ОБОЖЖЕННЫЙ АНОД АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевого электролизера.
Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах. Ниппельные гнезда выполнены глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса с конусностью K=(D-d)/h=0,012-0,08; где D и d диаметры ниппельного гнезда, h глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда (Патент RU №132081, C25C 3/12, опубл. 10.09.2013).
Недостаток аналога обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в меньшей площади рабочей поверхности за счет недостаточной длины, не позволяющей снизить анодную плотность тока и повысить цикл работы анода в электролизере.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели, является обожженный анод алюминиевого электролизера, включающий анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами, выходящими на его нижнюю рабочую поверхность. 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. (патент RU №2239005, C25C 3/12, опубл. 27.10.2004).
Недостаток прототипа обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в неоптимальной геометрии каналов, недостаточной длине и высоте анода, что не позволяет увеличить длительность работы анода, а также обеспечить высокую энергетическую эффективность за счет примененной геометрии каналов.
Задачей заявленной полезной модели является обеспечение минимальной анодной плотности тока с одновременным увеличением длительности работы анода в электролизере и направленным выводом тепла в центр электролизера.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемой полезной модели, является увеличение энергетической эффективности работы анода в мощном электролизере.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в обожженном аноде алюминиевого электролизера, включающем анодный блок с несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности и выполненными с наклоном, вертикальные каналы выполнены со сквозным выходом на торцевую сторону анодного блока, обращенным к центральной части электролизера и глухим выходом, обращенным к бортовой части электролизера, при этом глухой выход каналов выполнен на расстоянии от торцевой стороны анодного блока, равном 0,028-0,032 длины анодного блока.
Высота каналов может составлять 0,50-0,58 высоты анодного блока, ширина каналов - 0,012-0,018 ширины анодного блока, а угол наклона каналов - 1,64-1,66° в сторону сквозного выхода каналов.
Анодный блок может быть выполнен ассиметричным относительно оси центрального ниппельного гнезда, смещенной в сторону глухого выхода канала на расстояние 0,50 до 0,54 длины анода.
Анодный блок может содержать фаски на вертикальных гранях, расположенных под углом 45° по отношению к сторонам анодного блока, при этом размер фасок на стороне анодного блока, обращенной к центральной части электролизера составляет 0,11-0,12 высоты анодного блока и 0,04-0,06 высоты анодного блока на стороне анодного блока, обращенной к бортовой части электролизера.
Пределы длины глухого выхода канала менее 0,028 длины анодного блока не гарантируют конструктивную прочность, длина глухого выхода больше 0,032 длины анодного блока не целесообразна с точки зрения сохранения максимальной площади каналов.
Пределы угла наклона вертикальных каналов 1,64-1,66° и расположение вертикальных каналов обеспечивают направленный вывод анодных газов с подошвы анода в центр электролизера и повышение электропроводности газового слоя электролита.
Заявляемые пределы высоты каналов обеспечивают увеличенный цикл работы каналов в анодном блоке электролизера, а указанная ширина каналов обеспечивает беспрепятственный выход анодных газов из-под анода, при этом сохраняется максимально возможная рабочая площадь анода.
Фаски увеличенного размера обеспечивают беспрепятственную работу пробойников системы автоматической подачи глинозема.
Каналы расположены друг от друга на расстоянии 0,33-0,38 ширины анодного блока, что обеспечивает равномерный сбора газов из-под подошвы анода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен основной вид и вид сверху обожженного анода алюминиевого электролизера, на фиг. 2 - вид анода сбоку, на фиг. 3 - разрез ниппельного гнезда.
Обожженный анод алюминиевого электролизера состоит из обожженного угольного блока 1, имеет ниппельные гнезда 2 расположенные по продольной оси симметрии и два продольных вертикальных наклонных канала 3, расположенных на рабочей поверхности анодного блока 4. Канал имеет сквозной выход 5, с другой стороны анода канал не допилен до торца (имеет глухой выход) 6. Со стороны сквозного выхода каналов выполнены фаски увеличенного размера 7, со стороны глухого выхода канала - фаски стандартного размера 8.
Работа обожженного угольного блока осуществляется следующим образом.
В процессе эксплуатации обожженного анода 1 электрический ток от анодной ошиновки алюминиевого электролизера подается через анододержатель с ниппелями (не показаны), закрепленными с помощью чугуна в ниппельных гнездах 2 обожженного анодного блока 1. В процессе эксплуатации обожженного анода происходит его постепенное сгорание до минимально возможной высоты анода (огарок), после чего огарок извлекается и меняется на новый анод. Анод со сквозным выходом каналов 5 ставится в центр электролизера, где фаски 7 увеличенного размера позволяют беспрепятственному вертикальному ходу пробойников автоматической системы питания глиноземом. С противоположной стороны фаски 8 выполнены стандартного размера и ставятся к борту электролизера.
В настоящее время для энергоэффективных алюминиевых электролизеров используются обожженные угольные блоки с максимальными габаритами по длине 1550-1740 мм, по ширине 650-710 мм и высоте 620-630 мм. За счет длины и ширины достигается минимально возможная анодная плотность тока, за счет высоты увеличенный цикл работы в электролизере от установки нового анода до замены огарка. Принятая длина анодов обуславливает асимметрию сторон по длине относительно оси центрального ниппельного гнезда в сторону глухого канала, при этом ниппельные гнезда между собой располагаются на одинаковом расстоянии.
Для обеспечения энергетической эффективности электролизера на анодном блоке выполнены два канала с продольным расположением и наклоном. Канал с одной стороны анода имеет сквозной выход до торца анода, с асимметричной стороны анода канал выполнен с глухим выходом. Сквозным выходом каналов анод устанавливается в центр электролизера, сторона с глухим выходом обращается к борту электролизера. Каналы имеют заданную ширину, достаточную для отвода газов, и в то же время позволяют сохранить максимальную рабочую площадь анода. Расположение каналов и их наклон позволяют производить направленный вывод газов и тепла в центр электролизера, создавая также циркуляцию расплава электролита для лучшего растворения глинозема. Средняя высота каналов обеспечивает их работоспособность на 73% анодов в анодном массиве электролизеров.
Для обеспечения работоспособности пробойников системы автоматического питания глиноземом углы анодов со стороны сквозного выхода каналов, направленных в центр электролизера, имеют по вертикальным граням фаски увеличенного размера, которые выполнены под углом 45*** к сторонам. Фаски увеличенного размера обеспечивают беспрепятственное движение пробойников системы питания глиноземом по вертикали и являются визуализацией для технологического персонала с целью правильного позиционирования анодов в электролизере.