RU2187581C2

RU2187581C2 - Aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2187581C2
Application number: RU2000120072A
Authority: RU
Inventors: А.И. Бегунов
Original assignee: Бегунов Альберт Иванович
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, production of aluminum in electrolyzers with self-baking anodes. SUBSTANCE: electrolyzer to produce aluminum has upper power supply to self-baking anodes suspended from common frame and placed in parallel and close one to another. Three units are installed in cross-section of electrolyzer. Each unit is provided with lam of anode frame and two rows of current- carrying pins which makes it feasible to reduced loss of metal and its output. EFFECT: reduced loss and increased output of metal. 1 cl, 2 dwg

Description

В металлургии цветных металлов при электролитическом получении алюминия используются электролизеры с предварительно обожженными анодами (ОА), а также самоспекающимися анодами при верхнем (ВТ) или боковом (БТ) токоподводе к ним. Электролизеры с ВТ или БТ содержат в настоящее время один анод прямоугольного сечения при ширине его до 3000 мм. В то же время однозначно установлено, что с возрастанием ширины анода увеличиваются потери металла и снижается катодный выход по току. Современные электролизеры с ОА работают при силе тока до 300 кА и более с выходом металла по току до 95-96%, что объясняется использованием на них узких анодов шириной только в 700-800 мм. На электролизерах с ВТ при типичной ширине анода 2700-2850 мм выход по току не превышает в лучшем случае 87-88 %. Эти электролизеры отличаются также низким качеством анода и расходом электроэнергии на 1500-3000 кВт/ч на тонну металла большим, чем для ванн с ОА Основные недостатки электролизера с ВТ обусловлены использованием в нем одного анода большого сечения. В качестве аналогов предлагаемого электролизера могут рассматриваться электролизеры с самоспекающимися анодами, установленные в 1927 г. на французском заводе в Риуперу, на которых применялись двуханодные конструкции прямоугольного сечения. Близкие к прототипу электролизеры использовались также на Уральском алюминиевом заводе в первые годы его работы. В процессе эксплуатации под каждым анодом образовывалась самостоятельная ванна - тигель, что затрудняло ведение электролиза. In the metallurgy of non-ferrous metals during the electrolytic production of aluminum, electrolyzers with prebaked anodes (OA), as well as self-sintering anodes are used with an upper (VT) or side (BT) current supply to them. Electrolyzers with VT or BT currently contain one anode of rectangular cross section with a width of up to 3000 mm. At the same time, it was unequivocally established that with an increase in the width of the anode, metal losses increase and the cathode current output decreases. Modern electrolyzers with OA operate at a current strength of up to 300 kA and more with a metal current output of up to 95-96%, which is explained by the use of narrow anodes with a width of only 700-800 mm. On electrolyzers with VT with a typical anode width of 2700-2850 mm, the current efficiency does not exceed 87-88% at best. These electrolytic cells are also characterized by low anode quality and an electric power consumption of 1,500-3,000 kW / h per tonne of metal greater than for baths with OA. The main disadvantages of the electrolytic cell with VT are due to the use of one large anode in it. As analogues of the proposed electrolyzer, electrolyzers with self-sintering anodes can be considered, installed in 1927 at the French factory in Riuperu, on which two-anode designs of rectangular section were used. Electrolyzers close to the prototype were also used at the Ural Aluminum Plant in the early years of its operation. During operation, an independent bath was formed under each anode - a crucible, which made it difficult to conduct electrolysis.

Наиболее близким аналогом является электролизер, описанный в патенте РФ 2121014, опубликованном 27.10.1998г. и выданном на имя Норск Гидро (автор А. Пеулсен). В этом изобретении анод разделен на две секции в двух анодных кожухах, расположенных параллельно и близко друг к другу. Между этими кожухами размещены съемная крышка и системы охлаждения в виде петель охлаждающих труб, вентиляторов и т.п. The closest analogue is the electrolyzer described in the patent of the Russian Federation 2121014, published on 10.27.1998. and issued in the name of Norsk Hydro (author A. Peulsen). In this invention, the anode is divided into two sections in two anode housings located parallel and close to each other. Between these casings there is a removable cover and cooling systems in the form of loops of cooling pipes, fans, etc.

