RU203083U1

RU203083U1 - Device for electrolysis of a suspension of metal oxides in metal melts

Info

Publication number: RU203083U1
Application number: RU2020124592U
Authority: RU
Inventors: Владислав Владимирович Фурсенко; Валерия Владимировна Лербаум; Алла Юрьевна Анисимова; Дмитрий Олегович Анисимов
Original assignee: Акционерное общество "СЕФКО"
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2021-03-22

Abstract

Полезная модель относится к устройству для электролиза суспензии оксидов алюминия в расплавах металлов. Устройство содержит вертикально ориентированный корпус цилиндрообразной формы с фланцами по верхнему и нижнему краям, соединенную с корпусом донную часть, выполненную стаканообразной формы с полым дном, полость которого сообщена с каналом подвода газообразного азота, а на верхней донной стенке которой размещен керамический фильтр для пропуска через щели указанного азота, а также крышку для закрепления на верхней части корпуса, выполненную с центральным отверстием и двумя патрубками, один из которых предназначен для вывода газового продукта из полости корпуса, а другой - для засыпки полости корпуса оксида алюминия. Нерасходуемый трубчатой формы анод закреплен на керамическим изоляторе, установлен в центре крышки, пропущен через центральное отверстие в крышке и расположен коаксиально по отношению к боковой стенке корпуса. При этом на боковой стенке корпуса смонтированы на разной высоте от поверхности керамического фильтра сливные патрубки, плоскость фланца донной части расположена на высоте, равной половине высоты керамического фильтра, а вдоль боковой стенки корпуса расположены нагревательные элементы. Обеспечивается упрощение конструкции электролизной установки непрерывного получения алюминия в присутствии газообразного азота. 2 ил.The utility model relates to a device for electrolysis of a suspension of aluminum oxides in metal melts. The device contains a vertically oriented cylindrical body with flanges along the upper and lower edges, a bottom part connected to the body, made of a glass-like shape with a hollow bottom, the cavity of which is communicated with the channel for supplying gaseous nitrogen, and on the upper bottom wall of which there is a ceramic filter for passing through the slots the specified nitrogen, as well as a cover for fixing on the upper part of the body, made with a central hole and two nozzles, one of which is designed to remove the gas product from the body cavity, and the other for filling the body cavity with aluminum oxide. A non-consumable tubular anode is fixed on a ceramic insulator, installed in the center of the lid, passed through the central hole in the lid, and is located coaxially with respect to the side wall of the housing. In this case, drain pipes are mounted on the side wall of the housing at different heights from the surface of the ceramic filter, the plane of the flange of the bottom part is located at a height equal to half the height of the ceramic filter, and heating elements are located along the side wall of the housing. EFFECT: simplification of the design of the electrolysis plant for continuous production of aluminum in the presence of nitrogen gas. 2 ill.

Description

Полезная модель относится области металлургии, а точнее к металлурги получения алюминия.The utility model relates to the field of metallurgy, or rather to the metallurgists of obtaining aluminum.

Известен из RU 2274680, С25С 3/06, опубл. 20.04.2006 способ получения металлов электролизом расплавленных солей, который принят в качестве прототипа.Known from RU 2274680, C25C 3/06, publ. 04/20/2006 a method for producing metals by electrolysis of molten salts, which is adopted as a prototype.

В этом патентном источнике описан способ получения металлов электролизом суспензии оксидов металлов в расплавленных солях, который включает пропускание электрического тока между катодом и анодом, при этом содержание оксидов металлов в расплавленных солях выбрано в пределах, обеспечивающих эффективное разделение приэлектродных пространств и исключающих конвекцию в зазоре между электродами, и составляет 10-60 мас. %, температуру электролиза поддерживают выше температуры ликвидуса солей, кристаллизующихся на электродах, исключающую солевую пассивацию поверхности электродов и позволяющую использовать высокие плотности тока, дисперсионная среда суспензии оксидов металлов представлена фторидным, фторидно-хлоридным расплавом или хлоридным расплавленным электролитом и выделяемый на катоде металл, в частности алюминий, а на аноде - газ, в частности кислород, отводят по внешней и внутренней поверхности электродов.This patent source describes a method for producing metals by electrolysis of a suspension of metal oxides in molten salts, which includes passing an electric current between the cathode and the anode, while the content of metal oxides in the molten salts is selected within the range ensuring effective separation of the near-electrode spaces and excluding convection in the gap between the electrodes , and is 10-60 wt. %, the electrolysis temperature is maintained above the liquidus temperature of the salts crystallizing on the electrodes, excluding the salt passivation of the electrode surface and allowing the use of high current densities, the dispersion medium of the metal oxide suspension is represented by a fluoride, fluoride-chloride melt or chloride molten electrolyte and the metal released at the cathode, in particular aluminum, and at the anode - gas, in particular oxygen, is removed along the outer and inner surfaces of the electrodes.

