электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом

Формула изобретения

1. Электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом, включающий катодный и анодный кожухи и установку для автоматизированного питания электролизера сырьем, состоящую из устройства для пробивки корки электролита и бункера с дозатором, отличающийся тем, что устройство для пробивки корки установлено в стакане с боковым отверстием, соединенным с бункером с помощью наклонного короба, при этом установка для питания опирается на торцевые стенки катодного кожуха.

2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что наклонный короб установки снабжен съемным днищем.

3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что на нем размещено не менее двух установок питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом в криолит-глиноземных расплавах.

К настоящему времени разработано достаточно много различных устройств и способов подачи глинозема в электролизеры с самообжигающимся анодом, с верхним токоподводом, но все они сводятся в основном к следующим направлениям:

- подача глинозема без дозирования путем сплошного разрушения электролитной корки по боковым сторонам с применением напольной техники;

- подача без дозирования путем частичного разрушения корки по продольным сторонам с использованием стационарных балочных устройств;

- подача без дозирования (непрерывно иди периодически) в зону открытого электролита в пространство под колокол газоотсоса;

- дозированная подача в отдельные точки с применением дозирующих и пробивающих устройств под электролитную корку или под колокол газоотсоса - система автоматизированного питания глиноземом (АПГ) точечного типа.

Электролизеры с недозированной подачей глинозема в ванну характеризуются неустойчивостью в работе из-за образования на подине значительных осадков нерастворившегося глинозема и повышенным расходом электроэнергии при низком выходе по току.

Дозированная подача глинозема в отдельные точки с применением дозирующих и пробивающих устройств существует в двух вариантах:

- подача глинозема под корку в отверстие, образованное пробойником за пределами газосборного колокола;

- подача глинозема в зону открытого электролита под газосборный колокол.

Питание электролизера по первому варианту характеризуется тем, что глинозем подается в зону, удаленную от угольного анода на расстояние до 350 мм (край газосборного колокола удален от анода на 250 мм), т.е. в зону более "холодного" электролита, чем возле анода, в этой зоне наблюдается также пониженное "перемешивание" электролита из-за незначительных газовыделений за пределами колокола. Этими причинами объясняется ограниченная растворимость глинозема в этой зоне и выпадение его в осадок на подину.

Другим недостатком является то, что около массивного чугунного колокола, вследствие большого теплоуноса, образуется очень толстая и прочная электролитная корка, требующая больших усилий для ее пробивки. Поэтому необходимо применять пневмоцилиндры увеличенных диаметров, что, в свою очередь, приводит к повышенному расходу дорогостоящего сжатого воздуха. Недостатком является и то, что газы через отверстие в корке выходят в атмосферу корпуса электролиза.

Питание электролизера по второму варианту, с подачей глинозема под колокол, в зону открытого электролита, сопряжено с трудностями, связанными с местными забиваниями подколокольного пространства угольной пеной и кусками твердого электролита. В этом случае глинозем ложится на пену иди куски электролита, не попадает в расплав и не растворяется, а плавает по его поверхности и еще более забивает подколокольное пространство.

Недостатком является и то, что течки, по которым подается глинозем, находятся под колоколом, забиваются погонами пека, частицами угля от анода и сконденсировавшимися фтоистыми солями и выходят из строя.

Системы питания по обоим приведенным вариантам не нашли распространения в промышленности и существуют только в виде опытных партий.

Существует устройство для загрузки оксида алюминия в электролизер с анодом Содерберга, по патенту России SU 1709916 A3, согласно которому анодный кожух выполнен с несколькими полукруглыми выемками, в которых установлены питатели глинозема, (пробойник и дозирующее устройство).

Основным недостатком устройства является то, что оно может использоваться при строительстве новых электролизеров с новыми анодными кожухами, в которых выполнены требуемые для установки питателей выемки, или при капитальном ремонте электролизеров с соответствующим изменением конструкции анодного кожуха.

Переоборудование электролизеров при капитальной ремонте может быть осуществлено в течение только очень длительного времени, так как из 100 электролизеров в корпусе электролиза на ремонт выходят ежегодно около 20 электролизеров.

Другим недостатком является то, что в анодном кожухе с указанными выемками не исключается возможность заклинивания угольного анода в кожухе в процессе эксплуатации из-за поддергивания кожуха, а в случае такого заклинивания неизбежным становится досрочное (аварийное) отключение электролизера и вывод его на капитальный ремонт.

Известен электролизер для получения алюминия по патенту RU 2135644 C1, принятый за прототип, отличающийся тем, что устройство для подачи сырья соединено с газосборным колоколом через переходную камеру, выполненную с герметично закрывающимся люком, при этом пробойник электролитной корки снабжен возвратной пружиной, заключенной в обойму, жестко соединенную с бункером.

Данное техническое решение не имеет принципиальных отличий от устройств с дозированной подачей сырья в подкодокольное пространство, которые были рассмотрены выше, и направлено лишь на их частичное усовершенствование. Следовательно, ему присущи и все недостатки, связанные с подачей сырья под колокол.

