RU2606365C1 - Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead - Google Patents
Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606365C1 RU2606365C1 RU2015136865A RU2015136865A RU2606365C1 RU 2606365 C1 RU2606365 C1 RU 2606365C1 RU 2015136865 A RU2015136865 A RU 2015136865A RU 2015136865 A RU2015136865 A RU 2015136865A RU 2606365 C1 RU2606365 C1 RU 2606365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cooling elements
- mass
- pins
- metal cooling
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 title abstract 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 70
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 4
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000000571 coke Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 8
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к технологии формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом.The invention relates to the electrolytic production of aluminum, and in particular to a technology for the formation of a self-burning anode of an aluminum electrolyzer with a top current lead.
Одной из задач, связанных с формированием качественного самообжигающегося анода, является выравнивание термической нагрузки между более холодными периферийными и горячими центральными частями анода. Одним из вариантов решения этой задачи является установка в жидкую фазу анода электролизера частично заглубленных, металлических охлаждающих элементов.One of the tasks associated with the formation of a high-quality self-baking anode is to equalize the thermal load between the colder peripheral and hot central parts of the anode. One of the solutions to this problem is to install partially buried, metal cooling elements in the liquid phase of the anode of the electrolyzer.
Известно устройство для отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, содержащее теплоотводящие элементы, погруженные в жидкую анодную массу и выполненные в виде металлических пластин с отверстиями для протекания анодной массы, а также узел подвески элемента к анодному кожуху, отличающийся тем, что с целью улучшения условий формирования конуса спекания путем дифференцированного отвода тепла, теплоотводящие элементы в нижней их части выполнены утолщенными, с отношениями сечений нижней части к верхней как (1,2÷2):1, причем нижние концы теплоотводящих элементов снабжены выступами, обращенными к конусу спекания анода (А.с. СССР №908962, С25С 3/12, опубл. 28.02.1982 г.).A device is known for removing heat from a self-burning anode of an aluminum electrolyzer containing heat-removing elements immersed in the liquid anode mass and made in the form of metal plates with holes for the flow of the anode mass, as well as a node for suspending the element to the anode casing, characterized in that in order to improve conditions the formation of a sintering cone by means of differentiated heat removal, the heat-removing elements in their lower part are made thickened, with the ratios of the sections of the lower part to the upper as (1,2 ÷ 2): 1, Rich lower ends of the heat-removing elements are provided with projections facing the cone sintered anode (AS USSR №908962, S25S 12/03, publ. 02.28.1982 g).
Известно устройство для отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера при помощи теплоотводящих элементов, погруженных нижним концом в жидкую анодную массу, отличающееся тем, что, с целью дифференцированного отвода тепла без применения ручного труда на регулировку устройства, оно выполнено из набора теплопроводящих пластин различной длины с отверстиями, расположенными по их центру, и несущих стержней, проходящих через отверстия пластин. При этом нижние концы теплопроводящих пластин в центральной части анода погружены в жидкую анодную массу на максимальную глубину с постепенным уменьшением глубины погружения их к периферии и торцам анода, а верхние концы пластин расположены над уровнем жидкой анодной массы в виде выступов максимальной высоты в центральной части анода с постепенным уменьшением их высоты к периферии и торцам анода (А.с. СССР №268663, C22d 3/02, 3/12, опубл. 01.01.1970 г.).A device is known for removing heat from a self-burning anode of an aluminum electrolysis cell using heat-removing elements immersed at the lower end in a liquid anode mass, characterized in that, for the purpose of differentiated heat removal without using manual labor to adjust the device, it is made of a set of heat-conducting plates of various lengths holes located in their center, and bearing rods passing through the holes of the plates. The lower ends of the heat-conducting plates in the central part of the anode are immersed in the liquid anode mass to the maximum depth with a gradual decrease in the depth of immersion to the periphery and ends of the anode, and the upper ends of the plates are located above the level of the liquid anode mass in the form of protrusions of the maximum height in the central part of the anode with a gradual decrease in their height to the periphery and ends of the anode (AS USSR No. 268663, C22d 3/02, 3/12, publ. 01.01.1970).
Известен способ отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера при помощи теплоотводящих элементов, одними концами погруженными в жидкую анодную массу, а другими выступающими над поверхностью анода, отличающийся тем, что с целью дифференцированного отвода тепла от анода, теплоотводящие элементы в центральной части анода погружают нижними концами в жидкую анодную массу на максимальную глубину с постепенным уменьшением глубины их погружения к периферии и торцам анода, а верхние концы их возвышают на уровнем жидкой анодной массы в центральной части на максимальную высоту с постепенным ее уменьшением к периферии и торцам анода (А.с. СССР №268664, C22d 3/02, 3/12, опубл. 01.01.1970 г.).A known method of heat dissipation from a self-burning anode of an aluminum electrolyzer using heat dissipating elements, one ends immersed in the liquid anode mass, and the other protruding above the surface of the anode, characterized in that in order to differentially remove heat from the anode, the heat dissipating elements in the central part of the anode are immersed with lower ends into the liquid anode mass to the maximum depth with a gradual decrease in the depth of their immersion to the periphery and ends of the anode, and their upper ends rise at the level of the liquid nodnoy mass in the central part of the maximum height, with a gradual decrease in its periphery and the ends of the anode (AS USSR №268664, C22d 3/02, 3/12, publ. 01.01.1970 city).
