Контейнер для герметизации анодных огарков

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для охлаждения анодных огарков. Контейнер содержит корпус с боковыми стенками и подиной для установки анодных огарков, верхней крышкой, газоотводящим патрубком, подсоединенным к системе организованного газоотсоса, и съемными укрытиями. В корпусе установлена перегородка, делящая его на нижний и верхний ярусы и предназначенная для размещения обожженного анода перед его установкой в электролизер. Перегородка выполнена с окнами и пазами для размещения анодных штанг анодного огарка и оборудована встроенным в нее теплоэлектронагревателем. Верхняя крышка контейнера выполнена конусообразной и соединена с газоотводящим патрубком, в основании верхней крышки сделаны пазы для размещения анодных штанг обожженных анодов. Боковые стенки корпуса оборудованы теплоизоляцией. Отношение высоты нижнего яруса (h) контейнера к высоте верхнего яруса (H) может составлять h:H=0,2÷0,5. Газоотводящий патрубок может быть снабжен шибером. Обеспечиваются утилизация тепла, выделяющегося из охлаждаемого анодного огарка, сокращение объема и снижение аэродинамического сопротивления эвакуируемых из контейнера газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для охлаждения анодных огарков.

В процессе электролиза алюминия обожженные аноды постепенно сгорают, по мере сгорания анодный огарок заменяется новым анодом. Температура анодного огарка в момент извлечения из электролизера составляет 950-980°С, масса - около 20% от массы обожженного анода. При охлаждении анодного огарка выделяются газы, что ухудшает экологические показатели алюминиевого производства. Известно, что наиболее интенсивное выделение газов от анодного огарка происходит в период его охлаждения от 950-980°С до 400°С.

Известно устройство для герметизации и охлаждения огарков обожженных анодов (Jean - Pierre Gagne, Robin Boulianne, Jean - Francois Magnan, Marc - Andre Thibault, Gilles Dufour, Claude Gauthier. Новая конструкция крышки для анодных поддонов. - Light Metals 2006., - p.213-217. Устройство состоит из шкафа, в боковой стенке которого установлен патрубок. Анодный огарок, изъятый из электролизера, на период охлаждения помещается в шкаф. Газы, выделяющиеся от охлаждаемого анодного огарка через патрубок, расположенный в боковой стенке шкафа, эвакуируются в систему организованного газоотсоса.

К недостаткам данного устройства следует отнести безвозвратную потерю в окружающую среду тепла от анодного огарка в период его охлаждения и низкую эффективность сбора и эвакуации газов.

Наиболее близким к заявленному является контейнер для герметизации анодных огарков (Янко Э.А. Производство алюминия. Пособие для мастеров и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов. - С.Птб.: Издательство С.Петербургского Университета. 2007. - с.305). Корпус контейнера в разрезе имеет форму прямоугольной трапеции и снабжен подиной, на которую устанавливаются анодные огарки. Плоская верхняя крышка оборудована пазами для установки в них анодных штанг анодных огарков. Пазы по периметру оборудованы уплотнительным материалом, а их габариты сопоставимы с габаритами поперечного разреза анодной штанги. Герметизацию контейнера осуществляют съемными укрытиями, аналогичными применяемым на электролизерах с обожженным анодом. Анодный огарок, изъятый из электролизера, на период охлаждения помещается в контейнер. Изъятие из электролизера анодного огарка и его установку в контейнер осуществляют краном. Эвакуацию газов из контейнера осуществляют дополнительным вентилятором через патрубок, расположенный в задней стенке контейнера, соединенный с системой организованного газоотсоса. Очистку эвакуированных из контейнера газов осуществляют в газоочистной системе корпуса электролиза.

