Способ эксплуатации электролизеровдля получения алюминия

 

и 1;852975

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву ((22) Заявлено 17.09.79 (21) 2818685/22-02 (51) М Кл

С 25С 3/20 с присоединением заявки ¹

Гасударственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.08.81. Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 07.08.81 (53) УДК 669.713.7 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. Е. Баженов, М. Л. Блюштейн, В, Н. Дерягин, М. Е. Дь1нкин, -.

В. Я. Никитин, В. В, Славин и А. М. Цыплаков

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт ., алюминиевой, магниевой и электродной промышленИщти (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области получения алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава и может быть использовано при эксплуатации электролизеров всех типов.

Известен способ эксплуатации электролизеров для получения алюминия с высокими технико-экономическими показателями электролиза, при котором при прочих разных условиях обеспечивается оптимальная температура процесса и форма рабочего пространства, определяемая конфигурацией, объемом настылей и гарнисажей (1!

Настыли и гарнисаж являются своеобразными регуляторами теплового состояния электролизера, и их объем и размеры, в свою очередь, зависят от температуры и состава электролита, объема и высоты слоев электролита и металла, от срока службы. электролизера и от температуры окружающей среды.

Заметные изменения любого из этих параметров или нескольких из них одновременно приводят к изменению конфигурации и объема настылей и гарнпсажа, что сопровождается нарушением теплового равновесия, т. е. увеличением или уменьшением теплопотерь в окружающую среду.

По истечении некоторого времени электролпзер снова приходит к состоянию теплового равновесия, но уже при другой температуре, отличной от оптимальной. Переход электролизера из одного состояния теплового равновесия в другое носит достаточно затяжной характер и, как правило, сопровождается снижением техникоэкономических показателей процесса электролиза (выхода по току, выхода по энергии) и связан с дополнительными материальными, энергетическими и трудовыми затратами.

Б процессе эксплуатации электролизера

15 вследствие снижения теплоизолирующих свойств футеровк и катода из-за прон итки фторсолями объем настылей увеличивается, уменьшая объем металла в электролизсре при сохранении высоты слоя металла.

20 Кроме того, увеличение размеров настылей приводит к нарушению распределения тока по катоду. Указанные обстоятельства способствуют нарушению теплового равновесия электролизера н неблагоприятно отра25 жаются на технико-экономических показателях электролиза.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту и технической сущности является способ (выбран в качестве

Зо прототипа), включающий контроль и под852975

55 оо держание состава электролита и высоты слоев алюминия и электролита (2).

Недостатками способа являются невысокие и нестабильные технико-экономические показатели в период эксплуатации.

Целью изобретения является обеспечение высоких технико-экономических показателей в течение всего периода эксплуатации электролизеров.

Это достигается тем, что поддержание состава электролита осуществляют изменением молекулярного отношения NaF/À1Fç в электролите (криолитового отношения) в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха, а высоты слоев алюминия и электролита изменяют в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха и срока эксплуатации электролизера.

При этом молекулярное отношение

NaF/A1F3 в электролите поддерживают в пределах 2,65 — 2,95 в периоды года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С, и в пределах

2,35 — 2,65 в периоды года со среднемесячной температурой от нуля до минус 30 С.

Высоту слоя алюминия увеличивают в процессе эксплуатации со скоростью 3—

5 см/год.

Одновременно высоту слоя алюминия уменьшают на 5 — 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до минус 30 С и увеличивают на 5 — 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С.

Высоту слоя электролита поддерживают в соответствии с изменением высоты слоя алюминия, обеспечивая необходимое заполнение шахты электролизера.

В холодное время года при среднемесячной температуре от нуля до минус 30 С сохранение теплового равновесия без черезмерного увеличения объема настылей достигается применением более легкоплавкого электролита (молекулярное отношение

2,35 — 265) и пониженной, по сравнению со среднегодовой, высотой слоя металла. Одновременное увеличение высоты слоя электролита и, соответственно, его объема позволяет компенсировать снижение растворимости глинозема в электролите такого состава и иметь относительно стабильную концентрацию глинозема в электролите, а также уменьшить вероятность выпадения осадка.