В патенте RU №2315822 заявлено анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающее угольный анод, анодные штыри, состоящие из цилиндрической и конической частей, отличающееся тем, что в средней части угольного анода установлены анодные штыри с большим диаметром цилиндрической части, чем диаметр цилиндрической части анодных штырей во внешних рядах и торцах угольного анода вида в плане. При этом в средней части угольного анода установлены анодные штыри с диаметром цилиндрической части в 1,1-1,5 раза больше диаметра анодных штырей, установленных во внешних рядах и торцах угольного анода вида в плане (Патент RU №2315822, С25С 3/12, опубл. 27.01.2008 г.). Анодные штыри с увеличенным диаметром цилиндрической части, наряду с функцией подвода тока к аноду, выполняют роль теплоотводящих металлических элементов. При установке анодных штырей большего диаметра только в средней части угольного анода обеспечивается снижение падения напряжения в угольном аноде, снижается термическая напряженность угольного анода, улучшается качество вторичного анода без ухудшения состояния угольного анода на периферии и в торцах.In patent RU No. 2315822 an anode device of an aluminum electrolyzer with an upper current supply is declared, including a carbon anode, anode pins consisting of a cylindrical and conical parts, characterized in that anode pins with a larger diameter of the cylindrical part than the diameter of the cylindrical part are installed in the middle part of the carbon anode anode pins in the outer rows and ends of the carbon anode of the plan view. Moreover, in the middle part of the carbon anode installed anode pins with a diameter of a cylindrical part 1.1-1.5 times larger than the diameter of the anode pins installed in the outer rows and ends of the carbon anode of the plan view (Patent RU No. 2315822, C25C 3/12, published on January 27, 2008). Anode pins with an increased diameter of the cylindrical part, along with the function of supplying current to the anode, play the role of heat-removing metal elements. When installing larger diameter anode pins only in the middle part of the carbon anode, the voltage drop in the carbon anode is reduced, the thermal tension of the carbon anode is reduced, the quality of the secondary anode is improved without deterioration of the state of the carbon anode at the periphery and at the ends.
К недостаткам известного решения можно отнести сложность изготовления теплоотводящих элементов переменного сечения с выступами, возможность налипания жидкой анодной массы в местах расширения теплоотводящих элементов, а также риск запекания в конус спекания анода выступов теплоотводящих элементов.The disadvantages of the known solutions include the difficulty in manufacturing heat-releasing elements of variable cross section with protrusions, the possibility of sticking of the liquid anode mass at the points of expansion of the heat-releasing elements, as well as the risk of baking protrusions of the heat-releasing elements into the anode sintering cone.
Известно устройство для отвода тепла от самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, состоящее из металлических теплоотводящих элементов, выполненных в виде сплошных ребер, укрепленных в верхней части анодного кожуха и частично погруженных нижними концами в жидкую анодную массу, в котором, с целью регулирования отвода тепла от анода в атмосферу цеха и равномерного распределения тепла по всему объему жидкой анодной массы, теплоотводящие элементы выполнены с вырезами на концах и с отверстиями, расположенными выше центра их тяжести для подвески на аноде (А.с. СССР №278124, С25С 3/02, 3/12, опубл. 01.01.1970 г.).A device is known for removing heat from a self-burning anode of an aluminum electrolyzer, consisting of metal heat-removing elements made in the form of solid ribs, mounted in the upper part of the anode casing and partially immersed by the lower ends in the liquid anode mass, in which, in order to regulate heat removal from the anode, the atmosphere of the workshop and the uniform distribution of heat throughout the entire volume of the liquid anode mass, the heat-removing elements are made with cutouts at the ends and with holes located above the center of their weight ty for suspension on the anode (AS USSR No. 278124, C25C 3/02, 3/12, publ. 01.01.1970).
В известном решении металлические теплоотводящие элементы расположены поперек продольной оси электролизера и предназначены для перераспределения тепла между центральной частью анода и его периферией с возможностью перетекания жидкой анодной массы через окна в теплоотводящих элементах. К недостаткам устройства можно отнести сложность изготовления теплоотводящих элементов с окнами и вырезами, их большую длину, равную практически ширине анода, а также применимость только для самообжигающихся анодов с рядовой анодной массой.In a known solution, metal heat sink elements are located across the longitudinal axis of the electrolyzer and are designed to redistribute heat between the Central part of the anode and its periphery with the possibility of flow of the liquid anode mass through the windows in the heat sink elements. The disadvantages of the device include the complexity of manufacturing heat-removing elements with windows and cutouts, their large length, which is almost the width of the anode, as well as their applicability only for self-baking anodes with an ordinary anode mass.