Данный способ реализуется с применением электролизной установки, обращается внимание, что универсальных электролизных установок не существует, несмотря на наличие общих узлов таких как анод, корпус (ванна), кожух, термооблицовка, крышка и т.д. Применительно к способу получения алюминия каждая установка имеет свою неповторяющуюся конструкцию.This method is implemented using an electrolysis plant, attention is drawn to the fact that universal electrolysis plants do not exist, despite the presence of common units such as anode, body (bath), casing, thermal lining, cover, etc. With regard to the method of producing aluminum, each installation has its own unique design.

Так, в известном патенте электролизная установка содержит корпус, в котором размещены нерасходуемый анод и катод и полость между ними заполнена суспензией. Замкнутый циркуляционный контур суспензии расположен в межполюсном расстоянии (МПР). При этом вдоль поверхностей электродов циркулирует только тонкий слой суспензии, в котором доля электролита больше, чем в объеме суспензии. Почти неподвижная суспензия в середине МПР служит в качестве пористой диафрагмы, разделяющей прианодное и прикатодное пространства. Газообразный кислород, выделяющийся на аноде, перемешивает и увлекает часть расплава вверх. После этого нисходящий поток скользит вдоль поверхности катода, помогая металлу стекать по поверхности электрода и/или проникать в его каналы. Для питания оксид металла подается на поверхность суспензии вблизи анода там, где выходящие на поверхность пузырьки газа способствуют интенсивному перемешиванию частиц оксида металла с расплавом. В данной установке смачиваемый алюминием катодный стержень выполнен с квадратным сечением с одним продольным каналом и несколькими открытыми поперечными каналами. Внутренняя поверхность каналов также смачивалась алюминием. Катод установлен на дно алундового тигля с суспензией и погружен в алюминий, отделенный от суспензии над ним посредством алундовой горизонтальной перегородки.Thus, in the known patent, an electrolysis plant contains a housing in which a non-consumable anode and a cathode are placed and the cavity between them is filled with a suspension. The closed circulation loop of the suspension is located at the pole-to-pole distance (MPR). In this case, only a thin layer of the suspension circulates along the surfaces of the electrodes, in which the proportion of the electrolyte is greater than in the volume of the suspension. An almost immobile suspension in the middle of the MPR serves as a porous diaphragm separating the anode and cathode spaces. Oxygen gas released at the anode mixes and carries a part of the melt upward. Thereafter, the downward flow slides along the cathode surface, helping the metal to flow down the electrode surface and / or penetrate into its channels. For power supply, metal oxide is supplied to the surface of the suspension near the anode, where gas bubbles emerging on the surface promote intensive mixing of the metal oxide particles with the melt. In this installation, the aluminum-wetted cathode rod has a square cross-section with one longitudinal channel and several open transverse channels. The inner surface of the channels was also wetted with aluminum. The cathode is installed on the bottom of an alundum crucible with a suspension and immersed in aluminum, which is separated from the suspension above it by means of an alundum horizontal baffle.

Эта установка позволяет обеспечить эффективное разделение продуктов электролиза при небольших межэлектродных расстояниях (0,5-2 см) и высокую энергетическую эффективность процесса. Технический результат заключается в исключении конвенции в зазоре между электродами и солевой пассивации поверхности электродов, а также в создании эффективного разделения катодного и анодного пространства и повышении плотности тока. Недостатком устройства является использование для формирования дисперсной среды суспензии оксидов металлов фторидным, фторидно-хлоридным расплавом или хлоридным расплавленным электролитом. Подобные хлориды и фториды являются источниками экологических проблем, нанося тотальный вред человеку и природе.This installation allows for efficient separation of electrolysis products at small interelectrode distances (0.5-2 cm) and high energy efficiency of the process. The technical result consists in eliminating the convention in the gap between the electrodes and salt passivation of the electrode surface, as well as in creating an effective separation of the cathode and anode spaces and increasing the current density. The disadvantage of the device is the use of a suspension of metal oxides with fluoride, fluoride-chloride melt or chloride molten electrolyte to form a dispersed medium. Such chlorides and fluorides are sources of environmental problems, causing total harm to humans and nature.

Кроме того, представленная в виде блок-схемы электролизной установки в реальности для получения не лабораторных доз алюминия, а промышленных объемов, представляет собой довольно сложное и громоздкое устройство.In addition, presented in the form of a block diagram of an electrolysis plant in reality for obtaining not laboratory doses of aluminum, but industrial volumes, is a rather complex and cumbersome device.