В теплое время года при среднемесячной температуре от нуля до плюс 30 С для сохранения теплового равновесия при оптимальной температуре повышают высоту слоя алюминия и используют более тугоплавкий.электролит с молекулярным отношением 2,65 — 2,95. Хорошая растворимость

25 зо

50 глинозема в таком электролите позволяет уменьшать высоту (объем) слоя электролита в пространстве борт — анод, не вызывая при этом опасности выпадения осадка и обеспечивая растворение необходимого для нормального протекания процесса электролиза количества глинозема.

Сочетание повышенной, по сравнению со среднегодовой, высоты слоя металла с электролитом с высоким молекулярным отношением снижает вероятность черезмерного уменьшения толщины настылей и гарнисажа, но создает условия для увеличения теплопотерь в окружающую среду.

Однако только описанными выше способами не удается добиться существенного ослабления роста настылей в процессе эксплуатации электролизера и, соответственно, уменьшения количества металла в электролизере при сохранении постоянной среднегодовой высоты слоя алюминия. Поэтому в процессе эксплуатации высоту слоя алюминия постепенно увеличивают со скоростью 3 — 5 см/год. Это обеспечивает поддержание оптимального теплового состояния электролизера в течение всего периода эксплуатации.

До обеспечения возможности постепенного повышения высоты слоя алюминия высоту слоя алюминия в начальный период эксплуатации поддерживают на минимальном уровне, необходимом для нормального протекания процесса электролиза, критерием чего является регулярное возникновение анодных эффектов с напряжением не менее 30 В.

Пример. Промышленные испытания предлагаемого способа эксплуатации электролизеров проводились в течение длительного времени на Волгоградском алюминиевом заводе.

В опытную группу (17 ванн) входили электролизеры с различным сроком службы. Для каждого электролизера в зависимости от года эксплуатации и среднемесячной температуры наружного воздуха определялись криолитовое отношение и высота слоя металла в соответствии с эмпирически подобранными выражениями:

К. О, = 2,65+ 0,01 t, (1)

hÄ = 24+ 3(t = 0 —: 30 С) + 4(n — 1), (2) — 3(t = 0 —: + 30 С), где К.О, — криолитовое отношение;

h» — высота слоя металла, см;

1 — среднемесячная температура наружного воздуха (подставляется в выражение 1 с соответствующими знаками);

n — год эксплуатации.

В дальнейшем полученные из выражений (1) и (2) значения К.О. и h» корректировались индивидуально для каждого опыт852975

Среднемесячная температура наружного воздуха

Длительность эксплуатации электролизеров, год — 30 С

+ 30 С от 0 до от 0 до высота слоя металла, см высота высота слоя металла, см высота слоя слоя

К. О.

К. О. электролита, см электролита,см

Первый

Второй

Третий с1етвертый

Пятый

2,50 — 2,65

2,50 — 2,60

2,45 — 2,60

",40 — 2,55

2,35 — 2,55

2,80 — 2,95

2,75 — 2,90

2,75 — 2,90

2,70 — 2,80

2,65 — 2,80

20 — 22

18 — 20

16 — 18

16 — 18

14 — 16

25

28 — 30

25 — 28

22 — 25

20 — 22

18 — 20

30

ЗЗ

36

39 ного электролизера в зависимости от технологического состояния в указанных выше пределах. В частности, критерием правильности подобранных параметров являлось своевременное возникновение анодного эффекта с напряжением не менее 30 В.

Высота слоя электролита на опытных электролизерах поддерживалась и изменялась в соответствии с технологически необходимым заполнением шахты электролизера.

В течение года основные технологические параметры дважды корректировались. В ноябре — декабре на всех опытных электролизерах производилась внеплановая выливка металла в количестве 2 — 3 ковшей (до

7 т) . После выливки первого ковша внепланового металла в течение 4 — 5 суток подтягивался осадок, проверялся анод на

1/4 продольной стороны за сутки, пополнялся электролит с одновременной корректировкой криолитового отношения в сторону сии>кения и осуществлялся контроль

Фактическое изменение высоты слоя металла (усредненное по группе опытных электр олизеров) в зависимости от срока эксплуатации и среднемесячной температуры наружного воздуха иллюстрируется также черте>ком.

