения приведенного напряжения на опытных электролизерах корпуса, количество регулировок межполюсного расстояния через включения приводов перемещения анода, кривизну подошвы анода и границы раздела «металл-электролит». На второй половине корпуса, на 45 электролизерах-свидетелях, штыри не удаляют и ведут те же измерения и наблюдения, что и на опытных электролизерах. На чертеже выделены извлеченные штыри с опытных электролизеров и группировка их расположения в плане анода. При этом максимальное количество извлеченных штырей по заявляемому способу не превышает 4-х с каждого электролизера.

Осредненные результаты измерений и расчетов по опытным электролизерам и электролизерам-свидетелям, а также электролизерам с внедрением известного способа в количестве 1/2 электролизного корпуса (45 шт. по прототипу 2) течение 6 мес., отражены в табл.

Как следует из полученных результатов, извлечение штырей по предлагаемому способу приводит к уменьшению кривизны нижней границы анода и кривизны уровня металла; к выравниванию/оптимизации токовой нагрузки по штырям внутренних и наружных рядов, что снижает максимальные значения токовой нагрузки и тем самым снижается количество центров зарождения анодных эффектов и частоты их возникновения (п. 9 табл.).

Удаление штырей внутренних рядов, в проекции которых наиболее развитая трещиноватость, «лунки» и «сквозняки», позволяет несколько снизить высоту конуса спекания в центральной части анода (п. 3 табл.) и перераспределить часть электрического тока на периферию анода, что приводит к снижению падения напряжения в аноде (п. 2 табл.), подтверждается уменьшением перепада высот уровня металла, кривизны нижней границы анода (п.п. 5 и 6 табл.) и приводит к «разжатию» междуполюсного зазора, на что указывает существенное снижение количества регулировок МПЗ в автоматическом режиме по сравнению с прототипом (п. 1 табл.). Все это снижает потери металла от обратного окисления и приводит к возрастанию производительности электролизера, что отражено в возрастании ванно-суток электролизера после реализации предлагаемого способа (п. 8 табл.). Некоторое снижение расстояния «штырь-подошва анода» указывает на уменьшение погрешности в замерах такого параметра как МПЗ за счет снижения кривизны уровня металла и нижней границы анода и на общее снижение падения напряжения в узлах анодного устройства и, тем самым, приведенного напряжения на электролизере за счет выравнивания температурного поля анода (п. 4 табл.).

Из вышеизложенного следует, что извлечение штырей внутренних рядов, в проекции которых наиболее развитая трещиноватость, «лунки» и «сквозняки», по предлагаемому способу позволяет производить индивидуальную настройку управления межполюсным зазором электролизера через оптимизацию токовой нагрузки в плане анода. При удалении токоподводящих штырей внутренних рядов и с трещинами, «лунками» и «сквозняками» концентрация силовых линий тока на недогруженных участках анода наружных рядов увеличивается, соответственно увеличивается количество теплоты, выделяющейся ближе к анодному кожуху. Следовательно, возрастают теплопотери через периферию анода, что улучшает качество спеченного анода. Граница коксования анодной массы несколько выпрямляется и становится ближе к горизонтальной плоскости со снижением в центральной части анода, что приводит к формированию более однородного и качественного анодного массива. Общее количество трещин, подштыревых «лунок» и «сквозняков» при этом уменьшается, облегчается обслуживание анода, снижается загрязнение атмосферы полиароматическими углеводородами до 6% (п. 11 табл) за счет уменьшения количества операций по перестановке штырей, и подошва анода становится более плоской.

Таким образом, использование предлагаемого способа токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом позволяет снизить себестоимость произведенного алюминия через снижение потребности в токоподводящих штырях, расход электроэнергии и выбросы вредных веществ в атмосферу, повысить производительность электролизера.

Дополнительным эффектом от внедрения предлагаемого изобретения следует считать снижение трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшения количества токоподводящих штырей и операций по их перестановке (п. 10 табл.).

Источники информации

1. В.Н. Деревягин, С.Д. Цымбалов, В.В. Махеров. Рельеф подошвы самообжигающихся анодов и газогидродинамические процессы в алюминиевых электролизерах. Иркутск, ИПИ, 1989 г.

2. АС СССР №1803478, МКИ 6 C25C 3/12, БИ №11, 1993 /прототип 1/.

3. З-ка РФ №2012156833, МПК C25C 3/12, БИ №19, 2014 /прототип 2/.

Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающий подвод электрического тока к аноду через вертикально установленные рядами токоподводящие штыри, удаление токоподводящих штырей из тела анода для перераспределения токовой нагрузки, отличающийся тем, что осуществляют перераспределение токовой нагрузки с зоны внутренних рядов токоподводящих штырей на зону наружных рядов токоподводящих штырей с обеспечением соотношения количества токоподводящих штырей внутренних рядов и количества токоподводящих штырей наружных рядов, составляющего (0,98-0,88):1, путем удаления вертикально установленных токоподводящих штырей с наиболее развитой трещиноватостью, лунками и пустотами на подошве в проекции анода из внутренних рядов в количестве не более 4 штук.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к способу формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом.

Изобретение относится к конструкции анодного штыря электролизеров с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом при электролитическом производстве алюминия.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия с применением инертных анодов из литых композиционных материалов с коррозионно-стойким покрытием анода.

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.

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.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения.

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.

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.

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.

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия.
Наверх