ОБОЖЖЕННЫЙ АНОД АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров.
Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из угольных блоков, анододержателя и ниппельного кронштейна, соединенных между собой с помощью стержней с клиньями, в котором анододержатель в нижней части снабжен пазом, охватывающим ниппельный кронштейн, и прорезью по продольной оси, заканчивающейся отверстием (авторское свидетельство СССР №354003, С22D 3/02, 3/12, опубл. 09.10.72).
Недостатком известного обожженного анода является то, что, во-первых, каждому ниппелю соответствует свой обожженный угольный блок, что создает высокий риск отказа в работе данного анода при плохом контакте ниппель - обожженный угольный блок. Во-вторых, наличие механических соединений создает контактные сопротивления, в которых происходят дополнительные падения напряжения, что в свою очередь препятствует увеличению рабочей силы тока на электролизере.
Наиболее близким к заявленному устройству является 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, и анододержателя, соединенного с кронштейном, крайние ниппеля которого распложены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока (патент RU №2196193, С25С 3/12, опубл. 10.01.2003).
Недостатком такого обожженного анода является то, что верхняя грань кронштейна представляет собой горизонтальную плоскость, на которой скапливается глинозем (сырье) подаваемый в электролизер, а также используемый для утепления верхней части анодного массива. В результате чего теплоотдача с поверхности кронштейна уменьшается, увеличиваются температура, электросопротивление и падение напряжения в аноде, что в свою очередь препятствует увеличению рабочей силы тока на электролизере.
В основу полезной модели положена задача, разработать обожженный анод алюминиевого электролизера, конструкция которого позволяла бы увеличить рабочую силу тока электролизера за счет снижения падения напряжения в анодном устройстве, которое достигается за счет уменьшения электросопротивления кронштейна вызванного снижением температуры за счет интенсификации теплообмена.
Техническим результатом полезной модели является увеличение теплоотдачи с поверхности кронштейна, снижение температуры и электросопротивления кронштейна.
Технический результат достигается тем, что в обожженном аноде, содержащем обожженный угольный блок, кронштейн с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержатель, соединенный с кронштейном, согласно заявляемому решению, кронштейн и ниппеля имеют сечение округлой формы, радиусом R составляющем 0,045-0,08 длины и 0,09-0,165 ширины обожженного угольного блока или ниппеля выполнены с увеличенным радиусом в нижней части на 1/3 относительно верхней части ниппеля, кроме того переход от кронштейна к крайним ниппелям выполнен под углом α 5-45°.
На фиг.1. изображена заявленная конструкция, на фиг.2 - заявленная конструкция с увеличенным радиусом ниппеля в нижней части.
Обожженный анод содержит обожженный угольный блок 1, кронштейн 2 с ниппелями 3, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока 1 и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах 4, и анододержатель 5, соединенный с кронштейном при помощи биметаллической пластины 6, расположенной в горизонтальной плоскости. При этом кронштейн 2 и ниппеля 3 имеют сечение округлой формы, радиусом R составляющем 0,045-0,08 длины и 0,09-0,165 ширины обожженного угольного блока 1 или ниппеля 3 выполнены с увеличенным радиусом в нижней части на 1/3 относительно верхней части ниппеля 3, кроме того переход от кронштейна 2 к крайним ниппелям 3 выполнен под углом α 5-45°.
В качестве примера рассмотрим электролизер С-255. Данный электролизер работает с анодным устройством, выполненным по типу RU №2196193 - прототипа, в котором используются обожженный угольный блок длиной 1450 мм и шириной 700 мм, ниппеля радиусом 70 мм (0,048 длины и 0,1 ширины обожженного угольного блока). В этом случае, рабочая сила тока на электролизере составит 301 кА, потери тепла с поверхности анодного устройства 312,2 кВт, падение напряжения в анодном устройстве 0,468 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 65 мм (0,045 длины и 0,092 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 302 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 313,1 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,456 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 70 мм (0,048 длины и 0,1 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 303 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 315,4 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,450 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 90 мм (0,062 длины и 0,128 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 308 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 327,6 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,397 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 110 мм (0,076 длины и 0,157 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 315 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 341,3 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,363 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 110 мм (0,080 длины и 0,165 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 317 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 343,5 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,341 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 70 мм в верхней части и 90 мм в нижней части (0,048/0,062 длины и 0,010/0,128 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 307 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 326,2 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,401 В (таблица 1).
Использование в анодном устройстве кронштейна и ниппелей заявляемой формы приводит к тому, что сырье, подаваемое в электролизер, а также используемое для утепления верхней части анодного массива не оседает на кронштейне, а скатывается вниз на обожженный угольный блок. В результате чего теплоотдача с поверхности кронштейна увеличивается, снижается температура и электросопротивление кронштейна и увеличивается рабочая сила тока на электролизере.
Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров.
Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из угольных блоков, анододержателя и ниппельного кронштейна, соединенных между собой с помощью стержней с клиньями, в котором анододержатель в нижней части снабжен пазом, охватывающим ниппельный кронштейн, и прорезью по продольной оси, заканчивающейся отверстием (авторское свидетельство СССР №354003, С22D 3/02, 3/12, опубл. 09.10.72).
Недостатком известного обожженного анода является то, что, во-первых, каждому ниппелю соответствует свой обожженный угольный блок, что создает высокий риск отказа в работе данного анода при плохом контакте ниппель - обожженный угольный блок. Во-вторых, наличие механических соединений создает контактные сопротивления, в которых происходят дополнительные падения напряжения, что в свою очередь препятствует увеличению рабочей силы тока на электролизере.
Наиболее близким к заявленному устройству является 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, и анододержателя, соединенного с кронштейном, крайние ниппеля которого распложены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока (патент RU №2196193, С25С 3/12, опубл. 10.01.2003).
