Электролизер для получения алюминия

(57) Изобретение отнметаллургии алюминияконструкции электролровке. Целью изобрет ПОЛУЧЕНИЯ электроситс в ч тности к его футез ния является полее боковые ными блокам стенки футерови 3, .на внутренрых образован слжа 4 из расплава. ны угих поой защ ь остях кото н риис электролирыты слоДля осуролизавлены каойством коп одящим устр на электрол овку и тепл з шамотного тод 7 и сод 8. По т фут венно е сизо содержи оответс ового кТолщи и диами-. ича а теплоизол ции боковых ормуле.стен еделяется ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ ССОР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьскойсоциалистической революции(56) Авторское свидетельство СССРР 188016, кл С 22 Р, 1965. Изобретение относится к электро- металлургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизом расплавленных солей в смециальных аппаратах (электролизерах) с верхним токоподводом и обожженными или самообжигающимися анодами, а так же катодным устройством.Целью изобретения является увеличение производительности и срока службы электролизера,На фиги 1 представлена принципиаль ная конструкция электролизера; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Электролизер содержит металлический катодный кожух 1, на внутренней поверхности боковых стен которого размещена тепловая изоляция 2. Давьппение производительности и увеличение срока службы электролизера. В электролизере для получения алюминия графитовые блоки футеровки выполняют переменного сечения, а переменную толщину теплоизоляции опредеЬпг ляют по зависимости о(1 = О пи 1 +ьп + а Й и) 1 п(Чей р)где а иэ - про- ектнаЯ толщина теплоизолЯции; (1 е действительные удельные теплопотери боковых поверхностей; с р - расчетные удельные .теплопотери с боковых поверхностей; а(и) - коэффициент, зависящий от теплопроводности (из ) выбранного материала теплоизоляции, Равный ади 1) = 0,5+3,929 з, пРичем суммарная толщина футеровки и теплоизоляции постоянна. 2 ил. 1 табл. та, Торцовые, поверхности поем набивной угольной массыосуществления процесса элекрасплава электролита устан ии =1 и (ии(иии)1 п(-ии-Ц, (Чр(3) 15 40- проектная толщина теплоизоляции- действительные удельныетеплопотери с боковых поверхностей;- расчетные удельные теплопотери с боковых поверхностей;- коэффициент, зависящий оттеплопроводности (%И )выбранного материала теплоизоляции определен из со)отношения а(%из ) = Оф 5 + 3 92 иэ Выполнение футеровки переменного сечения позволяет сохранить неизменной суммарную толщину Футеровки и теплоизоляции для определенной конструкции электролизера.На одном, из эксплуатируемых электролизеров серии производится . экспериментальное определение тепловых потерь с его боковых поверхностей в зависимости от длины (а).Для этого же электролизера вычисля" ятся расчетные удельные теплопотери с боковых повеРхностей (с 1 р), пРи которых обеспечивается образование тре буемой толщины защитного слоя гарниссажа (100-150 мм) и поддержание оптимальной температуры расплава в электролиэерс Гр = 970 С), т.е,35 где е- температура окружающеговоздуха в помещении цеха;1/К 1 - термическое сопротивлениетеплоотдачи от расплава кггарниссажу;г /% г - термическое сопротивлениетеплопроводности гарниссажа;г /% гр - термическое сопротивлениетеплоизоляции графита; 50 О0 /%и- термическое сопротивлениеметаллического кожуха;1/0(- термическое сопротивлениетеплоотдачи от поверхностикожуха кокружающему возду"уху.В практических расчетах величиной р/Ъщ моясно пренебрегать. Приняв для алюминиевого электролизера насилу тока 175 кА из конструктивныххарактеристик г = 0,2 м, РизО,О 55 м, по литературным данным(К, = б 10 Вт/м 1, фр = 8 Вт/мК,ф, = 2,5 Вт/м К, М = 15 Вт/м 2 К, поусловиям оптимальной эксплуатацииэлектролизера г = 0,125 м,= 970 С, а такясе С = 30 С, получимсоотношение для расчетной плотноститеплового потока в зависимости от .