RU2094538C1 - Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer - Google Patents
Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094538C1 RU2094538C1 RU96105055A RU96105055A RU2094538C1 RU 2094538 C1 RU2094538 C1 RU 2094538C1 RU 96105055 A RU96105055 A RU 96105055A RU 96105055 A RU96105055 A RU 96105055A RU 2094538 C1 RU2094538 C1 RU 2094538C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cracks
- pins
- self
- disconnected
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 title abstract 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токопроводом. The invention relates to the electrolytic production of aluminum in electrolytic cells with a self-baking anode and an overhead conductor.
Появление и развитие трещин на нижней границе и боковой поверхности самообжигающегося анода с верхним токопроводом обусловлено такими факторами, как неравномерное поле термических напряжений в спеченной части, вызванное, в свою очередь, неравномерностью выделений Джоулева тепла за счет неравномерной плотности тока по участкам анода. Наличие трещин приводит к возрастанию неравномерности плотности тока, нарушению циркуляции электролита, тепломассообмена. Кроме того, трещины достигают стального штыря, что приводит к резкому возрастанию окисляемости штыря, его преждевременному износу и загрязнению катодного металла. При наличии трещин затруднена перестановка штырей из-за возможного протека жидкой анодной массы в расплав ванны. Наличие трещины на боковой поверхности анода приводит к растворению металлоконструкций колокольного газосборника, устройства АПГ. The appearance and development of cracks on the lower boundary and the side surface of the self-baking anode with the upper current lead is due to factors such as an uneven field of thermal stresses in the sintered part, caused, in turn, by the uneven release of Joule heat due to the uneven current density over the anode sections. The presence of cracks leads to an increase in the unevenness of the current density, disruption of the circulation of the electrolyte, heat and mass transfer. In addition, cracks reach the steel pin, which leads to a sharp increase in the oxidizability of the pin, its premature wear and contamination of the cathode metal. In the presence of cracks, it is difficult to rearrange the pins due to the possible leakage of the liquid anode mass into the molten bath. The presence of a crack on the side surface of the anode leads to the dissolution of the metal structures of the bell gas collector, APG device.
Известен способ уменьшения размеров трещин самообжигающегося анода путем снижения температуры нижней (спеченной) части анода за счет минимального погружения анода в шахту ванны, поддержания низкой температуры электролиза и минимальной тепловой изоляции спеченной части анода со стороны анодного кожуха [1]
Известный способ, однако, не обеспечивает устранения трещин. Кроме того, существуют большие затруднения в его реализации, поскольку минимизация погружения анода в шахту ванны связана со снижением высоты слоя металла, электролита, а это, в свою очередь, прямо связано с поддержанием теплового баланса электролизера и обратно пропорционально температуре электролизера. Уменьшение тепловой изоляции анода со стороны анодного кожуха вызывает чрезмерное снижение высоты спеченной части анода на боковой поверхности анода, что приводит к протеку жидкой анодной массы между анодом и кожухом.A known method of reducing the size of cracks of a self-burning anode by lowering the temperature of the lower (sintered) part of the anode due to the minimum immersion of the anode in the shaft of the bath, maintaining a low electrolysis temperature and minimal thermal insulation of the sintered part of the anode from the side of the anode casing [1]
The known method, however, does not eliminate cracks. In addition, there are great difficulties in its implementation, since minimizing the immersion of the anode in the bath shaft is associated with a decrease in the height of the metal layer, electrolyte, and this, in turn, is directly related to maintaining the thermal balance of the cell and is inversely proportional to the temperature of the cell. The decrease in thermal insulation of the anode from the side of the anode casing causes an excessive decrease in the height of the sintered part of the anode on the side surface of the anode, which leads to leakage of liquid anode mass between the anode and the casing.
