Способ регулирования толщины бокового гарниссажа алюминиевого электролизера

т ВСЕО кф 1 аГ:;1,".к"Й р 1767237 ОП И САН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(51)М, Кл,з С 25 С 3/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Братский алюминиевый завод(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ БОКОВОГО ГАРНИССАЖА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАИзобретение относится к областиэлектролитического получения алюминия и может быть использовано в технологии электролиза.Известен способ регулирования горизонтальных размеров бокового гарниссажа и настыли величиной теплового сопротивления боковой стенки, т.6.Футеровки теплоизоляции и стенкикожУха 1110Известный способ вытекает из исходной предпосылки горизонтальноститеплопотока от электролита через боковую стенку, принятой без достаточного обоснования. Приняв теплопоток 15горизонтальным, вычисляют его величину по уравнению е = Фр(ср тил)справедливому для плоско-параллельной стенки,где с 1 - Удельный теплопоток,йр- ко-, 20эффициент теплоотдачи на гранйце расплава с гаРниссажем, СР, Си - соот-,ветственно температура электролита вэлектролизере и температура его плавления. Зная с 1, определяют толщинугарниссажа из Формулы где с - температура поверхности гарцлниссажа на границе с электролитом;с - то же "на границе с боковойГФутеровкой;г - средняя по толщине теплопроводность гарниссажа)рГ - толщина гарниссажа.Толщина слой глинозема над гарниссажем и боковой Футеровкой при таком способе определяется объемом его порции.На фиг. 1 представлено тепловое поле периферийной части катода по результатам моделирования; на фиг. 2 тепловое поле в результате натурных измерений при соотношении толщины слоя глинозема к расстоянию анод - боковая футеровка 1:7; на фиг. 3 - тепловое поле при установлении соотношения 1:4,5.Попытки расчитать толщину гарниссажа по формуле, основанной на данной методике, и включающей величины, доступные для непосредственного измерения, дали недопустимое расхождение с измеренной толщиной гарниссажа. Дальнейшие исследования показали, что условие горизонтальности теплопотока от электролита через боковую стенку, принятое при электромоделировании, с помощью которого построены тепловые по,ля (одно из которых приведено нафиг. 1); а также при расчете толщиныгарниссажа не соответствует действительности. Цричина этого заключаетсяв том, что при моделировании не учтено влияние теппопередачи через слойлинозема над боковой Футеровкой игарниссажем, а также через защитныйлист и связанные с ним теплогроводныеэлементы. кожуха,10Отсутствие надежной методики расчета горизонтальных размеров настыли и гарниссажа в результате неправильного представления о данной осо. бенности теплопередачи через боковые стенки, определяющих указанныеразмеры, влечет за собой отсутствиеэффективных средств управления стольважным параметром, как толщина гарниссажа. В результате последние или зОчрезмерно слабы, что снижает производительность и другие показатели процесса, а также ускорят разрушениебоковой футеровки, или слишком мощны,.в -результате чего повышается -расходэлектроэнергии;из-за большого количестна анодных эффектов, - трудоемкостьобслуживания электролизеров, поскольку снижение площади зеркала электролита требует учащенной обработки.Заметно возрастают потери глинозема 30и фторсолей на распыл и улетучивание,ухудшаются условия труда. Увеличениетеплосопротивления боковой стенки в4 раза не привело, как показали испытания, к снижению толщины гарниссажа 35ичисла анодных эффектов. В результате увеличение расстояния от анодадо боковой футеровки на электролизерах верхнего токоподвода последнихтипов до 650 Ф 700 мм не привело к снижению числа анодных эффектов или другим ощутимым преимуществам, хотястоимость электролизеров возросла.Наблюдения показали, что увеличениерасстояния анод-боковая стенка привело лишь к бесполезному увеличениютолщины бокового гарниссажа до 250330 мм.В результате исследований -на электролйзерах нескольких типов снято рас Определение температур в боковой стенке и гарниссаже, Построейнйе тепловые .