выбранного материала теплоизоляции,940 1 Р 0,143 +(0,055/Ъир) Превьшение действительной (измеренной) плотности теплового потока (с 1 р) по отношению к с 1 р будет определяться уменьшением толщины защитного слоя гарниссажа и уменьшением, соответственно, термического сопротивления теплопроводности гарниссажа, поскольку остальные термические сопротивления будут изменяться йезначительно и их можно принимать постоянными, Поэтому при известной величине с 1 определяем действительное термическое сопротивление теплопроводности гарниссажа, принимая, что температурный напор, (гр- г. в ) вовсех случаях будет одинаковым и равным 940 С.Ог 940 О 055--- = --- -Я- -- О., 0933, %г с 1 %из(4) Для обеспечения расчетной плотности теплового потока (ар) необходимо в зависимости от величины с 1выполнять теплоизоляцию переменного сечения, изменяя также толщину угольной футеровки с таким условием, чтобы величина (игр+ 8 э) выдерживалась постоянной (для электролизеров серии на силу тока 175 кА эта величина равна 0,255 м)Таким образом, из (2) с учетом (4) сумма термических сопротивлений теплопроводности графита и теплоизо- ляции е+ =940( -- -) +гр Лсл с 1 Р с 1 Р9400,143 + (0,055/0,2)35 тДлина стенки 1, м 0,4 1,6 3.0 4,4 6,0 7,0 8,6 10,0 11,3 Удельные теплопотери со,Вт/м Толщина теплоизоляции, мм 1500 3950 3350 2650 2750 3300 2950 2950 75 Э 55 95 83 67 69 82 74 74 55 Толщина Ьутеровки 200 160 172 188 186 173 181 181 200 Решение этого уравнения и дает величину толщины изоляции ( э ).По описанной методике расчетным путем определяют толщину теплоизоляции для теплопроводности 0,05; 0,1;0,15; 0,2; 0 25; 0,3 Вт/м К при значениях плотности теплового потока (1 ) в интервале 1000-4000 Вт/м.15еПолученные данные обобщены уравнением (1) и рекомендуются для практического применения,В качестве примера конкретного выполнения утеровки и теплоизоляции рассмотрим левую продольную стенку в районе верхнего пояса катодного кожуха алюминиевого электролизера на силу тока 175 кА Таджикского алюминиевого завода.Проектная толщина теплоизоляции 3Пи = 0,055 м, теплопроводность фи = 0,2 Вт/м К, тогда а (Яз ) = 0,5 + 3,92и = 1,284Расчетные удельные теплопотери вычислены из (3): Толщина теплоизоляции ( 1 и ) рассчитана по зависимости (1), где в качестве и приняты реально измеренные значения удельных теплопотерь по 40 длине стенки, толщина графитовой футеровки определена из соотношения игр = 0,255 - 3 из. Результаты расчета приведены в таблице.В результате выполнения графитовой футеровки и теплоизоляции переменного сечения ожидается снижение удельного расхода электроэнергии на500 кВт-ч/т и увеличение выхода по току на 1,57,.Формула и зо бр ет ен ия Электролизер для получения алюми-ния, содержащий катодное устройство, размещенную в боковых стенках тепло- изоляцию переменного сечения по высоте и периметру шахты и утеровку из грас)итовых блоков, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности и срока службы электролизера, графитовые блоки выполнены переменного сечения, а переменная толщина теплоизоляцииопределена по зависимости бПгде О и - проектная толщина теплоизоляциио - действительные удельныеетеплопотери с боковыхповерхностей;- расчетные удельные теплоГпотери с боковых поверхностей;а(фи) - коэффициент, зависящий оттеплопроводности ( А и )выбранного материала теплоизоляции, определен изсоотношения а( Я из )= 0,5+3,92 % из, причем суммарная толщина футеровки и теплоизоляции постоянна.