Одним из наиболее близких по технической сущности является известный способ снижения термических напряжений в электродах большого сечения, согласно которому уменьшение термического напряжения и растрескивания электродов больших диаметров достигают путем создания продольных радиальных щелей на поверхности электрода [2]
Известный способ не реализуется на анодах Зодерберга, поскольку выполнение продольных щелей на поверхности самообжигающегося анода алюминиевого электролизера технически невозможно, так как анод расположен внутри стального кожуха, периодически перемещающегося относительно тела анода. Кроме того, наличие щелей на боковой поверхности анода крайне нежелательно из-за высокой агрессивности анодных газов и кислорода атмосферы, разрушающих анод с высокой развитостью поверхности в высокотемпературной части, расположенной между кожухом и уровнем электролита.One of the closest in technical essence is the known method of reducing thermal stresses in electrodes of large cross-section, according to which the reduction of thermal stress and cracking of electrodes of large diameters is achieved by creating longitudinal radial slots on the surface of the electrode [2]
The known method is not implemented on the Soderberg anodes, since it is technically impossible to perform longitudinal slots on the surface of the self-burning anode of an aluminum electrolysis cell, since the anode is located inside a steel casing periodically moving relative to the anode body. In addition, the presence of gaps on the side surface of the anode is extremely undesirable due to the high aggressiveness of the anode gases and atmospheric oxygen, which destroy the anode with a high surface development in the high-temperature part located between the casing and the electrolyte level.
Ближайшим аналогом по технической сущности и достигаемому результату является известное техническое решение, согласно которому стенка анодного кожуха в плане выполнения волнистой, причем выступающая наружу вершина синусоиды и ось ближайшего токоподводящего штыря продольной или торцевой стороны лежат в одной плоскости перпендикулярной соответственно продольной и поперечной оси анода (3). The closest analogue in technical essence and the achieved result is the well-known technical solution, according to which the wall of the anode casing is wavy in plan view, with the outward apex of the sinusoid and the axis of the nearest current-carrying pin of the longitudinal or end sides lying in the same plane perpendicular to the longitudinal and transverse axis of the anode (3 )
При использовании известного технического решения боковая поверхность анода формируется волнистой, что снижает термические напряжения. Однако в ходе эксплуатации срабатывает фактор развитости поверхности, что приводит к повышенному окислению углерода, появлению выгораний анода, достигающих неспеченной части анода ("шейка") и провоцирующих протеки пека, растворимого технологического хода, потери анодной массы возрастают. Кроме того, известное техническое решение не позволяет устранять трещины (снижать термические напряжения) в областях анода, лежащих вблизи продольной оси анода Зодерберга. В результате все это снижает технические возможности известного изобретения, не позволяет внедрять его в больших масштабах. When using the known technical solution, the side surface of the anode is formed wavy, which reduces thermal stresses. However, during operation, the surface development factor is triggered, which leads to increased carbon oxidation, the appearance of burnouts of the anode, reaching the green part of the anode (“neck”) and provoking pitch proteins, a soluble process, and the loss of the anode mass increases. In addition, the known technical solution does not allow to eliminate cracks (reduce thermal stresses) in the regions of the anode lying near the longitudinal axis of the Soderberg anode. As a result, all this reduces the technical capabilities of the known invention, does not allow to introduce it on a large scale.
Технический результат изобретения снижение расхода анодной массы, электроэнергии, трудозатрат, повышение производительности электролизера и сортности получаемого алюминия. The technical result of the invention is the reduction of the consumption of the anode mass, electricity, labor, increasing the productivity of the cell and the grade of aluminum obtained.
Технический результат достигается тем, что при ведении электролиза в областях наличия трещин в аноде снижают локальную плотность тока путем отключения токоподводящих штырей от электрической цепи до устранения трещин, причем отключают 1 10% штырей. Отключенные штыри могут не извлекать из тела анода или извлекают часть штырей, а после устранения трещин устанавливают на свое место. The technical result is achieved by the fact that when conducting electrolysis in the presence of cracks in the anode, the local current density is reduced by disconnecting the current-carrying pins from the electric circuit to eliminate cracks, and 1 10% of the pins are disconnected. Disconnected pins may not be removed from the body of the anode or some of the pins will be removed, and after eliminating cracks, they will be replaced.