В реальности такая установка для промышленного получения алюминия базируется на бетонном фундаменте из нескольких рядов строительного кирпича, на которые затем устанавливают кожух, прочно закрепленный анкерными болтами, залитыми в фундамент. Внутри металлического кожуха помещают два-три ряда шамотного кирпича, затем подушку из углеродистой массы, и наконец, катодные прессованные, предварительно обожженные угольные блоки. Ток подается к катоду с помощью массивных стальных стержней. Контактом между стержнями и угольными блоками служит чугун, причем каждый стальной стержень подводит ток к двум - трем угольным блокам. Непрерывный самообжигающийся анод устроен следующим образом: внутрь прямоугольной алюминиевой «рубашки» загружают угольную анодную массу. В верхних зонах анодная масса находится в тестообразном состоянии; по мере опускания в нижние зоны она превращается в сплошной твердый блок, спекаясь за счет тепла, выделяемого ванной. Для противодействия давления жидкой массы на тонкие стенки кожуха (толщиной 1-2 мм) верхняя часть его охватывается прочной рамой, от которой к нижней части кожуха идут стальные ребра жесткости Эта же рама служит для подвески анода.In reality, such an installation for the industrial production of aluminum is based on a concrete foundation of several rows of building bricks, on which a casing is then installed, firmly fixed with anchor bolts cast into the foundation. Two or three rows of fireclay bricks are placed inside the metal casing, then a cushion of carbonaceous mass, and finally, cathode pressed, pre-fired carbon blocks. The current is supplied to the cathode using massive steel rods. The contact between the rods and the carbon blocks is cast iron, with each steel rod supplying current to two to three carbon blocks. The continuous self-baking anode is arranged as follows: a coal anode mass is loaded inside a rectangular aluminum "jacket". In the upper zones, the anode mass is in a pasty state; as it descends into the lower zones, it turns into a solid solid block, sintering due to the heat generated by the bath. To counteract the pressure of the liquid mass on the thin walls of the casing (1-2 mm thick), its upper part is enclosed by a strong frame, from which steel stiffening ribs go to the lower part of the casing. The same frame serves to suspend the anode.

В последние годы новые цехи на алюминиевых заводах оборудуют электролизными ваннами с верхним подводом тока к аноду. Катодное устройство этих ванн существенно не отличается от ванны, рассмотренной выше. Ток к аноду подводится через два, три или четыре ряда вертикальных стальных стержней. На этих же стержнях анод удерживается над ванной. Стержни расположены на различной высоте от подошвы анода. По мере сгорания анода стержни поочередно выдергивают из затвердевшей части, поднимают и закрепляют в новом положении.In recent years, new shops at aluminum smelters have been equipped with electrolysis baths with an upper current supply to the anode. The cathode arrangement of these baths does not differ significantly from the bath discussed above. The current is supplied to the anode through two, three or four rows of vertical steel rods. On the same rods, the anode is held above the bath. The rods are located at different heights from the base of the anode. As the anode burns out, the rods are alternately pulled out of the hardened part, lifted and fixed in a new position.

В целом такой конструктивный подход металлургического ковша обусловлен применением устаревшего метода получения алюминия. В результате ковш получается громоздким, сложным в изготовлении и практически неремонтопригодным.In general, this constructive approach of the metallurgical ladle is due to the use of an outdated method of aluminum production. As a result, the ladle is bulky, difficult to manufacture, and practically unrepairable.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции электролизерной установки непрерывного получения алюминия в присутствии газообразного азота.The present utility model is aimed at achieving a technical result consisting in simplifying the design of an electrolysis plant for the continuous production of aluminum in the presence of nitrogen gas.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для электролиза суспензии оксидов металлов в расплавах металлов включает в себя вертикально ориентированный корпус цилиндрообразной формы с фланцами по верхнему и нижнему краям, донную часть, выполненную стаканообразной формы с фланцем на открытом крае для соединения с нижней частью корпуса и полым дном, полость которого сообщена с каналом подвода газообразного азота, а на верхней донной стенке которой размещен керамический фильтр для пропуска через щели указанного азота, крышку для закрепления на верхней части корпуса, выполненную с центральным отверстием и двумя патрубками, один из которых предназначен для вывода газового продукта из полости корпуса, а другой - для засыпки полости корпуса оксида алюминия, нерасходуемый трубчатой формы анод, закрепленный на керамическим изоляторе, установлен в центре крышки, пропущен через центральное отверстие в крышке и расположен коаксиально по отношению к боковой стенке корпуса, при этом на боковой стенке корпуса смонтированы на разной высоте от поверхности керамического фильтра сливные патрубки, плоскость фланца донной части расположена на высоте, равной половине высоты керамического фильтра, а вдоль боковой стенки корпуса расположены нагревательные элементы.The specified technical result is achieved in that the device for electrolysis of a suspension of metal oxides in metal melts includes a vertically oriented cylindrical body with flanges along the upper and lower edges, a bottom part made of a glass-like shape with a flange at an open edge for connection with the lower part of the body, and a hollow bottom, the cavity of which is communicated with the channel for supplying gaseous nitrogen, and on the upper bottom wall of which there is a ceramic filter for passing through the slots of the specified nitrogen, a cover for fixing on the upper part of the body, made with a central hole and two nozzles, one of which is intended for output gas product from the body cavity, and the other for filling the body cavity of aluminum oxide, a non-consumable tubular anode fixed on a ceramic insulator is installed in the center of the lid, passed through the central hole in the lid and is located coaxially with respect to the side wall of the case, when On the side wall of the housing, drain pipes are mounted at different heights from the surface of the ceramic filter, the plane of the flange of the bottom part is located at a height equal to half the height of the ceramic filter, and heating elements are located along the side wall of the housing.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present utility model is illustrated by a specific example of implementation, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг. 1 блок-схема электролизной установки для получения алюминия;FIG. 1 block diagram of an electrolysis plant for aluminum production;

