способ перестановки штырей

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕСТАНОВКИ ШТЫРЕЙ, включающий подготовку анодной массы в аноде, раскручивание и извлечение штыря из анода, заполнение подштыревого отверстия анодной массой и установку штыря в подштыревое отверстие на более высокий горизонт, при этом штыри одного горизонта переставляют в два этапа, причем в процессе первой перестановки переставляют 50 общего количества штырей, отличающийся тем, что штырь после извлечения из анода и перед установкой на новый горизонт охлаждают до 600 750^oС и оставшиеся штыри переставляют на тот же горизонт, на котором стоят ранее переставленные штыри после запекания последних в аноде и принятия ими номинальной токовой нагрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в технологии самообжигающегося анода алюминиевого электролиза с верхним токоподводом при перестановке токоподводящих анодных штырей.

Распространенный в промышленности способ перестановки штырей предусматривает загрузку и подготовку анодной массы в аноде, раскручивание штырей и извлечение их из анода, заполнение подштыревого отверстия из-под извлеченного штыря анодной массой и установку штыря в отверстие на более высокий горизонт (уровень). Известно, что в процессе электролиза происходит сгорание нижней части анода со скоростью примера 2 см/сут. Нижние концы штырей постепенно приближаются к зоне электролита и, когда расстояние между концами штырей и электролитом достигает 22-28 см, производят перестановку штырей на более высокий горизонт. Штыри в аноде располагают через один на двух горизонтах: верхнем и нижнем, расстояние между горизонтами 20 см. При перестановке штыри нижнего горизонта извлекают и устанавливают на более высокий горизонт, отстоящий от первоначального (нижнего) горизонта на 40 см, или от штырей верхнего горизонта на 20 см. На место извлеченного горячего штыря после затекания в отверстие анодной массы устанавливают холодный штырь. Полный цикл перестановки осуществляют за 20 сут. Сначала переставляют 1/4 общего количества штырей, на следующие сутки еще 1/4 штырей. Через 10 сут переставляют остальную половину штырей. Штыри внутренних рядов представляют в первую очередь, затем переставляют штыри внешних рядов.

Недостаток данного способа длительное пребывание штырей на разных горизонтах. Так, после первой перестановки в течение суток штыри находятся на трех горизонтах, отстоящих друг от друга на расстоянии 20 см. Если нижний горизонт находится от подошвы анода на расстоянии 26 см, то верхний горизонт на расстоянии 66 см. После второй перестановки (на следующие сутки) штыри находятся на двух горизонтах, расположенных от подошвы анода соответственно: нижнего горизонта 46 см, верхнего 66 см. В течение 10 сут штыри находятся в таком положении, с постепенным приближением к подошве анода по мере его сгорания. Расположение штырей на разных горизонтах определяет их неравномерную токовую нагрузку. Измерения показывают, что даже после запекания штыря нижнего горизонта берут токовую нагрузку на 10-20% выше, чем штыри верхнего горизонта. Неравномерность токовой нагрузки по штырям вызывает появление горизонтальных токов в аноде, что ведет к потерям электроэнергии. Ухудшается магнитоэлектродинамика: появляется усиленная циркуляция расплава, значительные перекосы и волнения поверхности металла с подмыканием его на подошву анода. Это приводит к технологическим расстройствам процесса электролиза и снижению технико-экономических показателей электролизера.

Известно изобретение, которое предусматривает установку штырей внутренних рядов в аноде выше, чем устанавливаются штыри внешних рядов, с соотношением этих расстояний от подошвы анода до концов штырей 1,1-1,6. Ходя данный способ и усложняет несколько схему перестановки, все недостатки, относящиеся к предыдущему способу, сохраняются.

В другом изобретении предлагают при установке штырей в анод учитывать величину износа каждого штыря и с помощью подвижных меток на штангах штырей и сохранении базового расстояния от концов штырей до меток устанавливать концы штырей в аноде строго на одной горизонтали. Это ведет к снижению потерь электроэнергии в аноде и повышению равномерности распределения тока по штырям, но не исключает основных недостатков, присущих широко используемому в промышленности способу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ многогоризонтального распределения штырей в аноде, взятый за прототип. Если вышеуказанные способы предусматривают двухгоризонтальную схему, то данный способ рекомендует четырехгоризонтную схему с интервалом расстояния между горизонтами 10 см. При такой схеме перестановки в какой-то степени улучшается равномерность распределения тока по штырям, снижаются потери электроэнергии в аноде, однако ввиду сложности технической реализации в производственных условиях способ не нашел широкого применения.