Отключение штырей в области наличия трещины позволяет, во-первых, снизить термическое напряжение, вызывающее появление и развитие трещины, за счет уменьшения плотности тока (выделение Джоулева тепла) в области трещины. В результате происходит коксование жидкой анодной массы (ЖАМ) в трещине со значительно меньшей скоростью. При этом снижение термической нагрузки приводит к повторному сжатию трещины, что улучшает условия спекания ЖАМ с анодом, возрастает качество структуры спеченной трещины. С другой стороны, снижение плотности тока в локальной области анода снижает интенсивность образования анодных газов, вызывающих развитие трещины в направлении "снизу вверх". Это ускоряет процесс ликвидации трещины. Отключенные штыри, находящиеся в аноде, создают дополнительный эффект снижения термической нагрузки, поскольку работают в качестве теплового насоса. Это приводит к сокращению времени устранения трещины. Disconnecting the pins in the region of the presence of a crack allows, firstly, to reduce the thermal stress that causes the appearance and development of the crack by reducing the current density (the generation of Joule heat) in the region of the crack. As a result, coking of the liquid anode mass (LAM) in the crack occurs at a much lower rate. In this case, a decrease in the thermal load leads to repeated compression of the crack, which improves the conditions for sintering the LAM with the anode, and the quality of the structure of the sintered crack increases. On the other hand, a decrease in the current density in the local region of the anode reduces the intensity of the formation of anode gases, causing the development of cracks in the direction from the bottom up. This speeds up the crack repair process. The disconnected pins located in the anode create an additional effect of reducing the thermal load, since they work as a heat pump. This leads to a reduction in crack repair time.
Извлечение отключенных штырей (части штырей) из тела анода обусловлено следующими факторами:
1. Ширина и глубина трещины может достигать отключенного штыря, что приводит к быстрому износу (окислению) материала штыря и участию окиси железа (как катализатора окисления углерода) в дальнейшем разрушении анода.Removing the disconnected pins (parts of the pins) from the body of the anode is due to the following factors:
1. The width and depth of the crack can reach the disconnected pin, which leads to rapid wear (oxidation) of the material of the pin and the participation of iron oxide (as a catalyst for the oxidation of carbon) in the further destruction of the anode.
2. В случае, если трещина находится в центральной части анода, имеющего, как известно, плотность тока на 10% больше по сравнению с периферией, снижение термических напряжений может быть незначительно благодаря физическому сопротивлению отключенных, но не извлеченных штырей, изменению объема анода в данной области. 2. If the crack is located in the central part of the anode, which, as you know, has a current density of 10% higher than the periphery, the decrease in thermal stresses can be insignificant due to the physical resistance of the disconnected but not removed pins, and the change in the volume of the anode in this area.
Пример реализации способа. An example implementation of the method.
Не девяти промышленных электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-85 на силу тока 156 кА, оснащенных устройствами АПГ (автоматическое питание глинозема) точечного типа, определяют наличие трещин на нижней границе и боковой поверхности анода, вызывающих выплескивание жидкого электролита на колокольный газосборник и пробойники АПГ. Nine nine industrial electrolyzers with a self-burning anode and a top current lead of type C-85 for a current of 156 kA, equipped with point-type APG devices (automatic alumina feed), determine the presence of cracks on the lower boundary and lateral surface of the anode, causing liquid electrolyte to spill onto the bell collector and APG piercers.
На шести из десяти опытных электролизеров отключают необходимое количество штырей (в пределах 10% от общего количества) в непосредственной близости от трещины. На трех из шести опытных электролизерах отключенные штыри (часть отключенных) извлекают. После устранения трещин штыри устанавливают на свое место и подключают к электролитической цепи. Исходные данные и осредненные результаты испытаний предлагаемого способа отражены в табл. 1 и 2. In six out of ten experimental electrolyzers, the required number of pins (within 10% of the total number) in the immediate vicinity of the crack is disconnected. On three of the six experimental electrolyzers, the disconnected pins (part of the disconnected) are removed. After the cracks have been fixed, the pins are put in place and connected to the electrolytic circuit. The source data and the averaged test results of the proposed method are shown in table. 1 and 2.
Как следует из полученных результатов, на электролизерах-свидетелях за период испытаний продолжалось наличие трещин на боковой поверхности и подошве анода, что приводит к интенсивной циркуляции электролита, отсутствию корки на его поверхности. При этом электролит плещет на газосборный колокол, пробойник АПГ и выводит их из строя. На опытных же электролизерах групп "B", "C" это явление отсутствует после 3 7 суток с момента отключения штырей в районах трещин. As follows from the obtained results, the presence of cracks on the side surface and the bottom of the anode continued on the witness electrolyzers during the test period, which leads to intensive circulation of the electrolyte and the absence of a crust on its surface. At the same time, the electrolyte splashes on the gas collection bell, the APG punch and disables them. On experimental electrolyzers of groups "B", "C" this phenomenon is absent after 3 7 days from the moment of disconnection of the pins in the areas of cracks.
