Обожженный анод алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров. Техническим результатом изобретения является сохранение падения напряжения в электролите, связанного с ускоренным отводом газа из-под анода, и обеспечение требуемой циркуляции электролита в районах подачи глинозема. Технический результат достигается тем, что обожженный анод содержит анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности. Вертикальные каналы выполнены с дифференцированным углублением по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока, или с фиксированным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока и выполненным с наклоном до 3°, и сопряженного с ним участка с постепенным углублением до 0,75 высоты блока. Место сопряжения участков расположено в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси. При использовании нескольких вертикальных каналов они расположены с шагом 0,35-0,5 от ширины блока при их расположении вдоль его продольной оси или с шагом 0,25-0,33 от длины блока при их расположении поперек его продольной оси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров.

Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, включающий угольный блок, электрододержатель (алюминиевую штангу) и чугунную заливку (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971, с.154, рис.74).

Недостаток такого обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в наличии повышенного падения напряжении, связанного с газовыделением на нижней рабочей поверхности угольного блока. Поскольку удаление газа с указанной поверхности блока происходит путем стекания его по периферии блока, то это приводит к возникновению практически постоянного слоя мигрирующих пузырьков, снижающих эффективное сечение электролита в этом слое, что, в свою очередь, ведет к увеличению электрического сопротивления. Сход газа с анода при этом практически не оказывает влияния на процессы растворения глинозема, подаваемого в точках автоматизированного питания.

Наиболее близким к заявленному является обожженный анод алюминиевого электролизера, включающий анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности, выполненными с постепенным наклоном в 1,2° от одного его торца к другому (B.P.Moxnes, B.E.Aga, J.H.Skaar, "How to obtain open feeder holes by installing anodes with tracks", Ligth Metals, 1998, pp.247-255).

Недостаток такой конструкции обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в том, что при использовании анодного блока с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности, выполненными с постепенным наклоном в 1,2° от одного его торца к другому, эффект ускоренного удаления газов с нижней рабочей поверхности блока имеет ограниченное время, определяемое скоростью срабатывания (сгорания) анодного блока до исчезновения канала или каналов. Такое время составляет порядка 40% срока эксплуатации обожженного анода. Увеличение же глубины каналов приводит к снижению механической прочности блока, а также к снижению эффекта направленного удаления газов при глубинах канала больше уровня электролита.

Кроме того, жестко фиксированный наклон каналов определяет только одностороннее направление отвода газов из-под анодного блока и вызванную этим соответствующую циркуляцию электролита.

В основу изобретения положена задача разработать обожженный анод алюминиевого электролизера, конструкция которого обеспечивала бы возможность уменьшения толщины газового слоя у нижней рабочей поверхности блока, равномерный и ускоренный сход газа с рабочей поверхности и возможность регулирования потоков сходящего газа практически в течение всего периода эксплуатации анода при сохранении достаточной механической прочности блока, что позволит сохранить снижение падения напряжения в электролите, связанного с ускоренным отводом газа из-под анода, и обеспечить требуемую циркуляцию электролита в районах подачи глинозема в период работы анода.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в обожженном аноде алюминиевого электролизера, включающем анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности, последние выполнены с дифференцированным углублением по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока, или с фиксированным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока и выполненным с наклоном до 3°, и сопряженного с ним участка с постепенным углублением до 0,75 высоты блока, причем место сопряжения этих участков расположено в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси.

В случае использования нескольких вертикальных каналов они могут быть расположены с шагом 0,35-0,5 от ширины блока при их расположении вдоль его продольной оси или с шагом 0,25-0,33 от длины блока при их расположении поперек его продольной оси.

Выполнение вертикальных каналов на нижней рабочей поверхности анодного блока с дифференцированным углублением по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока, или с фиксированным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока и выполненным с наклоном до 3°, и сопряженного с ним участка с постепенным углублением до 0,75 высоты блока и нахождением при этом места сопряжения этих участков в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси обеспечивает возможность уменьшения толщины газового слоя у нижней рабочей поверхности блока, равномерный и ускоренный сход газа с рабочей поверхности и возможность регулирования газового потока практически в течение всего периода эксплуатации анода при сохранении достаточной механической прочности блока, что позволит сохранить снижение падения напряжения, связанного с ускоренным отводом газа из-под анода, и обеспечить требуемую циркуляцию электролита в районах подачи глинозема в период работы анода.