Наиболее близким по технической сущности, наличию сходных признаков к заявляемому решению является «Устройство для отвода тепла от поверхности анода», которое выбрано в качестве ближайшего аналога. Заявленное устройство, включающее колокольный газосборник, кожух и токоподводящие штыри, дополнительно содержит металлические ребра, имеющие одинаковую высоту и установленные с возрастающим от центра к периферии анода заглублением в коксопековый слой. При этом отношение высоты ребра к высоте его части, выступающей над поверхностью массы, составляет 2÷6. Устройство позволяет за счет выравнивания температуры по всем зонам поверхности коксопекового слоя достигнуть его однородности по объему и тем самым обеспечить снижение расхода углеродистого сырья (Патент RU №1611991, С25С 3/12, опубл. 07.12.1990 г.).The closest in technical essence, the presence of similar features to the claimed solution is "Device for heat removal from the surface of the anode", which is selected as the closest analogue. The claimed device, including a bell gas collector, a casing and current-carrying pins, additionally contains metal ribs having the same height and installed with increasing depth from the center to the periphery of the anode into the coke pitch layer. The ratio of the height of the rib to the height of its part protruding above the surface of the mass is 2 ÷ 6. The device allows due to equalization of temperature across all zones of the surface of the coke-pitch layer to achieve its uniformity in volume and thereby ensure a reduction in the consumption of carbon raw materials (Patent RU No. 1611991, C25C 3/12, publ. 07.12.1990).
Недостатками известного устройства являются необходимость установки большого количества металлических ребер по всей площади анода и регулирования глубины погружения ребер в коксопековый слой. Это обстоятельство усложняет обслуживание анода. Также устройство для отвода тепла отработано на электролизерах с силой тока 156 кА, работающих на рядовой анодной массе с использованием в качестве связующего низкотемпературного каменноугольного пека, что ограничивает область применения известного технического решения.The disadvantages of the known device are the need to install a large number of metal ribs over the entire area of the anode and regulate the depth of immersion of the ribs in the coke pitch layer. This circumstance complicates the maintenance of the anode. Also, the device for heat removal was tested on electrolyzers with a current strength of 156 kA operating on an anode mass using low-temperature coal tar pitch as a binder, which limits the scope of the known technical solution.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, снижение выбросов вредных веществ с поверхности анода в стационарный период работы, уменьшение материалоемкости и трудозатрат по обслуживанию анода.The task of the invention is to improve the quality of the self-burning anode of an aluminum electrolysis cell, to reduce emissions of harmful substances from the surface of the anode during the stationary period of operation, to reduce the material consumption and labor costs of maintaining the anode.
При этом техническим результатом является уменьшение расхода анодной массы, снижение выхода электролитной угольной пены, сокращение расхода электроэнергии и выбросов загрязняющих веществ за счет повышения качества анода.In this case, the technical result is a decrease in the consumption of the anode mass, a decrease in the yield of electrolyte carbon foam, a reduction in the consumption of electricity and emissions of pollutants by improving the quality of the anode.
Технический результат достигается за счет того, что в способе формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, включающим загрузку анодной массы в анодный кожух, установку в жидкую фазу анода вдоль продольной оси анода электролизера частично заглубленных, одинаковых по высоте металлических охлаждающих элементов, подъем анодного кожуха, перестановку стальных анодных штырей на более высокий горизонт анода с извлечением стальных штырей из тела угольного анода, загрузку дозированного количества подштыревой массы и установку штырей в лунку анода, согласно заявляемому изобретению загружают анодную массу на основе нефтяного кокса с содержанием каменноугольного пека 27-29%, устанавливают горизонтально ориентированные металлические охлаждающие элементы в одну линию между центральными рядами анодных штырей с одинаковой глубиной погружения в жидкую фазу анода, а подъем анодного кожуха осуществляют с подъемом металлических охлаждающих элементов за один прием не более чем на 3,0 см.The technical result is achieved due to the fact that in the method of forming a self-burning anode of an aluminum electrolyzer with an upper current lead, including loading the anode mass into the anode casing, installing in the liquid phase of the anode along the longitudinal axis of the anode of the electrolyzer partially buried metal cooling elements of equal height, raising the anode casing , rearrangement of steel anode pins to a higher anode horizon with the removal of steel pins from the body of the carbon anode, loading a metered amount of one-pin mass and the installation of the pins in the hole of the anode, according to the claimed invention load the anode mass based on petroleum coke with a coal tar content of 27-29%, install horizontally oriented metal cooling elements in one line between the Central rows of anode pins with the same depth of immersion in the liquid phase of the anode and the lifting of the anode casing is carried out with the lifting of the metal cooling elements in one go not more than 3.0 cm
Способ дополняют частные случаи его реализации.The method is supplemented by special cases of its implementation.
На электролизерах с трехконтрфорсными анодными кожухами устанавливают в жидкую фазу анода четыре охлаждающих металлических элемента, на электролизерах с четырехконтрфорсными анодными кожухами - три металлических охлаждающих элемента.On electrolyzers with three-contour anode casings, four cooling metal elements are installed in the liquid phase of the anode; on electrolyzers with four-contour anode casings, three metal cooling elements are installed.
Толщину охлаждающих металлических элементов поддерживают в пределах 35-45 мм.The thickness of the cooling metal elements is maintained within 35-45 mm.
