PL80709B1 - - Google Patents

Description

Piec wielokomorowy do elektrolitycznej produkcji aluminium Przedmiotem wynalazku jest wielokomorowy piec do wytwarzania aluminium na drodze elektroli¬ tycznej.Znane sa wielokomorowe piece do elektrolitycz¬ nego otrzymywania aluminium wyposazone w dwu¬ biegunowe elektrody weglowe posiadajace po¬ wierzchnie robocze nachylone pod katem. Elektrody te sa zanurzane w stopionym fluorku aluminium.Ta ciekla kapiel znajduje sie w kadzi wykonanej ze stali i wylozonej od wewnatrz materialem o dobrych wlasnosciach izolacyjnych takim jak ksztaltki z wegliku krzemu spajanego azotkiem krzemu lub ze stopionego korundu badz tez z czy¬ stego kryolitu.Znane jest równiez schodkowe uksztaltowanie dna kadzi lub jego nachylenie w kierunku zagle¬ bienia, w którym gromadzi sie ciekle aluminium otrzymane na drodze elektrolizy.Poniewaz ciezar wlasciwy aluminium jest tylko nieznacznie wiekszy od ciezaru wlasciwego cieklej kapieli, odpowiednio 2, 3 i 2,1 metal otrzymywany na drodze elektrolizy w poszczególnych komorach pieca ma tendencje zbierania sie w najnizszym miejscu pochylego dna kadzi, to jest w zaglebieniu.Zaglebienia do gromadzenia aluminium maja jed¬ nak tendencje do zarastania zakrzepla kapiela. Sto¬ pien w jakim ta wada wystepuje zalezy w duzej mierze od skladu kapieli a zjawisko to moze wy¬ stepowac nawet przy niezbyt niskich temperatu¬ rach rzedu 920 do 930°C. 10 15 20 25 30 Oczywiscie jesli ciekla kapiel w poszczególnych komorach, w miejscach, gdzie przeplywa prad elek¬ tryczny ma na przyklad temperature 960°, to nizsze warstwy kapieli, znajdujace sie ponad dnem kadzi, ale ponizej elektrod, maja nieco/ nizsza tempera¬ ture. Temperatura ta osiaga najnizsza wartosc w warstwach kapieli stykajacych sie z dnem kadzi lub z cieklym aluminium znajdujacym sie na jej dnie. Jesli temperatura tych dolnych warstw jest zbyt niska, to kapiel w tym miejscu zaczyna gest¬ niec a nastepnie krzepnac.To gestnienie i/lub krzepniecie kapieli moze miec czasami charakter nieodwracalny.Krzepniecie kapieli moze powodowac, ze alumi¬ nium wytwarzane w poszczególnych komorach pie¬ ca moze miec utrudniony splyw do zaglebien zbior¬ czych a nawet moze nastapic calkowite zasklepie¬ nie tych zaglebien.W, kadziach o schodkowo-uksztaltowanym dnie otrzymane elektrolitycznie aluminium rozlewa sie po wiekszej powierzchni tworzac prawie ciagla warstwe aluminium, a na niej strefy naladowane ujemnie i dodatnio. W warstwach tych powstaja prady wirowe pochodzace od zawieszonych nad nimi elektrod weglowych. Takie prady wirowe wplywaja szkodliwie na skutecznosc pracy pieca.Znany jest szereg sposobów stosowanych w celu podniesienia temperatury nizszych warstw kapieli w celu zapobiegniecia lub ograniczenia niedogod¬ nosci zwiazanych z zageszczaniem sie lub krzepmie- 807093 80709 4 ciem kapieli nad dnem kadzi zwlaszcza w zagle¬ bieniach zbiorczych. Zaglebienia te znajduja sie najdalej od elektrod a tym samym najdalej od zródla ciepla.Próbowano na przyklad stosowac dodatkowe pod¬ grzewanie zaglebien z gromadzacym sie w nich alu¬ minium za pomoca elektrycznych grzejników opo¬ rowych umieszczonych na zewnatrz wglebien, to jest pomiedzy warstwami wykladziny wewnetrznej.Grzejniki te byly wykonywane z wlóknistego gra¬ fitu w postaci tkanin, tasm lub plyt.Tego rodzaju urzadzenia gr2ewcze wykazuja jed¬ nak pewne wady na skutek ich duzej kruchosci.Ponadto elementy grzewcze sa narazone hie tylko na przecieki cieklego metalu lecz równiez czasami na bezposredni kontakt z cieklym metalem. Prze¬ cieki te czynia tego typu grzejniki bezuzytecznymi poniewaz powoduja zwarcia sieci zasilajacej.Próbowano równiez stosowac rózne srodki dla ochrony tych elementów grzewczych. Srodki te jed¬ nak nie sa z reguly latwe do zastosowania a po¬ nadto sa skomplikowane i kosztowne.Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie wspomnianych - niedogodnosci w mozliwie naj¬ prostszy i niedrogi sposób.Okazalo sie, ze mozna bardzo prosto i przy nie¬ wielkim nakladzie kosztów utrzymac zaglebienia zbiorcze przynajmniej w takiej temperaturze, która jest chociaz niewiele, ale wyzsza od temperatury krytycznej kapieli.. Podczas pracy pieca wielokomorowego roztopio¬ na kapiel moze miec temperatury w zakresie od 930 do 980°C. Oczywistym jest, ze od góry ku do¬ lowi kapiel bardzo zle przewodzi cieplo, czym nie "rózni sie od wody w temperaturach od 0 do 100°C.Wiadomo, ze rurka szklana napelniona woda i pod¬ grzewana tylko od góry moze przez pewien czas zawierac w swej dolnej czesci krysztalki lodu pod¬ czas gdy warstwa wody nad tymi krysztalkami wrze.Gdy piec wielokomorowy pracuje normalnie ciep¬ lo utrzymujace jego temperature robocza jest wy¬ twarzane w wyniku opornosci elektrycznej kapieli prawie wylacznie w przestrzeni miedzyelektrodo- wej poszczególnych komór.Elektrody weglowe maja przewodnosc cieplna znacznie wieksza niz kapiel a cieplo w nich roz¬ chodzi sie równiez latwo w kazdym kierunku, za¬ równo ku górze, jak iw dól. W piecach wieloko¬ morowyeh majacych elektrody podwieszone i za¬ nurzone w elektrolicie oraz dna pochylone w kie¬ runku zaglebien zbiorczych elektrody te nie sie¬ gaja do dna kadzi aby nie powodowac zwarc i nie wytwarzac zbyt znacznych pradów wirowych na zewnatrz poszczególnych komór.Niniejszy wynalazek polega na utrzymywaniu skrajnej katody lub katod w ciaglym zanurzeniu w cieklym aluminium nagromadzonym w dennym zaglebieniu kadzi, dzieki czemu zapewnione jest dobre przenoszenie ciepla od katody skrajnej do metalu nagromadzonego w zaglebieniu a metal ten z kolei stanowi przewodnik ciepla przekazujacy cieplo do sasiednich stref kapieli oraz do dna kadzi i zapobiega/tworzeniu sie niebezpiecznych skrzep- niec warstwowych pod zawieszonymi elektrodami weglowymi.Piec ze zbieznym ku dolowi dnem jest tak zapro¬ jektowany, ze pomiedzy skrajnymi katodami i alu¬ minium zgromadzonym w zaglebieniu dna jest za¬ chowana stycznosc nawet po okresowych spustach aluminium, gdyz czesto wlasnie czas dokonywania spustu jest okresem krytycznym, w którym najlat¬ wiej tworza sie narosty we wglebieniu i jego sa¬ siedztwie.Niniejszy wynalazek nie opiera sie jednak wy¬ lacznie na zasadzie, ze utrzymywanie dlugotrwalej stycznosci katod skrajnych z aluminium nagroma¬ dzonym we wglebieniu kadzi jest absolutnie ko¬ nieczne i wystarczajace.Istnieje bowiem czasami koniecznosc dodatkowe¬ go podgrzania katody skrajnej. Ma to miejsce wtedy, gdy w poszczególnych komorach pieca, ciep¬ lo wytwarzane przez prad elektrolizy, doplywa w zbyt malej ilosci do dolnych warstw kapieli, aby -utrzymac ja w temperaturze wyzszej od krytycz¬ nej, a to na przyklad w wyniku ochlodzenia sie kapieli podczas wymiany elektrod, podczas roz¬ ruchu pieca, ogólnej przerwy w doplywie pradu lub podobnych okolicznosciach.W celu wytworzenia tego dodatkowego ciepla do¬ skonale nadaja sie przewody doprowadzajace prad do elektrod, które to przewody sa wpuszczone do, wnetrza elektrody.Powierzchnia styku zelaza z weglem wykazuje znaczny opór elektryczny, przy przeplywie pradu przez taki opór powstaje