Электролизер для получения алюминия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 3/О 151)5 НЙЯ ОПИСАН ИЗОБР ОМУ ЕТЕЛЬСТВУ АВ Изоб таллургии ния криолито быть исп продольн жением я О ботке кон сокраще р.ый хара алюмини стью вып ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт физики АН Латвийской Республики(56) Авторское свидетельство СССРМ 1242548, кл, С 25 С 3/08, 1985.(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯАЛЮМИНИЯ(57) Использование: производство алюминия электролизом, Изобретение позволяетсократить послепусковой период работыэлектролизера и повысить выход по току.Сущность: электролизер для получения алюминия содержит металлический теплоизолированный кожух, футеровку, состоящую из подовых углеродистых блоков, с токоотводящими стержнями и боковых углеродистых блоков и анодное устройство, установленное в верхней части электролиретение относится к цветной ме, в цастности к получению алюмиметодом электролиза глиноземных расплавов, и может ользовано в электролизерах как с ым, так и с поперечным располочеек.й из важнейших задач при разраструкции электролизера является ие послепускового периода, котоктеризует:я пониженным выходом я по току, а также низкой сортноускаемого алюминия. Послепуско 5 Ц 1 1788091 А 1 зера с возможностью вертикального перемещения. На подовых углеродистых блоках вдоль лицевой и глухой сторон электролизера установлены два ряда брусьев из электроизоляционного материала. Брусья расположены на расстоянии друг от друга, равном длине бруса, составляющей 0,07-0,2 длины шахты электролиэера, Брусья, выполня 1 ощие роль искусственного гарнисажа, позволяют создать оптимальную форму рабоцего пространства практически с момента пуска электролизера, что значительно сокращает послепусковой период. Кроме того; создание дискретных токонепроводящих зон в нижней части электролизера вызывает периодическое изменение направления поперечной горизонтальной составляющей плотности тока, что приводит к уменьшению результирующей амплитуды продольного перекоса зеркала металла, стабилизации работы электролиэера и повышения выхода по току, 10 ил, 1 табл,вой период работы электролиэера представляет собой промежуток времени с момента пуска до установления нормального технологицеского режима. В течение после- пускового периода на внутренней боковой поверхности шахты электролизера и по периферии подины происходит образование гарниссажа, представляющего собой слоей замерзшего электролита, который формируетрабочее пространство, который формируетрабочее пространство, э л ек т р ол и 3 е р а, П р о д о л ж ительн ость послепускового периода в большой степени обусловлена5 по периферии подины как бы искусственный гарниссаж, при этом практически сразу образуется оптимальная форма рабочего пространства, что приводит к сокращению послепускового периода. Расположение 10 брусьев на расстоянии друг от друга, рав 15 20 30 35 40 50 55 риала, служат как бы искусственным гарнисажем, формирующим рабочее временем, требуемым для образования гарниссажа,Известен электролизер для полученияалюминия, включающий металлический кожух, опирающийся на цоколь иэ несколькихрядов огнеупорного кирпича, На поверхность цоколя нанесен слой углеродистоймассы; на которую рядами уложенй катодные угольные блоки со стальными катодны-ми стержнями. Боковая поверхность шахтыэлектролизера футерована угольными плитами и теплоиэолирована огнеупорным кирпичом, Анодное устройство состоит изобожженныхугольных анодов, подвешенных на двух параллельных анодных шинах свозможностью перемещения в вертикальНой ПЛОСКОСТИ,Данное устройство не решает поставленной технической задачи, из-за возникновения перекосовметалла.Наиболее близким к настоящему изобретению известным техйическим решением является электролизер для полученияалюминия. Данный электролизер включаетметаллический теплоизолированный кожух, 2футеровку, состоящую йз подовых углеродистых блоков, и анодное устройство. Между. подовыми и боковыми углеродистымиблоками расположен слой огнеупорногоэлектроиэоляционного материала, Смежные подовые блоки устайовлены на металлической пластине шириной 1,3-2,0ширины межблочного шва. Это позволяетнесколько уменьшить горизонтальную составляющую тока за счет уменьшения утечек тока через периферийный шов ибоковую углеродистую футеровку, что, всвою очередь, уменьшает перекос зеркаламеталла и увеличивает выход по току. Имеетместо также некоторое сокращение послепускового перйода за счет изменения теплового режима при уменьшениигоризонтальных токов, однако в полной мере данная техническая задача не решается.