Электролизер для получения алюминия

Электролизер для получения алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

R АВТОРСИОМУ СВИДЕ7ЕДЬСТВУ р1 6ОО214

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.06.75 (21) 2148323/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 05.04.78 (51) М. Кл. - С 25С 3/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 669.713.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Романов, A. М. Цыплаков, А. П. Репко и В. В. Махеров (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к разработке конструкции электролизера для получения алюминия из расплавленных сред.

С увеличением мощности электролизеров, как в результате роста плотности тока, так и в результате увеличения площади анода (особенно его ширины), наблюдается отчетливая тенденция роста температуры электролита.

Поскольку увеличение температуры электролита снижает основные показатели процесса (например, выход по току снижается íà 2 3% на каждые 10% повышения температуры), то это значительно замедляет рост единичной мощности электр олизеров.

Известен ряд методов снижения температуры электролита: увеличение толщины слоя расплавленного алюминия, периодическое разрушение глиноземной корки, подъем уровня электролита выше бортовой футеровки (за счет наращивания наружного гарниссажа), введение в состав электролита компонентов, снижающих температуру его затвердевания и повышающих его электропроводность и пр.

В силу ряда причин (дефицит и высокая стоимость добавок, неудобство в обслуживании электролизеров, увеличение трудозатрат и пр.) ни один из вышеуказанных способов не оказался высокоэффективным в практическом применении.

Известен также электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб. Сп5 стема охлаждения расположена вне катодного кожуха электролизера (1).

Известная система охлаждения обеспе кивает увеличение теплопотерь и тем самым позволяет увеличить силу тока на нем, но

10 вследствие неизбежного снижения темпсратры нижней части подины приводит к кристаллизации диффундированного расплава нспосредственно под подиной. Последнее вызыв lcT значительный рост вертикального давления на

15 подину снизу и ускоряет ее разрушение. Возрастание градиента температуры по толщине подины увеличивает изгиб ее, также ускоряя разрушение, и вызывает появление настылой на подине. Охлаждение боковых сторон элск20 тролизера также позволяет усилить теплоотдачу, однако, снижения температуры электролита и регулирования ее обеспечить не может. Более того, вследствие увеличения теплового потока от расплава к боковой настыли

25 температура электролита в центральных зона. . его даже возрастает.

Цель изобретения — повышение теплоотбора от электролита, облегчение рсгулировки его температуры и увеличение срока службы

30 подины ванны. ()214

G0

56 (о

Для этого охлаждающие элементы размещены между подиной ванны и уровнем подошвы анода.

В ряде случаев охлаждающие элементы могут быть размещены между боковыми стенками ванны и подошвой анода ниже уровня подошвы анода.

Охлаждающие элементы могут быть выпол,нены из материала, .выбранного из группы, содержащей графит, силицированный графит, графит с покрытием из карбонитрида бора и карбид кремния. б,роме того, охлаждающие элементы могут быть выполнены двухслойными с внутренним слоем из жаропрочной стали и наружным, выполненным из вышеуказанных материалов.

Это придает охлаждающим элементам повышение несущей способности и защиту их внутренних полостей от окисления.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез.

Электролизер содержит горизонталь но расположенные анод 1 и подину 2, пространство между которыми заполнено расплавом из электролита 3 в верхней части и алюминия

4 — в нижней. В расплаве алюминия размещены охлаждаюшие элементы 5 из одной или нескольких труб (в зависимости от типа и мощности электролизера). Сечение труб определяется их тепловой нагрузкой. Например, для электролизеров с,верхним токоподводом при силе тока 160 кА снижение температуры электролита с 965 С до 955"С обеспечивается охладителем из 3-х параллельных продольной оси электролизера графитовых труб с внутренним диаметром 40 мм и толщиной стенки

30 мм. Т1о трубам пропускается теплоноситель, Для упрощения конструкции и ее эксплуатации наиболее приемлемым теплоносителем является редуцированный,или вентиляторный воздух. Современная техника располагает рядом материалов, которые, могут быть применены для охлаждающих элементов. Наряду с традиционным графитом могут применяться более стойкие к расплаву алюминия и фторсолей карбид кремния в виде силицированного графита или самосвязанный графит с наружным покрытием из карбонитрида бора.