Недостатками данного устройства являются, во-первых, безвозвратная потеря тепла, выделяющегося от анодного огарка, в окружающую среду. Расчет, выполненный по формуле (А.Н.Плановский, П.И.Николаев - Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М:, Химия, 1972, с.493):

Qэ=m×c(t1-t2),

показывает, что при охлаждении огарка средней массой m=180-200 кг, от температуры t1=950°С до температуры t1=20°С, при средней удельной теплоемкости анодного материала с=0,18 ккал/кг·град, в окружающую среду безвозвратно теряется порядка 37-40 кВт тепла. Во-вторых, низкая эффективность сбора и эвакуации газов из контейнера, обусловленная высоким аэродинамическим сопротивлением патрубка, через который газы эвакуируются в систему организованного газоотсоса, при помощи дополнительного вентилятора, создающего разрежение в контейнере. Отмеченные недостатки подтверждаются инженерными расчетами аэродинамических характеристик эвакуируемого газового потока, выполненными по методикам (И.Е.Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1992, 672 с.; А.С.Юрьев Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем. - Санкт-Петербург.: Мир и семья, 2001. - 1153 с.).

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функционального назначения за счет утилизации тепла, выделяющегося от охлаждаемого анодного огарка, сокращение объема и снижение аэродинамического сопротивления газов, эвакуируемых из контейнера.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в контейнере для герметизации анодных огарков, включающем корпус с боковыми стенками и подиной для установки анодных огарков, верхней крышкой, газоотводящим патрубком, подсоединенным к системе организованного газоотсоса, и съемными укрытиями, согласно заявляемому изобретению в корпусе установлена перегородка, делящая его на нижний и верхний ярусы и предназначенная для размещения обожженного анода перед его установкой в электролизер, при этом перегородка выполнена с окнами и пазами для размещения анодных штанг анодного огарка, кроме того, перегородка оборудована встроенным в нее теплоэлектронагревателем, а верхняя крышка контейнера выполнена конусообразной и соединена с газоотводящим патрубком, а в основании верхней крышки сделаны пазы для размещения анодных штанг обожженных анодов, и боковые стенки корпуса оборудованы теплоизоляцией.

Отношение высоты нижнего яруса (h) контейнера к высоте верхнего яруса (Н) может составлять h:Н=0,2÷0,5.

Газоотводящий патрубок может быть снабжен шибером.

Основные отличия заявляемого изобретения от прототипа заключаются в том, что контейнер для герметизации анодного огарка выполнен двухъярусным, где перегородка предназначена для размещения обожженного анода перед его установкой в электролизер. Перегородка выполнена с окнами и пазами для размещения анодных штанг анодного огарка. Вышесказанное обеспечивает использование тепла, выделяющегося от анодного огарка конвекцией и излучением на нагрев обожженного анода. Перегородка оборудована встроенным в нее теплоэлектронагревателем, что обеспечивает дополнительный нагрев обожженного анода, и, кроме того, боковые стенки контейнера оборудованы теплоизоляцией. Верхняя крышка контейнера выполнена конусообразной и соединена с газоотводящим патрубком, что обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления газоотводящей сети и сокращение объема газов, эвакуируемых из контейнера, за счет минимизации объема воздуха подсасываемого через щели под укрытие.

Выбранные пределы отношения высот ярусов определены удобством обслуживания и габаритами анодных огарков. В процессе электролиза алюминия, по мере сгорания обожженного анода остается анодный огарок, габариты и масса которого существенно отличаются от его первоначальных габаритов. Так, масса анодного огарка составляет порядка 20% от массы обожженного анода; площадь подошвы анодного огарка от 60 до 80% от площади подошвы обожженного анода; высота - от 20 до 30% высоты обожженного анода.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен продольный разрез контейнера для герметизации анодных огарков; на фиг.2 - поперечный разрез контейнера; на фиг.3 - перегородка для размещения обожженного анода.

