Способ эксплуатации электролизеровдля получения алюминия

О П И С А Н И Е 1 п 852975ИЗОБРЕТЕНИЯ боаэ бовйтвихСоциалистических Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к т. свпд-ву1) 2818685/22-0(22) Заявлено 17,09 1),Ч К,аС 25 С 3/20 с присоединением заявки Ь23) Приоритет43) Опубликовано 07,08.81, Бю Гасударственный комите летень3) У%К 669.713.7(45) Дата опубликования описания 07.08.8 72) Авторы изобретения КДерягин, М. Е, Дь 1 нМин,А, М. Цыплакови проектный институтной промышленИаХти(54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯЗаметные изменения любораметров или нескольких именно приводят к измененции и объема пастьлей исопровождается нарушениемповесил, т, е. увеличениемнием теплопотерь в окружаю го из этих паних одноврею конфигураарнпсажа, что теплового равили уменьшещую среду,Изобретение относится к области получения алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава и может быть использовано при эксплуатации электролизеров всех типов.Известен способ эксплуатации электролизеров для получения алюминия с высокими технико-экономическими показателями электролиза, при котором при прочих разных условиях обеспечивается оптимальная температура процесса и форма рабочего пространства, определяемая конфигурацией, объемом настылей и гарнисажей 1Настыли и гарнисаж являются своеобразными регуляторами теплового состояния электролизера, и их объем и размеры, в свою очередь, зависят от температуры и состава электролита, объема и высоты слоев электролита и металла, от срока службы. электролизера и от температуры окружающей среды. По истечении некоторого времени электролпзер снова приходит к состоянию теплового равновесия, но уже при другой температуре, отличной от оптимальной. Переход электролизера из одного состояния теплового равновесия в другое носит достаточно затяжной характер и, как правило, сопровождается снижением техникоэкономических показателей процесса элек тролиза (выхода по току, выхода по энергии) и связан с дополнительными материальными, энергетическими и трудовыми затратами.В процессе эксплуатации электролизера 15 вследствие снижения теплоизолирующихсвойств футеровки катода из-за пропитки фторсолями объем настылей увеличивается, уменьшая объем металла в электролизсре при сохранении высоты слоя металла.20 Кроме того, увеличение размеров настылейприводит к нарушению распределения тока по катоду. Указанные обстоятельства способствуют нарушению теплового равновесия электролизера и неблагоприятно отра жаются на технико-экономических показателях электролиза.Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту и технической сущности является способ (выбран в качестве З 0 прототипа), включающий контроль и под 85297655 ао держание состава электролита и высоты слоев алюминия и электролита 21.Недостатками способа являются невысокие и нестабильные технико-экономические показатели в период эксплуатации.Целью изобретения является обеспечение высоких технико-экономических показателей в течение всего периода эксплуатации электролизеров.Это достигается тем, что поддержание состава электролита осуществляют изменением молекулярного отношения КаР/А 1 Рз в электролите (криолитового отношения) в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха, а высоты слоев алюминия и электролита изменяют в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха и срока эксплуатации электролизера.При этом молекулярное отношение ХаР/А 1 Рз в электролите поддерживают в пределах 2,65 - 2,95 в периоды года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С, и в пределах 2,35 - 2,65 в периоды года со среднемесячной температурой от нуля до минус 30 С.Высоту слоя алюминия увеличивают в процессе эксплуатации со скоростью 3 - 5 см/год.Одновременно высоту слоя алюминия уменьшают на 5 - 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до минус 30 С и увеличивают на 5 - 12/, относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С.Высоту слоя электролита поддерживают в соответствии с изменением высоты слоя алюминия, обеспечивая необходимое заполнение шахты электролизера.