Кроме того, для защиты внутренней полости тру б от окисления может быть применена, например, тонкостенная металлическая труба. Для обеспечения достаточной механической прочности охлаждающие трубы выполняются двухслойными: внутренний слой — из жароупорной стали, а наружный — из материала, химически стойкого против расплавленного алюминия. Соотношение диаметров этих труб выбирается с учетом коэффициентов термического расширения, с тем, чтобы при 950 — 1000 С обе трубы достаточно плотно соприкасались между собой. Допустимо также оставлять кольцевой зазор между наружной и внутренней трубой с заполнением его порошком высокой теплопроводности, например

4 графитным. Трубы могут быть расположены как вдоль, так и поперек продольной оси электролпзера. У штывая, что тепло в первую очередь должно отводиться от наиболее нагретых зоп электролита, при продольном расположении охлаждающие трубы размещаются ближе к продольной оси элсктролизера. Для обеспечения достаточной равномерности охлаждения металла по длине охлаждающих труб теплоноситель может подаваться в противоположных направлениях по расположенным рядом трубам. Для опоры на подину и фиксации высоты расположения труб в шахте ванны каждая труба имеет две-три опоры 6, изготовленные из материала, стойкого в расплаве.

Соединение элементов труб по длине производится одним из известных способов (на резьбовых муфтах и т. д.). Ввод охладительных труб в катодный металл осуществляется через слой расплавленного электролита (через колено, изогнутое под углом 90 С) или сбоку через бортову.ю футеровку.

При эксплуатации электролизера редуцированный или вентиляторный воздух поступает с одного конца .каждой трубы и выводится через другой. При этом от расплавленного алюминия отбирается часть тепла, его температура понижается. Вследствие присущей ему высокой теплопроводности расплавленный алюминий будет охлаждать электролит в реакционной зоне. Интенсивность охлаждения регулируется количеством пропускаемого воздуха.

Применение современных высокостойких к расплавленному алюминию материалов позволяет рассчитывать на срок службы охлаждающих элементов, равный продолжительности межремонтной кампании электролизера, однако при необходимости элементы могут быть извлечены из электролизера и заменены ,новыми. Тепло, отбираемое от расплава, может быть утилизировано одним из известных способов.

Применение охлаждающих элементов, размещенных в пространстве между подиной и анодом, обеспечивает поддержание температуры электролита в реакционной зоне электролизсра в оптимальных пределах. Этим достигается улучшение основных технико-экономических показателей, прежде всего выхода по току. Стабилизация температуры электролита открывает возможность значительного увеличения токовой нагрузки и, следовательно, производительности электролизеров.

Экономический эффект от изготовления не менее 100 тыс. рублей на каждый типовой корпус электролиза, что по отрасли составит не менее 7,5 млн. рублей.

Формула изобретения

1. Электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб, отличающийся тем, что, с целью повышения теплоотбора от электролита, облегчения регулировки его тем6() 0214 и, Ре г

Составитель Г. Титова

Техред А. Камышникова

Редактор И. Ильина

Корректоры: О. Тюрина и Позняковская

Заказ 418/9

Изд. ¹ 367 Тираж 763

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 пературы и увеличения срока службы подины ванны, охлаждающие элементы размещены между подиной ванны и уровнем подошвы анода.

2. Электр олизер по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающие элементы размещены между боковыми стенками ванны и подошвой анода.

3. Электролизер по пи. 1 и 2, отлич ающ и с я тем, что охлаждающие элементы выполнены из материала,:выбранного из группы, содержащей графит, силицированный графит, графит с покрытием из карбонитрида бора и карбид кремния.

4. Электролизер по п. 3, о тл и ч а ющи и с я тем, что охлаждающие элементы выполнены двухслойными с внутренним слоем из жаропрочной стали.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 404894, кл. С 22D 3/02, 1972.