Сущность заявленного изобретения направлена на решение задачи увеличения выхода металла по току на электролизерах с самоспекающимися анодами. Для этого анод должен состоять не из двух, как в изобретении - ближайшем аналоге, а из трех параллельно расположенных анодных блоков при ширине каждого из них 900-950 мм. Это значение приближается к определяющему размеру - ширине обожженных анодов, и только разделение анодного массива на три блока позволит поднять выход металла по току до 95-96%, достигаемый на электролизерах с ОА. The essence of the claimed invention is aimed at solving the problem of increasing the metal current output in electrolytic cells with self-sintering anodes. For this, the anode should not consist of two, as in the invention, the closest analogue, but of three parallel located anode blocks with a width of each of them 900-950 mm. This value approaches the determining size - the width of the calcined anodes, and only the division of the anode array into three blocks will allow to increase the current output of the metal to 95-96%, achieved on electrolytic cells with OA.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в том, что газ собирается в два канала, образованные тремя анодными блоками, и в традиционную систему газоулавливания, расположенную по внешним сторонам анодных блоков. В результате сокращения пути газового потока в электролите под анодом снижаются потери металла и возрастает выход его по току. The technical result obtained by using the invention is that the gas is collected in two channels formed by three anode blocks, and in a traditional gas collection system located on the outer sides of the anode blocks. As a result of shortening the path of the gas flow in the electrolyte under the anode, metal losses are reduced and its current output increases.

Технический результат заключается также в том, что каждый анодный блок снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей. Использование в конструкции электролизера трех параллельных анодных блоков с двумя образованными ими внутренними газосборными каналами-промежутками обеспечивает достаточную интенсивность охлаждения за счет естественной аэрации без расхода энергии на принудительное охлаждение. Экономия энергии достигается также за счет повышения качества анода и снижения омических потерь напряжения в нем. The technical result also consists in the fact that each anode block is equipped with a longitudinal beam of the anode frame and two rows of current-carrying pins. The use of three parallel anode blocks in the design of the electrolyzer with two internal gas collecting channels-gaps formed by them provides a sufficient cooling rate due to natural aeration without energy consumption for forced cooling. Energy saving is also achieved by improving the quality of the anode and reducing ohmic voltage losses in it.

При трехблочной схеме компоновки анода, использовании двух рядов токоподводящих штырей в каждом анодном блоке и шести рядов штырей во всем анодном устройстве снижаются горизонтальные составляющие тока в аноде. Этот технический результат благоприятен для перераспределения магнитного поля и также способствует решению задачи увеличения выхода металла по току и повышения эффективности использования энергии. With a three-block arrangement of the anode, the use of two rows of current-carrying pins in each anode block and six rows of pins in the entire anode device, the horizontal components of the current in the anode are reduced. This technical result is favorable for the redistribution of the magnetic field and also contributes to solving the problem of increasing the metal current output and increasing energy efficiency.

На фиг.1 показан поперечный разрез предложенного электролизера. Здесь: 1 - анодные блоки; 2 - продольные балки анодной рамы; 3 - токоподводящие штыри; 4 - поперечные балки жесткости анодной рубашки; 5 - катодное устройство. На фиг.2 этот же электролизер показан в плане. Обозначения те же, что и на фиг.1, т.е. 1 - анодные блоки; 2 - продольные балки анодной рамы; 3 - токоподводящие штыри. Figure 1 shows a cross section of the proposed cell. Here: 1 - anode blocks; 2 - longitudinal beams of the anode frame; 3 - current-carrying pins; 4 - transverse stiffness beams of the anode shirt; 5 - cathode device. In Fig.2, the same electrolyzer is shown in plan. Designations are the same as in figure 1, i.e. 1 - anode blocks; 2 - longitudinal beams of the anode frame; 3 - current-carrying pins.

Для реального электролизера с ВТ на 155-160 кА определяющий размер одного анодного блока составляет около 900 мм. Тогда для межанодных промежутков в 250 мм и расстоянии "борт - анод" по продольным сторонам по 350 мм предложенная конструкция может быть размещена даже в шахте существующих размеров. В самом деле, для типового электролизера с анодом шириной 2800 мм и расстоянием "борт - анод" 550 мм ширина шахты составляет 2800 мм+2•550=3900 мм. For a real electrolytic cell with VT at 155-160 kA, the determining size of one anode block is about 900 mm. Then, for interanode gaps of 250 mm and a board-anode distance of 350 mm along the longitudinal sides, the proposed design can be placed even in an existing shaft. In fact, for a typical electrolyzer with an anode of 2800 mm wide and a board-anode distance of 550 mm, the shaft width is 2800 mm + 2 • 550 = 3900 mm.

