RU1788092C - Электролизер дл рафинировани алюмини - Google Patents

Description

снижаетс  полезна  площадь ванны, что при равном выпуске рафинированного металла приводит к увеличению стоимости сооружени  ванн и занимаемой ими производственной площади.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  конструкци  электролизера, наиболее распространенна  в практике электролитического рафинировани  алюмини , в которой в течение времени совершенствуютс  лишь отдельные элементы конструкции.

Приведенный электролизер дл  производства АВЧ по трехслойному способу смонтирован в сварном металлическом кожухе . Подина выложена угольными блоками с залитьЫй в4 них токоподвод щими стальными стержн ми, подключенными к анодному шинопроводу..

Шахта электролизера футерована материалом , стойким при температурах рафинировани  в примен емых электролитах (например, магнезитовым кирпичом). Угольна  подина и сплав алюмини  с медью служат анодом, а слой рафинированного алюмини  - катодом электролизера. Трко- провод к рафинированному алюминию осуществл етс  графитовыми блоками, подвешенными на алюминиевых штангах, соедин ющихс  с графитовыми блоками при помощи стальных ниппелей.

Графитовые блоки погружаютс  в слой чистого алюмини  на глубину, достаточную дл  обеспечени  хорошего электролитического контакта.

В процессе длительной эксплуатации электролизеров данного типа выработана оптимальна  конструкци  катодного токо- подвода: графитовый (желательно, графити- рованный) блок с помощью чугунной заливки соединен со стальным ниппелем (высота ниппел  300 мм), который в свою очередь биметаллическим переходником соединен с алюминиевой штангой, вертикально подвешенной к то ко под вод щим шинам. Глубина погружени  блоков в катодный алюминий 40-70 мм при высоте блока 300-350 мм. Дл  предотвращени  в процес-. се электролизера активного окислени  кислородом воздуха графитовый блок защищен алюминиевым кожухом. .

Описанный выше электролизер дл  рафинировани  алюмини  имеет р д существенных недостатков:

1) процесс стабильно сопровождаетс  значительным перерасходом электроэнергии по сравнению с теоретически нербходи- мым, так как снизить до-необходимой величины толщину сло  электролита,  вл ющегос  телом сопротивлени , не представл етс  возможным;

2) получение алюмини  высокой чистоты в данных электролизерах затруднительно , так как процесс идет при повышенных температурах, что вызывает загр знение рафинированного алюмини  материалом футеровки, а также приводит к его повышенной окисл емости и газопоглощению;

3) ведение процесса с частичным погружением графитовых блоков в катодный ме0 талл, несмотр  на наличие защитного алюминиевого кожуха, вызывает значительный расход дорогосто щих и дефицитных блоков за счет их интенсивного окислени  кислородом воздуха, а также за счет разру5 шени  блоков, вызванных значительным температурным перепадом между погруженной в расплав частью блока и частью блока, наход щейс  над поверхностью катодного металла;

0 4) в процессе работы ванны требуютс  . частые ее обработки (чистки) дл  предотвра- щени  технологических нарушений, вызванных нарастанием шапки электролита на катодах, увеличением бортового гарниса5 жа и привод щих к резкому перераспределению токовой нагрузки по катодам, вплоть до полного нарушени  процесса рафинировани ; также технологические нарушени  . увеличивают не только трудозатраты по об0 служиванию электролизеров, но и привод т к потер м АВЧ, сырь , электроэнергии;

5) вызывает затруднение автоматизаци  существующего процесса вследствие невозможности оперативного вмешательст5 ва в процесс электролиза.

Целью изобретени   вл етс ; снижение энергетических затрат на рафинирование алюмини  за счет снижени  рабочего напр жени  и возможности опера0 тивного его регулировани  в процессе электролиза;

повышение качества рафинированного алюмини  за счет снижени  температуры процесса рафинировани ;

5 снижение эксплуатационных затрат за счет стабилизации процесса рафинировани , повышени  межремонтного срока службы ванны, сокращени  числа обработок (чисток) электролизеров.

