Способ регулирования толщины бокового гарниссажа алюминиевого электролизера
т ВСЕО уж ф "11}а }, l.0 "„, .. ОП И САН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ к «}F767237 Союз Советских Социалистических Республик ф 1 а 1 ж .Г К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 25. 05. 78 (21) 2622589/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет Опубликовано 300980, Бюллетень ¹: 36 Дата опубликования описания 021080 (51)М. Кл. С 25 С 3/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.713 ° .723(088.8) (72) Авторы изобретения В. П. Романов, A. П. Репко, A. М. Цыплаков и В. В. Махеров (71) Заявитель Братский алюминиевый завод (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ БОКОВОГО ГАРНИССАЖА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Ч с„ Изобретение относится к области электролитического получения алюминия и может быть использовано в тех-. нологии электролиза. Известен способ регулирования го- 5 ризонтальных размеров бокового гарниссажа и настыли величиной теплового сопротивления боковой стенки, т.O. футеровки теплоизоляции и стенки кожУха 11 Известный способ вытекает из исходной предпосылки горизонтальности теплопотока от электролита через боковую стенку, принятой без достаточного обоснования. Приняв теплопоток 15 горизонтальным, вычисляют его величину по уравнению q = Фр (tp - тцл), справедливому для плоско-параллельной стенки, где q — Удельный теплопоток,с(р- ко-, 20 эффициент теплоотдачи на гранйце расплава с гарниссажем, tp, t« — соот-, ветственно температура электролита в электролизере и температура его плавления. Зная q, определяют толщину гарниссажа из формулы где t — температура поверхности гарцл ниссажа на границе с электролитом; t — то же "на границе с боковой г футеровкой; — средняя по толщине теплопроводность гарниссажа толщина гарниссажа. Толщина слоя глинозема над гарниссажем и боковой футеровкой при таком способе определяется объемом его порции. На фиг. 1 представлено тепловое поле периферийной части катода по результатам моделирования; на фиг. 2 тепловое поле в результате натурных измерений при соотношении толщины слоя глинозема к расстоянию анод— боковая футеровка 1:7; на фиг. 3— тепловое поле при установлении соотношения 1:4,5. Попытки расчитать толщину гарниссажа по формуле, основанной на данной методике, и включающей величины, доступные для непосредственного измерения, дали недопустимое расхождение с измеренной толщиной гарниссажа. Дальнейшие исследования показали, что условие горизонтальности теплопотока от электролита через боковую стенку, при767237 нятое при электромоделировании, с помощью которого построены тепловые по,ля (одно из которых приведено на фиг. 1); а также при расчете толщины гарниссажа не соответствует действительности. Причина этого заключается в том, что при моделировании не учтено влияние теппопередачи через слой линозема над боковой футеровкой и гарниссажем, а также через защитный лист и связанные с ним теплогроводные элементы. кожуха. Отсутствие надежной методики расчета горизонтальных размеров настыли и гарниссажа в результате неправильного представления о данной осо. бенности теплопередачи через боко- 15 вые стенки, определяющих указанные размеры, влечет за собой отсутствие эффективных средств управления столь важным параметром, как толщина гарниссажа. В результате последние или щ черезмерно слабы, что снижает произ водительность и другие показатели процесса, а также ускорят разрушение боковой футеровки, или слишком мощны,. s результате чего повышается расход электроэнергии;из-за большого количестна анодных эффектов, трудоемкость обслуживания электролизеров, поскольку снижение площади зеркала электролита требует учащенной обработки. Заметно возрастают потери глинозема и фторсолей на распыл и улетучинание, ухудшаются условия труда. Увеличение теплосопротивления боковой стенки в .4 раза не привело, как показали испытания, к снижению толщины гарниссажа, З5 и числа анодных эффектов. В результате увеличение расстояния от анода до боковой футеровки на электролизерах верхнего токоподвода последних типов до 650Ф700 мм не привело к сни- 4р жению числа анодных эффекfos или другим ощутимым преимуществам, хотя стоимость электролизеров возросла. Наблюдения показали, что увеличение расстояния анод-боковая стенка привело лишь к бесполезному увеличению толщины бокового гарниссажа до 250330 мм. В результате исследований -на электролйзерах нескольких типов снято рас- ®р пределение температур в боковой стенке и гарниссаже. ПоСтроейнйе тепловые -поля показали, что теплопоток от электролита не является горизонтальным (см..