фиг. 2 - электролизная установка в разобранном на модули виде.fig. 2 - electrolysis plant disassembled into modules.

Согласно настоящей полезной модели рассматривается новая конструкция электролизной установки (устройство для электролиза суспензии оксидов металлов в расплавах металлов), позволяющей обеспечить экологически чистый и безопасный способ получения алюминия электролизом суспензии глинозема в расплаве алюминия, в котором используется так называемый распределенный катод - непосредственно сам алюминий в составе электролита - расплава алюминия.According to this utility model, a new design of an electrolysis plant (a device for electrolysis of a suspension of metal oxides in metal melts) is considered, which allows to provide an environmentally friendly and safe method for producing aluminum by electrolysis of an alumina suspension in an aluminum melt, in which the so-called distributed cathode is used - aluminum itself in the composition electrolyte - aluminum melt.

Получение алюминия методом электролиза суспензии глинозема в расплаве алюминия основан на пропускании в электролите электрического тока между катодом и не расходуемым анодом. При этом процесс электролиза проводят при температуре расплава 700-750°С и постоянном токе между катодом и не расходуемым анодом. Гомогенное распределение частиц глинозема в расплаве алюминия производят барботированием суспензии в электролизной ванне газообразным азотом, а в качестве электролита используется расплав алюминия, который является одновременно распределенным катодом. Суспензию глинозема создают подачей глинозема в расплав алюминия для поддержания соотношения Al₂O₃/Al = 2-40 мас %.The production of aluminum by the electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt is based on passing an electric current in the electrolyte between the cathode and the non-consumable anode. In this case, the electrolysis process is carried out at a melt temperature of 700-750 ° C and a constant current between the cathode and the non-consumable anode. The homogeneous distribution of alumina particles in the aluminum melt is produced by bubbling a suspension in an electrolysis bath with gaseous nitrogen, and an aluminum melt is used as an electrolyte, which is also a distributed cathode. The alumina suspension is created by feeding alumina into the aluminum melt to maintain the ratio Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt%.

Процесс происходит в совмещенной ванне, служащей одновременно и электротермической печью и ванной электролизера (фиг. 1). В рамках полезной модели называется как устройство для электролиза суспензии оксидов металлов в расплавах металлов или электролизная установка.The process takes place in a combined bath, which serves simultaneously as an electrothermal furnace and an electrolyzer bath (Fig. 1). Within the framework of the utility model it is called as a device for electrolysis of a suspension of metal oxides in metal melts or an electrolysis plant.

Электролизная установка представляет собой ковш из нейтрального по отношению к алюминию и алюминийсодержащим сплавам и составам металла, например, из нержавеющей стали. Ковш содержит корпус 1, стенка которого в предпочтительном варианте имеет форму цилиндра, но может быть многогранной или овальной формы в сечении или близкой к цилиндру формы. В верхней и 6нижней зонах корпус 1 выполнен с отбортовками или фланцами, в которых выполнены отверстия для болтовых креплений. К нижней части корпуса (к его фланцу) прикреплена болтовыми элементами 2 донная часть 3. А к верхней части корпуса (к его фланцу) болтовыми элементами 4 прикрепляется крышка 5. В зонах стыковки частей ковша по фланцам предусмотрены элементы герметизации для исключения утечек.The electrolysis plant is a ladle made of neutral in relation to aluminum and aluminum-containing alloys and metal compositions, for example, stainless steel. The bucket contains a body 1, the wall of which, in a preferred embodiment, has the shape of a cylinder, but can be polyhedral or oval in cross section or close to a cylinder in shape. In the upper and 6 lower zones, the body 1 is made with flanges or flanges, in which holes for bolt fastenings are made. The bottom part 3 is attached to the lower part of the body (to its flange) with bolting elements 2. And to the upper part of the body (to its flange), the cover is attached by bolting elements 4. In the areas where the bucket parts are joined along the flanges, sealing elements are provided to prevent leaks.