поля показали, что теплопоток отэлектролита не является горизонтальным (см. Фиг. 2), он направлен криволинейно вверх и выходит в окружаю- . 55щую среду через слой глинозема, покрывающий свефсу боковой гарниссаж(крйвая 1) и частично боковую футеровку (кривая 2) Если поверх Футерьвки установлен защитный лист 40(кривая 3),что характерно для современных электролизеров, то основнаячасть теплового-погокапроходит через него и рассеивается ограждающейполосой (кривая 4) и поясом жеот кости (кривая 5),Через боковую стенку проходит обычно лишь теплопотокот катодного алюминия,Целью предлагаемого изобретенияявляется снижение расхода электроЬнергии и трудоемкости обслуживанияэлектролизеров, улучшение условийтруда, повышение производительности истойкости боковой футеровки, снижениеудельного расхода сырья и энергии.Указанная цель достигается тем,что отношение толщины слоя глинозема,расположенного над гарниссажем ибоковой Футеровкой, к величине расстояния между анодом и боковой Футеровкой устанавливают в пределах 1:41;5.Данный способ осуществляется следующим образом.Регулирование теплопотока отэлектролита через верхнюю часть гарниссажа и определяемой им толщиныверхней части гарниссажа осуществляется изменением толщины слоя глинозема над гарниссажем и боковой футеровкой. Из Фиг. 2 и 3 видно, что отверхней части гарниссажа теплопотоквыходит через слой глинозема. Толщина гарниссажа (Ъ,-) в этой части связана с теплопотоком (ц) формулой 1Ч- Ьз.-)сэ т ел Здесь оэ коэффициент теплоотдачиот электролита к гарниссажу;толщина глинозема и гарниссажа соответственно;коэффициент теплопроводности этих же элементов;температура электролитаи поверхности глиноземасоответственно. и ик Г ПЬ Подставив значения соответствующихвеличин, выходит, что слою глинозема 0,1 м соответствует толщина верхней части гарниссажа 0,24 м и соответственно.слою 0,2 м - 0,11 мм.Толщина гарниссажа при прочих одинаковых условиях зависит от расстоянйя между анодом и боковой Футеровкой. Например, на мощных электролизерах верхнего токоподвода при одинаковом токе расстояниям анод-боковаяфутеровка 550, 600, 650 и 700 мм соответствует толщина гарниссажа на,уровне электролита 120, 185, 250,310 мм соответственно,В связи с этим толщина слоя глинозема должна увязываться с указанным расстоянием. В результате испытаний установлено, что оптимальнаятолщина гарниссажа обеспечиваетсяпри отношении толщины слоя глиноземанад боковой Футеровкой и гарниссажемк расстоянию анод-боковая футеровка в пределах 1:4-1;5. В существующей практике электролиза такое отношение не фигурирует, но при подсчете онобудет находиться в пределах 1:6-1:10.Несмотря на то, что поток через глинозем составляет лишь 8-12 общегФ теплопотока от электролита,регули-"" рование его слоем глинозема оказывается эффективным, так как толщина верхней части гарниссажа определяет величину площади растворения глинозема в электролите, а следовательно количество анодных эффектов, число обработок.Например, при увеличении на опытных электролизерах указанного соот ношения с 1:8 до 1:4,5 получено увеличение расстояния от анода до гарниссажа с 440,мм до 510 мм и снижение числа анодных эффектов с 1,85 до 1,3 в сутки (среднее по корпусу элект-Щ ролиза - 1,76 а.э. сутки) такое снижение обеспечивает уменьшение расхода энергии 500 квт./ч на 1 т алюминия.Данный способ позволяет эффективно, практически без дополнительных затрат, регулировать толщину бокового гарниссажа-в его верхней части, благодаря чему расход электроэнергии итрудоемкость обслуживания снижаются.Формула изобретенияСпособ регулирования толщины бокового гарниссажа алюминиевого электролизера, толщиной слоя глинозема,расположенного над гарниссажем и боковой футеровкой, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии и трудоемкости обслуживания, отношение толщины слоя глинозема, расположенногонад гарниссажем и боковой футеровкой,к величине расстояния"междуанодом ибоковой футеровкой устанавливаютв пределах 1:4-1:5.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия,И., "Металлургия", 1971, с.339-406.