фиг. 2), он направлен криволинейно вверх и выходит в окружаю- . 55 щую среду через слой глинозема, покрывающий свефсу боковой гарниссаж (крйвая 1) и частично боковую футеровку (кривая 2). Если поверх Футеровки установлен защитный лист 4р (кривая 3),что характерно для современных электролизеров, то основная ""часть теплового по гока проходит через него и рассеивается ограждающей полосой (кривая 4) и поясом жеоткости (кривая 5).Через боковую стенку проходит обычно лишь теплопоток от катодного алюминия. Целью предлагаемого изобретения является снижение расхода электроэнергии и трудоемкости обслуживания электролизеров, улучшение условий труда, повышение производительности и стойкости боковой футеровки, снижение удельного расхода сырья и энергии. Указанная цель достигается тем, что отношение толщины слоя глинозема, расположенного над гарниссажем и боковой футеровкой, к величине расстояния между анодом и боковой футеронкой устанавливают в пределах 1:41:5. Данный способ осуществляется следующим образом. Регулирование теплопотока от электролита через верхнюю часть гарниссажа и определяемой им то>щины верхней части гарниссажа осуществляется изменением толщины слоя глинозема над гарниссажем и боковой футеровкой. Из фиг. 2 и 3 видно, что от верхней части гарниссажа теплопоток выходит через слой глинозема. Толщина гарниссажа (ЪГ) в этой части связана с теплопотоком (g).формулой 1 ф (- Ь з>1 рл) л Здесь сакэ коэффициент теплоотдачи от электролита к гарниссажу; толщина глинозема и гарниссажа соответственно; коэффициент теплопроводности этих же элементов; температура электролита и поверхности глинозема соответственно. м Г> ПЛ sp, и Подставив значения соответствующих величин, выходит, что слою глинозема 0,1 м соответствует толщина верхней части гарниссажа 0,24 м и соответственно.слою 0,2 м — 0,11 мм. Толщина гарниссажа при прочих одинаковых условиях зависит от расстоянйя глежду анодом и боковой футеровкой. Например, на мощных электролизерах нерхнего токоподвода при одинаковом токе расстояниям анод-боковая футеровка 550, 600, 650 и 700 мм соответствует толщина гарниссажа на ,уровне электролита .120, 185, 250, 310 мм соответственно. В связи с этим толщина слоя глинозема должна увязываться с указанным расстоянием. В результате испытаний установлено, что оптимальная толщина гарниссажа обеспечивается при отношении толщины слоя глинозема над боковой футеровкой и гарниссажем 767237 к расстоянию анод-боковая футеровка в пределах 1:4-1:5. В существующей практике электролиза такое отношение не фигурирует, но при подсчете оно будет находиться в пределах 1:6-1:10. Несмотря на то, что поток через глинозем составляет лишь 8-12% общегФ теплопотока от электролита, регулй-" " рование его слоем глинозема оказывается эффективным, так как толщина верхней части гарниссажа определяет величину площади растворения глинозема в электролите, а следовательно количество анодных эффектов, число обработок. Например, при увеличении на опытных электролизерах указанного соот- 15 ношения с 1:8 до 1:4,5 получено увеличение расстояния от анода до гарниссажа с 440,мм до 510 мм и снижение числа анодных эффектов с 1,85 до 1,3 в сутки (среднее по корпусу элект-gp ролиза — 1,76 а.э. сутки) такое снижение обеспечивает уменьшение расхода энергии 500 квт./ч на 1 т алюминия. Данный способ позволяет эффективно, практически без дополнительных затрат, регулировать толщину бокового гарниссажа-в его верхней части, благодаря чему расход электроэнергии и трудоемкость обслуживания снижаются. Формула изобретения Способ регулирования толщины бокового гарниссажа алюминиевого электролизера, толщиной слоя глинозема, расположенного над гарниссажем и боковой футеровкой, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии и трудоемкости обслуживания, отношение толщины слоя глинозема, расположенного над гарниссажем и боковой футеровкой, к величине расстояния" между анодом и боковой футеровкой устанавливают в пределах 1:4-1:5. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М., "Металлургия", 1971, с.339-406.
