способ питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом

Формула изобретения

Способ питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, включающий одновременную подачу глинозема и газа под давлением, превышающим давление анодных газов, в вертикальный проем анода, отличающийся тем, что глинозем дифференцированно подают в зазор между двумя вертикальными трубами, установленными соосно с образованием проема, и в полость внутренней трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, к производству алюминия электролитическим способом и может быть использовано на алюминиевых заводах для питания электролизеров глиноземом.

Традиционная технология питания электролизера глиноземом и фтористыми солями заключается в их загрузке на корку по боковым сторонам электролизера с последующим продавливанием этой корки (разрушением) и подачей сырья в жидкий электролит.

Известный способ питания имеет ряд существенных недостатков:

1) значительные потери сырьевых материалов за счет пылеуноса при транспортировке и загрузке;

2) невозможность равномерного питания электролизера, что ведет к технологическим нарушениям (образование "коржей" на подине, неустойчивый электрический режим и т.п.).

Для устранения вышеуказанных недостатков разрабатываются способы и устройства для автоматического непрерывного и контролируемого питания алюминиевого электролизера глиноземом, в том числе и через проем в аноде.

Известен способ непрерывного питания электролизеров для получения алюминия глиноземом через проем в аноде, в котором с целью повышения интенсивности перемешивания электролита и увеличения скорости растворения глинозема в нем уровень электролита в проеме анода периодически повышают при помощи создаваемого вакуума (А.с. СССР N 183953, 40C, 3/12, 1966 г.) [1]. Недостаток способа в том, что колебания уровня электролита в проеме могут привести к зарастанию проема и нарушению питания электролизера глиноземом, что ведет к нарушению технологии, снижению технико-экономических показателей, снижению срока службы электролизеров.

Известен способ и устройство для непрерывной автоматической работы электролизеров, в частности электролизеров для получения алюминия. Глинозем из резервуара с помощью газа-носителя (газообразный углерод, желательно метан), подаваемого под напором, подается через трубу и вертикальные калиброванные отверстия в растворительные камеры, находящиеся в аноде (Пат. ФРГ N 897487, 40C) [2].

Недостаток известного решения в том, что подача углеводорода одновременно с глиноземом может вызвать обратный поток поданодных и образующихся при термическом разложении углеводородов газов через подающий канал и тем самым воспрепятствовать подаче основного питающего потока, что естественно приведет к нарушению технологического режима, снижению технико-экономических показателей процесса, снижению срока службы оборудования.

Известен способ питания сырьем алюминиевых электролизеров подачей его в дозируемом количестве через вертикальный проем в аноде, в котором с целью поддержания постоянного состава электролита, концентрации глинозема и сокращения расхода сырья, электроэнергии и трудозатрат сырье подают одновременно с инертным газом под давлением, на 5-20% превышающим давление анодных газов (А.с. СССР N 391185, C 22 B 3/12) [3].

По наличию сходных существенных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа для способа.

Недостаток данного решения состоит в том, что газо-глиноземная смесь, подаваемая под вышеуказанным давлением, может привести к изменениям гидродинамических характеристик потоков электролита и жидкого алюминия в электролизере, что вызовет нарушения технологического режима, снижение технико-экономических показателей процесса электролиза и снижение срока службы электролизера.

Задачей предлагаемого способа является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза, снижение энергетических и трудовых затрат на загрузку.

Техническим результатом предлагаемого способа является регулируемая подача глинозема и газа в криолит-глиноземный расплав под самообжигающийся анод, что позволит регулировать технологический процесс электролитического производства алюминия.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе питания глиноземом алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, включающем одновременную подачу глинозема и газа под давлением, превышающим давление анодных газов в вертикальный проем анода, глинозем дифференцированно подают в зазор между двумя вертикальными трубами, установленными соосно с образованием проема, и в полости внутренней трубы.

Техническая сущность заключается в следующем.

В предлагаемой технологии питания глиноземом алюминиевого электролизера вертикальный проем в теле самообжигающегося анода выполнен в виде двух соосно установленных труб и дифференцированная подача глинозема осуществляется как в зазор между трубами, так и в полость внутренней трубы, длина которой составляет 1,1-1,45 длины внешней трубы.