Кроме этого, на пробойник АПГ опытных электролизеров меньше приход тепла за счет отсутствия налипания электролита. Все это позволяет повысить работоспособность и надежность устройства АПГ, газосборника, сортность получаемого алюминия, снизить частоту анодных эффектов и среднее напряжение электролизера на 0,2 0,5 сут-1 и 50 60 мВ соответственно. Улучшение качества анода за счет ликвидации трещин, повышение работоспособности устройства АПГ позволяют снизить расход анодной массы приблизительно на 45 - 60 кг/т A1, повысить производительность электролизера приблизительно на 3 8 кг/сут. существенно снизить трудозатраты на обслуживание электролизера и устройства АПГ.In addition, the heat transfer due to the absence of electrolyte buildup is less on the APG piercer of the experimental electrolyzers. All this makes it possible to increase the operability and reliability of the APG device, gas collector, the grade of the obtained aluminum, reduce the frequency of anode effects and the average voltage of the cell by 0.2 0.5 days -1 and 50 60 mV, respectively. Improving the quality of the anode due to the elimination of cracks, increasing the efficiency of the APG device can reduce the consumption of the anode mass by about 45-60 kg / t A1, and increase the productivity of the cell by about 3 8 kg / day. significantly reduce labor costs for maintenance of the electrolyzer and the device APG.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96105055A RU2094538C1 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96105055A RU2094538C1 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2094538C1 true RU2094538C1 (en) | 1997-10-27 |
| RU96105055A RU96105055A (en) | 1997-11-20 |
Family
ID=20178103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96105055A RU2094538C1 (en) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2094538C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613839C2 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-21 | Сергей Дмитриевич Цымбалов | Method for current lead to aluminium electrolyser device with self-burning anode and upper current lead |
-
1996
- 1996-03-12 RU RU96105055A patent/RU2094538C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. US, патент, 2603669, кл. 13-18, 1949. 2. RU, патент, 2016141, кл. C 25 C 3/06, 1994. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2613839C2 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-21 | Сергей Дмитриевич Цымбалов | Method for current lead to aluminium electrolyser device with self-burning anode and upper current lead |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11015254B2 (en) | Aluminum electrolytic bath having continuous aluminum-frame anode with built-in conductors | |
| US6387237B1 (en) | Cathode collector bar with spacer for improved heat balance and method | |
| RU2449058C2 (en) | Electrolyser for aluminium production provided with voltage drop decreasing means | |
| EP1147246B1 (en) | Cathode collector bar with spacer for improved heat balance | |
| US4612105A (en) | Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis | |
| US4392926A (en) | Process and apparatus for production of aluminum | |
| CA1280715C (en) | Electrolytic cell with anode having projections and surrounded by partition | |
| CN114752967A (en) | Cluster type rare earth metal fused salt electrolysis device | |
| US3067124A (en) | Furnace for fused-bath electrolysis, particularly for aluminum production from alo | |
| RU2319792C2 (en) | Method for preliminarily heating cell for producing aluminum | |
| RU2094538C1 (en) | Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer | |
| NO332628B1 (en) | Aluminum electro recovery cells with oxygen-generating anodes | |
| GB962599A (en) | Electrolytic furnace for aluminium production | |
| CN217839161U (en) | Cluster formula rare earth metal fused salt electrolytic device | |
| US4597839A (en) | Method and apparatus for production of a metal from metallic oxide ore | |
| CN2745941Y (en) | Metal lithium electrolytic tank | |
| CN2641061Y (en) | Solid aluminum calcining appts. for aluminum electrolyzer | |
| RU2082829C1 (en) | Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply | |
| CN201354387Y (en) | Aluminum electrolysis bath novel inclined groove type cathode block structure | |
| RU2734512C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| US3116228A (en) | Diaphragm type electrolyticcell | |
| RU2812455C1 (en) | Method for heating baked anodes for aluminum electrolysis | |
| RU2113549C1 (en) | Process of firing of aluminium electrolyzer | |
| CN217628667U (en) | Anode device of magnesium electrolytic cell | |
| SU703605A1 (en) | Current supply to electrolyzer electrodes |