способ замены анодов в электролизерах с обожженными анодами для получения алюминия

Формула изобретения

Способ замены анодов в электролизерах с обожженными анодами для получения алюминия, включающий последовательную замену анодов, расположенных с противоположной стороны от продольной оси электролизера, отличающийся тем, что замену анодов ведут при поддержании разницы в сроке эксплуатации между собой у любого из пары анодов, размещенных напротив друг друга в противоположных рядах относительно продольной оси электролизера, постоянной и равной половине времени полного цикла замены всех анодов, установленных в электролизере, а разница в сроках эксплуатации анодов, расположенных с обеих сторон любого анода в продольном ряду, составляет один или два интервала времени между заменами двух последовательно замененных анодов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к операции замены отработанных обожженных анодов в электролизерах.

Известен способ замены анодов в электролизере для получения алюминия, имеющего анодный массив, образованный двумя рядами обожженных анодов, по которому замену отработанных анодов производят согласно графику с таким расчетом, чтобы размер огарка был минимальным, а аноды в анодном массиве, сработанные и новые, располагались бы в шахматном порядке (М.М. Ветюков, А.М. Цыплаков, С. Н. Школьников "Электрометаллургия алюминия и магния", М., Металлургия, 1987 г. с. 120).

Недостатком указанного способа замены анодов является то, что он не исключает возникновение в расплавленном металле несимметричных по абсолютному значению горизонтальных токов относительно планарных осей электролизера. Поскольку номинальная нагрузка тока на новом аноде восстанавливается через 16-24 часа после замены, а затем, к концу срока службы снижается почти по линейной зависимости, то за счет перераспределения тока по анодам могут возникать несимметричные по абсолютной величине планарные токи в металле. При взаимодействии даже с симметричным вертикальным магнитным полем такие токи способны вызывать несимметричные циркуляционные потоки металла. Наличие несимметричных циркуляционных потоков металла в электролизере является одной из причин снижения магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера, а значит - ухудшения технико-экономических показателей его работы.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ замены анодов в электролизере с обожженными анодами для получения алюминия, включающий последовательную замену анодов, расположенных с противоположных сторон от продольной оси электролизера. В соответствии с указанным способом количество заменяемых анодов в течение суток кратно двум, при этом каждый последующий из пары анодов извлекают из зоны площади анодного массива, расположенной с противоположной стороны от поперечной оси электролизера. Причем при замене анодов парами интервал времени между заменой анодов одной пары составляет не более двух часов (патент RU 2081945, С 25 С 3/12, 1994 г. ). Этот способ выбран за прототип.

Недостатком данного способа замены является то, что он предполагает периоды интенсивной замены анодов и перерывы в течение полного цикла замены анодов, из-за чего тепловое сопротивление анодного массива в течение цикла является непостоянным, в результате возникают проблемы в поддержании равномерного теплового поля в рабочем пространстве электролизера.

Задача изобретения - повышение технико-экономических показателей работы алюминиевых электролизеров с обожженными анодами.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание условий для равномерного теплового сопротивления анодного массива, что повышает устойчивость бортовой настыли, защищающей бортовые блоки от разрушения, и способствует оптимальному распределению горизонтальных токов в металле.

Технический результат достигается путем последовательной замены анодов, расположенных с противоположной стороны от продольной оси электролизера, при этом замену анодов ведут при поддержании разницы в сроке эксплуатации между собой у любого из пары анодов, размещенных напротив друг друга в противоположных рядах относительно продольной оси электролизера, постоянной и равной половине времени полного цикла замены всех анодов, установленных в электролизере, а разница в сроках эксплуатации анодов, расположенных с обеих сторон любого анода в продольном ряду, составляет один или два интервала времени между заменами двух последовательно замененных анодов.

Существующие схемы замены анодов основаны на принципе обеспечения минимальных горизонтальных токов в металле, особенно поперечных. То есть проблема решается только с количественной стороны. Однако даже небольшие по величине горизонтальные токи в металле могут создавать условия для образования несимметричных и больших по площади циркуляционных потоков металла, обуславливающих снижение МГД-устойчивости электролизера, как за счет самой циркуляции, так и в результате несимметричности тепловых потоков в рабочем пространстве электролизера.

