способ питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом

Формула изобретения

1. Способ питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающий подачу глинозема на корку электролита и ее наращивание в подколокольном пространстве электролизера по его продольном сторонам и периодическое погружение корки в электролит без ее разрушения путем создания постепенного давления на корку, отличающийся тем, что погружение корки осуществляют путем создания одновременного давления на корку в подколокольном пространстве и в пространстве колокол-борт, причем максимальную подачу глинозема осуществляют в зоны наибольшей интенсивности работы анода и воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства.

2. Способ питания по п.1, отличающийся тем, что подачу глинозема в зоны наибольшей интенсивности работы анода и воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства осуществляют в пределах 50 - 60% от общего количества подаваемого глинозема.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к области электролитического производства алюминия и может быть использовано на электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися анодами для питания их глиноземом и другими подобными материалами.

В настоящее время одной из главных проблем при электролитическом получении алюминия является проблема надежного и простого способа непрерывного питания электролизеров без значительных разрушений корки электролита, при котором бы поддерживалась постоянная концентрация глинозема в электролите.

Известен способ непрерывного питания алюминиевого электролизера по патенту США N 2713024, НКИ 204-67, 1955 г. (1), по которому глинозем непрерывно подается под рабочий орган, установленный над поверхностью расплава в трубе, а сам глинозем вводится в расплав под действием давления, создаваемого рабочим органом на столб глинозема, который образуется в месте его ввода.

Данная технология питания приемлема для всех электролизеров любой мощности, независимо от типа анода. Технология по патенту реализуется рабочим органом шнекового, поршневого типа и т.д.

К ее недостаткам следует отнести:

- значительные энергозатраты по доставке глинозема в расплав, связанные с образованием значительных сил трения между столбом глинозема и отверстием в корке электролита;

- ненадежность работы исполнительных механизмов из-за высоких нагрузок, воздействующих на них;

- сложность конструкции исполнительных механизмов.

Известен способ питания алюминиевых электролизеров глиноземом по а.с. СССР N 945249, М кл³ С 25 С 3/06, 1980 г. (2), по которому ведут разрушение криолитоглиноземной корки по ее периметру и погружение ее в электролит по всей площади ванны электролизера одновременно, причем погружение корки осуществляют путем осаждения ее в верхней зоне электролита на величину ее подработки. Данный способ преследует цель стабилизировать параметры процесса электролиза.

К недостаткам данной технологии следует отнести:

- значительные энергозатраты по разрушению корки электролита специальными машинами;

- сложность осуществления погружения корки в целом по периметру электролизера;

- отсутствие полной герметичности электролизера в процессе разрушения корки и, как следствие, загрязнения окружающей среды.

Известен способ питания глиноземом алюминиевого электролизера по а. с. СССР N 1712466 (заявка N 4809610, М кл 5 С 25 С 3/06 от 17 февраля 1990 г. (3), принятый в качестве ближайшего аналога, который включает в себя подачу глинозема на корку электролита, при этом подачу глинозема на корку электролита и ее наращивание осуществляют в подколокольном пространстве электролизера по его продольным сторонам и постепенно, создавая давление на корку без ее разрушения, погружают в зону расплава.

К недостаткам этой технологии при всех ее достоинствах относится следующее:

- не учитывается неравномерность работы анода и расплавление корки на отдельных участках электролизера;

- выпадение глиноземных осадков на подину в отдельных зонах;

- растворение бортового гарнисажа в отдельных зонах.

Задачей предлагаемого изобретения по заявленному способу является повышение технико-экономических показателей работы электролизера.

Техническим результатом предложения является повышение срока службы катодного устройства и обеспечение возможности ввода сырья в ванну без нарушения целостности электролитной корки, а также повышение производительности на 2-3%.