Согласно данному изобретению электролизер для получения алюминйя, содержащий. металлический теплоизолированныйкожух, футеровку, состоящую иэ подовыхуглеродистых блоков с токоотводящймистержнями и боковых углеродистых блоков,слой огнеупорного электроизоляционногоматериала, расположенный в подовой частиэлектролизера, и анодноеустройство, снабжен рядами установленных на подовых углеродистых блоках брусьев изэлектроиэоляционного материала, расположенных вдоль лццевой и глухой сторон электролизера на расстоянии друг от друга,равном длине бруса и составляющей 0,070,20 длины шахты электролизера,Установка на подовых блоках брусьевиз электроизоляционного материала, расположенных рядами вдоль лицевой и глухой сторон электролизера, позволяет создать ном длине бруса, позволяет создать в нижней части электролиэера дискретное тбконепроводящие зоны, что приводит к периодическому изменению направления горизонтальной составляющей плотности тока в расплаве. Это, в свою очередь, влияет на периодичность изменения направления продольного перекоса зеркала металла, что приводит к уменьшению результирующей амплитуды продольного перекоса и стабилизации процесса электролиза. Расстояние между брусьями, равное длине брусьев, составляющей О,07 - 0,2 длины шахты электролиэера, обуславливает оптимальное количество брусьев, соответствующее минимальной амплитуде перекоса зеркала,На фиг. 1 показан электролизер для получения алюминия, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг, 3- то же, вид сверху; на фиг. 4 - показана амплитуда продольного перекоса зеркала металла при отсутствии брусьев из электро- изоляционного материала; на фиг. 5 и 6 - то же, при наличии трех брусьев, с различными вариантами их расположения; на фиг, 7 и 8-то же; при наличии пяти брусьев; на фиг. 9и 10 - то же; при наличии семи брусьев. Электролизер для получения алюминия включает металлический кожух 1 с тепло- изоляцией, футеровку, состоящую из подовых углеродистых блоков 2 с токоотводящими стержнями 3 и боковых уг-леродистых блоков 4. В верхней части злектролизера с возможностью вертикального перемещения установлено анодное устройство 5, которое может быть выполнено как с предварительно обожженными, так и с самообжигающимися анодами. На подовых углеродистых блоках 2 вдоль лицевой и глухой сторон электролизера установлены два ряда брусьев 6, расположенных на расстоянии друг от друга, равном длине бруса 6 (см, фиг. 2 и 3). Брусья 6, выполненные из электроизоляционного огнеупорного матепространство электролизера, Наличие в нижней части электролиэера дискретных токонепроводящих эон приводит к периодическому изменению направлениягоризонтальной составляющей плотности тока )у в расплавленном металле, что, в свою очередь, влияет на периодичность изменения направления продольного перекосазеркала металла. Это следует из гидростатического приближения уравнения НавьеСтокса, согласно которому-%+ Рэ/м= О,гдето - перепад давления,Рм - электромагнитная сила,Перепад давления, а, следовательно, иперекос зеркала металла Н вдоль продольной стороны электролизера (х) можно выразить в видебНК =)уВг,дхгде )у - поперечная горизонтальная составляющая плотности тока;В - вертикальная составляющая вектора индукции магнитного поля,Величина В обусловлена заданнойконструкцией токопровода, Таким образом,уменьшение горизонтальной составляющей )у приводит к уменьшению перекосазеркала металла Н, а дополнительное изменение направления )у за счет наличия дискретных токонепроводящих зон приводит кизменению направления продольного перекоса зеркала, что существенно уменьшаетрезул ьти рующую ам плитуду и родол ь ногоперекоса.