Настоящее изобретение основано на обеспечении качественной картины горизонтальных токов в металле, а именно антисимметричной относительно осей ванны и разбитой на одинаковое количество участков, которое равно количеству анодов.

На чертеже представлена часть анодного массива 1 электролизера 2 из 8-ми анодных блоков, где указан срок эксплуатации каждого анода в сутках от начала установки. Разница в возрасте анодов 1 и 5, 2 и 6, 3 и 7, 4 и 8, расположенных в паре из противоположных рядов относительно продольной оси электролизера, постоянна и равна 15-ти суткам, т.е. половине времени одного полного цикла замены всех анодов. Полный цикл замены на представленном электролизере равен 30-ти суткам. Разница в сроках эксплуатации анодов 1 и 3, 2 и 4, 5 и 7, 6 и 8, расположенных соответственно с обеих сторон анодов 2, 3, 6 и 7 в продольных рядах, равна 2-ум суткам, т.е. двум интервалам времени между заменами двух последовательных анодов. Таким образом, любой из анодов в анодном массиве находится в окружении трех анодов, отличающихся от него по сроку эксплуатации на постоянную величину, а сроки службы этих анодов почти одинаковые.

В связи с тем, что по мере эксплуатации нагрузка тока на каждом из анодов снижается по линейной зависимости в результате уменьшения его рабочей поверхности из-за окисления, предлагаемый способ замены анодов обеспечивает антисимметричную картину одинаковых по плотности планарных токов в расплавленном металле, которые показаны на чертеже стрелками.

Из литературы известно (M. Segatz and C. Droste, "Анализ магнитогидродинамических нестабильностей в алюминиевых электролизерах", Light Metals, 1994 г., с.313-322), что чем более антисимметричным и знакопеременным по направлению является вертикальное магнитное поле в металле электролизера, тем более магнитогидродинамически (МГД) стабильным является электролизер. Электромагнитные силы в металле от вертикального магнитного поля возникают только при взаимодействии с взаимно перпендикулярными им токами, какими являются планарные токи в металле.

Электромагнитная сила в металле равна векторному произведению индукции магнитного поля на плотность тока:



где - вектор плотности тока в элементарном объеме расплавленного металла;

- вектор магнитной индукции в элементарном объеме металла.

На основании указанной зависимости условие знакопеременности и антисимметрии вертикального магнитного поля, обеспечивающее МГД-стабильность электролизера, справедливо и для планарных токов в металле. То есть, чем больше перемен в направлении имеют горизонтальные токи в металле, и чем большее качество антисимметрии при этом обеспечивается, тем более МГД-устойчивым будет электролизер.

Следующим преимуществом настоящего технического решения является то, что оно создает условия для более равномерного распределения теплового поля в рабочей зоне электролизера, чем у прототипа, а значит и для более устойчивой бортовой настыли, защищающей бортовые блоки от разрушения.

Тепловые потери электролизера распределяется следующим образом: около 50% тепла рассеивается через анодный массив; около 40% - через борт ванны; около 10% - через днище электролизера. То есть, тепловые потоки через борт и анодный массив существенно зависят друг от друга. На тепловой поток через анодный массив большое влияние оказывает схема замены анодов. Если схема замены анодов предполагает накопление новых анодов, в какой-либо области электролизера, а затем уменьшение толщины этой области до огарков, то это будет приводить к периодическому перераспределению теплового потока в данной области через анодный массив и через борт электролизера. Что не будет способствовать обеспечению стабильной формы рабочего пространства и устойчивой бортовой настыли.

По предложенному способу замены аноды в продольных рядах электролизера чередуются по возрастному критерию. Аноды с возрастом до половины цикла замены чередуются с анодами, имеющими срок службы больше половины цикла замены, при этом разница в сроке их эксплуатации одинаковая. Это создает условия для равномерного теплового сопротивления анодного массива по сравнению с прототипом, а значит для более устойчивой бортовой настыли, защищающей бортовые блоки от разрушения.