Электролизер для получения алюминия

(45) Дата опубликования описания 05.04.78 Государственнык комитет Совета Министров СССР(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ 1Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к разработке конструкции электролизера для получения алюминия из расплавленных сред,С увеличением мощности электролизеров, как в результате роста плотности тока, так и в результате увеличения площади анода (особенно его ширины), наблюдается отчетливая тенденция роста температуры электролита. Поскольку увеличение температуры электролита снижает основные показатели процесса (например, выход по току снижается на 2,3% на каждые 10% повышения температуры), то это значительно замедляет рост единичной мощности электр олизеров.Известен ряд методов снижения температуры электролита: увеличение толщины слоя расплавленного алюминия, периодическое разрушение глиноземной корки, подъем уровня электролита выше бортовой футеровки (за счет наращивания наружного гарниссажа), введение в состав электролита компонентов, снижающих температуру его затвердевания и повышающих его электропроводность и пр.В силу ряда причин (дефицит и высокая стоимость добавок, неудобство в обслуживании электролизеров, увеличение трудозатрат и пр.) ни один из вышеуказанных способов не оказался высокоэффективным в практическом применении. Известен также электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб. Сп стема охлаждения расположена вне катодного кожуха электролизера 1.Известная система охлаждения обеспечивает увеличение теплопотерь и тем самым позволяет увеличить силу тока на нем, но 10 вследствие неизбежного снижения темпсрат; -ры нижней части подины приводит к кристаллизации диффундированного расплава нспосредственно под подиной. Последнее вызывает значительный рост вертикального давления на 15 подину снизу и ускоряет ее разрушение. Возрастание градиента температуры по толщине подины увеличивает изгиб ее, также ускоряя разрушение, и вызывает появление настылой на подине. Охлаждение боковых сторон элск тролизера также позволяет усилить теплоотдачу, однако, снижения температуры электролита и регулирования ее обеспечить не может. Более того, вследствие увеличения теплового потока от расплава к боковой настыли 25 температура электролита в центральных зонахего даже возрастает.Цель изобретения - повышение теплоотбора от электролита, облегчение рсгулировки его температуры и увеличение срока службы 30 подины ванны,214 55 60 56 ьо3Для этого охлаждающие элементы размещены между подиной ванны и уровнем подошвы анода.В ряде случаев охлаждающие элементымогут быть размещены между боковыми стенками ванны и подошвой анода ниже уровняподошвы анода,Охлаждающие элементы мод ут быть выпол,нены из материала, выбранного из группы, содержащей графит, силицированный графит,графит с покрытием из карбонитрида бора икароид кремния.Кроме того, охлаждающие элементы могутбыть выполнены двухслойными с внутреннимслоем из жаропрочной стали и наружным, выполненным из вышеуказанных материалов.Это придает охлаждающим элементам повышение несущей способности и защиту их внутренних полостей от окисления.На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер, продольный разрез; на фиг. 2 - тоже, поперечный разрез.Электролизер содержит горизонтально расположенные анод 1 и подину 2, пространствомежду которыми заполнено расплавом изэлектролита 3 в верхней части и алюминия4 - в нижней. В расплаве алюминия размещены охлаждающие элементы 5 из одной илинескольких труб (в зависимости от типа имощности электролизера). Сечение труб определяется их тепловой нагрузкой. Например,для электролизеров с,верхним токоподводомпри силе тока 160 кА снижение температурыэлектролита с 965 С до 955"С обеспечиваетсяохладителем из 3-х параллельных продольнойоси электролизера графитовых труб с внутренним диаметром 40 мм и толщиной стенки30 мм. По трубам пропускается теплоноситель, Для упрощения конструкции и ее эксплуатации наиболее приемлемым теплоносителем является редуцированный,или вентиляторный воздух. Современная техника располагает рядом материалов, которые, могут бытьприменены для охлаждающих элементов. Наряду с традиционным графитом могут применяться более стойкие к расплаву алюминия ифторсолей карбид кремния в виде силицированного графита или самосвязанный графит снаружным покрытием из карбонитрида бора.