Контейнер для герметизации анодных огарков содержит корпус 1 с подиной 2 для установки извлеченных из электролизера анодных огарков 3. В корпусе 1 установлена перегородка 4 для размещения обожженных анодов 5 перед установкой в электролизер. В перегородке 4 выполнены окна 6. На корпусе 1 установлена конусообразная крышка 7, соединенная с газоотводящим патрубком 8. Патрубок 8 соединен с газоходной сетью корпуса электролиза и оборудован шибером 9. Контейнер оборудован теплоэлектронагревателями 10, встроенными в перегородку 4. Боковые стенки 11 корпуса 1 оборудованы теплоизоляцией 12. Для герметизации корпуса 1 контейнера используют съемные укрытия 13. В перегородке 4 выполнены пазы 14 для размещения в них штанг анодных огарков 3. В основании конусообразной крышки 7 сделаны пазы 15 для размещения штанги обожженных анодов 5.

Устройство работает следующим образом.

На подину 2 корпуса 1 контейнера для герметизации анодных огарков устанавливают извлеченные из электролизера анодные огарки 3. На перегородке 4 контейнера размещают обожженные аноды 5 перед установкой в электролизер. Нагрев перегородки 4 происходит за счет тепла, выделяющегося от анодного огарка конвекцией. Горячие газы, выделяющиеся от остывающего анодного огарка 3, из нижнего яруса через окна 6 поступают в верхний ярус контейнера, дополнительно нагревая обожженные аноды 5. Эвакуацию газов из контейнера осуществляют через газоотводящий патрубок 8, установленный на конусообразной крышке 7, играющей роль вытяжного зонта. С помощью шибера 9, расположенного на газоотводящем патрубке 8, осуществляют регулирование объема газоотсоса из корпуса 1 контейнера. Теплоэлектронагревателями 10, встроенными в перегородку 4, при необходимости обеспечивается прогрев обожженного анода до более высоких температур. В целях сокращения потерь тепла в окружающую среду, боковые стенки 11 корпуса 1 контейнера оборудованы теплоизоляцией 12. После установки анодных огарков 3 и обожженных анодов 5 корпус 1 контейнера герметизируется съемными укрытиями 13. Разрежение в корпусе 1 контейнера создается дымососами организованного газоотсоса корпуса электролиза. В целях сокращения объема внутреннего пространства корпуса 1 контейнера в перегородке 4 выполнены пазы 14 для размещения в них штанг анодных огарков 3, устанавливаемых на подину 2; штанги обожженных анодов 5 размещаются в пазах 15 на основании конусообразной крышки 7.

Предлагаемое устройство обеспечит снижение негативного воздействия высоких температур на обожженный анод при его установке в электролизер.

При установке в электролизер обожженного анода последний подвергается мощному тепловому удару. Происходит это вследствие значительной разницы температур между электролитом и погруженной в него частью обожженного анода, достигающей 900°С и более. Непогруженная часть обожженного анода тепловому удару не подвержена. В результате происходит: неравномерное тепловое расширение погруженной и непогруженной частей; возникают термические напряжения, приводящие иногда к появлению трещин и сколов анодов что, в свою очередь, приводит к увеличению их расхода. Время прогрева анода до температуры электролита (950-960°С) составляет около 20 часов.

В заявляемой конструкции контейнера тепло, выделяющееся от анодного огарка, используется на нагрев обожженного анода перед его установкой в электролизер. Данное техническое решение сокращает расход электроэнергии на нагрев обожженного анода непосредственно в электролизере и основано на результатах расчета, выполненного по формуле

;

который показывает, что на нагрев анода массой 950-980 кг затрачивается, без учета потерь тепла в окружающую среду, порядка 190 кВт электроэнергии. С учетом потерь тепла в окружающую среду эта величина выше в разы и, по экспертным оценкам, достигает 380-570 кВт.

Утилизация в контейнере тепла, выделяющегося от анодного огарка, обеспечивает прогрев обожженного анода до температуры 140-160°С, что подтверждено результатами математического моделирования.

Изобретение позволит расширить функциональное назначение контейнера для герметизации анодных огарков за счет предварительного нагрева обожженного анода до 140-160°С теплом, утилизируемым от охлаждаемого анодного огарка. Вышесказанное позволит более быстро достигнуть равномерное токораспределение по обожженным анодам; сократить расход электроэнергии на производство 1 тонны алюминия в среднем на 20-25 кВт/т Al; сократить расход обожженного анода в среднем на 10-15 кг/т Al; снизить риск растрескивания обожженного анода при его установке в электролизер в результате термошока; минимизировать риски выброса из электролизера расплавленного электролита в момент установки холодного анода. Заявляемая конструкция контейнера позволит снизить аэродинамическое сопротивление газоотводящей сети и сократить объем газов, эвакуируемых из контейнера.