Недостатком такого обожженного анода является то, что верхняя грань кронштейна представляет собой горизонтальную плоскость, на которой скапливается глинозем (сырье) подаваемый в электролизер, а также используемый для утепления верхней части анодного массива. В результате чего теплоотдача с поверхности кронштейна уменьшается, увеличиваются температура, электросопротивление и падение напряжения в аноде, что в свою очередь препятствует увеличению рабочей силы тока на электролизере.
В основу полезной модели положена задача, разработать обожженный анод алюминиевого электролизера, конструкция которого позволяла бы увеличить рабочую силу тока электролизера за счет снижения падения напряжения в анодном устройстве, которое достигается за счет уменьшения электросопротивления кронштейна вызванного снижением температуры за счет интенсификации теплообмена.
Техническим результатом полезной модели является увеличение теплоотдачи с поверхности кронштейна, снижение температуры и электросопротивления кронштейна.
Технический результат достигается тем, что в обожженном аноде, содержащем обожженный угольный блок, кронштейн с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержатель, соединенный с кронштейном, согласно заявляемому решению, кронштейн и ниппеля имеют сечение округлой формы, радиусом R составляющем 0,045-0,08 длины и 0,09-0,165 ширины обожженного угольного блока или ниппеля выполнены с увеличенным радиусом в нижней части на 1/3 относительно верхней части ниппеля, кроме того переход от кронштейна к крайним ниппелям выполнен под углом α 5-45°.
На фиг.1. изображена заявленная конструкция, на фиг.2 - заявленная конструкция с увеличенным радиусом ниппеля в нижней части.
Обожженный анод содержит обожженный угольный блок 1, кронштейн 2 с ниппелями 3, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока 1 и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах 4, и анододержатель 5, соединенный с кронштейном при помощи биметаллической пластины 6, расположенной в горизонтальной плоскости. При этом кронштейн 2 и ниппеля 3 имеют сечение округлой формы, радиусом R составляющем 0,045-0,08 длины и 0,09-0,165 ширины обожженного угольного блока 1 или ниппеля 3 выполнены с увеличенным радиусом в нижней части на 1/3 относительно верхней части ниппеля 3, кроме того переход от кронштейна 2 к крайним ниппелям 3 выполнен под углом α 5-45°.
В качестве примера рассмотрим электролизер С-255. Данный электролизер работает с анодным устройством, выполненным по типу RU №2196193 - прототипа, в котором используются обожженный угольный блок длиной 1450 мм и шириной 700 мм, ниппеля радиусом 70 мм (0,048 длины и 0,1 ширины обожженного угольного блока). В этом случае, рабочая сила тока на электролизере составит 301 кА, потери тепла с поверхности анодного устройства 312,2 кВт, падение напряжения в анодном устройстве 0,468 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 65 мм (0,045 длины и 0,092 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 302 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 313,1 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,456 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 70 мм (0,048 длины и 0,1 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 303 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 315,4 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,450 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 90 мм (0,062 длины и 0,128 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 308 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 327,6 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,397 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 110 мм (0,076 длины и 0,157 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 315 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 341,3 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,363 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 110 мм (0,080 длины и 0,165 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 317 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 343,5 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,341 В (таблица 1).
Использование заявленного анодного устройства с обожженным угольным блоком длиной 1450 мм и шириной 700 мм и ниппелями радиусом 70 мм в верхней части и 90 мм в нижней части (0,048/0,062 длины и 0,010/0,128 ширины обожженного угольного блока) приведет к интенсификации теплообмена. В результате чего увеличатся тепловые потери с анодного устройства, уменьшатся температура и электрическое сопротивление кронштейна. Чтобы сохранить требуемый тепловой баланс электролизера необходимо увеличить силу тока до 307 кА. При этом тепловые потери с анодного устройства составят 326,2 кВт, а падение напряжения в анодном устройстве 0,401 В (таблица 1).
Использование в анодном устройстве кронштейна и ниппелей заявляемой формы приводит к тому, что сырье, подаваемое в электролизер, а также используемое для утепления верхней части анодного массива не оседает на кронштейне, а скатывается вниз на обожженный угольный блок. В результате чего теплоотдача с поверхности кронштейна увеличивается, снижается температура и электросопротивление кронштейна и увеличивается рабочая сила тока на электролизере.
Таблица 1.
Анодное устройство, выполненное по типу RU №2196193
Заявленная конструкция
Заявленная конструкция
Заявленная конструкция
Заявленная конструкция
Заявленная конструкция
Заявленная конструкция с увеличенным радиусом ниппеля в нижней части
Радиус ниппеля
70
65
70
90
110
116
70/90
Отношение радиуса ниппеля к длине обожженного угольного блока
0,048
0,045
0,048
0,062
0,076
0,080
0,048/0,062
Отношение радиуса ниппеля к ширине обожженного угольного блока
0,010
0,092
0,010
0,128
0,157
0,165
307
Сила тока, кА
301
302
303
308
315
317
307
Падение напряжения в аноде, В
0,468
0,456
0,45
0,397
0,363
0,341
0,401
в том числе:
Анододержатель
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
Контакт анододержатель - кронштейн
0,033
0,025
0,025
0,025
0,025
0,025
0,025
Кронштейн
0,049
0,045
0,039
0,024
0,017
0,015
0,028
Котакт ниппель - обожженный угольный блок
0,138
0,138
0,138
0,112
0,090
0,075
0,112
Обожженный угольный блок
0,232
0,232
0,232
0,220
0,215
0,210
0,220
Потери тепла с анодного устройства, кВт
312,2
313,1
315,4
327,6
341,3
343,5
326,2