Таким образом ковш представляет собой сборную конструкцию, которую можно по частям монтировать или демонтировать. В реальности металлургические ковши представляю собой практически неразборные конструкции, то есть они собираются из отдельных элементов, которые потом формируют стационарную и неразборную конструкцию. Технологические работы по ремонту или восстановлению с такими ковшами трудоемки, требуют большой затраты времени и после восстановительного ремонта получают, по сути, новый ковш. Реализованный из конструкции как изделие ковш приобретает практически неразборность и работает в условиях, когда внести изменения в изделие уже нельзя.Thus, the bucket is a prefabricated structure that can be assembled or dismantled in parts. In reality, metallurgical ladles are practically non-separable structures, that is, they are assembled from separate elements, which then form a stationary and non-separable structure. Technological work on repair or restoration with such buckets is laborious, time-consuming, and after refurbishment, in fact, a new bucket is obtained. The bucket, realized from the structure as a product, becomes practically indestructible and works in conditions when it is no longer possible to make changes to the product.

Заявленная конструкция ковша относится к категории ремонтопригодной и способной к внесению в нее изменений, что достигается выполнением ковша из соединяемых между собой разборными креплениями частей, каждая их которых может быть усовершенствована или заменена.The declared design of the bucket belongs to the category of maintainable and capable of making changes to it, which is achieved by making the bucket from detachable parts connected to each other, each of which can be improved or replaced.

Донная часть 3 ковша выполнена стаканообразной формы с отбортовкой или фланцем с открытого края для соединения болтовыми элементами 4 с корпусом. Особенностью выполнения донной части 3 является то, что она по форме поперечного сечения повторяет форму такого же сечения корпуса 1. Дно донной части выполнено полым и представляет собой полость, сообщенную через патрубок 6 с каналом подачи азота. На верхней стенке дна, в которой выполнены сквозные отверстия, размещен керамический фильтр 7 с функцией распылителя. Этот фильтр может быть выполнен в виде повторяющего форму дна в плане тела со сквозными отверстиями. Множество этих отверстий обеспечивает прохождение газового агента от патрубка 6 дна через этот фильтр в полость корпуса 1 с одновременным разложением общего потока газового агента на множество струйных потоков при прохождении через отверстия фильтра. Существенным здесь является не конкретное исполнение фильтра, а его функция - дробление потока газового агента на струи и распределение этих струй по площади дна ковша с целью равномерного поступления азота во весь придонный объем расплава. Гомогенно распределенный газовый азот по площади фильтра барботирует объем расплава в ковше.The bottom part 3 of the bucket is made of a glass-like shape with a flange or a flange at the open edge for connecting bolt elements 4 to the body. A feature of the bottom part 3 is that it repeats the shape of the same section of the body 1 in cross-sectional shape. The bottom of the bottom part is hollow and is a cavity communicated through a branch pipe 6 with a nitrogen supply channel. On the upper wall of the bottom, in which through holes are made, there is a ceramic filter 7 with the function of an atomizer. This filter can be made in the form of repeating the shape of the bottom in the plan of the body with through holes. A plurality of these openings provide for the passage of the gas agent from the bottom branch pipe 6 through this filter into the cavity of the housing 1 with the simultaneous decomposition of the total flow of the gas agent into a plurality of jet streams when passing through the filter openings. It is not the specific design of the filter that is essential here, but its function is to split the flow of the gaseous agent into jets and distribute these jets over the area of the bottom of the ladle in order to uniformly supply nitrogen to the entire bottom volume of the melt. Homogenously distributed gas nitrogen over the filter area bubbling the volume of the melt in the ladle.

В качестве такого газового агента используется газообразный азот, который нагнетается в полость донной части через патрубок 6 и при попадании в полость корпуса нагревается до температуры расплава 700-750°С.As such a gaseous agent, gaseous nitrogen is used, which is injected into the cavity of the bottom part through the nozzle 6 and, when it enters the cavity of the body, is heated to a melt temperature of 700-750 ° C.