При наличии одного или нескольких вертикальных каналов на нижней рабочей поверхности анодного блока обеспечивается возможность уменьшения толщины газового слоя у нижней рабочей поверхности блока, равномерный и ускоренный сход газа с этой поверхности, поскольку они действуют как реальная ближайшая периферия анодного блока. Это позволяет снизить падение напряжения, связанное с газовыделением под анодным блоком. При выполнении канала или нескольких каналов с дифференцированным вертикальным углублением по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением или с углублением и с фиксированным наклоном и сопряженного с ним участка с постепенным углублением обеспечиваются как ускоренное и направленное движение (отвод) газов из-под анодного блока и вызванная этим соответствующая циркуляция электролита. Этим определяется также возможность регулирования газового потока и объемов отвода газов и, следовательно, скорость и поля циркуляции электролита за счет газовых потоков.

Величина углубления первого участка, равная 0,25-0,30 высоты блока, и угла наклона до 3° определены исходя из условий обеспечения направленного движения (отвода) газов из-под анодного блока, распределения газового потока и регулирования объемов отвода газов и условий сохранения механической прочности блока.

При величине углубления менее 0,25 высоты блока сокращается продолжительность работы анода, при которой обеспечивается эффект ускоренного отвода газов, распределения газового потока и регулирования объемов отвода газов, поскольку в результате срабатывания анодного блока до исчезновения первого участка удаление газов происходит только благодаря наличию второго участка.

При величине углубления более 0,30 высоты блока не обеспечивается направленное движение (отвод) газов из-под анодного блока и соответственно вызванная этим движением газов циркуляция электролита. Кроме того, при такой величине углубления первого участка в сочетании с углублением второго участка снижается механическая прочность анодного блока.

При угле наклона углубления более 3° резко увеличивается скорость газового потока в канале, что затрудняет регулирование отвода газов, что может привести к нарушению требуемой циркуляции электролита за счет газовых потоков.

Величина постепенного углубления второго участка, сопряженного с первым, определена исходя из условий обеспечения максимальной продолжительности работы анода в режиме ускоренного удаления газов.

При величине постепенного углубления менее 0,75 высоты блока сокращается время работы анода в режиме обеспечения ускоренного удаления газов.

Расположение места сопряжения указанных участков в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси определено исходя из условий регулирования соответствующих скоростей потоков электролита (распределением газового потока и объемов отвода газов), а также сохранения механической прочности блока.

При расположении места сопряжения участков менее 0,45 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси снижается механическая прочность анодного блока и нарушаются условия регулирования соответствующих скоростей потоков электролита путем распределения газового потока и объемов отвода газов.

При расположении места сопряжения участков более 0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси ухудшаются условия регулирования соответствующих скоростей потоков электролита путем распределения газового потока и объемов отвода газов, а также сокращается время действия эффекта ускоренного отвода газов.

Шаг каналов, составляющий 0,35-0,5 ширины блока при их направлении вдоль продольной оси или 0,25-0,33 длины блока при их направлении поперек продольной оси, определен исходя из условий оптимизации равномерного и ускоренного схода газа с рабочей поверхности, сохранения механической прочности блока и поддержания плотности тока в анодах в необходимых пределах.

При шаге менее 0,35 от ширины блока при расположении вдоль продольной оси или при шаге менее 0,25 от длины блока при расположении поперек продольной оси снижается механическая прочность блока и возрастает плотность тока в анодах.

