RU2023057C1

RU2023057C1 - Electrolyzer for production of aluminium

Info

Publication number: RU2023057C1
Application number: SU5039272/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Вегнер; кман Ф.Д. Демидов-Пол; Ф.Д. Демидов-Полякман; А.Г. Бисеров; И.Ф. Плотников; В.Э. Беккер; Т.В. Межберг; В.В. Фокин
Original assignee: Акционерное общество "Богословский алюминиевый завод"
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: employment of electrolyzer provides introduction into bath of large-sized waste pieces of aluminium and its alloys for their remelting. Anode is mounted in well of bath and is displaced to inlet end relative to direction of flow. Value of displacement is determined by ratio of distances of "board-anode" in outlet and inlet ends of electrolyzer equal to 1.8-2.2. EFFECT: simplified design, enhanced remelting efficiency of wastes. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия. The invention relates to the electrolytic production of aluminum.

Известен электролизер с непрерывным самообжигающимся анодом, предусматривающий переплавку крупногабаритных отходов алюминия и его сплавов. Для загрузки отходов в шахту электролизера в центральной части анода сформирован вертикальный загрузочный канал. Known electrolytic cell with a continuous self-baking anode, providing for the remelting of bulky waste aluminum and its alloys. To load waste into the cell of the cell in the central part of the anode, a vertical loading channel is formed.

Необходимость формирования канала внутри анода с помощью замкнутой металлической перегородки усложняет конструкцию электролизера. Кроме того, уменьшение рабочего сечения анода ведет к повышению анодной плотности тока, усилению циркуляции электролита и диффузии растворенного металла к аноду, что увеличивает потери металла. The need to form a channel inside the anode using a closed metal partition complicates the design of the cell. In addition, a decrease in the working cross section of the anode leads to an increase in the anode current density, an increase in the circulation of the electrolyte and diffusion of the dissolved metal to the anode, which increases the loss of metal.

Известен также электролизер с непрерывными самообжигающимися анодом и катодным устройством, конструкция которого предусматривает переплавку крупногабаритных отходов. Для загрузки их в электролизер в аноде сформирована плавильная ниша с помощью стальной перегородки, жестко закрепленной в анодном кожухе. Also known is an electrolyzer with continuous self-burning anode and cathode device, the design of which provides for the remelting of bulky waste. To load them into the cell in the anode, a melting niche is formed using a steel partition rigidly fixed in the anode casing.

Недостатки известных электролизеров следующие: усложнение конструкции, вызванное установкой стальной перегородки в аноде; уменьшение сечения анода, приводящее к потерям металла. Кроме того, из-за наличия стальной перегородки в аноде уменьшается количество токоподводящих штырей (анодные штыри в месте установки перегородки не забиваются), что вызывает неравномерное распределение тока в теле анода и снижает эффективность работы электролизера. The disadvantages of the known electrolyzers are as follows: design complexity caused by the installation of a steel partition in the anode; reduction of the cross section of the anode, leading to metal loss. In addition, due to the presence of a steel partition in the anode, the number of current-carrying pins is reduced (the anode pins are not clogged at the installation site of the partition), which causes an uneven current distribution in the anode body and reduces the efficiency of the cell.

Цель изобретения - упрощение конструкции электролизера-плавильника (т. е. электролизера, в котором производится переплавка крупногабаритных отходов алюминия и его сплавов) и повышение эффективности переплавки отходов. The purpose of the invention is to simplify the design of the electrolyzer-smelter (i.e., the electrolyzer in which the bulky aluminum and its alloys are remelted) and to increase the efficiency of the remelting of waste.

Предлагаемая конструкция электролизера-плавильника включает следующие существенные признаки, общие с прототипом: электролизер для получения алюминия с введением в ванну подлежащих переплавке крупногабаритных алюминийсодержащих отходов содержит самообжигающийся анод и футерованный катод. The proposed design of the electrolytic smelter includes the following essential features common with the prototype: an electrolyzer for producing aluminum with the introduction of large aluminum-containing waste to be remelted into the bath contains a self-calcining anode and a lined cathode.

Новыми существенными признаками являются следующие:
анод установлен (при монтаже электролизера) в шахте ванны со смещением в сторону входного торца по ходу тока; смещение анода определяется соотношением расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах электролизера, соответственно равным 1,8-2,2.New significant features are the following:
the anode is installed (during installation of the electrolyzer) in the bath shaft with a shift towards the input end along the current; the anode offset is determined by the ratio of the board-anode distances in the output and input ends of the cell, respectively, equal to 1.8-2.2.