Цель изобретения улучшение технологических параметров анода, стабилизация магнитоэлектродинамики расплава в электролизере и снижение потерь электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что штырь после извлечения охлаждают до температуры 600-700^оС и устанавливают вновь в подштыревое отверстие. В процессе первой перестановки переставляют половину общего количества штырей в аноде, а после запекания переставленных штырей и принятия ими номинальной токовой нагрузки заканчивают полный цикл перестановки. Остальные штыри устанавливают на тот же горизонт, на котором стоят штыри после первой перестановки.

Общими признаками предлагаемого изобретения и прототипа являются подготовка анодной массы в аноде, раскручивание и извлечение штыря из анода, заполнение подштыревого отверстия анодной массой и установка штырей на более высокий горизонт.

Отличие от прототипа состоит в том, что штырь после извлечения охлаждают до температуры 600-700^оС, затем устанавливают в подштыревое отверстие, в то время как по прототипу устанавливают холодный штырь. В процессе одной перестановки переставляют половину общего количества штырей в аноде, а после запекания переставленных штырей и принятия ими номинальной токовой нагрузки производят перестановку остальных штырей, установку их осуществляют на тот же горизонт, на который установлена первая группа штырей.

Сравнительный анализ показывает, что известные технические решения не предусматривают следующих технологических операций:

установку извлеченных из анода и охлажденных до температуры 600-750^оС штырей в подштыревое отверстие;

перестановку половины общего количества штырей, находящихся в аноде, за один прием;

перестановку второй половины общего количества штырей по мере запекания в аноде и принятия токовой нагрузки ранее переставленными штырями.

установку второй группы штырей производят на тот же горизонт, где установлена первая группа штырей.

Совокупность неизвестных признаков позволяет улучшить технологические параметры анода, стабилизировать магнитоэлектродинамику расплава в электролизере и сократить потери электроэнергии. Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критерию" существенные отличия".

Сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Штыри нижнего горизонта, подлежащие перестановке, извлекают из анода, при этом температура штырей составляет 900^оС. Температура в подштыревом отверстии составляет 900-940^оС в нижней части и 600-750^оС в средней зоне, на расстоянии 40 см от нижнего горизонта. Анодная масса, затекающая в подштыревое отверстие после извлечения штыря с поверхности анода, имеет температуру 130-170^оС. В отверстии затекшая масса начинает коксоваться при разных температурах: в нижней части при 900-940^оС, в средней части отверстия при 600-750^оС. Установка холодного штыря с температурой 10-30^оС (зима-лето) на место извлеченного способствует увеличению градиента температур коксования массы в отверстии по высоте. Нижняя часть коксующаяся при большей температуре имеет пористую, рыхлую структуру. Верхняя часть массы, коксующаяся при меньшей температуре, имеет более плотную структуру. Неоднородность структуры вторичного анода, формирующегося в подштыревом отверстии, ведет к осыпанию анода, увеличению его удельного сопротивления. Во избежание протеков анодной массы через подштыревые отверстия в расплав при перестановке штырей необходимо иметь запас расстояния под штырями нижнего горизонта, что ведет к дополнительному расходу электроэнергии. При установке горячего штыря с температурой 600-750^оС в подштыревое отверстие снижается градиент температур по высоте коксования в отверстии. Структура вторичного анода по высоте более однородна, нежели при установке холодного штыря.

Температура устанавливаемого штыря 600-700^оС соответствует температуре в подштыревом отверстии на этом горизонте и может колебаться в данном диапазоне в зависимости от времени года, величины погружения анода в электролит, технологического состояния электролизера (горячий ход, нормальный ход, холодный ход).

Перестановка половины от общего числа штырей за одну операцию, предлагаемая нами, вместо 1/4, как предусмотрено аналогами, ускоряет процесс выравнивания тока в аноде и стабилизацию теплового режима.

