Электролизер для получения алюминия
ELECTROLYZER FOR OBTAINING ALUMINUM

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия в электролизерах с самоспекающимися анодами.
Известен электролизер с самообжигающимся электродом, включающий разделенный на две секции анод, размещенный в двух анодных кожухах, между которыми расположены съемная крышка и система охлаждения в виде петель труб подвода охлаждающего воздуха [патент РФ №2121014, опубл. 27.10.1998].
Недостаток известного электролизера заключается в интенсификации потерь теплоты от анодных кожухов вследствие увеличения суммарной площади теплоотдающих поверхностей и применения воздушного охлаждения с помощью тягодутьевых машин.
Известен электролизер для получения алюминия, в котором самоспекающийся анод содержит три анодных блока, каждый из которых снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей [патент РФ №2187581, опубл. 20.08.2002].
Недостатком известного электролизера является сложность герметизации двух газоходных каналов, размещенных между тремя анодными блоками.
Задачей заявляемого изобретения является снижение объема газосодержащего слоя электролита и затрат электроэнергии на преодоление его сопротивления за счет уменьшения пути движения анодных газов, образующихся при окислении самоспекающегося анода.
Достигается это тем, что в электролизере для получения алюминия, включающем размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, токоподводящие штыри и систему газоотсоса, самоспекающийся анод на границе между коксопековой композицией и зоной полукокса разделен горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха, равной 0,7÷0,8 от его высоты, и оборудованной вертикальными ячейками с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, при этом ячейки выполнены длиной, равной 0,1÷0,2 длины анодного кожуха, и шириной, равной 0,45÷0,495 ширины анодного кожуха, и размещены с зазором между ними для обеспечения движения образующихся анодных газов в систему газоотсоса.
Зазор между анодными ячейками составляет 0,025÷0,03 длины ячейки.
Электролизер содержит 4÷8 токоподводящих штырей на каждый анодный блок.
Целесообразность использования горизонтальной перегородки обосновывается тем, что таким образом происходит разделение зоны коксопековой композиции, в которой загружаемая в электролизер анодная масса находится в расплавленном состоянии, от зоны полукокса самоспекающегося анода, где начинается формирование анодного блока.
Высота размещения горизонтальной перегородки относительно нижней кромки анодного кожуха объясняется следующими соображениями. Высота анодного кожуха современного электролизера с самоспекающимся анодом составляет ~1800 мм, высота зоны коксопековой композиции 400÷500 мм, или 22-28% высоты анодного кожуха. Таким образом, размещение горизонтальной перегородки на высоте h от нижней кромки анодного кожуха менее 0,7 высоты Н анодного кожуха несет риск того, то горизонтальная перегородка окажется в зоне полукокса, что затруднит заполнение вертикальных ячеек расплавленной коксопековой композицией и формирование в них самоспекающегося анода. Размещение горизонтальной перегородки на высоте h от нижней кромки анодного кожуха более 0,8 его высоты Н несет риск выброса в атмосферу корпуса электролиза вредных продуктов коксования самоспекающегося анода, для которых зона жидкой коксопековой композиции является гидравлическим затвором.
Наличие на горизонтальной перегородке вертикальных ячеек обеспечивает возможность формирования самоспекающегося анода отдельными блоками, в зазорах между которыми образующиеся анодные газы свободно движутся в систему газоотсоса корпуса электролиза.
Длина ячейки 1, равная 0,1÷0,2 длины L анодного кожуха, и ее ширина b, равная 0,45÷0,495 ширины В анодного кожуха, обосновываются следующими соображениями. Длина самоспекающегося анода современного алюминиевого электролизера составляет порядка 8 м, ширина - 3 м. Разделение самоспекающегося анода на ячейки заявляемых габаритов позволяет получить анодные блоки длиной 0,8÷1,6 м и шириной 1,3÷1,5 м, что сопоставимо с габаритами обожженных анодов, длина которых колеблется от 1 до 1,5 м, ширина - от 0,6 до 0,9 м, эксплуатируемых на электролизерах, имеющих более высокие показатели энергетической эффективности в сравнении с электролизерами с самоспекающимся анодом.
Превышение габаритов ячеек выше указанных пределов приведет к увеличению объема газосодержащего слоя электролита под анодными блоками и затрат электроэнергии на преодоление его сопротивления. Уменьшение габаритов ячеек ниже указанных пределов несет риск создания проблемы фиксации в ячейке анодного блока, удерживаемого токоподводящими штырями. При заявляемых габаритах ячейки удержание анодного блока осуществляется 4÷8 токоподводящими штырями, и замена одного из них исключает риск отрыва со штырей анодного блока и его падения в расплав. Однако превышение количества штырей более 8 потребует увеличения размера ячейки и, соответственно, анодного блока, что приведет к росту объема газосодержащего слоя электролита.
Заявляемый электролизер для получения алюминия поясняется графически. На фиг. 1 изображен продольный разрез электролизера, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1, где: 1 - анодный кожух; 2 - горизонтальная перегородка; 3 - токоподводящие анодные штыри; 4 - ячейки анода; 5 - слой коксопековой композиции; 6 - спекшиеся анодные блоки; 7 - катодный узел электролизера; 8 - криолитглиноземная корка; 9 - газоотводящий патрубок.
Заявляемый электролизер для получения алюминия работает следующим образом. Анодная масса, загружаемая в анодный кожух 1, по мере нагревания до температуры 80÷120°С плавится. Образующийся жидкий слой коксопековой композиции 5 удерживается от попадания в расплав горизонтальной перегородкой 2. С перегородки коксопековая композиция равномерно распределяется по ячейкам 4. В ячейках коксопековая композиция спекается, образуя таким образом, отдельные анодные блоки 6 самоспекающегося анода. Подвод тока к анодным блокам, а также их удержание в ячейках от падения в расплав осуществляют с помощью токоподводящих штырей 3, в количестве от 4 до 8 на каждый анодный блок. Анодные газы, образующиеся при коксовании и окислении самоспекающегося анода, по зазорам между ячейками 4 движутся к газоотводящему патрубку 9, откуда они направляются в систему газоотсоса. Выбиванию анодных газов в атмосферу корпуса препятствует криолитглиноземная корка 8, укрывающая поверхность между анодным кожухом 1 и катодным узлом 7 электролиза. Таким образом, уменьшение пути движения анодных газов под анодными блоками снижает объем газосодержащего слоя электролита.
Технический результат заявляемого электролизера заключаются в снижении удельного расхода электроэнергии на 1000-1200 кВт⋅ч/т Аl, в результате сокращения пути газового потока в электролите под анодом снижаются потери металла и возрастает выход его по току.