В холодное время года при среднемесячной температуре от нуля до минус 30 С сохранение теплового равновесия без чрезмерного увеличения объема настылей достигается применением более легкоплавкого электролита (молекулярное отношение 2,35 - 2,65) и пониженной, по сравнению со среднегодовой, высотой слоя металла. Одновременное увеличение высоты слоя электролита и, соответственно, его объема позволяет компенсировать снижение растворимости глинозема в электролите такого состава и иметь относительно стабильную концентрацию глинозема в электролите, а также уменьшить вероятность выпадения осадка.В теплое время года при среднемесячной температуре от нуля до плюс 30 С для сохранения теплового равновесия при оптимальной температуре повышают высоту слоя алюминия и используют более тугоплавкий электролит с молекулярным отношением 2,65 - 2,95, Хорошая растворимость 5 1 О 15 20 25 зо 35 1 О 45 50 глинозема в таком электролите позволяет уменьшать высоту (объем) слоя электролита в пространстве борт - анод, не вызывая при этом опасности выпадения осадка и обеспечивая растворение необходимого для нормального протекания процесса электролиза количества глинозема.Сочетание повышенной, по сравнению со среднегодовой, высоты слоя металла с электролитом с высоким молекулярным отношением снижает вероятность чрезмерного уменьшения толщины настылей и гарнисажа, но создает условия для увеличения теплопотерь в окружающую среду.Однако только описанными выше способами не удается добиться существенного ослабления роста настылей в процессе эксплуатации электролизера и, соответственно, уменьшения количества металла в электролизере при сохранении постоянной среднегодовой высоты слоя алюминия. Поэтому в процессе эксплуатации высоту слоя алюминия постепенно увеличивают со скоростью 3 - 5 см/год. Это обеспечивает поддержание оптимального теплового состояния электролизера в течение всего периода эксплуатации.До обеспечения возможности постепенного повышения высоты слоя алюминия высоту слоя алюминия в начальный период эксплуатации поддерживают на минимальном уровне, необходимом для нормального протекания процесса электролиза, критерием чего является регулярное возникновение анодных эффектов с напряжением не менее 30 В.П р и м е р. Промышленные испытания предлагаемого способа эксплуатации электролизеров проводились в течение длительного времени на Волгоградском алюминиевом заводе.В опытную группу (17 ванн) входили электролизеры с различным сроком службы. Для каждого электролизера в зависимости от года эксплуатации и среднемесячной температуры наружного воздуха определялись криолитовое отношение и высота слоя металла в соответствии с эмпирически подобранными выражениями:К. О, = 2,65+ 0,01 1, (1)Ь= 24+ 3( = 0 - : 30 С) + 4(п - 1), (2)- 3(г = 0 - ; + 30. С),где К,О, - криолитовое отношение;Й, - высота слоя металла, см;1 - среднемесячная температура наружного воздуха (подставляется в выражение 1 с соответствующими знаками);и - год эксплуатации. В дальнейшем полученные из выражений (1) и (2) значения К.О, и й, корректировались индивидуально для каждого опыт852975 Среднемесячная температура наружного воздуха Длительность эксплуатации электролизеров, год- 30 С+ 30 С от 0 до от 0 до высота слоя металла, см высота высотаслоя металла, см высота слоя слоя К. О. К, О. электролита, смПервый Второй Третий с 1 етвертый Пятый 2,50 - 2,65 2,50 - 2,60 2,45 - 2,602,40 - 2,55 2,35 - 2,55 2,80 - 2,95 2,75 - 2,90 2,75 - 2,90 2,70 - 2,80 2,65 - 2,80 20 - 22 18 - 20 16 - 18 16 - 18 14 - 16 20 25 28 - 30 25 - 28 22 - 25 20 - 22 18 - 20 25 30 ЗЗ 35 39 ного электролизера в зависимости от технологического состояния в указанных выше пределах. В частности, критерием правильности подобранных параметров являлось своевременное возникновение анодного эффекта с напряжением не менее 30 В.Высота слоя электролита на опытных электролизерах поддерживалась и изменялась в соответствии с технологически необходимым заполнением шахты электролизера.В течение года основные технологические параметры дважды корректировались. В ноябре - декабре на всех опытных электролизерах производилась внеплановая выливка металла в количестве 2 - 3 ковшей (до 7 т). После выливки первого ковша внепланового металла в течение 4 - 5 суток подтягивался осадок, проверялся анод на 1/4 продольной стороны за сутки, пополнялся электролит с одновременной корректировкой криолитового отношения в сторону сиикения и осуществлялся контроль Фактическое изменение высоты слоя металла (усредненное по группе опытных электр олизеров) в зависимости от срока эксплуатации и среднемесячной температуры наружного воздуха иллюстрируется также чертежом.