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электролизере дл  рафинировани  алюмини  трехслойным способом, включающем стальной футерованный кожух с токоподво- д щей подиной, наход щейс  в контакте с

5 расплавленным слоем металлического сплава , служащего анодом и покрытого слоем электролита, над которым расположен рафинированный алюминий, выполн ющий роль катода и имеющий токоподвод в виде р да погруженных в него графитовых блоков , подвешенных на алюминиевых штангах , соедин ющихс  с графитовыми блоками при помощи стальных ниппелей, графитовые блоки полностью погружены в расплав, причем верхн   поверхность графитового блока расположена над верхним уровнем электролита, а нижн  , над нижним уровнем электролита, при этом стальные ниппели, погруженные в расплав, покрыты слоем защитной электроизолирующей обмазки.

Техническа  сущность предлагаемого изобретени  заключаетс  в следующем.

В электролизере дл  рафинировани  алюмини  по трехслойному способу предлагаемое полное погружение графитовых блоков катодного токоподвода в расплав с погружением нижней их части в электролит с возможностью регулировани  глубины погружени  позвол ет не только, в целом, снизить падение напр жени  в электролите, но и оперативно изменить его г процессе электролиза . В результате чего..возможно поддержание оптимального зн ачёни  температуры процесса электролиза, то есть незначительно превышающей температуру плавлени  алюмини . Со снижением температуры процесса рафинировани  термохимическа  стойкость магнезитовой футеровки:повышаетс , а значит снижаетс  в электролите, а, следовательно, и в катодном металле, примесь магни .

При таком катодном токоподводе возможно увеличение сло  электролита, что снижает веро тность перемешивани  катодного и анодного металла при неравномерной нагрузке катодов, а также возможно снижение сло  рафинированного металла, что позвол ет сократить потери АВЧ при технологических нарушени х.

Полное погружение катодных блоков в расплав исключает их окисление кислородом воздуха, максимально снижает температурный перепад между нижней и верхней частью графитового блока, предупреждает перераспределение тока в катодах в сторону повышени  его -плотности за счет нарастани  электролитной шапки, в результате чего значительно снижаетс  расход катодных блоков.

Защита электроизолирующей обмазки сталь- г ных ниппелей, которые при.за вл емом катодном токоподводе погружены в расплав, обеспечивает нормальный ход процесса рафинировани .

Наличие в электролизере дл  рафинировани  алюмини  по трехслойному способу катодного токоподвода с полным погружением графитовых блоков в расплав, при одновременном их расположении в катодном металле и электролите, защита

стальных ниппелей электроизолирующей обмазкой составл ют новизну данного технического решени  по сравнению с прототипом .

5Сравнение за вл емого технического решени  не только с прототипом, но и другими решени ми в данной области техники вы вило использование сходного признака - защита отдельных элементов конструкции

0 электроизолирующей обмазкой.

Однако, наличие в электролизерах катодного токоподвода с полностью погруженными в расплав графитовыми блоками, одновременно наход щимис  и в слое кз5 тодного металла и в слое электролита,  вл етс  неизвестным до насто щего времени признаком.

Использование в рафинированных ваннах данного неизвестного признака со все-.

0 ми другими известными признаками позвол ет значительно повысить технико- экономические показатели процесса элект: ролиза, а именно;

1) Как известно, дл  нормального хода

5 процесса рафинировани  температура плавлени  электролита должна, быть близкой к температуре плавлени  алюмини , то есть немного выше 660°С. При существующих в насто щее врем  повышенных темпе0 ратурах расплава (более 800°С) получение алюмини  высокой чистоты практически невозможно , так как при повышенной температуре процесса электролиза термохимическа  стойкость магнезитовой

5 футеровки снижаетс , то есть поступление магни  в электролит, а в конечном итоге и в катодный металл, из футеровки возрастает. Также, чем меньше различие в температурах плавлени  алюмини  и электролита, тем

0. ниже температура катодного алюмини , а. следовательно, его окисл емость и газопоглощение . Применение за вл емого катодного токоподвода позвол ет значительно снизить, в целом, температуру процесса.