Соотношение между погруженной в жидкую фазу анода и не погруженной частью охлаждающих металлических элементов выдерживают равным 55-65%:35-45%, при этом глубину погружения охлаждающих элементов поддерживают в пределах 275-325 мм.The ratio between the immersed in the liquid phase of the anode and the non-immersed part of the cooling metal elements is maintained equal to 55-65%: 35-45%, while the immersion depth of the cooling elements is maintained within 275-325 mm.
Техническая сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. Заявляемый способ формирования самообжигающегося анода распространяется на технологию формирования анода с использованием «сухой» анодной массы с уменьшенным до 27÷29% содержанием связующего - каменноугольного пека. При концентрации связующего в анодной массе менее 27% формируется рыхлый анод с непрочной связкой между частицами кокса. Содержание связующего в анодной массе свыше 29% способствует расслоению жидкой фазы анода по высоте и ликвации частиц наполнителя (кокса) в нижние слои жидкой анодной массы.The technical nature of the proposed technical solution is as follows. The inventive method of forming a self-baking anode extends to the technology of forming the anode using a "dry" anode mass with a binder content of coal tar pitch reduced to 27–29%. At a binder concentration in the anode mass of less than 27%, a loose anode is formed with a weak bond between coke particles. The binder content in the anode mass of over 29% contributes to the separation of the liquid phase of the anode in height and segregation of filler particles (coke) in the lower layers of the liquid anode mass.
Использование «сухой» анодной массы позволило сократить количество охлаждающих металлических элементов в аноде и установить их в один ряд вдоль продольной оси электролизера между центральными рядами анодных штырей под трапик обслуживания анода.The use of a “dry” anode mass made it possible to reduce the number of cooling metal elements in the anode and install them in one row along the longitudinal axis of the cell between the central rows of anode pins under the anode maintenance path.
Ограничение высоты подъема анодного кожуха, а вместе с ним и металлических охлаждающих элементов за один прием не более 3,0 см обусловлено следующим: при подъеме охлаждающих элементов, под ними образуется пустота, которая постепенно заполняется жидкой анодной массой. Жидкая фаза анода характеризуется неоднородностью по высоте, которая выражается в повышенной концентрации кокса в нижних слоях жидкой анодной массы и увеличенным содержанием пека в верхних слоях. Для того чтобы исключить затекание под охлаждающий элемент анодной массы, обогащенной пеком, ограничивают высоту разового подъема охлаждающих элементов - не более 3,0 см. В противном случае под охлаждающими элементами будет формироваться пористый, рыхлый вторичный анод, который приведет к образованию на подошве анода продольных углублений, увеличению выхода электролитной угольной пены.The limitation of the lifting height of the anode casing, and with it the metal cooling elements in one go not more than 3.0 cm, is due to the following: when lifting the cooling elements, a void is formed under them, which is gradually filled with liquid anode mass. The liquid phase of the anode is characterized by a heterogeneity in height, which is expressed in an increased concentration of coke in the lower layers of the liquid anode mass and an increased content of pitch in the upper layers. In order to prevent leakage of anode mass enriched with pitch under the cooling element, the height of the single rise of the cooling elements is limited to not more than 3.0 cm. Otherwise, a porous, loose secondary anode will form under the cooling elements, which will lead to the formation of longitudinal anode recesses, increase the output of electrolyte carbon foam.
При этом в анод с трехконтрфорсным кожухом устанавливают четыре элемента охлаждения, а с четырехконтрфорсным кожухом устанавливают три элемента охлаждения. Уменьшение количества охлаждающих элементов, погружение их в жидкую фазу анода на одинаковую глубину снижает затраты на их изготовление и облегчает обслуживание самообжигающегося анода.In this case, four cooling elements are installed in the anode with a three-contour casing, and three cooling elements are installed with a four-contour casing. Reducing the number of cooling elements, immersing them in the liquid phase of the anode to the same depth reduces the cost of their manufacture and facilitates the maintenance of self-baking anode.
Заявленное соотношение между погруженной и не погруженной частью охлаждающих металлических элементов, равное 55-65%:35-45%, при глубине погружения элементов 275-325 мм, обеспечивает максимально допустимое заглубление элементов в центральной части самообжигающегося анода и максимально возможный вынос охлаждающих элементов над поверхностью анода, что при толщине охлаждающих элементов 35-45 мм позволяет эффективно отвести тепло от центральной, наиболее перегретой части анода. Следствием этого является увеличение уровня жидкой фазы анода в среднем на 5-7 см, снижение температуры поверхности анода на 11-17°С. С ростом уровня жидкой фазы анода и снижением ее температуры уменьшается расслоение наполнителя (кокса) и связующего (пека), происходит более медленное формирование конуса спекания анода, что позволяет получить анод более высокого качества, с высокой прочностью и низкой разрушаемостью.The claimed ratio between the immersed and the non-immersed part of the cooling metal elements, equal to 55-65%: 35-45%, with the immersion depth of the elements 275-325 mm, provides the maximum allowable deepening of the elements in the central part of the self-firing anode and the maximum possible removal of cooling elements above the surface anode, which, with a thickness of cooling elements of 35-45 mm, can effectively remove heat from the central, most overheated part of the anode. The consequence of this is an increase in the level of the liquid phase of the anode by an average of 5-7 cm, a decrease in the temperature of the surface of the anode by 11-17 ° C. With an increase in the level of the liquid phase of the anode and a decrease in its temperature, the stratification of the filler (coke) and the binder (pitch) decreases, the sintering cone of the anode is formed more slowly, which makes it possible to obtain an anode of higher quality, with high strength and low destructibility.
