Способ термической подготовки алюминиевых электролизеров к пуску

 

Изобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия , получаемого электролизером расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися или обожжеными анодами Цель изобретения - улучшение качества подины и увеличение срока службы электролизера. Нагрев подины в предлагаемом способе осуществляют в течение 90 - 100 ч при изменении напряжения в ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В со средней скоростью 6 - 7°С/ч.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1 Ц (si)s С 25 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731383/02 (22) 24.05.89 (46) 30.09.91. Бюл, % 36 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Е.Н.Панов, М.Ф.Боженко, Ф.У.Тепляков, С.В.Даниленко и Б.С,Дыблин (53) 669.713,7 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР bl 723006, кл, С 25 С 3/06, 1976, Авторское свидетельство СССР

М 531894, кл. С 25 С 3/06, 1973. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

К ПУСКУ

Изобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизом расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися или обожженными анодами.

Цель изобретения — улучшение качества подины и увеличение срока, Плавный прогрев катода с одинаковой скоростью 6 — 7 С/ч при общей продолжительности обжига на металле 90 — 100 ч приводит к равномерному нагреву подины по всей ее площади и глубине, полному коксованию подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины и увеличению срока службы электролизера. Поддержание оптимальной скорости нагрева 6 — 7 С/ч обеспечивается при линейном графике изменения напряжения на ванне от 4,5 — 4,7 до 3,0 В, (57) Изобретение относится к электрометаллургии легких металлов, например алюминия, получаемого электролизером расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимися или обожжеными анодами, Цель изобретения — улучшение качества подины и увеличение срока службы электролизера. Нагрев подины в предлагаемом способе осуществляют в течение 90 — 100 ч при изменении напряжения в ванне от 4,5 — 4,7 до 3,0

В со средней скоростью 6 — 7 С/ч, Основной задачей при обжиге алюминиевых электролизеров после капитального ремонта является обеспечение полного коксования подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины.

Это достигается прогревом центральной части катода до средней температуры более .

700 С и периферийной его части до средней температуры более 450 С. При этом коэффициент неравномерности темпера,турного поля при нагреве (отношение среднеквадратического отклонения локальных температур от средней к средней температуре) должен быть минимальным.

Для получения оптимальных значений продолжительности обжига, скорости нагрева, исходного и конечного напряжения проводят опыты при обжиге электролизеров, вышедших после капитального ремонта.

1680803

В процессе опытов.. изменяют продолжительность обжига и падение напряжения на ванне, измеряя через каждый час локальные температуры катода в 24 точках, а также падение напряжения.

По результатам проведенных опытов строят зависимости средней температуры катода и коэффициента неравномерности температурного поля от продолжительности обжига, Анализ полученных данных показал, что требуемые значения средней температуры катода и минимальный коэффициент неравномерности температурного поля обеспечиваются при продолжительности обжига 90-100 ч, линейном графике изменения напряжения на ванне от 4,5-4,7 до

3,0 В, Рассчитанная по опытным данным скорость нагрева является постоянной и равна 6,5 С/ч. Для практического применения можно рекомендовать скорость нагрева

6-7 С/ч.

Выбранные оптимальные параметры обжиг» электрализерав подтверждены примерами.

Пример 1. Численное значение конечного напряжения на ванне ЛU< = 3 В и продолжительность обжига Лт = 100 ч опрецеляются следующим образом.

При обжиге электролизерав требуется достичь средней температуры катода в центральной его части да 700 С.

За этот период(Лт= 100ч) выделяется следующее количество теплоты при пропускании электрического тока:

От = I A Uk . Лт = 150 l<

Х10 -3 100 3600 =.1,62 10 Дж, где I - 150 10 А — сила тока для электролиз зеров С 8Б.

Считаем, что примерно половина выделившейся теплоты передается аноду, вторая половина — катоду.

Выделившаяся в катоде теплота частич. но расходуется на прогрев футеровки, теплоизоляции и кожуха электролизера, а также на потери в окружающую среду.

Количество теплоты, идущей на прогрев фугеровки, теплоизоляции и кожуха электролизера в районе катода, определяется из уравнения

О VCpt, где Ч вЂ” объем футеровки и теплоизоляции, около 25 м;

Ср- объемная теплаемкость, равная

1Я.10 -— Д"— м К

t — средняя температура футеровки и теплоизоляции, около 300 С (для

Лт- 100ч

Тогда О п-13,5 10 Дж.

Количество теплоты, теряющейся в окружающую среду, Q и-а ° F ht Лт где а-16 Вт/м, К вЂ” коэффициент теплоотдачи от поверхности кожуха к воздуху цеха.

10 F-70 м — поверхность кожуха; а

h,t-110 С вЂ” температурный напор между поверхностью кожуха и окружающим воздухом.

Тогда

15 Q n-16- 10 110 100 3600=44,3 10 Дж, Количество теплоты, аккумулирующееся катодом за от=100 ч

Qk = 2 — Оп — Оп — Оп = 23,2 10 Дж.

I !! . 9

20 Это же количество теплоты расходуется на повышение температуры катода, т.е.

