анодный кожух алюминиевого электролизера

Формула изобретения

1. АНОДНЫЙ КОЖУХ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, содержащий стальную царгу прямоугольной формы, имеющую пояс жесткости, связанные между собой вертикальные ребра и горизонтальные поперечные балки в верхней части, цилиндроконические токоподводящие штыри в угольном аноде, отличающийся тем, что верхняя часть кожуха, контактирующая с неспеченной частью анода, выполнена наклонной внутрь анода.

2. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что верхняя часть кожуха выполнена с криволинейным профилем, совпадающим с профилем изотермы коксования анода.

3. Кожух по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что расстояние от верхней кромки кожуха до наружного ряда токоподводящих штырей составляет не менее одного диаметра цилиндрической части штыря.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, к конструкции анодного кожуха.

Известен анодный кожух в виде стальной царги прямоугольной формы, снабженной поясом жесткости, связанными между собой вертикальными ребрами и горизонтальными поперечными балками в верхней части [1] Недостатком известного устройства является высокая теплоотдача стального кожуха, имеющего вертикальную стенку по всей высоте. В результате свежие порции анодной массы, периодически загружаемые в верхнюю часть анодного кожуха, соприкасаются с вертикальной стальной стенкой, оплавляются частично и образуют настыль-агломерат из анодной массы за счет развитой теплоотдающей поверхности вертикальная стенка кожуха горизонтальная плоскость анодной массы. Это приводит к возникновению задиров при поддергивании анодного кожуха в период эксплуатации. Под настылью образуются полости, заполняемые связующим пеком. Кокс, получающийся при обжиге пека, обгорает и осыпается в высокотемпературной зоне в виде угольной пены. При этом повышается расход углеродистого сырья, ухудшается качество анода.

Кроме того образуются вертикальные каналы на боковой поверхности анода ("шейки"), что вызывает протеки пека при поддергивании кожуха, расстройство технологического хода, снижение производительности электролизера.

Известен анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, содержащий стальную обечайку с внутренней стороны защитный пояс, выполненный из материала с температурой начала смачивания анодной массы не ниже 150^оС или в виде пленочного покрытия.

Известен также анодный кожух алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, верхний элемент которого выполнен из металла с более высокой теплопроводностью, чем материал нижнего элемента, выполнен с переменной толщиной и установлен по периметру анодной массы.

Известные устройства снижают объем образующейся настыли в верхней части кожуха за счет теплоизолирующего элемента, однако полностью не устраняет ее, особенно в условиях низких зимних температур, поскольку открытая поверхность анодной массы и удаленность настыли от токоподводящих штырей обуславливают недостаточность тепла для расплавления настыли.

Одним из наиболее близких по технической сущности и достигаемому эффекту является анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, содержащее теплозащитный пояс, выполненный в виде съемных крышек, расположенных с внутренней стороны обечайки и замкнутого бортика, жестко закрепленного верхней кромкой к балкам за крышками, причем нижняя часть пояса опущена в жидкую анодную массу, в торцах анода подвешены к нижней кромке бортика теплопроводные пластины перпендикулярно стенкам анода.

Другим наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известное анодное устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, согласно которому с целью повышения производительности электролизеров, сокращения расхода электроэнергии и анодной массы расстояние между крайними рядами штырей и продольной кромкой угольного анода составляет 1,5-2,3 диаметра цилиндрической части штыря, а расстояние между внутренними рядами штырей составляет 7,0-11,5 диаметра цилиндрической части штыря. Теплозащитный пояс в виде съемных крышек с внутренней стороны кожуха способствует сокращению теплопотерь с периферийной зоны анода, а приближение токоподводящих штырей к кожуху увеличивает температуру в неспеченной части анода. Однако передача тепла к горизонтальной поверхности анодной массы, контактирующей с кожухом, затруднена вследствие прямоугольной конфигурации вертикальной и горизонтальной поверхностей, жидкой (неспеченной) части анода, имеющей теплоотдающую поверхность, большую, чем поверхность источника тепла конуса спекания, имеющая радиальную (криволинейную) поверхность.

В результате не удается полностью исключить образования настыли в верхней части анода. Это приводит к задирам на боковой поверхности анода, вызывающем протеки пека, следовательно повышение расхода анодной массы и ухудшение качества анода.

Целью изобретения является улучшение качества анода, снижение расхода анодной массы.

Цель достигается тем, что верхняя часть анодного кожуха, контактирующая с неспеченной частью анода, выполнена наклонной внутрь анода. Верхняя часть кожуха может иметь криволинейный профиль с наклоном внутрь анода, совпадающий с профилем изотермы коксования анода. Расстояние от верхней кромки кожуха до наружного ряда токоподводящих штырей должно составлять не менее одного диаметра цилиндрической части штыря.

