RU132081U1

RU132081U1 - BURNED ANODE OF ALUMINUM ELECTROLYZER

Info

Publication number: RU132081U1
Application number: RU2013117609/02U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Требух; Андрей Васильевич Завадяк; Михаил Иванович Крак; Михаил Александрович Пак; Виталий Валерьевич Пингин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, отличающийся тем, что ниппельные гнезда выполнены глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса с конусностьюK=(D-d)/h=0,012-0,08,где D и d диаметры ниппельного гнезда, h глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда.The fired anode of an aluminum electrolyzer, consisting of a fired coal block, a bracket with nipples located along the longitudinal axis of the fired coal block and secured in the nipple sockets made therein, and an anode holder connected to the bracket, characterized in that the nipple sockets are made 0.18- deep 0.25 the height of the calcined coal block in the form of a truncated cone with a taper K = (Dd) / h = 0.012-0.08, where D and d are the diameters of the nipple socket, h the depth of the nipple socket, and inclined grooves made at an angle at and interval 2 ° -25 ° to the axis of the nipple socket.

Description

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к алюминиевому электролизеру.The utility model relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, namely to an aluminum electrolyzer.

Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из угольных блоков, анододержателя и ниппельного кронштейна, соединенных между собой с помощью стержней с клиньями, в котором анододержатель в нижней части снабжен пазом, охватывающим ниппельный кронштейн, и прорезью по продольной оси, заканчивающейся отверстием (Авторское свидетельство СССР 354003, МКЛ C22D 3/02, 3/12, опубл. 09.10.1972 г.).A fired anode of an aluminum electrolyzer is known, consisting of coal blocks, an anode holder and a nipple bracket, interconnected by rods with wedges, in which the anode holder in the lower part is provided with a groove covering the nipple bracket and a slot along the longitudinal axis ending in a hole (USSR Author's Certificate 354003, MKL C22D 3/02, 3/12, publ. 10/09/1972).

Недостаток такого обожженного анода алюминиевого электролизера заключается в использовании нескольких угольных блоков, закрепленных на одном анододержателе при помощи ниппельного кронштейна. При использовании нескольких угольных блоков в случае выхода из строя по тем или иным причинам одного из угольных блоков нарушается работа остальных угольных блоков. В случае выхода из строя одного из угольных блоков возрастает токовая нагрузка на остальные угольные блоки, что приводит к преждевременному выходу из строя этих угольных блоков. Это приводит к снижению срока службы обожженного анода и повышенному расходу угольных блоков.The disadvantage of such a calcined anode of an aluminum electrolyzer is the use of several carbon blocks mounted on one anode holder using a nipple bracket. When using several coal blocks in the event of failure for one reason or another of one of the coal blocks, the operation of the remaining coal blocks is disrupted. In the event of failure of one of the coal blocks, the current load on the remaining coal blocks increases, which leads to premature failure of these coal blocks. This leads to a decrease in the life of the calcined anode and an increased consumption of coal blocks.

Кроме того, для снижения падения напряжения в контакте ниппелей с угольными блоками и обеспечения механической прочности соединения ниппелей с угольными блоками данная конструкция обожженного анода предполагает использование ниппелей и ниппельных гнезд достаточно большого диаметра, а это приводит к увеличению вероятности растрескивания угольных блоков в результате воздействия напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения ниппеля и угольного блока.In addition, to reduce the voltage drop in the contact of the nipples with the coal blocks and to ensure the mechanical strength of the connection of the nipples with the coal blocks, this design of the calcined anode involves the use of nipples and nipple nests of a sufficiently large diameter, and this leads to an increase in the likelihood of cracking of the coal blocks as a result of stresses, arising due to differences in thermal expansion of the nipple and the coal block.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является обожженный анод алюминиевого электролизера, состоящий из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном. Крайние ниппеля кронштейна расположены на расстоянии между их вертикальными осями, составляющем 0,55-0,60 длины обожженного угольного блока, а ниппельные гнезда выполнены диаметром, составляющим 0,12-0,15 длины и 0,25-0,31 ширины обожженного угольного блока (патент РФ 2196193, МКЛ С25С 3/12, опубл. 10.01.2003 г.).Closest to the claimed utility model is the calcined anode of an aluminum electrolyzer, consisting of a calcined coal block, a bracket with nipples located along the longitudinal axis of the calcined coal block and secured in nipple sockets made therein, and an anode holder connected to the bracket. The extreme nipples of the bracket are located at a distance between their vertical axes of 0.55-0.60 of the length of the calcined coal block, and the nipple nests are made with a diameter of 0.12-0.15 of the length and 0.25-0.31 of the width of the calcined coal block (RF patent 2196193, MKL C25C 3/12, publ. 10.01.2003).