Qk=Vk (P)k tk) где ЧУ=12,9 м — объем катозда; з ((P< =2,53 10 Дж/м, k — объемная

25 теплоемкость катода;

tk — средняя температура катода, достигнутая за промежуток времени от=100 ч.

Тогда

30 9

23,2 10 711 С.

12,9 2,53 10

Таким образам, при выбранном конечном напряжении на ванне h,Uk=3 В при продолжительности обжига Л т =100 ч средняя температура катода в центральной его части достигается в пределах 700 С.

При этом же конечном напряжении на ванне (Л0 =3 В) и продолжительности об40 жига Ж> 100 ч также достигается требуемая температура катода tk> 700"С, однако, как показали опыты и расчеты, после 100 ч с начала обжига резко уменьшается скорость нагрева. Это объясняется тем, что из-за высоких температур катода сильно возрастают потери теплоты в окружающей среду.

Пример 2. При конечном напряжении на ванне ЛUk =3 В примем продолжительность обжига менее 90 ч, т.е. от=89 ч. Расчеты ведем по зависимостям аналогично примеру 1.

Тогда

От=1,4410 Дж;

О я=13 10 Дж;

О .=37,7 10" Д

Ok=21,3 10 Дж

tk=652 С.

1680803

Формула изобретения

Способ термической подготовки алюминиевых элекролизеров к пуску, включающий заливку расплвленного алюминия, замыкание анода с жидким катодом, включение электролизера в цепь серии и нагрев подины, о т л и- ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества подины и увеличения срока службы электролизера, нагрев подины проводят со средней скоростью 6 — 7град/ч и в течение

90 — 100 ч при изменении напряжения на ванне от 4,5 — 4,7 до 3,0 В.

Составитель Л. Рякина

Редактор М. Петрова Техред M.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Заказ 3287 Тираж 380 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Таким образом, полученное значение средней температуры катода меньше требуемой величины.

Пример 3. Примем конечное напряжение на ванне Ь Uk =2,9 В при A t = 100 ч. 5

Тогда

0 -1,566 10 Дж;

0 -20,5 10 Дж;

tk-629 С.

Таким образом, при этом режиме средняя температура катода в центральной его части равна 629 С, что недостаточно.

Пример 4. Определим исходное напряжение на ванне (Ь U< ) при конечном

ЬОк-3,0 В и продолжительности обжига

Ьt-100 ч.

Примем tk=600 С. Скорость нагрева при

tk-711 С и 4=20 C равна

710 — 20 о

1 00 — 7 с/ч 20

Время, при котором достигается

tk=600 С

Ьх1 =At — =84ч, ь — тк

Для этого времени количество теплоты, идущее на повышение температуры катода

Qk = V Ср tk = 19,56 10 Дж .

Аналогично приммеру 1 определяем значения 0 в+О ", при своих значениях 30 средней температуры футеровки и теплоизоляции и температуре поверхности кожуха, т..е.

0п(+0щ =54,1 . 10 Дж, Величина 35

0t(= 2 (Qk(+ Qn(+ Qn() = 14,74 10 Дж

Значения напряжения на ванне при

Ati =84 ч

Qt, ЛФ = — у — =325 В.

Приращение напряжения на 1 С дЬU1 A" A"k -2,25 10- в.

tk — tk) 45

Приращение напряжения на (711 С -

20) С дЬU =дЬU1 691 =1,6 В

Тогда исходное напряжение на ванне

Ь0н = A Uk + B A U = 4,6 В, 50

Считая эту величину средним значением, можно рекомендовать

ЬИ.-4.5 -4,7 В.

При A U< < 4,5 В не обеспечивается требуемая температура катода (при продолжительности обжига Лх=100 С), так как уменьшается скорость нагрева.

При Ь14 >4,7 В и продолжительности обжига At =100 ч требуемая температура катода обеспечивается, однако здесь, как показали опыты, увеличивается коэффициент неравномерности температурного поля по катоду и увеличиваются затраты электроэнергии на обжиг электролизера.

Для обоснования скорости нагрева подины

6 С/ч проведен опыт на электролизере типа С8Б, Напряжение на ванне плавно уменьшалось от 4,5 до 3,0 В, при этом скорость нагрева катода оставалась практически постоянной. 3а 100 ч обжига средняя температура катода достигла 650 С. В центральной части катода температуры составляли

750 — 800 С, Периферийные швы прогрелись до 450 — 500 С.

Снижение скорости нагрева менее

6 С/ч приводит к недостаточному прогреву катода до полного коксования межблочных швов, Увеличение скорости нагрева более

7 С/ч повышает также термоупругие напряжения в катоде, что приводит к преждевременному разрушению углеграфитовых

;.атодных секций и снижению срока службы электролизера.

В результате термической подготовки алюминиевого электролизера к пуску по предлагаемому способу ожидается экономический эффект 792 руб в год на один электролизер за счет увеличения срока службы на 4 мес и снижения затрат электроэнергии при вводе электролизера в нормальную эксплуатацию на 50 тыс. кВт/ч, что подтверждается технико-зкономическим расчетом,