Кроме того, для защиты внутренней полоститру б от окисления может быть применена,например, тонкостенная металлическая труба. Для обеспечения достаточной механической прочности охлаждающие трубы выполняются двухслойными: внутренний слой - изжароупорной стали, а наружный - из материала, химически стойкого против расплавленного алюминия. Соотношение диаметровэтих труб выбирается с учетом коэффициентов термического расширения, с тем, чтобыпри 950 - 1000 С обе трубы достаточно плотносоприкасались между собой. Допустимо такжеоставлять кольцевой зазор между наружнойи внутренней трубой с заполнением его порошком высокой теплопроводности, например 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4графитным. Трубы могут быть расположены как вдоль, так и поперек продольной оси электролпзера. У гитывая, что тепло в первую очередь должно отводиться от наиболее нагретых зоп электролита, при продольном расположении охлаждающие трубы размещаются ближе к продольной оси элсктролизера, Для обеспечения достаточной равномерности охлаждения металла по длине охлаждающих труб тепло- носитель может подаваться в противоположных направлениях по расположенным рядом трубам. Для опоры на подину и фиксации высоты расположения труб в шахте ванны каждая труба имеет две-три опоры 6, изготовленные из материала, стойкого в расплаве.Соединение элементов труб по длине производится одним из известных способов (на резьбовых муфтах и т. д.). Ввод охладительных труб в катодный металл осуществляется через слой расплавленного электролита (через колено, изогнутое под углом 90 С) или сбоку через бортовую футеровку.При эксплуатации электролизера редуцированный или вентиляторный воздух поступает с одного конца каждой трубы и выводится через другой. При этом от расплавленного алюминия отбирается часть тепла, его температура понижается. Вследствие присущей ему высокой теплопроводности расплавленный алюминий будет охлаждать электролит в реакционной зоне. Интенсивность охлаждения регулируется количеством пропускаемого воздуха. Применение современных высокостойких к расплавленному алюминию материалов позволяет рассчитывать на срок службы охлаждающих элементов, равный продолжительности межремонтной кампаниями электролизера, однако при необходимости элементы могут быть извлечены из электролизера и заменены новыми. Тепло, отбираемое от расплава, может быть утилизировано одним из известных способов.Применение охлаждающих элементов, размещенных в пространстве между подиной и анодом, обеспечивает поддержание температуры электролита в реакционной зоне электролизсра в оптимальных пределах, Этим достигается улучшение основных технико-экономических показателей, прежде всего выхода по току. Стабилизация температуры электролита открывает возможность значительного увеличения токовой нагрузки и, следовательно, производительности электролизеров,Экономический эффект от изготовления не менее 100 тыс. рублей на каждый типовой корпус электролиза, что по отрасли составит не менее 7,5 млн, рублей. Формула изобр ет еники я1. Электролизер для получения алюминия, включающий футерованную ванну с введенным в нее анодом и охлаждающие элементы, выполненные в виде труб, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения теплоотбора от электролита, облегчения регулировки его тем600214 ыг Составитель Г. ТитоТехрсд А. Камышников Редактор И. Ил орректоры: О. Тюрина и Позняковская Заказ 418/9 Изд Ь" 367 НПО Государственного ком по делам изобр 113035, Москва, ЖТираж 763ета Совета Министровтений и открытийРаушская наб., д. 4/5 исное пография, пр. Сапунова,пературы и увеличения срока службы подины ванны, охлаждающие элементы размещены между подиной ванны и уровнем подошвы анода.2. Электр олизер по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что охлаждающие элементы размещены между боковыми стенками ванны и подошвой анода.3. Электролизер по пи. 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что охлаждающие элементы выполнены из материала, выбранного из группы, содержащей графит, силицированный графит, графит с покрытием из карбонитридабора и карбид кремния.4. Электролизер по п. 3, отличающийсятем, что охлаждающие элементы выполненыдвухслойными с внутренним слоем из жаропрочной стали.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10 1. Авторское свидетельство СССР 404894,кл. С 220 3/02, 1972.