На фигуре представлена схема установки металлических охлаждающих элементов в самообжигающийся анод, где:The figure shows a diagram of the installation of metal cooling elements in a self-firing anode, where:
1 - Анодный кожух1 - Anode casing
2 - Анодная масса2 - Anode mass
3 - Контрфорсы3 - Buttresses
4 - Анодные токоподводящие штыри4 - Anode current-carrying pins
5 - Металлические охлаждающие элементы5 - Metal cooling elements
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:Comparison of the proposed solution with the closest analogue shows the following. The proposed solution and the closest analogue are characterized by similar features:
- для повышения качества самообжигающегося анода в жидкую фазу анода устанавливают металлические охлаждающие элементы;- to improve the quality of the self-baking anode, metal cooling elements are installed in the liquid phase of the anode;
- используют металлические охлаждающие элементы одинаковой высоты;- use metal cooling elements of the same height;
- металлические охлаждающие элементы устанавливают вдоль продольной оси анода электролизера;- metal cooling elements are installed along the longitudinal axis of the anode of the electrolyzer;
- металлические охлаждающие элементы заглубляют в жидкую фазу анода на определенную глубину.- metal cooling elements are buried in the liquid phase of the anode to a certain depth.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:The proposed solution differs from the closest analogue in the following features:
- для формирования анода используют «сухую» анодную массу на основе нефтяного кокса с содержанием каменноугольного пека 27÷29%;- for the formation of the anode using a "dry" anode mass based on petroleum coke with a content of coal tar pitch 27 ÷ 29%;
- металлические охлаждающие элементы устанавливают только вдоль продольной оси электролизера между центральными рядами анодных штырей;- metal cooling elements are installed only along the longitudinal axis of the cell between the Central rows of anode pins;
- на электролизерах с трехконтрфорсными анодными кожухами устанавливают четыре охлаждающих металлических элемента, на электролизерах с четырехконтрфорсными анодными кожухами устанавливают три металлических охлаждающих элемента только между контрфорсами;- four cooling metal elements are installed on electrolyzers with three-counter anode casings, three metal cooling elements are installed on electrolyzers with four-counter anode casings only between buttresses;
- глубину погружения всех металлических охлаждающих элементов в жидкую фазу анода поддерживают одинаковой;- the immersion depth of all metal cooling elements in the liquid phase of the anode is maintained the same;
- предпочтительно соотношение между погруженной в жидкую фазу анода и не погруженной частью металлических охлаждающих элементов выдерживают равным 55-65%:35-45%, при этом глубину погружения охлаждающих элементов поддерживают в пределах 275-325 мм;- preferably, the ratio between the immersed in the liquid phase of the anode and the non-immersed part of the metal cooling elements is maintained equal to 55-65%: 35-45%, while the immersion depth of the cooling elements is maintained within 275-325 mm;
- толщину металлических охлаждающих элементов поддерживают в пределах 35-45 мм;- the thickness of the metal cooling elements is maintained within 35-45 mm;
- анодный кожух вместе с металлическими охлаждающими элементами за один прием поднимают не более чем на 3,0 см.- the anode casing together with the metal cooling elements in one go is lifted by no more than 3.0 cm.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The proposed technical solution is characterized by features that are similar to those of the closest analogue, and distinctive features, which allows us to conclude that it meets the patentability condition of "novelty."
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».A comparative analysis of the proposed technical solution with known solutions in this technical field, carried out according to the search results in the patent and scientific and technical literature, showed that at the time of filing the application for the invention, no technical solutions were found that are characterized by a combination of known and unknown features similar to the proposed solution, which indicates the conformity of the proposed technical solution to the condition of patentability of the invention "inventive step".
Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний.Compliance with the patentability condition “industrial applicability” is proved by experimental data obtained during industrial tests.
Пример 1. Промышленные испытания технологии формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом с использованием металлических охлаждающих элементов проводили на двух бригадах электролизеров С-8БМ (по 22 электролизера в бригаде) одного корпуса электролиза алюминия. На электролизерах установлены трех- и четырехконтрфорсные анодные кожуха, на которых установлены соответственно четыре и три охлаждающих металлических элемента. Каждый охлаждающий элемент имел два небольших отверстия для подвешивания с помощью проволоки или крючков под трапиками обслуживания анода.Example 1. Industrial testing of the technology for the formation of a self-burning anode of an aluminum electrolyzer with an upper current supply using metal cooling elements was carried out on two teams of S-8BM electrolyzers (22 electrolysers in a team) of one aluminum electrolysis case. The electrolyzers are equipped with three- and four-contact anode housings, on which four and three cooling metal elements are installed. Each cooling element had two small holes for hanging with a wire or hooks under the anode service ladders.