Наклон верхней части анодного кожуха внутрь анода к токоподводящим штырям наружных рядов уменьшает объем неспеченной части анодной массы, причем ее наиболее низкотемпературной части. Снижается также площадь поверхности анода, контактирующая с анодным кожухом и атмосферой. Все это приводит к уменьшению теплопотерь в зоне плавления свежих порций загружаемой анодной массы, повышается температура ее верхних слоев, удаленных от штырей наружного ряда, конуса спекания за счет аккумуляции тепла под наклонной стенкой верхнего пояса кожуха, играющей роль крышки. Таким образом изотерма температуры плавления анодной массы вблизи штырей наружного ряда оказывается за пределами внутренней поверхности наклонной части анодного кожуха или совпадает с ней.

В результате устраняются условия образования настыли из оплавившейся массы на внутренней поверхности части анодного кожуха, что устраняет состав жидкой анодной массы, предотвращает образование пекового слоя, задиров на боковой поверхности анода и протека пека между кожухом и анодом, тем самым улучшается качество анода.

Кроме этого, уменьшение объема анодной массы в ее неспеченной части снижает объем анода в целом. Отсутствие настыли, протеков пека и уменьшение объема анода снижают расход анодной массы.

Расстояние от верхней кромки кожуха до наружного ряда штырей, составляющее не менее одного диаметра штыря, обусловлено следующими причинами. Меньшая величина указанного расстояния затрудняет операцию загрузки свежих порций анодной массы по периферии анода, возникают затруднения при увеличении штыря, поскольку необходимо отводить штырь от анодной рамы по направлению к кожуху из-за влияния магнитных сил, притягивающих штырь к анодной раме.

Криволинейный профиль наклонной части кожуха, совпадающий с профилем изотермы коксования анода, позволяет получить максимально возможное снижение расхода анодной массы и повышение качества анода за счет повышения эффекта аккумуляции тепла в верхнем слое анодной массы.

На фиг. 1 изображено предлагаемое анодное устройство; на фиг.2 то же, вариант.

Устройство содержит стальной прямоугольный кожух с вертикальной стенкой 1, внутри которого расположен углеродсодержащий анод, состоящий из спеченной части 2 и неспеченной (жидкой) части 3. Цилиндрическо-конические штыри 4 запечены в анод.

В верхней части кожух со стенкой 1 имеет плоскую стенку 5, наклонную внутрь анода (фиг.1), или же наклонная стенка 5 имеет криволинейный профиль, совпадающий с профилем изотермы 6 коксования анода (фиг.2).

П р и м е р. Стальной прямоугольный кожух самообжигающегося анода выполнен с плоской верхней частью, наклоненной внутрь анода под углом 60^о к вертикали, и смонтирован на электролизере типа С-8Б при силе тока 156 кА. Расстояние от верхней кромки наклонной части кожуха до наружного ряда токоподводящих штырей (d") равно одному диаметру цилиндрической части штыря, расстояние от вертикальной стенки кожуха до наружного ряда штырей (D) равно 1,5 диаметра цилиндрической части штыря (по прототипу).

На другом электролизере С-8Б (свидетель) монтируют анодный кожух с вертикальной стенкой по всей высоте. Расстояние от верхней кромки кожуха до наружного ряда штырей (D) равно 1,5 диаметра цилиндрической части штыря (по прототипу).

Формируют аноды из углеродосодержащей анодной массы известным способом. Верхняя наклонная внутри анода часть кожуха предлагаемого устройства контактирует с неспеченной частью анода. После завершения формовки анодов производят пуск электролизеров и ведут электролиз. Результаты испытаний в течение шести месяцев предлагаемого устройства и прототипа отражены в таблице.

Как следует из полученных данных, при практически одинаковой производительности электролизеров опытного (предлагаемый анодный кожух) и свидетеля (прототип), на опытном электролизере удельный расход анодной массы на 62 кг/т алюминия, а выход угольной пены на 12,6 кг/т алюминия меньше, чем на электролизере свидетеле. Это можно объяснить уменьшением объема неспеченной части анода за счет наклонной конфигурации верхней части кожуха, устранением условий образования настыли из анодной массы и, следовательно, лучшими условиями формирования боковой поверхности анода, на что указывает ее более ровная, гладкая поверхность. Таким образом качество анода опытного электролизера в целом улучшается.

Предлагаемый анодный кожух алюминиевого электролизера позволяет снизить расход анодной массы, выход угольной пены и улучшить качество анода по сравнению с прототипом.