Решающим недостатком является то, что все устройство для подачи сырья (бункер с глиноземом, дозатор и устройство для пробивки корки), как и во всех предшествующих конструкциях, закреплено на боковых стенках анодного кожуха. В этом случае, как показали испытания, происходит значительное утепление стенок кожуха с изменением высоты конуса спекания самообжигающегося угольного анода. При этом, вследствие перегрева анода в этой зоне, происходит ухудшение его качества и обсыпание на выходе из анодного кожуха.

Другой недостаток обусловлен периодическими (до 100-150 мм) перемещениями анодного кожуха в вертикальном направлении, так как это дестабилизирует работу как системы питания электролизера, так и системы колокольного газоотсоса.

По указанным причинам ни данное техническое решение, ни другие устройства для питания электролизера с самообжигающимся анодом не наши распространения в промышленности и существует только в виде опытных партий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей электролизера (выход по току, снижение удельного расхода глинозема и электроэнергии) путем стабилизации работы установки для питания электролизера сырьем. Поставленные задачи решаются тем, что устройство для пробивки корки электролита установлено в стакане с боковым отверстием, соединенным с бункером с помощью наклонного короба, при этом установка для питания опирается на торцевые стенки катодного кожуха, и на электролизере размещено не менее двух установок питания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - вид электролизера с продольной стороны;

на фиг. 2 - фрагмент А на фиг.1 (общий вид установки для питания электролизера);

на фиг.3 - фрагмент Б на фиг.2 (устройство для пробивки корки);

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2 (фрагмент съемного днища короба).

Предлагаемая конструкция электролизера состоит из катодного кожуха 1 и анодного кожуха 2, в нижней части которого установлен газосборный колокол 3.

Подача сырья в электролизную ванну осуществляется при помощи установки 4 для питания электролизера, которая содержит в своем составе устройство для пробивки корки с пневмоцилиндром 5 и пробойником 6, установленными на вертикальном стакане 7, имеющем боковое отверстие 8, при этом стакан 7 своим основанием запечен в электролитную корку. Отверстие 8 через наклонный короб 9 со съемным днищем 10 сообщается с полостью 11 Г-образной опоры 12. В эту же полость сверху входит дозатор 13 с пневноприводом 14, установленным в бункере 15 глинозема. Съемное днище 10 крепится к наклонному коробу 9 при помощи вынимающихся штырьков 16. Бункер 15 глинозема закреплен (болтами) на Г-образной опоре 12, которая через улды электроизоляции 17 (две ступени изоляции) установлена на торцевых стенках катодного кожуха 1.

Управление работой пневмоцилиндров 5 и 14 осуществляется через распределительный блок 18, смонтированный в Г-образной опоре.

Установка 4 для питания электролизера работает следующим образом. При подаче воздуха в пневмоцилиндр 5 устройства для пробивки корки его пробойник 6, расположенный внутри стакана 7, опускается в нижнее положение, разрушает образовавшеюся в стакане электролитную корку и возвращается в исходное, верхнее, положение.

После этого через распределительный блок 16 воздух подается в пневмоцилиндр 14, дозатор 13 опускается в нижнее положение и высыпает имеющуюся в нем порцию глинозема в полость 11 Г-образной опоры, после чего дозатор возвращается в исходное (верхнее) положение под загрузку следующей порции глинозема. Из полости 11 порция глинозема по днищу 10 наклонного короба 9 скатывается в боковое отверстие 6 стакана 7 и через отверстие в электролитной корке, образованное пробойником 6, попадает в электролизную ванну. Далее весь цикл повторяется через 3-5 мин, как определено технологией ведения процесса электролиза.

Особенностью предлагаемой конструкции установки для подачи глинозема в ванну, в отличие от имеющихся, является то, что подача порции глинозема в электролизную ванну осуществляется близко к углам угольного анода (в зону 2-3 токоведущего штыря), где в электролизерах с верхним токоподводом (типа С-8Б и С-8БМ) имеет место благоприятная циркуляция электролита, что создает предпосылки для хорошей растворимости подаваемого глинозема.

Кроме того, приподнятый над анодным кожухом бункер с глиноземом исключает утепление его стенок и ухудшение качества угольного анода. Съемное днище 10 в наклонном коробе 9 позволяет обеспечить его быструю замену в случае, если в процессе эксплуатации будет происходить "замазывание" днища, по которому скатывается глинозем, из-за осаждения на нем возгонов, выделяющихся вместе с газами через отверстие в электролитной корке, образованное пробойником 6 устройства для пробивки корки. Для замены днища необходимо вынуть "на себя" штырьки 16, вытащить вниз днище 10, заменить его новым, установить и закрепить днище штырьками 16. Снятое днище промывают и устанавливают на следующую установку.

Другим преимуществом является то, что установка для питания электролизера не связана с перемещающимся анодным кожухом и неподвижна в процессе эксплуатации, следовательно, положение стакана, с закрепленным на нем устройством для пробивки корки, остается всегда постоянным, что стабилизирует работу системы питания, кроме того, стакан своим основанием "запекается" в электролитную корку и, таким образом, герметизирует отверстие в корке, исключая возможность выхода газов в атмосферу корпуса электролиза.

Внедрение данного изобретения позволит стабилизировать работу системы автоматизированного питания электролизеров сырьем и, тем самым, повысить технико-экономические показатели их работы.