Для удобства технологического обслуживания фильтра 7 плоскость разъема донной части проходит примерно на половине высоты этого фильтра. Поэтому при демонтаже донной части фильтр остается открытым и легко может быть изъят и. например, заменен на новый или восстановленный старый. Кроме того, выступающая из донной части 3 часть фильтра 7 выполняет функцию направляющей и позиционирует донную часть относительно корпуса 1 при монтаже/сборке ковша. Донная часть, как и корпус, выполняется из нержавеющей стали или иного металла, невосприимчивого к газообразному азоту.For the convenience of technological maintenance of the filter 7, the plane of the connector of the bottom part is approximately half the height of this filter. Therefore, when dismantling the bottom part, the filter remains open and can be easily removed and. for example, replaced with a new one or a rebuilt old one. In addition, the part of the filter 7 protruding from the bottom part 3 acts as a guide and positions the bottom part relative to the body 1 during assembly / assembly of the bucket. The bottom part, like the body, is made of stainless steel or other metal that is immune to nitrogen gas.

Для обеспечения равномерного нагрева объема расплава в корпусе 1 и поступающего в полость жидкого азота используется нагревательное устройство, предпочтительно электрического типа (электронагреватель) нагревательные элементы 8 которого расположены со стороны наружной стенки корпуса по всей высоте корпуса.To ensure uniform heating of the volume of the melt in the housing 1 and the liquid nitrogen entering the cavity, a heating device is used, preferably of an electric type (electric heater), the heating elements 8 of which are located on the side of the outer wall of the housing along the entire height of the housing.

Снаружи корпус и нагревательное устройство и донная часть обложены шамотным кирпичом, образующим футеровочную рубашку 9 для исключения или уменьшения тепловых потерь при нагреве ковша и для поддержания в расплаве заданной температуры на экономичном по расходу электроэнергии уровне.Outside, the body and the heating device and the bottom part are lined with fireclay bricks, forming a lining jacket 9 to exclude or reduce heat losses when heating the ladle and to maintain a predetermined temperature in the melt at an energy-efficient level.

Сверху корпус 1 герметично закрыт съемно установленной крышкой 5, ботовыми элементами прикручиваемой к фланцу корпуса 1. На стенке крышки смонтирован подающий патрубок 10 дозатора подачи мелкодисперсного порошка глинозема и выходной патрубок 11 для отвода газов. В выходном патрубке 11 завершается процесс смешивания кислорода, выделяющегося в результате диссоциации глинозема, и азота после барботирования электролита. В результате на выходе газовой смеси в патрубок 11 смесь нейтрализует взрывоопасность кислорода и в общем решается вопрос взрывобезопасности газа, поступающего в магистраль вентиляции.At the top, the housing 1 is hermetically sealed by a removable cover 5, which are screwed to the flange of the housing 1. On the wall of the cover, there is a feeding pipe 10 of a metering device for feeding fine alumina powder and an outlet pipe 11 for removing gases. In the outlet pipe 11, the process of mixing of oxygen released as a result of the dissociation of alumina and nitrogen after bubbling of the electrolyte is completed. As a result, at the outlet of the gas mixture into the branch pipe 11, the mixture neutralizes the explosiveness of oxygen and, in general, the issue of the explosion safety of the gas entering the ventilation line is resolved.

В центральной части крышки 5 выполнено сквозное отверстия для пропуска анода в полость корпуса 1. Не расходуемый трубчатой формы анод 12 (может быть выполнен из нержавеющей стали) установлен в центре крышки коаксиально (по отношению к боковой стенке корпуса, который размещен на керамическом изоляторе 13 (изолятор используется для исключения контакта анода с корпусом 1). К аноду подведен положительный полюс электропитания.. Анод конструктивно представляет собой полый цилиндр с сквозными отверстиями 14 с боковой стенке, разнесенными по высоте анода с целью перетекания расплава из полости ковша в полость анода и обратно. Анод может быть выполнен цилиндрическим или иметь в поперечном сечении вид многогранника или эллипса или овалообразным. В представленном на фиг. 1 примере исполнения анод закреплен на изоляторе, который болтовыми элементами прикрепляется к крышке с обеспечением изоляции от корпуса. Это позволяет при технологических работах в ковше демонтировать анод без разбора ковша в целом.In the central part of the cover 5, a through hole is made for passing the anode into the cavity of the housing 1. A non-consumable tubular anode 12 (can be made of stainless steel) is installed in the center of the cover coaxially (with respect to the side wall of the housing, which is located on the ceramic insulator 13 ( the insulator is used to exclude contact of the anode with the housing 1). The positive pole of the power supply is connected to the anode. The anode is structurally a hollow cylinder with through holes 14 with a side wall spaced apart along the height of the anode for the purpose of melt flow from the ladle cavity to the anode cavity and back. The anode can be made cylindrical or have a cross-sectional view of a polyhedron or an ellipse or oval.In the example shown in Fig. 1, the anode is fixed on an insulator, which is bolted to the cover with the provision of isolation from the body. the anode without disassembling the ladle in the center scrap.