Обе бригады для формирования анода использовали «сухую» анодную массу, изготовленную на основе нефтяного кокса с содержанием связующего (каменноугольного пека) 28±1,0%. Сила тока серии составляла 174 кА.Both teams for the formation of the anode used a “dry” anode mass made on the basis of petroleum coke with a binder (coal pitch) content of 28 ± 1.0%. The current strength of the series was 174 kA.
Первая бригада электролизеров (свидетели) в качестве металлических охлаждающих элементов использовала алюминиевые пластины размерами 1500 мм × 350 мм × 30 мм, установленные в одну линию вдоль продольной оси электролизера между центральными рядами анодных штырей. Глубина погружения всех охлаждающих элементов жидкую фазу анода составила 200±20 мм.The first team of electrolyzers (witnesses) used aluminum plates with dimensions of 1,500 mm × 350 mm × 30 mm installed in one line along the longitudinal axis of the cell between the central rows of anode pins as metal cooling elements. The immersion depth of all cooling elements in the liquid phase of the anode was 200 ± 20 mm.
Вторая бригада электролизеров (опытные) использовала алюминиевые пластины размерами 1500 мм × 500 мм × 40 мм, установленные в одну линию вдоль продольной оси электролизера между центральными рядами анодных штырей. Глубина погружения всех охлаждающих элементов жидкую фазу анода составила 300±25 мм.The second team of electrolyzers (experimental) used aluminum plates with dimensions of 1500 mm × 500 mm × 40 mm, mounted in one line along the longitudinal axis of the cell between the central rows of anode pins. The immersion depth of all cooling elements in the liquid phase of the anode was 300 ± 25 mm.
Испытания проводились в течение длительного времени, охватывающего теплый и холодный периоды года. В течение этого времени все регламентные технологические операции по обслуживанию анодов (загрузка анодной массы, перестановка анодных штырей, перетяжка анодной рамы, подъем анодного кожуха, калибровка и выбраковка анодных штырей, замена секций газосборного колокола) на опытных электролизерах и свидетелях проводились одинаково. Подъем анодного кожуха с металлическими охлаждающими элементами на всех электролизерах осуществляли не реже одного раза в сутки. Целевая высота подъема кожуха вместе с охлаждающими элементами составляла 1,65-1,70 см/сут.The tests were carried out for a long time, covering the warm and cold periods of the year. During this time, all routine technological operations for servicing the anodes (loading the anode mass, rearranging the anode pins, hauling the anode frame, lifting the anode casing, calibrating and discarding the anode pins, replacing sections of the gas bell) were carried out identically in the experimental electrolyzers and witnesses. The lifting of the anode casing with metal cooling elements on all electrolyzers was carried out at least once a day. The target height of the casing with the cooling elements was 1.65-1.70 cm / day.
В ходе испытаний на опытных электролизерах и свидетелях проводили контрольные замеры следующих технологических параметров: высоту столба анода и конуса спекания анода, пустоту в аноде, уровень и температуру жидкой фазы анода, перепад напряжения в аноде, расход анодной массы. Также фиксировали средний удельный съем электролитной угольной пены. Температуру жидкой фазы анода замеряли в центре анода на глубине ~50 мм. Усредненные результаты испытаний технологии формирования самообжигающихся анодов с использованием металлических охлаждающих элементов представлены в таблице 1.During tests on experimental electrolyzers and witnesses, control measurements of the following technological parameters were carried out: the height of the anode column and the anode sintering cone, the void in the anode, the level and temperature of the liquid phase of the anode, the voltage drop in the anode, and the consumption of the anode mass. Also recorded the average specific removal of electrolyte coal foam. The temperature of the liquid phase of the anode was measured in the center of the anode at a depth of ~ 50 mm. The averaged test results of the technology for the formation of self-baking anodes using metal cooling elements are presented in table 1.
Из приведенных в таблице 1 результатов испытаний видно, что на опытных электролизерах, по сравнению со свидетелями, зафиксировано увеличение уровня жидкой фазы анода в среднем на 5-7 см, снижение температуры поверхности жидкой фазы анода на 11-17°С. Следствием этого является улучшение качества самообжигающегося анода, что подтверждается уменьшением перепада напряжения в аноде с (0,584-0,590) В до (0,574-0,579) В, снижением удельного расхода анодной массы с 0,513 кг/т Al до 0,510 кг/т Al, а также сокращением съема электролитной угольной пены с (33,4-35,3) кг/т Al до (18,6-21,4) кг/т Al. Также в результате снижения температуры поверхности жидкой фазы анода, выбросы загрязняющих веществ в летний период работы электролизеров снизились с 0,00015 до 0,00012 мг/см3.From the test results shown in table 1, it can be seen that in the experimental electrolyzers, in comparison with the witnesses, an increase in the level of the liquid phase of the anode by an average of 5-7 cm, a decrease in the surface temperature of the liquid phase of the anode by 11-17 ° C was recorded. The consequence of this is an improvement in the quality of the self-burning anode, which is confirmed by a decrease in the voltage drop in the anode from (0.584-0.590) V to (0.574-0.579) V, a decrease in the specific consumption of the anode mass from 0.513 kg / t Al to 0.510 kg / t Al, and reducing the removal of electrolyte coal foam from (33.4-35.3) kg / t Al to (18.6-21.4) kg / t Al. Also, as a result of lowering the surface temperature of the liquid phase of the anode, emissions of pollutants in the summer period of operation of electrolyzers decreased from 0.00015 to 0.00012 mg / cm 3 .