1. Контейнер для герметизации анодных огарков, включающий корпус с боковыми стенками и подиной для установки анодных огарков, верхней крышкой, газоотводящим патрубком, подсоединенным к системе организованного газоотсоса, и съемными укрытиями, отличающийся тем, что в корпусе установлена перегородка, разделяющая его на нижний и верхний ярусы и предназначенная для размещения обожженного анода перед его установкой в электролизер, при этом перегородка выполнена с окнами и пазами для размещения анодных штанг анодного огарка и оборудована встроенным в нее теплоэлектронагревателем, а верхняя крышка контейнера выполнена конусообразной и соединена с газоотводящим патрубком, при этом в основании верхней крышки выполнены пазы для размещения анодных штанг обожженных анодов, а боковые стенки корпуса оборудованы теплоизоляцией.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты нижнего яруса (h) контейнера к высоте верхнего яруса (Н) составляет h:H=0,2÷0,5.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что газоотводящий патрубок снабжен шибером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области производства алюминия в электролизерах, оснащенных анодными расходуемыми токоподводами, выполненными из алюминия. .
Изобретение относится к графитовому электроду для печи электротермического восстановления, в частности для карботермического восстановления глинозема, электродной колонне и способу их изготовления.
Изобретение относится к графитовым электродам для производства алюминия карботермическим восстановлением глинозема. .

Изобретение относится к анодной сборке электролизера для получения алюминия электролизом в солевом расплаве. .

Изобретение относится к способу изготовления анода или его части для получения алюминия электролизом в расплавленных солях. .

Изобретение относится к способу получения алюминия электролизом и к анодам для получения алюминия электролизом. .

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия из криолитоглиноземного расплава, в частности к способу установки обожженных анодов в электролизере для производства алюминия с вертикальным токоподводом.

Изобретение относится к получению алюминия электролизом, в частности, к анодному устройству электролизера с обожженными анодами. .

Изобретение относится к устройству манипулирования крышками электролизера для производства алюминия электролизом в расплаве. .

Изобретение относится к способу замены анода в электролизере по производству алюминия электролизом в расплаве, при котором используют по меньшей мере один инструмент манипулирования анодом, содержащий орган позиционирования и орган захвата, при этом во время выполнения операций замены определенного израсходованного анода на заменяющий анод определяют положение заменяющего анода на основе определенной совокупности измерений положения фиксированной точки РО, располагающейся на по меньшей мере одном инструменте манипулирования анодом, по отношению к определенной совокупности контрольных точек Р, располагающихся на определенных объектах, отдельных от этого инструмента манипулирования анодом.

Изобретение относится к металлургии алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к способу крепления ребер охлаждения на катодный кожух алюминиевого электролизера.

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия из расплавленных солей, а именно к укрытиям прианодного пространства на электролизерах с верхним токоподводом.

Изобретение относится к способу замены анода электролизера по производству алюминия электролизом в расплаве, включающего в себя множество анодов. .

Изобретение относится к модулю обслуживания электролизера для получения алюминия на заводах по его производству электролизом в расплавленных солях. .

Изобретение относится к способу и оборудованию, предназначенным для замены анодов в электролитической ванне, в которых используют кран с захватом анода для подъема использованных анодов и для вставки новых анодов.

Изобретение относится к устройству для предпускового обжига катодной части алюминиевого электролизера. .

Изобретение относится к алюминиевым электролизерам и может быть использовано для разрезки отработанной футеровки в алюминиевых электролизерах с помощью абразивно-жидкостной струи.

Изобретение относится к транспортировочному устройству электролизной ванны электролизера. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом, а именно к электролизерам с обожженными анодами
Наверх