Способ устранения трещиноватости самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

 

Использование: электролитическое получение алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токопроводом. Сущность: при ведении электролиза на самообжигающемся аноде алюминиевого электролизера в областях наличия трещин в аноде снижают локально плотность тока путем отключения токоподводящих штырей от электрической цепи до устранения трещин, причем отключают 2 - 10% штырей. Отключенные штыри можно не извлекать из тела анода или извлекать часть штырей, а после устранения трещин их устанавливают на свое место. Технический результат - снижение расхода анодной массы, электроэнергии, трудозатрат, повышение производительности электролизера и сортности получаемого алюминия. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токопроводом.

Появление и развитие трещин на нижней границе и боковой поверхности самообжигающегося анода с верхним токопроводом обусловлено такими факторами, как неравномерное поле термических напряжений в спеченной части, вызванное, в свою очередь, неравномерностью выделений Джоулева тепла за счет неравномерной плотности тока по участкам анода. Наличие трещин приводит к возрастанию неравномерности плотности тока, нарушению циркуляции электролита, тепломассообмена. Кроме того, трещины достигают стального штыря, что приводит к резкому возрастанию окисляемости штыря, его преждевременному износу и загрязнению катодного металла. При наличии трещин затруднена перестановка штырей из-за возможного протека жидкой анодной массы в расплав ванны. Наличие трещины на боковой поверхности анода приводит к растворению металлоконструкций колокольного газосборника, устройства АПГ.

Известен способ уменьшения размеров трещин самообжигающегося анода путем снижения температуры нижней (спеченной) части анода за счет минимального погружения анода в шахту ванны, поддержания низкой температуры электролиза и минимальной тепловой изоляции спеченной части анода со стороны анодного кожуха [1] Известный способ, однако, не обеспечивает устранения трещин. Кроме того, существуют большие затруднения в его реализации, поскольку минимизация погружения анода в шахту ванны связана со снижением высоты слоя металла, электролита, а это, в свою очередь, прямо связано с поддержанием теплового баланса электролизера и обратно пропорционально температуре электролизера. Уменьшение тепловой изоляции анода со стороны анодного кожуха вызывает чрезмерное снижение высоты спеченной части анода на боковой поверхности анода, что приводит к протеку жидкой анодной массы между анодом и кожухом.

Одним из наиболее близких по технической сущности является известный способ снижения термических напряжений в электродах большого сечения, согласно которому уменьшение термического напряжения и растрескивания электродов больших диаметров достигают путем создания продольных радиальных щелей на поверхности электрода [2] Известный способ не реализуется на анодах Зодерберга, поскольку выполнение продольных щелей на поверхности самообжигающегося анода алюминиевого электролизера технически невозможно, так как анод расположен внутри стального кожуха, периодически перемещающегося относительно тела анода. Кроме того, наличие щелей на боковой поверхности анода крайне нежелательно из-за высокой агрессивности анодных газов и кислорода атмосферы, разрушающих анод с высокой развитостью поверхности в высокотемпературной части, расположенной между кожухом и уровнем электролита.

Ближайшим аналогом по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение, согласно которому стенка анодного кожуха в плане выполнения волнистой, причем выступающая наружу вершина синусоиды и ось ближайшего токоподводящего штыря продольной или торцевой стороны лежат в одной плоскости перпендикулярной соответственно продольной и поперечной оси анода (3).

При использовании известного технического решения боковая поверхность анода формируется волнистой, что снижает термические напряжения. Однако в ходе эксплуатации срабатывает фактор развитости поверхности, что приводит к повышенному окислению углерода, появлению выгораний анода, достигающих неспеченной части анода ("шейка") и провоцирующих протеки пека, растворимого технологического хода, потери анодной массы возрастают. Кроме того, известное техническое решение не позволяет устранять трещины (снижать термические напряжения) в областях анода, лежащих вблизи продольной оси анода Зодерберга. В результате все это снижает технические возможности известного изобретения, не позволяет внедрять его в больших масштабах.

Технический результат изобретения снижение расхода анодной массы, электроэнергии, трудозатрат, повышение производительности электролизера и сортности получаемого алюминия.