Проблема загрузки крупногабаритных отходов в ванну в предлагаемом решении решается путем расширения расстояния "борт-анод", но это расширение осуществляется конструктивно значительно проще: смещение анода в процессе монтажа электролизера-плавильника в сторону входного торца (по ходу тока) шахты ванны с соответствующим увеличением расстояния "борт-анод" на выходном торце электролизера. The problem of loading bulky waste into the bath in the proposed solution is solved by expanding the board-anode distance, but this expansion is structurally much simpler: the anode is displaced during installation of the electrolyzer-smelter towards the inlet end (along the current) of the bath shaft with a corresponding increase in distance "board-anode" at the output end of the cell.

Увеличение расстояния "борт-анод" (и загрузку крупногабаритных отходов в ванну) осуществляют именно в выходном торце электролизера по следующей причине. В электролизерах с самообжигающимся анодом выходной торец ванны работает горячей, чем входной, из-за горизонтальной составляющей тока в катодном металле; кроме того, интенсивней идет циркуляция расплава под воздействием электромагнитных полей. Для обычного электролизера это конструктивный недостаток, приводящий зачастую к разрушению футеровки в торцовой стенке кожуха и прорыву расплава из шахты. В электролизере-плавильнике предлагаемой конструкции повышенное выделение тепла и циркуляция расплава в выходном торце являются положительным фактором, способствующим быстрому расплавлению отходов и препятствующим зарастанию шахты в торце. The increase in the board-anode distance (and loading of bulky waste into the bath) is carried out precisely in the outlet end of the cell for the following reason. In electrolyzers with a self-baking anode, the output end of the bath is hotter than the input, due to the horizontal component of the current in the cathode metal; In addition, the circulation of the melt under the influence of electromagnetic fields is more intense. For a conventional electrolyzer, this is a design flaw, often leading to the destruction of the lining in the end wall of the casing and the breakthrough of the melt from the mine. In the electrolyzer-smelter of the proposed design, increased heat generation and melt circulation in the outlet end are a positive factor contributing to the rapid melting of waste and preventing overgrowth of the mine at the end.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электролизер (продольный разрез) со смещением в сторону входного торца анодом; на фиг. 2 - фрагмент выходного торца электролизера с дополнительной катодной секцией и блоком искусственной настыли. In FIG. 1 shows the proposed electrolyzer (longitudinal section) with a shift towards the inlet end face by the anode; in FIG. 2 - a fragment of the output end of the electrolyzer with an additional cathode section and a block of artificial nastily.

Электролизер содержит самообжигающийся анод 1 прямоугольной формы. Расстояние "борт-анод" в входных торцах электролизера, равное l₁ = 500 мм, удлинили в ходе капремонта электролизера путем установки в выходном торце его дополнительной катодной секции 2 и блока 3 искусственной настыли. Направление тока от входного торца к выходному указано стрелкой. Расстояние "борт-анод" в выходном торце l₂ при этом составило
l₂ = l₁ + l_к + l_ш + l_н = 500 + 550 + 50 +
+ 200 = 1300 мм, где l_к - ширина катодного блока, мм;
l_ш - ширина межблочного шва, мм;
l_н - ширина блока искусственной настыли, мм.The cell contains a self-baking anode 1 of a rectangular shape. The “board-anode” distance in the inlet ends of the electrolyzer, equal to l ₁ = 500 mm, was extended during the overhaul of the electrolyzer by installing an additional cathode section 2 and block 3 of artificial overlay in the outlet end of the cell. The direction of the current from the input end to the output is indicated by the arrow. The distance "board-anode" in the output end l ₂ thus amounted to
l ₂ = l ₁ + l _k + l _w + l _n = 500 + 550 + 50 +
+ 200 = 1300 mm, where l _k is the width of the cathode block, mm;
l _W - the width of the interblock seam, mm;
l _n - the width of the block artificial nastily, mm.

Пределы соотношения расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах электролизера определены равными l₂:l₁ = =1,8-2,2 экспериментальным путем.The limits of the relationship between the board-anode distances in the output and input ends of the electrolyzer are determined equal to l ₂ : l ₁ = = 1.8-2.2 experimentally.

Переплавку крупногабаритных отходов в электролизере осуществляют следующим образом. Remelting bulky waste in the cell is as follows.

После пуска электролизера и выхода его на нормальный технологический режим в выходном торце электролизера разрушают криолит-глиноземную корку и в образовавшееся между анодом и бортом ванны окно загружают электромостовым краном или погрузчиком крупногабаритные отходы, например чушки весом 0,5 т, или мелкогабаритные отходы в пакетированном виде. After the electrolyzer is started up and it returns to normal operating mode, the cryolite-alumina crust is destroyed in the outlet end of the electrolyzer and large-sized waste, for example 0.5 ton pigs, or small-sized waste in a packeted form is loaded into the window formed between the anode and the side of the bath .