Пример 2. Для оценки влияния высоты подъема металлических охлаждающих элементов за один прием на качество формирующегося анода провели дополнительный эксперимент на трех группах электролизеров (по три электролизера в каждой) с установленными в аноде алюминиевыми пластинами размером 1500 мм × 500 мм × 40 мм.Example 2. To assess the influence of the lift height of the metal cooling elements at one time on the quality of the forming anode, an additional experiment was conducted on three groups of electrolyzers (three electrolysers in each) with 1500 mm × 500 mm × 40 mm aluminum plates installed in the anode.
На трех электролизерах первой группы высота подъема металлических охлаждающих элементов за один прием составила ~1,7 см. На трех электролизерах второй группы ~3,0 см. На трех электролизерах третьей группы ~4,5 см. Средняя скорость сгорания анодов составила 1,65-1,70 см/сут. Через три месяца после начала эксперимента начали сбор технологических данных по расходу анодной массы и съему электролитной угольной пены. В течение всего эксперимента на электролизерах трех групп все остальные регламентные технологические операции (кроме подъема анодного кожуха и металлических охлаждающих элементов) по обслуживанию анодов проводились одинаково.On three electrolyzers of the first group, the lift height of the metal cooling elements at one time was ~ 1.7 cm. On three electrolyzers of the second group, ~ 3.0 cm. On three electrolyzers of the third group, ~ 4.5 cm. The average burning speed of the anodes was 1.65 -1.70 cm / day. Three months after the start of the experiment, they began collecting technological data on the consumption of the anode mass and the removal of electrolyte coal foam. Throughout the experiment on the electrolyzers of the three groups, all other routine technological operations (except lifting the anode casing and metal cooling elements) for the maintenance of the anodes were carried out identically.
Усредненные результаты испытаний технологии формирования самообжигающихся анодов при различной высоте подъема металлических охлаждающих элементов за один прием представлены в таблице 2.The averaged test results of the technology for the formation of self-baking anodes at different lifting heights of metal cooling elements in one go are presented in Table 2.
Полученные данные подтверждают факт ухудшения качества анода под металлическими охлаждающими элементами при их подъеме за один прием на высоту более 3,0 см в результате затекания под охлаждающие элементы обогащенной пеком анодной массы и формирования пористого, рыхлого, вторичного анода. На это указывает факт увеличения расхода анодной массы и съема электролитной угольной пены.The data obtained confirm the fact that the quality of the anode under the metal cooling elements deteriorates when they rise at one time to a height of more than 3.0 cm as a result of flowing under the cooling elements the anode mass enriched with pitch and the formation of a porous, loose, secondary anode. This is indicated by the fact of an increase in the consumption of the anode mass and the removal of electrolyte carbon foam.
Сравнение эффективности применения предлагаемого решения с ближайшим аналогом показало следующее:Comparison of the effectiveness of the proposed solution with the closest analogue showed the following:
Решение по ближайшему аналогу разработано для анодов с рядовой анодной массой на низкотемпературном связующем (пеке), содержание которого в массе составляет 30-32%. В соответствии с решением по ближайшему аналогу металлические охлаждающие элементы устанавливают в центральной и периферийной зонах анода с переменным заглублением в жидкую фазу анода. Величина заглубления составляет от 50% до ~83%. Причем в центральной зоне анода заглубление охлаждающих элементов минимальное, а в периферийной - максимальное. Наличие большого количества охлаждающих элементов в аноде усложняет его обслуживание, повышает эксплуатационные расходы в т.ч. на изготовление охлаждающих элементов. В примере осуществления решения по ближайшему аналогу используются охлаждающие элементы толщиной 25 мм.The solution for the closest analogue was developed for anodes with a common anode mass on a low-temperature binder (pitch), the content of which in the mass is 30-32%. In accordance with the decision on the closest analogue, metal cooling elements are installed in the central and peripheral zones of the anode with a variable depth in the liquid phase of the anode. The depth is from 50% to ~ 83%. Moreover, in the central zone of the anode, the deepening of the cooling elements is minimal, and in the peripheral zone it is maximum. The presence of a large number of cooling elements in the anode complicates its maintenance, increases operating costs, including for the manufacture of cooling elements. In an example implementation of the solution for the closest analogue, cooling elements 25 mm thick are used.