Анод может быть покрыт или сделан из любого подходящего нерасходуемого или практически нерасходуемого электропроводного материала, стойкого к воздействию электролита, выделяющегося на аноде кислорода, а также других газов и испарений, присутствующих в электролизере.The anode can be coated or made of any suitable non-consumable or practically non-consumable electrically conductive material that is resistant to the electrolyte generated at the anode of oxygen and other gases and vapors present in the cell.

На стенке корпуса 1 установлены сливные патрубки 15 и 16 с шаберными перекрывными затворами 17. Первый сливной патрубок 15 установлен на технологическом уровне (примерно в срединной зоне боковой стенки корпуса), этот патрубок используется для слива части расплава алюминия, признаваемого очищенным до установленной нормы. Слив осуществляется так же с целью возобновления процесса электролитической очистки путем засыпки новой порции мелкодисперсного порошка глинозема через патрубок 10. Для полного слива алюминия из корпуса используется сливной патрубок 16, смонтированный непосредственно у дна ковша (выше поверхности фильтра 7 примерно на половину высоты самого фильтра). Полный слив расплава производится при окончании очистки и при постановке ковша на технологическое обслуживание или ремонт.On the wall of the body 1, drain pipes 15 and 16 with scraper shut-off gates 17 are installed. The first drain pipe 15 is installed at the technological level (approximately in the middle zone of the side wall of the body), this pipe is used to drain a part of the aluminum melt recognized as purified to the established rate. Drainage is also carried out in order to resume the electrolytic cleaning process by pouring a new portion of finely dispersed alumina powder through the pipe 10. To completely drain the aluminum from the body, the drain pipe 16 is used, mounted directly at the bottom of the ladle (above the surface of the filter 7 by about half the height of the filter itself). Full drainage of the melt is carried out at the end of cleaning and when placing the ladle for technological maintenance or repair.

Для организации процесса электролиза к катоду, которым служит корпус подключается плюс (-) постоянного тока, а к аноду 12 подключается (+) электропитания постоянного тока. Процесс получения алюминия электролизом основан на образовании суспензии оксида алюминия (глинозема) в расплаве электролита. Данный расплав представляет из себя неньютоновскую жидкость, нагретую до температуры 700-750°С. Гомогенность расплава обеспечивается барботажем газообразного азота при температуре расплава равном 700-750°С. Газ поступает в донную часть электролизной ванны внутрь корпуса через керамический фильтр 7, гомогенно распределяющей газовый азот по всей поверхности днищевой части электролизной ванны. Затем, осуществив барботаж расплава, азотный газ смешивается с кислородом, поступающим с не расходуемого анода в смесителе и затем газовая смесь отводится через патрубок 11 в вентиляционную систему. Отработавший в процессе барботирования электролита азот смешивается на выходе с кислородом, отходящим на аноде электролизера, нейтрализуя взрывоопасность кислорода и создает подпор, блокирующий любые не контролируемые выходы из рабочих объемов электролизера.To organize the electrolysis process, plus (-) direct current is connected to the cathode, which serves as the case, and (+) DC power supply is connected to the anode 12. The process of obtaining aluminum by electrolysis is based on the formation of a suspension of aluminum oxide (alumina) in an electrolyte melt. This melt is a non-Newtonian liquid heated to a temperature of 700-750 ° C. The homogeneity of the melt is ensured by bubbling nitrogen gas at a melt temperature of 700-750 ° C. Gas enters the bottom of the electrolysis bath inside the housing through a ceramic filter 7, which homogeneously distributes gas nitrogen over the entire surface of the bottom of the electrolysis bath. Then, after bubbling the melt, nitrogen gas is mixed with oxygen supplied from the non-consumable anode in the mixer, and then the gas mixture is discharged through the nozzle 11 into the ventilation system. Nitrogen spent in the process of bubbling the electrolyte is mixed at the outlet with oxygen leaving the anode of the electrolyzer, neutralizing the explosive hazard of oxygen and creating a backwater that blocks any uncontrolled exits from the working volumes of the electrolyzer.