Скорость увеличения среднегодовой высоты слоя металла 3 — 5 см/год. Такая скорость обеспечивает сохранение в электролизсре тсхнологичсски необходимого количества металла при минимальном росте пастылей.

Все опытные электролизеры работалп в устойчивом тсхнологическом режиме, что и предопределило высокие технико-экономические показатели: в среднем выход по току па опытных электролизерах был больше на 2%, а выход по энергии — на

2,5 г/кВт ч, чем соответствующие среднекорпусные показатели, при этом было достигнуто снижение расхода анодной массы и фторсолсй соответственно на 3 и 2,5 кг/т алюминия.

Количество металла, выливаемого из опытных электролизеров при отключении

15

45 технологического состояния электролизера созданием анодного эффекта с фиксированием напряжения. Затем выливался второй ковш внепланового металла с повторением указанных выше операций по обслуживанию, и при положительных результатах— третий. Вылитый металл в твердом виде возвращался в корпус на хранение.

В марте — апреле осуществлялся переход на летний период работы, при этом высота слоя металла повышалась, а корректировка электролита фтористым алюминием приостанавливалась с доведением криолитового отношения электролита до 2 65 — 2,95.

Увеличение высоты слоя металла в электролизерах производилось постепенно за счет вылитого ранее в ноябре — декабре и хранящегося в корпусе алюминия. Уменьшение высоты слоя электролита достигалось снижением загрузки фторсолей.

B таблице приведены некоторые технологические параметры опытных электролизеров в среднем по годам эксплуатации. на капитальный ремонт было примерно в

1,7 раза больше, чем с электролизеров-свидетелей, что соответствует разнице в объемах настылей.

У электролизеров-свидетелей на четвертый год эксплуатации производительность снизилась в среднем на 3, в то время как на опытных электролизерах снижения производительности не отмечено.

Эффективность предлагаемого способа эксплуатации электролизеров может быть подтверждена следующим оценочным расчетом.

Повышение выхода по току обеспечивает увеличение производительности электролпзера, а повышение выхода по энергии— снижение расхода электроэнергии при электролитическом получении алюминия.

Экономический эффект от применения способа эксплуатации электролизера 150 кл равен 667,5 тыс. руб.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации электролизеров для получения алюминия из криолито-гли852975

Z .70

Д1

1 о

/ Z, 7 в пеГ»!."с/776 эисГ :7 и/ 7янйы /ЛГ/77!

Составитель Н. Коробова

Тскред в1. Гайдамак

Корректоры: Н. Федорова и Е. Осипова

Редактор Д. Павлова

Заказ 1876/18 Изд. № 489 Тираж 712 Подписное

: п.о «11.>ис;;» Государе-.",åííàão коми.ета СССР но делам нзобре-.ений и открытий

l 3;1,":, т1ос::. J3, гК-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, ир. Сапунова, 2 ноземного расплава, включающий контроль и поддержание состава электролита и высоты слоев алюминия и электролита, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения высоких технико-экономических пока- 5 зателей в течение всего периода эксплуатации электролизеров, поддержание состава электролита осуществляют изменением молекулярного отношения NaF/AIFq в электролите в зависимости от среднемесяч- !0 ной температуры наружного воздуха, а высоты слоев алюминия и электролита изменяют в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха и срока эксплуатации электролизера. 15

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молекулярное отношение NaF/AIF3 в электролите поддерживают в пределах

2,65 — 2,95 в периоды года со среднемесячной температурой наружного воздуха от о нуля до плюс 30 С, и в пределах 2,35 — 2,65 в периоды года со среднемесячной темпсратурой от нуля до минус 30 С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту слоя алюминия увеличивают в процессе эксплуатации со скоростью

3 — 5 см/год.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту слоя алюминия уменьшают на 5 — 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до минус 30 С и увеличивают на 5 — 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Янко Э. А., Лозовой Ю. Д. Производство алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, М., «Металлургия», 1976, с. 67 — 74.

2. Типовая технологическая инструкция по обслуживанию электролизеров с верхи и м токо подводо м N2-6 — 78.