pewna ilosc ciepla.Jesli, przy stalym natezeniu pradu doprowadza¬ nego do pieca, jeden lub kilka przewodów dopro¬ wadzajacych prad do katody zostanie odlaczonych od szyny zbiorczej doprowadzajacej prad do pieca, to ogólna powierzchnia styku zelazo-wegiel zosta¬ nie zmniejszona. W wyniku tego calkowity spadek napiecia na przejsciu przez powierzchnie styku ze¬ laza z weglem tych przewodów, które pozostaly nadal wlaczone w obwód elektryczny, ulegnie wzrostowi a tym samym wzrosnie ilosc ciepla wy¬ tworzona wewnatrz katody.Poniewaz katoda weglowa jest dobrym przewod¬ nikiem ciepla, duza ilosc tego ciepla przeplynie w dól wtedy, gdy aluminium zgromadzone we wglebieniu kadzi ma temperature nizsza od samej katody, jak równiez od temperatury kapieli w ko¬ morach pieca. Gdy tylko normalne warunki cieplne pomiedzy wglebieniem a kapiela zostana przywró¬ cone przewody zostaja ponownie podlaczone do szyny zbiorczej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia w przekroju wzdluznym piec wielokomorowy, symetryczny posiadajacy osiem rozmieszczonych w odstepach wzgledem siebie, podwieszonych i po¬ chylych elektrod 5, dwie skrajne anody 8, oraz jed¬ na skrajna katode 3. W tym przykladzie wykona¬ nia, to jest w symetrycznym piecu wielokomoro- wym skrajna katoda 3 jest umieszczona w srodko¬ wym polozeniu wzgledem pozostalych elektrod. Ka¬ toda ta jest nazwana skrajna choc umieszczona jest w polozeniu srodkowym, gdyz pod nazwa skrajnej elektrody rozumie sie taka elektrode, któ¬ ra spelnia role badz tylko katody badz tez tylko anody podczas, gdy jak wiadomo elektrody dwu-80709 5 6 biegunowe moga spelniac funkcje zarówno katody jak i anody. Elektrody dwubiegunowe 5, - skrajne anody 8 oraz skrajna katoda 3 tworza i ograni¬ czaja dziesiec, to jest piec plus piec, komór 7, w których podczas elektrolizy zachodzi rozklad tlenku aluminium.Stopnie 1 od brzegów pieca opadaja w kierunku jego srodka, gdzie znajduje sie wglebienie zbior¬ cze 2 do gromadzenia i spuszczania stopionego alu¬ minium otrzymanego w poszczególnych komorach 7.Katoda 3 ma osiowy otwór 13 sluzacy do wprowa¬ dzenia odpowiedniego urzadzenia spustowego do wglebienia zbiorczego 2. Zgodnie z wynalazkiem w celu zapobiegniecfa niebezpieczenstwu zestalenia sie kapieli elektrolitycznej 6 i zatkaniem wglebie¬ nia 2 katoda skrajna 3 siega do wnetrza wglebienia zbiorczego 2.Wymiary wglebienia 2 oraz odleglosci pomiedzy dolnym koncem 4 katody 3 a dnem 9 wglebienia 2 sa tak dobrane, ze nawet tuz po zakonczeniu spu¬ stu, aluminium pozostale we wglebierfiu jest w ilosci wystarczajacej dla zapewnienia dlugotrwalego kon¬ taktu z dolnym koncem 4 katody 3.Piec pracuje przy natezeniu pradu od 10 000 do 20 000 A i napieciu rzedu 16 V. Normalny spadek napiecia na katodzie moze byc utrzymywany na przyklad w zakresie 0,3 do 0,5 V.W takich warunkach podczas normalnej pracy pieca sama katoda skrajna daje moc grzewcza rzedu 6 do 10 kW. Jednakze bardzo latwo mozna w znacznym stopniu zwiekszyc te moc w bardzo krótkim okresie czasu jesli zaistnieje koniecznosc doprowadzenia dodatkowej ilosci ciepla do wgle¬ bienia zbiorczego 2. Wystarczy tylko odlaczyc jeden lub kilka przewodów 10 zasilajacych katode za po¬ moca wylacznika 11 na okreslony przebieg czasu.Jesli wylaczenie to dokonane zostanie w stosunku do polowy zacisków katody odpowiedni wzrost energii elektrycznej wytwarzajacej cieplo na sku¬ tek grzania oporowego katody wyniesie nastepne 6 do 10 kW.W ten sposób zródlo ciepla jakie stanowi katoda zostaje co najmniej podwojone. To