При установке холодных штырей их запекание в аноде и принятие нагрузки идет медленно, в течение 1,5-2,5 сут. При этом штыри нижнего горизонта будут воспринимать двойную токовую нагрузку, если произвести перестановку половины количества штырей. Это приведет к перегреву штырей нижнего горизонта, потерям электроэнергии в аноде, ухудшению качества анода, значительным перекосам поверхности металла в ванне. Установка горячих штырей обеспечивает их запекание в аноде и принятие токовой нагрузки в течение 2-6 ч. По мере запекания переставленных штырей производится перестановка второй половины количества штырей в аноде. Проскальзывание анода по штырям в данном случае исключено, т. к. во время перестановки второй группы штырей анод будет держаться на штырях первой группы, что составляет 50% от общего количества, хотя при перетяжке анодной рамы анод удерживается всего лишь 20-25% количества штырей. К концу перестановки второй группы штырей штыри этой группы частично будут запечены в аноде и на них также распределяется весовая нагрузка анода. Штыри второй группы переставляются на тот же горизонт, на котором находятся штыри первой группы, т. е. после окончания полного цикла перестановки концы всех штырей в аноде находятся на одной горизонтали. Расстояние от концов всех штырей до подошвы анода одинаково, следовательно, одинаково и сопротивление анода под всеми штырями, что обеспечивает высокую равномерность распределения тока по штырям, одинаковые термические условия формирования анода под штырями. Значительно снижается величина горизонтальных токов в аноде, снижается перекос поверхности металла и величина электромагнитных сил, вызывающих циркуляцию и волнение расплава. Отсутствие горизонтальных токов в аноде, высокая скорость запекания штырей и быстрое восприятие ими токовой нагрузки способствует снижению потерь напряжения в аноде примерно на 100-150 мВ. При двухгоризонтальной схеме с использованием холодных штырей время запекания их значительное. После перестановки половины штырей электролизер в течение 10-12 сут работает в условиях крайней неравномерности распределения токовой нагрузки, когда для нижнего горизонта расстояние от концов штырей до подошвы анода составляет 40-45 см, а для верхнего горизонта 60-65 см. Это ведет к непроизводительным потерям электроэнергии, ухудшению условий формирования анода, дестабилизации магнитной гидродинамики в ванне, ухудшению технологического процесса электролизера.

П р и м е р. В анодный кожух электролизера за 8-12 ч до начала перестановки штырей с помощью бункера, установленного на кране, загружают брикетированную анодную массу. После ее расплавления производят усреднение ее состава путем перелопачивания и окучивания вокруг штырей, подвергаемых перестановке. Порядок перестановки через один, т.е. каждый второй штырь подвергается перестановке. Анодчик освобождает крепление штыря к анодной раме, штангу штыревого крана опускают на головку штыря, производят раскручивание, а затем извлекают штырь из анода. Извлеченный штырь устанавливают в кассету или опускают в охлажденную среду (например, водоохлаждающую эмульсию) с целью его охлаждения до 600-750^оС. В зимнее время извлеченный штырь поднимают краном, дают выдержку 2-5 мин, затем штырь устанавливают на место. После извлечения штыря в подштыревое отверстие затекает анодная масса. Ее количество в отверстии должно быть таково, чтобы при установке штыря она выдавливалась из-под штыря вверх и обволакивала всю поверхность штыря, находящуюся в теле анода. Время охлаждения штырей определяется для каждого времени года путем измерения температуры поверхности штыря. Переставляемый штырь в аноде устанавливают на более высокий горизонт, отстоящий на расстоянии 10-20 см от первоначального. Производят соединение штыря с анодной шиной. По мере запекания переставленных штырей, обычно на следующие сутки (так как каждая бригада обслуживает только свои закрепленные электролизеры), производят перестановку оставшихся штырей. Их устанавливают на тот же горизонт, что и предыдущие штыри. При этом производят те же операции, что и в предыдущем случае.

Изобретение позволяет улучшить технологические параметры анода, стабилизировать магнитоэлектродинамику расплава и снизить потери электроэнергии.