На фиг. 4-10 показаны изменения амплитуды продольного перекоса зеркала металла в зависимости от количества ирасположения брусьев. В случае отсутствиябрусьев 6 (фиг. 4) наблюдается значительный перекос в виде параболы. С увеличением количества брусьев 6 характерамплитуды перекоса меняется, высота пиков уменьшается с 0,5 до 0,2 в относительных единицах, Однако дальнейшееувеличение количества брусьев 6 нецелесообразно ввиду невозможности образованияузкой зоны устойчивого перекоса, Таким образом, при оптимальном количестве брусьев 6 от трех до семи в одном ряду ирасстоянии между брусьями 6, примерноравном их длине 1, длина брусьев 6 находится в диапазоне от 0,07 до 0,2 длины шахты электролизера. Ширина Ь брусьев 6составляет 0,7-0,9 величины расстояния"борт-анод", т. е. расстояния между боковойстенкой 4 и проекцией анода 5 на подину,Ширина Ь бруса 6 менее 0,7 расстояния"борт-анод" не позволит достаточно изменить направление горизонтальной состав 55 5 10 1520 253035 4050 ляющей плотности тока )у, а увеличение ширины Ь бруса 6 свыше 0,9 расстояния может привести к замыканию всех брусьев 6 подошвой анодного устройства 5 при опускании последнего в момент пуска электролизера. Высота Ь брусьев 6 составляет 1/20 глубины шахты электролизера, что обусловлено изоляционными свойствами огнеупорных материалов, увеличение высоты Ь экономически нецелесообразно. Существенное значение имеет также расположение брусьев о. Крайние брусья 6, ближайшие к торцам электролизера, должны перекрывать расстояние "борт-анод", Это наглядно иллюстрируется на фиг. 5 - 10, При отсутствии брусьев 6 взазоре выходного торца наблюдается пик амплитуды, расположенный под анодным устройством 5 (см. фиг. 5; 7, 9), Это может привести к короткому замыканию, Перекрытие брусьями 6 расстояния "борт-анод" позволяет сдвинуть этот пик амплитуды к торцу(см, фиг, 6, 8, 10),Работа электролизера осуществляется следующим образом,После завершения подготовки электролизера к пуску (очистки анода и подины, зачистки контактов и т, и.) анодное устройство 5 опускают в йижнее положение, после чего электролизер включают в цепь постоянного тока. Затем производят загрузкуэлектролизера. С этого момента начинается собственно послепусковой период работы электролизера, Благодаря наличию на подине брусьев из электроизоляционного материала, выполняющих роль искусственного гарнисажа к моменту пуска электролизера уже фактически создана оптимальная форма рабочего пространства, в то время как в известных электролизерах оптимальная форма рабочего пространства создается путем образования естественного гарнисажа, что требует значительного времени и определенного теплового режима, Продолжительность послепускового периода в предлагаемом электролизере составляет 7 сут. Одновременно увеличение плотноститока за счет сокращения рабочей площади зеркала металла приводит к увеличению выхода потоку. Уменьшение перекоса зеркаламеталла приводит к стабилизации работыэлектролизера. а возможность раооты с оптимальным межполюсным расстоянием также увеличивает выход по току,Данные по технико-экономической эффективности предлагаемого электролизера сведены в таблицу. Приведенные данные получены при перекрытии крайними брусьями расстояния "борт-анод" на 0,9 (У электролизера, принятого за прототип, перекрытие составляет 0,04).1788091 5 Дальнейшее увеличение числа брусьев не оказывает существенного влияния на продолжительность послепускового периода, йо Значительно увеличивает технологическйе сложности установки.Как видно из приведенной таблицы, продолжительность послепускового перио-, да сокращается до 7 сут, а выход по току повышается до 87Формула изобретения Электролизер для получения алюминия, содержащий металлический теплоизолированный кожух, футеровку, состоящую из подовых углеродистых блоков с токоотводящими стержнями и боковых углеродистых блоков, слой огнеупорного электроизоляционного материала, расположенный в подовой части электролизера, и анодное устройство,отл ич а ю щийс ятем, что,с 5 целью сокращения послепускового периодаи повышения выхода по току, он снабжен рядами установленных на подовых углеродистых блоках брусьев из электроизоляционного материала, расположенных вдоль 10 лицевой и глухой сторон электролизера нарасстоянии друг от друга, равном длине бруса и составляющей 0,07-0,20 длины шахты электролизера,1788091 0 0,5 О,Милюко Редактор С,Козлова Тираж ударственного комите 113035, МоскваГКНТ ССПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул,Гагарина, 101 Заказ 53ВНИИП Н 0,5 СоставительТекред М,Мо Шиловаентал Корре Подписноейо изобретениям и открытиям