5 Так, промышленные испытани  на БрАЗе показали, что по сравнению с традиционным заглублением катодных блоков температура процесса снизилась на 70-80°С, при этом содержание магни  в катодном метал0 ле снизилось с 0,005-0,013% до 0.002- 0,008%;

2) При существующей технологии ведени  рафинировани  наблюдаетс  Значительный перерасход электроэнергии по 5 сравнению с теоретически необходимым. На непосредственно процесс рафинировани  электрическа  энерги  не расходуетс . Расходуема  при рафинировании электроэнерги  практически полностью преобразуетс  в тепловую энергию, необходимую дл 

поддержани  требуемой температуры процесса . В интересах экономии тока рафинирование необходимо вести при минимально допустимом межполюсном рассто нии. Ус- тэновл ено, что оптимальное межполюсное рассто ние, обеспечивающее нормальную работу ванн, составл ет 65-100 мм. При вё-. дёнии процесса с погружением графитовых блоков в катодный металл межполюсное рассто ние значительно превышает оптимальное значение, чем и объ сн етс  высокий расход электроэнергии и повышенные температуры процесса рафинировани .

Промышленные испытани  на БрАЗе показали, что опытные ванны работают с МПР 70--110 мм, в то врем  как на р довых оно составл ет 220-310 мм. В результате рабочее напр жение на опытных ваннах снижено до 4,3-4,5 в по сравнению с 6 в на р довых ваннах;3 ) При ведении процесса с предложенным погружением графитовых блоков в рас- плав полностью исключаетс  взаимодействие их с кислородом воздуха, устанавливаетс  благопри тный дл  графитовых блоков температурный режим. В результате значительно снижаетс  расход графитовых блоков (по предварительным данным около 30%);

4) При ведении электролиза с предлагаемым токоподводом создаетс  возможность держать уровень катодного металла минимальным, что позвол ет ускорить Вывод ванны.на высокую сортность, сократить потери АВЧ (переход в сырец) при расстройствах технологии. Так на БрАЗ.е испытани  провод тс  со слоем катодного металла 80- 1QO мм в то врем  как на р довой ванне 150-230 мм;

5) Снижение температуры процесса позвол ет пересмотреть состав анодного сплава в сторону снижени  содержани  меди , так на опытном электролизере оно снижено с 38% до 30%, то есть в предлагаемом электролизере создаетс  возможность работы с анодным сплавом меньшей плотности; . . :. .

6) Возможность стабилизации (регулировани ) рафинировани  позвол ет сократить число технологических нарушений, снизить трудозатраты на обслуживание электролизеров;

7) Предлагаемый электролизер с погруженными в электролит катодными блоками позвол ет применить систему автоматического регулировани . . б

Электролизер с предлагаемым катодным токоподводом представлен на чертеже, где дан его поперечный разрез.

Электролизер дл  рафинировани  алюмини  состоит из металлического кожуха 1,

футерованного шамотным кирпичом 2. Лод- ина электролизера выложена угольными блоками 3 с залитыми в них токоподвод щи- ми стальными стержн ми 4. Шахта футерована магнезитовым кирпичом 5. Катодные

графитовые блоки б соединены с алюминиевыми штангами с помощью стальных ниппелей 7, которые креп тс  на блоках чугунной заливкой, защищенной электроизолирующей обмазкой 8 от воздействи 

расплава, В электролизере в пор дке снижени  их удельной плотности располагаютс ; слой анодного сплава 9, электролит 10, катодный сплав 11.

Электролизер работает следующим образом .

Токоподвод к анодному сплаву 9, наход щемус  на подине, осуществл етс  с помощьюстальных стержней, вмонтированных в угольные блоки. Анод- ный сплав электролитом 10 отдел етс  от катодного рафинированного сплава 11. Катодные блоки погружаютс  в расплав таким образом, чтобы не менее 20 мм графитового блока находилось в катодном металле, а .в

электролите 120-150 мм. Дл  предотвращени  замыкани  на анодный сплав Ё предлагаемом электролизере катодные блоки укорачиваютс , причем высота катодного блока может измен тьс  в каждом конкретном случае.

В процессе эксплуатации на БрАЗе двух опытных электролизеров с полностью погружени ми в расплав катодными блоками определена оптимальна  их высота - 170200мм;:

Ф о р м у л а и з о бретени  Электролизер дл  рафинировани  алюмини  трехслойным способом, включающий стальной футерованной кожух с токопровод щей подиной, размещенный на подине анодный сплав и катод из рафинированного алюмини  с токоподводом в виде графитовых блоков, подвешенных на алюминиевых штангах, отличающийс  тем, что, с

целью повышени  качества рафинированного алюмини , снижени  затрат, графитовые блоки полностью погружены в расплав, причем верхн   поверхность графитового блока расположена над верхним уровнем

электролита, а нижн   - под нижним уровнем электролита.