Технический результат достигается тем, что при ведении электролиза в областях наличия трещин в аноде снижают локальную плотность тока путем отключения токоподводящих штырей от электрической цепи до устранения трещин, причем отключают 1 10% штырей. Отключенные штыри могут не извлекать из тела анода или извлекают часть штырей, а после устранения трещин устанавливают на свое место.

Отключение штырей в области наличия трещины позволяет, во-первых, снизить термическое напряжение, вызывающее появление и развитие трещины, за счет уменьшения плотности тока (выделение Джоулева тепла) в области трещины. В результате происходит коксование жидкой анодной массы (ЖАМ) в трещине со значительно меньшей скоростью. При этом снижение термической нагрузки приводит к повторному сжатию трещины, что улучшает условия спекания ЖАМ с анодом, возрастает качество структуры спеченной трещины. С другой стороны, снижение плотности тока в локальной области анода снижает интенсивность образования анодных газов, вызывающих развитие трещины в направлении "снизу вверх". Это ускоряет процесс ликвидации трещины. Отключенные штыри, находящиеся в аноде, создают дополнительный эффект снижения термической нагрузки, поскольку работают в качестве теплового насоса. Это приводит к сокращению времени устранения трещины.

Извлечение отключенных штырей (части штырей) из тела анода обусловлено следующими факторами: 1. Ширина и глубина трещины может достигать отключенного штыря, что приводит к быстрому износу (окислению) материала штыря и участию окиси железа (как катализатора окисления углерода) в дальнейшем разрушении анода.

2. В случае, если трещина находится в центральной части анода, имеющего, как известно, плотность тока на 10% больше по сравнению с периферией, снижение термических напряжений может быть незначительно благодаря физическому сопротивлению отключенных, но не извлеченных штырей, изменению объема анода в данной области.

Пример реализации способа.

Не девяти промышленных электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-85 на силу тока 156 кА, оснащенных устройствами АПГ (автоматическое питание глинозема) точечного типа, определяют наличие трещин на нижней границе и боковой поверхности анода, вызывающих выплескивание жидкого электролита на колокольный газосборник и пробойники АПГ.

На шести из десяти опытных электролизеров отключают необходимое количество штырей (в пределах 10% от общего количества) в непосредственной близости от трещины. На трех из шести опытных электролизерах отключенные штыри (часть отключенных) извлекают. После устранения трещин штыри устанавливают на свое место и подключают к электролитической цепи. Исходные данные и осредненные результаты испытаний предлагаемого способа отражены в табл. 1 и 2.

Как следует из полученных результатов, на электролизерах-свидетелях за период испытаний продолжалось наличие трещин на боковой поверхности и подошве анода, что приводит к интенсивной циркуляции электролита, отсутствию корки на его поверхности. При этом электролит плещет на газосборный колокол, пробойник АПГ и выводит их из строя. На опытных же электролизерах групп "B", "C" это явление отсутствует после 3 7 суток с момента отключения штырей в районах трещин.

Кроме этого, на пробойник АПГ опытных электролизеров меньше приход тепла за счет отсутствия налипания электролита. Все это позволяет повысить работоспособность и надежность устройства АПГ, газосборника, сортность получаемого алюминия, снизить частоту анодных эффектов и среднее напряжение электролизера на 0,2 0,5 сут^-1 и 50 60 мВ соответственно. Улучшение качества анода за счет ликвидации трещин, повышение работоспособности устройства АПГ позволяют снизить расход анодной массы приблизительно на 45 - 60 кг/т A1, повысить производительность электролизера приблизительно на 3 8 кг/сут. существенно снизить трудозатраты на обслуживание электролизера и устройства АПГ.

Формула изобретения

1. Способ устранения трещиноватости самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий сокращение термических напряжений снижением температуры спеченной части анода, отличающийся тем, что температуру снижают локально в областях наличия трещин путем отключения токоподводящих штырей от электрической цепи до устранения трещин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отключают 1 10% токоподводящих штырей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отключенные штыри не извлекают из анода.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отключенные штыри или часть отключенных штырей извлекают из анода, а после устранения трещин устанавливают на свое место.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2