Недостаток обожженного анода алюминиевого электролизера прототипа заключается в недостаточной площади контакта обожженного угольного блока и ниппелей и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей для электролизеров мощностью свыше 250 кА. Кроме того, для снижения падения напряжения в контакте ниппелей с угольными блоками данная конструкция обожженного анода предполагает использование ниппелей и ниппельных гнезд достаточно большого диаметра, а это приводит к увеличению вероятности растрескивания угольных блоков в результате воздействия напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения ниппеля и угольного блока.The disadvantage of the fired anode of the aluminum electrolyzer of the prototype is the insufficient contact area of the fired coal block and nipples and the mechanical strength of the connection of the fired coal block and nipples for electrolytic cells with a capacity of more than 250 kA. In addition, to reduce the voltage drop in the contact of the nipples with the coal blocks, this design of the calcined anode involves the use of nipples and nipple nests of a sufficiently large diameter, and this leads to an increase in the likelihood of cracking of the coal blocks due to stresses arising from the difference in the thermal expansion of the nipple and the coal block .

Задачей заявляемой полезной модели является повышение срока службы обожженного анода и анододержателя.The objective of the claimed utility model is to increase the life of the calcined anode and anode holder.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение вероятности растрескивания угольных блоков и улучшение механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей.The technical result of the utility model is to reduce the likelihood of cracking of coal blocks and improve the mechanical strength of the connection of the calcined coal block and nipples.

Технический результат достигается тем, что в обожженном аноде алюминиевого электролизера, состоящем из обожженного угольного блока, кронштейна с ниппелями, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, и анододержателя, соединенного с кронштейном, согласно заявляемой полезной модели ниппельные гнезда выполнены с глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, где D и d - диаметры ниппельного гнезда, h - глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда.The technical result is achieved by the fact that in the calcined anode of an aluminum electrolyzer, consisting of a calcined coal block, a bracket with nipples located along the longitudinal axis of the calcined coal block and secured in the nipple sockets made therein, and an anode holder connected to the bracket, according to the claimed utility model, nipple the nests are made with a depth of 0.18-0.25 of the height of the calcined coal block in the form of a truncated cone, with the taper K = (Dd) / h = 0.012-0.08, where D and d are the diameters of the nipple socket, h is the depth nipple nests, and inclined grooves made at an angle in the range of 2 ° -25 ° to the axis of the nipple nests.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображен обожженный анод алюминиевого электролизера, на фиг.2 - ниппельное гнездо.The essence of the utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows the calcined anode of an aluminum electrolyzer, figure 2 - nipple socket.