dodatkowe wy¬ tworzone cieplo zostaje przejete przede wszystkim przez skrajna katode weglowa a nastepnie przeka¬ zane czesciowo do nagromadzonego we wglebieniu aluminium, z którym katoda jest w stalej stycz¬ nosci bedac w nim czesciowo zanurzona.Jedna z najwazniejszych korzysci uzyskiwanych dzieki temu wynalazkowi jest fakt, ze nie zachodzi juz koniecznosc znacznego zwiekszania natezenia pradu, nawet na ograniczony krótki okres czasu, gdyz zainstalowane grzejniki oporowe sa w stanie zapewnic dostatecznie wielki wzrost temperatury, jesli zajdzie potrzeba zapobiezenia tworzeniu sie lub rozpuszczania powstalych na dnie pieca za¬ krzepów.Wyeliminowane sa w ten sposób nagle chociaz krótkie wzrosty natezenia pradu zmniejszajace nie¬ korzystnie gestosc pradu elektrolizy, trwalosc ka¬ pieli, jak równiez wydajnosc procesu elektrolizy.Ponadto zwiekszenie natezenia pradu nie zawsze pozwala na uzyskanie zadanych wyników poniewaz wytworzona na skutek tego wzrostu natezenia wieksza ilosc ciepla nie dociera lub dociera w ilosci niewystarczajacej do dolnych warstw kapieli i alu¬ minium znajdujacego sie we wglebieniu i nie jest w stanie rozgrzac go w stopniu wystarczajacym dla usuniecia zakrzepów przez rozpuszczenie kapieli zakrzeplej w samym wglebieniu. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Piec wielokomorowy do elektrolitycznej pro¬ dukcji aluminium zawierajacy kadz wylozona ma¬ terialem izolujacym elektrycznie, szereg umieszczo¬ nych wewnatrz kadzi elektrod dwubiegunowych oraz skrajne elektrody jednobiegunowe wykonane z materialu zawierajacego wegiel, zawieszone w ka¬ pieli, majacy pochyle dno opadajace w kierunku wglebienia do gromadzenia aluminium wytworzo¬ nego podczas elektrolizy, które to wglebienie znaj- . duje sie pod skrajna katoda najkorzystniej w srod¬ kowej czesci dna kadzi, znamienny tym, ze skraj¬ na katoda (3) jest przedluzona i siega do wnetrza wglebienia (2), gdzie styka sie pewnie i trwale ze znajdujacym sie w nim aluminium dla przeniesie¬ nia swego ciepla do cieklego aluminium.

2. Piec wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze skrajna katoda (3) jest umieszczona centralnie po¬ miedzy dwubiegunowymi elektrodami umieszczony¬ mi po obu jej stronach.

3. Piec wedlug zastrz. 1—2, znamienny tym, ze elektrody (3, 5, 8) maja powierzchnie czynne na¬ chylone w stosunku do pionu.

4. Piec wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze prze¬ wody i zaciski zasilajace skrajnej katody (3) sa polaczone z szynami zbiorczymivza pomoca prze¬ laczników (11) umozliwiajacych odlaczanie i przy¬ laczanie do szyny zbiorczej okresowo przewodu lub wiekszej ilosci przewodów doprowadzajacych prad dla podwyzszenia temperatury elektrody i tym sa¬ mym podwyzszenia temperatury cieklego alumi¬ nium zgromadzonego we wglebieniu (2) kadzi znaj¬ dujacy sie pod skrajna katoda (3) oraz kapieli znajdujacej sie w sasiedztwie tego wglebienia i utrzymania w temperaturze wyzszej wzgiedem temperatury krytycznej, przy której nastepuje gest¬ nienie lub krzepniecie kapieli.

5. Piec wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze skraj¬ na katoda (3) jest zanurzona czesciowo, ale dlugo¬ trwale w cieklym aluminium zgromadzonym we wglebieniu zbiorczym kadzi (2) podczas okresowe¬ go spuszczania aluminium w miare ubywania alu¬ minium w tym wglebieniu dla umozliwienia do¬ prowadzenia ciepla w kazdej chwili do aluminium pozostalego we wglebieniu. 10 15 20 25 30 35 40 45 5080709 0 ©" -W4M © Olsztynskie Zaklady Graficzne Lz. 2177/VIII (115) Cena 10 zl PL PL