При шаге каналов более 0,5 ширины блока при расположении вдоль продольной оси блока или шаге более 0,33 длины блока при расположении поперек продольной оси блока ухудшается равномерность схода газа с нижней рабочей поверхности и снижается механическая прочность периферийных участков анодного блока из-за уменьшения расстояния между каналами и боковыми или торцевыми гранями блока.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 изображен обожженный анод алюминиевого электролизера, вид с торца; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 как вариант выполнения канала с дифференцированным углублением в виде участка с фиксированным равномерным углублением и сопряженного с ним участка с постепенным углублением; на фиг.3 - то же как вариант выполнения канала с дифференцированным углублением в виде участка с фиксированном углублением и с наклоном до 3° и сопряженного с ним участка с постепенным углублением (односторонний наклон участков); на фиг.4 - то же как вариант выполнения канала с дифференцированным углублением в виде участка с фиксированном углублением и наклоном до 3° и сопряженного с ним участка с постепенным углублением (разносторонний наклон участков).

Обожженный анод алюминиевого электролизера включает обожженный угольный блок 1, кронштейн 2 с ниппелями 3, закрепленными в ниппельных гнездах, и анододержатель 4, соединенный с кронштейном 2. Ниппели 3 закреплены в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах при помощи чугунной заливки 5 или заделки углеродистой массой. Для мощных алюминиевых электролизеров используются, в частности, обожженные угольные блоки 1 сечением 1450х700 мм и высотой 600 мм. На нижней рабочей поверхности блока 1 может быть выполнен один вертикальный канал 6 или несколько вертикальных каналов 6, имеющих дифференцированное углубление по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока, что составляет 150-180 мм, или с фиксированным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока и выполненным с наклоном до 3°, и сопряженного с ним участка с постепенным углублением до 0,75 высоты блока, что составляет 450 мм. Место сопряжения этих участков расположено в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси, что составляет 652-1087 мм, или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси, что составляет 315-525 мм. Ширина каналов составляет 1,5-2 см, что обеспечивает ускоренный сход и удаление выделяющихся газов. Каналы могут быть расположены с шагом 0,35-0,5 ширины блока при их расположении вдоль его продольной оси, что составляет 245-350 мм, или с шагом 0,25-0,33 длины блока при их расположении поперек его продольной оси, что составляет 362-478 мм. Выполнение каналов производится во время производства анодных блоков.

Работа обожженного угольного блока осуществляется следующим образом.

В процессе эксплуатации обожженного анода происходит выделение газа на нижней рабочей поверхности блока 1. Образующиеся пузырьки газа следуют от места своего выделения к вертикальным каналам 6, которые действуют как реальная ближайшая периферия анодного блока 1. Наличие двух участков канала обеспечивает возможность регулирования движения (отвода) выделяющихся газов из-под анодного блока и соответственно вызванной ими циркуляции электролита при заданном соотношении движения газов в одну или обе стороны. После срабатывания анодного блока 1 до исчезновения первого участка, величина углубления которого составляет 150-180 мм, ускоренное удаление газов обеспечивается наличием второго участка с величиной углубления до 450 мм.

Таким образом, благодаря выполнению вертикальных каналов с дифференцированным углублением в виде двух участков обеспечивается возможность уменьшения толщины газового слоя у нижней рабочей поверхности блока, равномерный и ускоренный сход газа с рабочей поверхности, а также возможность регулирования газового потока практически в течение всего периода эксплуатации анода при сохранении достаточной механической прочности блока. Это позволяет сохранить снижение падения напряжения, связанного с ускоренным отводом газа из-под анода, и обеспечить требуемую циркуляцию электролита в период работы анода.

Формула изобретения

1. Обожженный анод алюминиевого электролизера, включающий анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности, отличающийся тем, что вертикальные каналы выполнены с дифференцированным углублением по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока, или с фиксированным углублением, равным 0,25-0,30 высоты блока и выполненным с наклоном до 3°, и сопряженного с ним участка с постепенным углублением до 0,75 высоты блока, причем место сопряжения этих участков расположено в пределах 0,45-0,75 длины блока при расположении каналов вдоль его продольной оси или ширины блока при расположении каналов поперек его продольной оси.

2. Обожженный анод по п.1, отличающийся тем, что в случае использования нескольких вертикальных каналов они расположены с шагом 0,35-0,5 от ширины блока при их расположении вдоль его продольной оси или с шагом 0,25-0,33 от длины блока при их расположении поперек его продольной оси.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4