Обожженный анод алюминиевого электролизера состоит из обожженного угольного блока 1, кронштейна 2 с ниппелями 3, расположенными вдоль продольной оси обожженного угольного блока 1 и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах 4 при помощи чугунной заливки 5, и анододержателя 6, соединенного с кронштейном 2. Согласно заявляемой полезной модели ниппельные гнезда 4 выполнены с глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, где D и d - диаметры ниппельного гнезда, h - глубина ниппельного гнезда, и наклонными пазами 7, выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда.The calcined anode of the aluminum electrolyzer consists of a calcined coal block 1, a bracket 2 with nipples 3 located along the longitudinal axis of the calcined coal block 1 and secured in the nipple sockets 4 made therein by cast iron casting 5, and the anode holder 6 connected to the bracket 2. According to The claimed utility model nipple nests 4 are made with a depth of 0.18-0.25 of the height of the calcined coal block in the form of a truncated cone, with taper K = (Dd) / h = 0.012-0.08, where D and d are the diameters of the nipple nest, h - depth nipple a socket and inclined grooves 7 formed at an angle in the range of 2 ° -25 ° to the axis of the threaded socket.

Работа обожженного угольного блока осуществляется следующим образом.The operation of the calcined coal block is as follows.

В процессе эксплуатации обожженного анода электрический ток от анодной ошиновки (не показана) алюминиевого электролизера подается на анододержатель 6, затем по анододержателю 6 поступает к соединенному с ним кронштейну 2, по которому ток распределяется по ниппелям 3, закрепленным в выполненных в обожженном угольном блоке 1 ниппельных гнездах 4. В процессе эксплуатации обожженного анода происходит сгорание обожженного угольного блока 1 до минимальной величины - "огарка". При достижении минимальной величины огарка обожженный анод извлекается из алюминиевого электролизера и на его место устанавливается новый обожженный анод.During operation of the calcined anode, the electric current from the anode busbar (not shown) of the aluminum electrolysis cell is supplied to the anode holder 6, then through the anode holder 6 it is supplied to the bracket 2 connected to it, by which the current is distributed through the nipples 3 fixed in the nipple made in the calcined coal block 1 nests 4. During operation of the calcined anode, the calcined coal block 1 is burned to a minimum value — cinder. Upon reaching the minimum cinder value, the calcined anode is removed from the aluminum electrolyzer and a new calcined anode is installed in its place.

В настоящее время для алюминиевых электролизеров с мощностью более 250 кА используются обожженные угольные блоки длиной 1450-1540 мм, шириной 650-710 мм и высотой 620-625 мм. При таких размерах обожженных угольных блоков оптимальное количество ниппелей равняется трем. Центральный ниппель располагается по центру обожженного угольного блока, а крайние ниппеля располагаются симметрично вертикальной оси кронштейна. Ниппельные гнезда выполняются глубиной 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока в виде усеченного конуса, с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08 и с наклонными пазами выполненными под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда. Ниппеля закрепляются в выполненных в обожженном угольном блоке ниппельных гнездах при помощи чугунной заливки. Глубина ниппельного гнезда, составляющая 0,18-0,25 определена опытным путем, исходя из условий прочности соединения обожженного угольного блока с ниппелями кронштейна. На электролизерах мощностью более 250 кА с глубиной ниппельного гнезда менее 0,18 высоты обожженного угольного блока контактирующей поверхности ниппеля, установленного в обожженный угольный блок, не достаточно, это приводит к нагреву кронштейна и биметаллической плиты, что снижает механическую прочность соединения ниппелей с обожженным угольным блоком. При глубине ниппельного гнезда более 0,25 высоты обожженного угольного блока, минимальная величина «огарка» обожженного угольного блока увеличивается, при этом увеличивается расход углеродного материала на изготовление анодов.Currently, for aluminum electrolyzers with a capacity of more than 250 kA, fired coal blocks are used with a length of 1450-1540 mm, a width of 650-710 mm and a height of 620-625 mm. With such sizes of charred coal blocks, the optimal number of nipples is three. The central nipple is located in the center of the calcined coal block, and the extreme nipples are located symmetrically to the vertical axis of the bracket. Nipple nests are made with a depth of 0.18-0.25 of the height of the calcined coal block in the form of a truncated cone, with taper K = (Dd) / h = 0.012-0.08 and with inclined grooves made at an angle in the range of 2 ° -25 ° to axis of the nipple socket. The nipples are fixed in the nipple nests made in the fired coal block using cast iron. The depth of the nipple nest, component 0.18-0.25 determined experimentally, based on the strength conditions of the connection of the calcined coal block with the nipples of the bracket. On electrolyzers with a capacity of more than 250 kA with a nipple socket depth of less than 0.18 the height of the charred coal block, the contact surface of the nipple installed in the charred coal block is not enough, this leads to heating of the bracket and the bimetallic plate, which reduces the mechanical strength of the connection of the nipples with the charred coal block . When the depth of the nipple nest is more than 0.25 of the height of the calcined coal block, the minimum value of the "cinder" of the calcined coal block increases, while the consumption of carbon material for the manufacture of anodes increases.