Глинозем, подаваемый по внешней трубе, проходит зону полукоксования и коксования, насыщается газами коксования и термообрабатывается. Таким образом, в твердой части анода образуется "глиноземная труба", по которой и происходит подача глинозема, предварительно прошедшего через внутреннюю трубу, в расплав электролита. Разница длин внутренней и внешней труб необходима для того, чтобы внутренняя труба играла роль стержня в начале формовки "глиноземной трубы".

Для предотвращения зависания глинозема из-за встречного потока анодных газов и газов коксования его подача производится под давлением на 0,01-1,1 выше давления анодных газов. Конкретная величина превышения давления зависит от технологического режима работы электролизера.

В качестве газа использован осушенный воздух, что устраняет необходимость использования более дорогих реагентов и упрощает аппаратурное выполнение.

В верхней части, находящейся в зоне жидкой анодной массы самоспекающегося анода, внешняя труба может быть снабжена втулкой, выполненной из теплопроводного недефицитного материала, например алюминия или его сплава. Втулка выполнена для того, чтобы привлекаемым из жидкой зоны анода теплом подогревать подаваемый воздух и глинозем, снижать тепловую нагрузку анода на участке устройства.

Количество подаваемого глинозема, давление воздуха регулируются в зависимости от технологического состояния электролизера.

По сравнению с прототипом в предлагаемом способе питания глиноземом алюминиевого электролизера с одновременной подачей глинозема и газа под давлением в вертикальный проем в аноде дифференцированную подачу осуществляют в зазор между двумя вертикальными трубами, установленными соосно с образованием проема, и в полость внутренней трубы.

Сравнительный анализ предлагаемого способа с прототипом и другими решениями в данной области, выявленными в процессе поиска по патентной и научно-технической документации, показал следующее:

- известен способ непрерывного питания электролизеров для получения алюминия глиноземом через проем в аноде, в котором с целью повышения интенсивности перемешивания электролита и увеличения скорости растворения глинозема в нем уровень электролита в проеме анода периодически повышают при помощи создаваемого вакуума [1];

- известен способ и устройство для непрерывной автоматической работы электролизеров, в частности электролизеров для получения алюминия, в которых глинозем из резервуара с помощью газа-носителя, (газообразный, желательно метан), подаваемого под напором, подается через трубу и вертикальные калиброванные отверстия в растворительные камеры, находящиеся в аноде [2];

- известен способ питания сырьем алюминиевых электролизеров подачей его в дозируемом количестве через вертикальный проем в аноде, в котором с целью поддержания постоянного состава электролита, концентрации глинозема и сокращения расхода сырья, электроэнергии и трудозатрат сырье подают одновременно с инертным газом под давлением, на 5-20% превышающим давление анодных газов [3].

В процессе поиска и сравнительного анализа предлагаемого способа с прототипом и другими известными решениями не выявлено технических решений, имеющих идентичные или эквивалентные сходные существенные признаки с предлагаемыми, что позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ реализуется следующим образом (см. чертеж).

Глинозем из бункера-дозатора 1 поступает в раздаточную камеру, к которой подведена воздушная магистраль от узла подачи газа 2, где распределяется в зазор, образованный концентрически установленными трубами: внешней 3 и внутренней 4, а также в полость внутренней трубы 4. Давление газа (воздуха) регулируется с узла подачи 2. Проходя дальше по каналам подачи, глинозем подогревается, т. к. труба 3 в верхней части, расположенной в жидкой фазе 5 анода 6, снабжена втулкой 7, выполненной из алюминия (алюминиевого сплава). При дальнейшем прохождении глинозема и поступлении в зону полукокса начинается формирование "глиноземной трубы".

Выступающий конец трубы является "стержнем" формируемой трубы, стенкой является глинозем, который поступает в кольцевой зазор, пропитывается газами коксования и термообрабатывается.

Далее упрочнение стенки "глиноземной трубы" происходит в зоне коксования по тем же принципам: газы коксования и термообработка, в то же время по внутренней трубе поступает "текучий стержень" - глинозем.

Регулирование подачи глинозема осуществляется как из бункера-дозатора, так и регулированием давления газа (воздуха).

В зависимости от технологического состояния электролизера давление, расход глинозема могут меняться, но при этом обеспечивается регулируемое гарантированное питание глиноземом.

Опытно-промышленные испытания предлагаемого способа, приведенные на ОАО "БрАЗ", подтверждают эффективность его использования.