Переплавка отходов ведется со скоростью 1 чушка в сутки, при этом производительность электролизера возрастает почти вдвое. Для поддержания оптимальной температуры расплава в пределах 950-970^оС (нормальный технологический ход электролизера) рабочее напряжение на электролизере в зависимости от массы загруженных на переплавку отходов увеличивают на 0,2-0,5 В.Recycling of waste is carried out at a rate of 1 ingot per day, while the productivity of the electrolyzer is almost doubled. To maintain optimum melt temperature in the range 950-970 ^{° C} (normal course of the process electrolysis) operating voltage to the electrolytic cell depending on the weight loaded on the melted waste is increased by 0.2-0.5 V.

Величина смещения анода в сторону входного торца определяется соотношением расстояний "борт-анод" в выходном и входном торцах, равным l₂:l₁ = 1,8-2,2. Указанное соотношение подобрано экспериментальным путем. Оптимальное расстояние "борт-анод" определяют по установившейся форме рабочего пространства в выходном торце электролизера. Максимальная величина этого расстояния l_2maх соответствует зоне начала образования гарнисажа в шахте ванны (гарнисаж-настыль в зоне электролита). Дальнейшее увеличение этого расстояния неэффективно, так как это зона гарнисажа, и расстояние "анод-настыль" при этом не увеличивается. Увеличить это расстояние можно, лишь нарушая нормальный технологический ход электролизера в сторону "горячего хода", что приводит к ухудшению технико-экономических показателей работы электролизера. Определенное в ходе испытаний l_2max составляет 2,2l₁. При l₂ > 2,2l₁ значительно увеличивается площадь теплоотдающих поверхностей электролизера, что ведет к существенному увеличению расхода электроэнергии.The magnitude of the displacement of the anode towards the inlet end is determined by the ratio of the board-anode distances in the outlet and inlet ends, equal to l ₂ : l ₁ = 1.8-2.2. The specified ratio is selected experimentally. The optimum board-anode distance is determined by the steady-state form of the working space in the outlet end of the cell. The maximum value of this distance l _2max corresponds to the zone of the beginning of the formation of a skull in the bath shaft (skull-crust in the electrolyte zone). A further increase in this distance is inefficient, since this is the skull area, and the anode-nastyl distance does not increase. This distance can be increased only by disrupting the normal technological course of the electrolyzer towards the "hot stroke", which leads to a deterioration of the technical and economic performance of the electrolyzer. The l _2max determined during the tests is 2.2l ₁ . When l ₂ > 2.2l ₁ , the area of heat-transferring surfaces of the electrolyzer significantly increases, which leads to a significant increase in energy consumption.

Минимальное расстояние "борт-анод" в выходном торце электролизера соответствует максимальному расстоянию "анод-бортовая настыль" (бортовая настыль - настыль в зоне катодного металла - см. фиг. 2) и составляет l_2min = 1,8l₁. Уменьшение этого расстояния менее 1,8l₁ существенно лимитирует размер сечения переплавляемых отходов и не позволяет с достаточной эффективностью производить переплавку крупногабаритных отходов.The minimum “board-anode” distance in the outlet end of the electrolyzer corresponds to the maximum “anode-sideboard nastily” distance (airborne nastily – nastylie in the cathode metal zone — see FIG. 2) and is l _2min = 1.8l ₁ . Reducing this distance to less than 1.8l ₁ significantly limits the size of the cross section of the remelted waste and does not allow re-melting of bulky waste with sufficient efficiency.

Для удобства обслуживания электролизер-плавильник монтируется крайним в ряду электролизеров (при продольном расположении электролизеров в корпусе) с учетом направления серийного тока. For ease of maintenance, the fusion cell is mounted in the extreme row of cells (with a longitudinal arrangement of the cells in the housing), taking into account the direction of the series current.

При поперечном расположении электролизеров электролизер-плавильник монтируется в любом удобном для завозки и загрузки отходов месте корпуса. Число электролизеров-плавильников в серии определяется объемом переплавляемых отходов. With the transverse arrangement of electrolyzers, the electrolyzer-smelter is mounted in any place of the casing convenient for the delivery and loading of waste. The number of smelter electrolysers in a series is determined by the volume of remelted waste.

Claims

ELECTROLYZER FOR PRODUCING ALUMINUM with the introduction of large-sized aluminum-containing wastes to be remelted into the bath, containing a self-burning anode and a lined cathode, characterized in that the anode is installed in the bath shaft with a shift towards the input end along the current, and the ratio of the board-anode distances in the output and input the ends of the cell is 1.8 - 2.2.