В процессе эксплуатации обожженного анода происходит сгорание обожженного угольного блока и нагрев кронштейна, что приводит к удлинению кронштейна и возникновению напряжений в обожженном угольном блоке. Различие в величине термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока приводит к возникновению напряжений, величина которых может превысить предел прочности обожженного угольного блока, что в свою очередь может привести к его растрескиванию в зоне расположения ниппелей и приведет к выходу из строя обожженного угольного блока.During operation of the fired anode, the fired coal block is burned and the bracket is heated, which leads to lengthening of the bracket and stresses in the fired coal block. The difference in the thermal expansion of the bracket and the calcined coal block leads to stresses, the magnitude of which can exceed the tensile strength of the calcined coal block, which in turn can lead to cracking in the area of the nipples and lead to failure of the calcined coal block.

При глубине 0,18-0,25 высоты обожженного угольного блока и выполнении ниппельного гнезда в виде усеченного конуса с конусностью К=(D-d)/h=0,012-0,08, величина напряжений, возникающих вследствие различия термического расширения кронштейна и обожженного угольного блока, уменьшается, исключая вероятность растрескивания обожженного угольного блока. При этом гарантируется прочность обожженного угольного блока в местах размещения ниппелей при воздействии напряжений, возникающих от объемного термического расширения ниппелей, при обеспечении надежного электрического контакта и механической прочности соединения обожженного угольного блока и ниппелей. Наклонные пазы, выполненные под углом в интервале 2°-25° к оси ниппельного гнезда создают более увеличенную контактирующую поверхность чугунной заливки с обожженным угольным блоком, обеспечивая тем самым надежное закрепление обожженного угольного блока на ниппелях кронштейна.At a depth of 0.18-0.25 of the height of the calcined coal block and the design of the nipple socket in the form of a truncated cone with taper K = (Dd) / h = 0.012-0.08, the magnitude of the stresses arising from the difference in the thermal expansion of the bracket and the calcined coal block decreases, eliminating the likelihood of cracking of the calcined coal block. At the same time, the strength of the calcined coal block at the locations of the nipples under the stresses arising from the volumetric thermal expansion of the nipples is guaranteed, while ensuring reliable electrical contact and the mechanical strength of the connection of the calcined coal block and nipples. Inclined grooves made at an angle in the range of 2 ° -25 ° to the axis of the nipple socket create a larger contact surface of the cast iron with the charred coal block, thereby ensuring reliable fastening of the charred coal block on the nipples of the bracket.

Claims

The fired anode of an aluminum electrolyzer, consisting of a fired coal block, a bracket with nipples located along the longitudinal axis of the fired coal block and secured in nipple sockets made therein, and an anode holder connected to the bracket, characterized in that the nipple sockets are made 0.18- deep 0.25 height of the calcined coal block in the form of a truncated cone with a taper

K = (D-d) / h = 0.012-0.08,

where D and d are the diameters of the nipple socket, h is the depth of the nipple socket, and inclined grooves made at an angle in the range of 2 ° -25 ° to the axis of the nipple socket.