Для предложенного электролизера при ширине трех анодных блоков 2700 мм (3•900), ширине межанодных промежутков 500 мм (2•250) и расстоянии "борт - анод" 700 мм (2•350) общая ширина шахты составляет
3•900+2•250+2•350=2700+500+700=3900 мм,
т.е. то же значение, что и для существующего одноанодного электролизера. Для реализации треханодного электролизера, конечно, понадобится использовать карборундовые огнеупоры для бортовой футеровки, широко применяющиеся в ваннах с ОА, и настоящее изобретение по конструктивному оформлению межанодных промежутков.For the proposed electrolyzer, with a width of three anode blocks 2700 mm (3 • 900), a width of interanode gaps of 500 mm (2 • 250) and a board-anode distance of 700 mm (2 • 350), the total shaft width is
3 • 900 + 2 • 250 + 2 • 350 = 2700 + 500 + 700 = 3900 mm,
those. the same value as for the existing single-anode cell. To implement a three-anode electrolyzer, of course, it will be necessary to use carborundum refractories for side lining, which are widely used in bathtubs with OA, and the present invention for the design of inter-anode gaps.

Анодные блоки продольной стороной сориентированы по оси Х (фиг.2) и короткой стороной, т.е. в направлении определяющего размера, по оси У(фиг.1 и фиг. 2). Количество токоподводящих штырей благодаря использованию трех продольных балок анодной рамы при сохранении существующего у аналогов расстояния между штырями возрастает с 18•4=72 шт до 18•6=108 шт. При сохранении количества штырей каждый анодный блок снабжается 24 штырями или суммарно число их составит 24•3=72 шт. The anode blocks with the longitudinal side are oriented along the X axis (FIG. 2) and the short side, i.e. in the direction of the determining size, along the Y axis (Fig. 1 and Fig. 2). The number of current-carrying pins due to the use of three longitudinal beams of the anode frame while maintaining the distance existing between the pins of the analogs increases from 18 • 4 = 72 pcs. To 18 • 6 = 108 pcs. While maintaining the number of pins, each anode block is equipped with 24 pins, or their total number will be 24 • 3 = 72 pieces.

Благодаря уменьшению ширины (определяющего размера) от 2800 мм для единичного анода до 900 мм для каждого из анодных блоков снижается газогидродинамическая составляющая потерь металла и выход его по току увеличивается до ≈95%. Благодаря возрастанию количества штырей с 72 до 108 шт. и увеличению равномерности распределения тока по анодам омический перепад напряжения в аноде снижается на 15-200 мВ. Потери напряжения на газосодержащем прианодном слое уменьшаются не менее, чем на 50 мВ. Благодаря более равномерному распределению концентрации глинозема по межполюсному зазору предложенного электролизера снижается также частота вспышек, это обеспечивает дополнительную экономию порядка 20 мВ среднего напряжения и также способствует росту выхода металла по току. Суммарная величина среднего напряжения снижается примерно на 250 мВ, что отвечает экономии в 950-1000 кВт/ч на тонну металла. Таким образом, в пределе основные показатели эксплуатации такого электролизера значительно улучшаются и приближаются к соответствующим показателям работы ванн с OA3 Due to the reduction of the width (determining size) from 2800 mm for a single anode to 900 mm for each of the anode blocks, the gas-hydrodynamic component of metal losses decreases and its current efficiency increases to ≈95%. Due to the increase in the number of pins from 72 to 108 pcs. and increasing the uniformity of the current distribution over the anodes, the ohmic voltage drop across the anode is reduced by 15-200 mV. Voltage losses on the gas-containing anode layer are reduced by no less than 50 mV. Due to a more uniform distribution of the alumina concentration over the interpolar gap of the proposed electrolyzer, the frequency of flashes is also reduced, this provides additional savings of about 20 mV average voltage and also contributes to an increase in the metal current output. The total average voltage is reduced by about 250 mV, which corresponds to savings of 950-1000 kW / h per ton of metal. Thus, in the limit, the main performance indicators of such an electrolyzer are significantly improved and approach the corresponding performance indicators of baths with OA3

Claims

1. An electrolyzer for producing aluminum with an upper current lead to self-sintering anodes suspended on a common anode frame and located parallel and close to each other, characterized in that three anode blocks are installed in its cross section.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that each anode block is equipped with a longitudinal beam of the anode frame and two rows of current-carrying pins.