Технический результат достигается тем, что в способе питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающем подачу глинозема на корку электролита и ее наращивания в подколокольном пространстве электролизера по его продольным сторонам и периодическое погружение корки в электролит без ее разрушения путем создания постепенного давления на корку, погружение корки осуществляют путем создания одновременного давления на корку в подколокольном пространстве и пространстве колокол - борт, причем максимальную подачу глинозема осуществляют в зону наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства, где потоки расплавленного электролита разделяются, а подачу глинозема осуществляют в зоны наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства в пределах 50-60% от общего количества подаваемого глинозема.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Известный способ питания не учитывает неравномерность работы анода и расплавление погружаемой корки электролита на отдельных участках электролизера. Эти явления вызваны прежде всего гидродинамикой расплава в электролизере, которая зависит от совокупного воздействия трех сил - газогидродинамической, магнитной и свободной конвекции. Наибольшие скорости магнитной и свободной конвекции движения электролита приходятся на зоны, прилегающие к правому углу выходного и к левому углу входного торцов электролизеров по ходу тока серии на 2,5-3,0 м от торцов анода. Причем интенсивность движения электролита повышается в пространстве борт - анод в зонах образования трещин в аноде и интенсивного газовыделения. Эти зоны периодически меняются по периметру анода.

В известном способе при равномерной подаче глинозема по продольным сторонам вносили избыток глинозема в электролит на участках, где он меньше растворялся и где он выпадал в осадок. С другой стороны на участках, где анод работал более интенсивно, равномерная подача глинозема не обеспечивала необходимое питание. Эти участки начинали работать с недостатком глинозема (особенно в районе трещин на аноде), в результате чего происходило растворение гарнисажа и, как следствие, наблюдались прорывы расплава из шахты.

Предлагаемый способ предусматривает максимальную подачу глинозема в зоны наибольшего воздействия расплава электролита на бортовую футеровку катодного устройства.

При этом в этих зонах интенсивно подрабатывается (растворяется) корка электролита, интенсивно твердеет и зависает над электролитом, что приводит к расплавлению защитного гарнисажа, бортовой настыли. Поэтому в этих зонах необходимо интенсивное осаждение корки, которое достигается давлением на корку в пространстве колокол - борт. Это увеличивает скорость растворения глинозема, охлаждает расплав и защищает бортовую футеровку. А на участках, где анод работает менее интенсивно, условия образования корки иные, а именно создается более "рыхлая", мягкая корка, которая прорезается внешней балкой, в расплав погружается с меньшей скоростью по мере ее подплавления.

Данная технология была испытана на Братском алюминиевом заводе и показала хорошие результаты по растворению глинозема в этих зонах, были достигнуты более высокие технико-экономические показатели по сравнению с прототипом. А там, где ванна идет более холодно, условия образования корки иные, а именно при холодной ванне корки практически не образуется, либо образуется очень твердая и она в расплав не погружается, а просто прорезается.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается признаками, заявленными в отличительной части формулы изобретения. Следовательно данное предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области не выявило сходных признаков с отличительными признаками данного предложения.

Таким образом, заявленное решение отвечает критериям изобретательский уровень и промышленная применимость.

Пример осуществления способа

Промышленные испытания проводились на Братском алюминиевом заводе на электролизерах С-8Б. Были определены зоны наибольшего воздействия расплава на бортовую футеровку и наличие зон с трещинами в аноде. Как правило, эти зоны совпадали.

При общей длине анода в 8,7 метра эти зоны составили:

- примыкающих к левому углу входного торца на расстоянии 2,5-3,5 м, выходного торца 2,5-3,0 м;

- примыкающие к правому углу выходного торца на расстоянии 2,0-2,5 м, входного торца 2,5-3,5 м.

В подколокольное пространство равномерно по продольным сторонам подавали 50-60% суточного расхода глинозема. В отмеченные зоны пространства колокол - борт дополнительно подавалось 30-35% с подачей оставшейся части глинозема до 100% на участки средней части продольных сторон электролизера. В процессе эксплуатации и питания электролизера глиноземом периодически осуществляли погружение корки электролита без ее разрушения от 2 до 4 см в подколокольном пространстве и пространстве колокол-борт. При этом бортовая футеровка в этих опасных зонах приобретала защитный гарнисаж саморегулируемых размеров, по подине в этих зонах или отсутствовал осадок, или его было незначительное количество. В целом электролизер работал с оптимальной формой рабочего пространства.

Опытно-промышленные испытания электролизеров показали, что помимо всех достоинств, присущих прототипу, данная технология позволила повысить надежность работы электролизера от прорыва расплава, повысить скорость растворения глинозема.