Предлагаемое решение распространяется на формирование анодов с «сухой» анодной массой с содержанием связующего 27-29%. В соответствии с предлагаемым решением металлические охлаждающие элементы устанавливают только в центральной зоне анода с постоянной величиной заглубления. При этом соотношение между погруженной в жидкую фазу анода и не погруженной частью охлаждающих металлических элементов выдерживают равным 55-65%:35-45%, а глубину погружения охлаждающих элементов поддерживают в пределах 275-325 мм. Толщина охлаждающих элементов составляет 35-45 мм, что обеспечивает интенсивный отвод тепла из центральной, наиболее нагруженной в тепловом плане зоны анода.The proposed solution extends to the formation of anodes with a “dry” anode mass with a binder content of 27-29%. In accordance with the proposed solution, metal cooling elements are installed only in the central zone of the anode with a constant depth. Moreover, the ratio between the immersed in the liquid phase of the anode and the non-immersed part of the cooling metal elements is maintained equal to 55-65%: 35-45%, and the immersion depth of the cooling elements is maintained within 275-325 mm. The thickness of the cooling elements is 35-45 mm, which provides intensive heat dissipation from the central zone of the anode most loaded in the heat plan.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015136865A RU2606365C1 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015136865A RU2606365C1 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606365C1 true RU2606365C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015136865A RU2606365C1 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606365C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU268664A1 (en) * | Ю. И. Белов Иркутский алюминиевый завод | METHOD OF DISCHARGE OF HEAT FROM SELF-COMBUSTIBLE AIODA ALUMINUM ELECTROLYZER | ||
| DE2555350A1 (en) * | 1974-12-10 | 1976-06-16 | Sumitomo Chemical Co | METHOD OF PRODUCING ALUMINUM |
| SU908962A1 (en) * | 1980-06-02 | 1982-02-28 | Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Device for heat removal from self-roasting anode of aluminium electrolyzer |
| SU1611991A1 (en) * | 1988-09-05 | 1990-12-07 | Предприятие П/Я А-7504 | Arrangement for withdrawing heat from anode surface |
| RU2397277C1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-08-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Procedure for forming self-calcinating coal anode of aluminium electrolytic cell |
-
2015
- 2015-08-28 RU RU2015136865A patent/RU2606365C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU268664A1 (en) * | Ю. И. Белов Иркутский алюминиевый завод | METHOD OF DISCHARGE OF HEAT FROM SELF-COMBUSTIBLE AIODA ALUMINUM ELECTROLYZER | ||
| DE2555350A1 (en) * | 1974-12-10 | 1976-06-16 | Sumitomo Chemical Co | METHOD OF PRODUCING ALUMINUM |
| SU908962A1 (en) * | 1980-06-02 | 1982-02-28 | Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Device for heat removal from self-roasting anode of aluminium electrolyzer |
| SU1611991A1 (en) * | 1988-09-05 | 1990-12-07 | Предприятие П/Я А-7504 | Arrangement for withdrawing heat from anode surface |
| RU2397277C1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-08-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Procedure for forming self-calcinating coal anode of aluminium electrolytic cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2592176A1 (en) | Aluminum electrolytic cell having cathode carbon block with columnar protrusions embedded on its upper surface | |
| AU2008267826A1 (en) | Reduced voltage drop anode assembly for aluminium electrolysis cell | |
| JP2010537051A (en) | How to operate a copper electrolytic cell | |
| RU2606365C1 (en) | Method for forming self-calcinating anode of aluminium electrolyser with upper current lead | |
| RU111540U1 (en) | ELECTROLYZER FOR ALUMINUM PRODUCTION | |
| CN101070599A (en) | Anode carbon block for aluminium electrolysis tank with air-exhaust hole | |
| EA039484B1 (en) | Advanced aluminum electrolysis cell | |
| RU2085623C1 (en) | Method for formation of self-burning anode of aluminium electrolyzer with upper current supply | |
| BRPI0615403A2 (en) | methods for in-situ slot formation in a soderberg anode | |
| RU2397277C1 (en) | Procedure for forming self-calcinating coal anode of aluminium electrolytic cell | |
| RU2499085C1 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
| CN102345141B (en) | Aluminum electrolytic tank anode carbon block of irregularly-shaped structure with exhaust passage and preparation method thereof | |
| CN102230191A (en) | Method for separately leading out single-sided current in aluminum electrolytic cell | |
| RU2255146C1 (en) | Method for shaping self-firing anode of aluminum cell with upper electric current supply lead | |
| RU2536321C1 (en) | Method of forming secondary anode of aluminium electrolyser with soderberg type anode and upper current supply | |
| CN101985762A (en) | Continuous-anode vertical V-shaped double-bevel aluminum electrolytic tank | |
| RU2526351C1 (en) | Annealing of bottom of aluminium electrolytic cell with sintered electrodes | |
| RU2385364C1 (en) | Anode current conductor of aluminium electrolytic cell | |
| RU2215825C2 (en) | Method for calcining hearth of aluminum cell with fired anodes | |
| CN101956216A (en) | Method for roasting aluminum electrolysis cell with special cathode structure | |
| CN202359211U (en) | Special-structured aluminum reduction cell anode carbon block with exhaust passages | |
| SU908962A1 (en) | Device for heat removal from self-roasting anode of aluminium electrolyzer | |
| RU2318920C1 (en) | Method for firing hearth of aluminum cell with fired anodes | |
| RU2049160C1 (en) | Method for forming self-calcinable anode of aluminum electrolyzer | |
| RU2756676C1 (en) | Device for cooling a self-burning anode of aluminum electrolyzer |