Скорость увеличения среднегодовой высоты слоя металла 3 - 5 см/год. Такая скорость обеспечивает сохранение в электролизсре тсхнологичсски необходимого количества металла при минимальном росте пастылей.Все опытные электролизеры работалп в устойчивом тсхнологическом режиме, что и предопределило высокие технико-экономические показатели: в среднем выход по току па опытных электролизерах был больше на 2%, а выход по энергии - на 2,5 г/кВт ч, чем соответствующие средне- корпусные показатели, при этом было достигнуто снижение расхода анодной массы и фторсолсй соответственно на 3 и 2,5 кг/т алюминия.Количество металла, выливаемого из опытных электролизеров при отключении 5 10 15 2025 30 35 40 45 технологического состояния электролизера созданием анодного эффекта с фиксированием напряжения. Затем выливался второй ковш внепланового металла с повторением указанных выше операций по обслуживанию, и при положительных результатах - третий. Вылитый металл в твердом виде возвращался в корпус на хранение.В марте - апреле осуществлялся переход на летний период работы, при этом высота слоя металла повышалась, а корректировка электролита фтористым алюминием приостанавливалась с доведением криолитового отношения электролита до 2,65 - 2,95. Увеличение высоты слоя металла в электролизерах производилось постепенно за счет вылитого ранее в ноябре в декаб и хранящегося в корпусе алюминия. Уменьшение высоты слоя электролита достигалось снижением загрузки фторсолей.В таблице приведены некоторые технологические параметры опытных электролизеров в среднем по годам эксплуатации. на капитальный ремонт было примерно в 1,7 раза больше, чем с электролизеров-свидетелей, что соответствует разнице в объемах настылей.У электролизеров-свидетелей на четвертый год эксплуатации производительность снизилась в среднем на 3%, в то время как на опытных электролизерах снижения производительности не отмечено.Эффективность предлагаемого способа эксплуатации электролизеров может быть подтверждена следующим оценочным расчетом.Повышение выхода по току обеспечивает увеличение производительности электролпзера, а повышение выхода по энергии - снижение расхода электроэнергии при электролитическом получении алюминия.Экономический эффект от применения способа эксплуатации электролизера 150 кл равен 667,5 тыс. руб.Формула изобретения1. Способ эксплуатации электролизеров для получения алюминия из криолито-глиИзд489 Тираж 712 Подписное рстиенного коми.ета СССР ио делам изобретений и открытий :3).", т 1 оскваК, Раушскаи наб., д. 4/5 Заказ 1876/18 1 п.н 11 онск с"д ииографив, пр. Сапунов ноземного расплава, включающий контроль и поддержание состава электролита и высоты слоев алюминия и электролита, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения высоких технико-экономических пока зателей в течение всего периода эксплуатации электролизеров, поддержание состава электролита осуществляют изменением молекулярного отношения 1 х 1 аг /А 1 гз в электролите в зависимости от среднемесяч ной температуры наружного воздуха, а высоты слоев алюминия и электролита изменяют в зависимости от среднемесячной температуры наружного воздуха и срока эксплуатации электролизера. 152, Способ по п, 1, отличающийся тем, что молекулярное отношение Маг/А 1 Рз в электролите поддерживают в пределах 2,65 - 2,95 в периоды года со среднемесячной температурой наружного воздуха от "о нуля до плюс 30 С, и в пределах 2,35 - 2,65 в периоды года со среднемесячной темпсратурой от нуля до минус 30 С. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту слоя алюминия увеличивают в процессе эксплуатации со скоростью 3 - 5 см/год.4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту слоя алюминия уменьшают на 5 - 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до минус 30 С и увеличивают на 5 - 12% относительно среднегодовых величин в период года со среднемесячной температурой наружного воздуха от нуля до плюс 30 С. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Янко Э. А., Лозовой Ю. Д. Производство алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, М., Металлургия, 1976, с. 67 - 74,2. Типовая технологическая инструкция по обслуживанию электролизеров с верхним токоподводом К 2-6 - 78,