Продукты электролиза распределяются на катоде - это алюминий в ванне (распределенный катод) с электролитом, а на аноде - кислород. Алюминий, полученный от разложения оксида алюминия, равномерно распределяется по объему электролита, все время увеличивая долю алюминия и уменьшая процентное соотношения по глинозему. Возникающий дефицит электролита по глинозему компенсируется поступление глинозема от дозатора через подающий патрубок 10, засыпающий потребные порции глинозема по мере слива готового продукта через сливной патрубок 16. Суспензию глинозема создают подачей глинозема в расплав алюминия для поддержания соотношения Al₂O₃/Al = 2-40 мас %.Electrolysis products are distributed at the cathode - this is aluminum in a bath (distributed cathode) with electrolyte, and at the anode - oxygen. Aluminum obtained from the decomposition of aluminum oxide is evenly distributed over the volume of the electrolyte, all the time increasing the proportion of aluminum and decreasing the percentage of alumina. The emerging electrolyte deficit for alumina is compensated by the supply of alumina from the dispenser through the supply pipe 10, which pours in the required portions of alumina as the finished product is drained through the drain pipe 16. Alumina suspension is created by feeding alumina into the aluminum melt to maintain the Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt%.

Процесс полного завершения электролиза суспензии глинозема в расплаве алюминия в ванне заключается в том, что остается расплав чистого алюминия. Расплав через сливной патрубок 16 сливаются из ванны для дальнейшего использования (как правило очистки) или полностью или с остатком, на основе которого формируется новый объем суспензии путем добавления в расплав порции алюминия глинозема и возобновлении процесса.The process of complete completion of the electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt in a bath consists in the fact that a pure aluminum melt remains. The melt through the drain pipe 16 is drained from the bath for further use (usually purification) or completely or with a residue, on the basis of which a new volume of suspension is formed by adding a portion of alumina aluminum to the melt and restarting the process.

Рассматривая совершенствование конструкции алюминиевых электролизеров за весь период развития алюминиевой промышленности, можно сделать основной вывод, что доминирующим на всех его этапах является рост единичной мощности агрегата при одновременном сокращении трудовых затрат на его обслуживание, снижении расхода электроэнергии, улучшении условии труда и уменьшении вредных промышленных выбросов в окружающую среду. При выборе той или иной конструкции электролизеров для нового алюминиевого завода в первую очередь учитывают эти факторы.Considering the improvement of the design of aluminum electrolyzers over the entire period of development of the aluminum industry, we can draw the main conclusion that the dominant at all stages is the growth of the unit capacity of the unit while reducing labor costs for its maintenance, reducing electricity consumption, improving working conditions and reducing harmful industrial emissions in environment. When choosing a particular design of electrolysers for a new aluminum smelter, these factors are taken into account in the first place.

Задача упрощения конструкции заявленного электролизера решается за счет того, что он состоит из трех функционально связанных единым сборочным конструктивным процессом узлов: корпус, крышка и донная часть. Каждый узел представляет собой отдельный модуль, не имеющий самостоятельного функционального применения. Только в сборе все три части образуют устройство электролизной установки (устройства для электролиза суспензии оксидов металлов в расплавах металлов), обладающее возможностью реализации конкретной функции. Выполнение устройства из трех соединяемых в целое частей позволяет упростить процессы изготовления каждой части, процессы демонтажа отдельных частей для их ремонта и замены отдельных узлов на новые или восстановленные. Упрощение конструкции обусловлено не уменьшением количества деталей, а возможность их упрощенного изготовления по сравнению с ковшом, монтируемым как стационарное и неразборное устройство с подвешиванием на рычагах катода.The problem of simplifying the design of the claimed electrolyzer is solved due to the fact that it consists of three units functionally connected by a single assembly structural process: body, cover and bottom. Each node is a separate module that has no independent functional use. Only assembled, all three parts form an electrolysis unit device (a device for electrolysis of a suspension of metal oxides in metal melts), which has the ability to implement a specific function. The implementation of the device from three parts that are connected into a whole allows to simplify the manufacturing processes of each part, the processes of dismantling individual parts for their repair and replacing individual units with new or refurbished ones. The simplification of the design is due not to a decrease in the number of parts, but to the possibility of their simplified manufacture in comparison with a bucket mounted as a stationary and non-separable device suspended from the cathode arms.

Claims

A device for electrolysis of a suspension of aluminum oxides in metal melts, characterized in that it contains a vertically oriented cylindrical body with flanges along the upper and lower edges, a glass-shaped bottom part with a flange at an open edge for connection with the lower part of the body and a hollow bottom, the cavity of which is connected with the channel for supplying gaseous nitrogen, and on the upper bottom wall of which there is a ceramic filter for passing through the slots of the specified nitrogen, a cover for fixing on the upper part of the body, made with a central hole and two nozzles, one of which is designed to remove the gas product from the body cavity, and the other for filling the body cavity with aluminum oxide, a non-consumable tubular anode fixed on a ceramic insulator is installed in the center of the lid, passed through the central hole in the lid and is located coaxially with respect to the side wall of the case, while on the side wall the case and drain pipes are mounted at different heights from the surface of the ceramic filter, the plane of the flange of the bottom part is located at a height equal to half the height of the ceramic filter, and heating elements are located along the side wall of the housing.