RU2037567C1

RU2037567C1 - Anode assembly of aluminium electrolyzer with top current lead

Info

Publication number: RU2037567C1
Authority: RU
Inventors: Б.А. Хороших; М.Г. Лыков; В.Д. Лазарев; С.А. Кохановский; Л.В. Рагозин; В.Т. Беспалов
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: designs of aluminium electrolyzers. SUBSTANCE: channel for air passing in electrolyzer is formed by external wall secured to stiffening ribs of anode shell. Air duct communicated with channel for air passing has valve. Valve is made in form of longitudinal slot overlapped by two sheets of flexible material. Arranged between two sheets is lower streamlined branch pipe installed on air duct of movable attachment having side branch pipe with gate provided with two levers. EFFECT: higher efficiency. 13 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизеров для производства алюминия с самообжигающимися анодами. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the design of electrolytic cells for the production of aluminum with self-baking anodes.

Известно анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, в котором для интенсификации процесса электролиза за счет отвода тепла от спеченной части анода над газосборным колоколом врезаны карманы, в которые помещены охлаждающие элементы, имеющие через вырезы в анодном кожухе непосредственный контакт со спеченным телом анода. В качестве охлаждающих элементов могут быть использованы стальные плиты или плиты из другого материала. Возможно использование комбинированных плит, состоящих, например, из угольной части у анода и алюминиевой части, выходящей наружу. Анодный кожух имеет ребра жесткости. An anode device of an aluminum electrolyzer with an upper current supply is known, in which, to intensify the electrolysis process, pockets are cut into the sintered part of the anode above the gas collection bell, into which cooling elements are placed, which have direct contact with the sintered body of the anode through cutouts in the anode casing. As cooling elements, steel plates or plates of another material may be used. It is possible to use combined plates, consisting, for example, of a coal part at the anode and an aluminum part facing out. The anode casing has stiffeners.

Недостатком известного устройства является то, что отводимое от спеченной части анода тепло распространяется в окружающую среду, т.е. не утилизируется. A disadvantage of the known device is that the heat removed from the sintered part of the anode is distributed into the environment, i.e. not recyclable.

Известен анодный кожух алюминиевого электролизера, в котором для обогрева неспеченной части анода с внешней стороны торцевых стенок и углов в верхней части анодного кожуха установлены газоходы, связанные с горелками и системой газоочистки. Known anode casing of an aluminum electrolyzer, in which for heating the green part of the anode from the outer side of the end walls and corners in the upper part of the anode casing installed ducts associated with burners and a gas cleaning system.

Известен алюминиевый электролизер с контрфорсным анодным кожухом, в котором для сохранения тепла в верхней периферийной неспеченной части анода вдоль верхней части анодного кожуха с наружной стороны предусмотрен утеплитель. A known aluminum electrolyzer with a buttress anode casing, in which a heater is provided on the outer side to maintain heat in the upper peripheral unsintered part of the anode along the upper part of the anode casing.

Для электролизеров с бесконтpфорсным анодом предусмотрен с той же целью теплозащитный пояс в виде пустотелого кессона, установленного по периметру верхней части анодного кожуха с его внутренней стороны. For electrolyzers with a non-conforming anode, a heat-shielding belt is provided for the same purpose in the form of a hollow caisson mounted around the perimeter of the upper part of the anode casing on its inside.

Таким образом, известные решения для улучшения качества формирования анода и интенсификации процесса электролиза направлены на охлаждение нижней спеченной части анода и на утепление или даже обогрев верхней неспеченной части. Thus, the known solutions for improving the quality of the formation of the anode and intensification of the electrolysis process are aimed at cooling the lower sintered part of the anode and at warming or even heating the upper unsintered part.

Известен газосборник алюминиевого электролизера, прикрепленный к нижней части анодного кожуха и образующий с ним канал для прохода воздуха. Known gas collector of an aluminum electrolyzer attached to the lower part of the anode casing and forming with it a channel for the passage of air.

В известном устройстве, принятом за прототип, канал для прохода воздуха служит для отбора тепла от стенок анодного кожуха в зоне спеченной части анода и использования его для более эффективного сжигания анодных газов, но не способствует утеплению верхней неспеченной части анода. In the known device adopted for the prototype, the channel for the passage of air serves to collect heat from the walls of the anode casing in the area of the sintered part of the anode and use it to more efficiently burn the anode gases, but does not contribute to the insulation of the upper green part of the anode.

Целью изобретения является снижение расхода анодной массы и повышение технико-экономических показателей электролиза. The aim of the invention is to reduce the consumption of the anode mass and increase the technical and economic indicators of electrolysis.

Поставленная цель достигается тем, что в анодном устройстве с верхним токоподводом, содержащем самоспекающийся анод, анодный кожух с вертикальными ребрами жесткости и газосборный колокол с каналом для прохода воздуха, последний выполнен в виде наружной стенки анодного кожуха, прикрепленной к ребрам жесткости. В нижней части канала могут быть установлены охлаждающие элементы в виде вертикальных пластин из материала с высокой теплопроводностью. В каналах установлен регулятор отбора тепла. Вдоль верхнего борта анода может быть установлен связанный с каналами воздуховод вытяжной системы. Для улавливания анодных газов из подштыревых отверстий воздуховод снабжен клапаном, выполненным в виде продольной щели, перекрытой двумя листами из гибкого материала, между которыми помещен нижний обтекаемой формы патрубок установленной на воздуховоде подвижной насадки, имеющей также боковой в сторону подштыревых отверстий патрубок с заслонкой, снабженной двумя рычагами. Боковой патрубок снабжен откидным патрубком, шарнирно связанным с ним и имеющим фиксатор, взаимодействующий с рычагом заслонки. На верхней и нижней стенках откидного патрубка выполнен вырез под штыри. This goal is achieved by the fact that in the anode device with a top current lead containing a self-sintering anode, an anode casing with vertical stiffeners and a gas collection bell with a channel for air passage, the latter is made in the form of the outer wall of the anode casing attached to the stiffeners. In the lower part of the channel, cooling elements can be installed in the form of vertical plates of a material with high thermal conductivity. The channels have a heat selection regulator. An exhaust duct connected to the channels can be installed along the upper side of the anode. To capture the anode gases from the pin holes, the air duct is equipped with a valve made in the form of a longitudinal slit blocked by two sheets of flexible material, between which a lower streamlined nozzle is mounted on the movable nozzle on the duct, which also has a nozzle lateral to the side of the pin holes with a damper equipped with two leverage. The side pipe is equipped with a hinged pipe, pivotally connected to it and having a latch that interacts with the lever of the damper. On the upper and lower walls of the hinged pipe, a cutout is made for the pins.

В другом варианте щель для всасывания газов из подштыревых отверстий выполнена на боковых стенках откидного патрубка. In another embodiment, a gap for sucking gases from the pin holes is made on the side walls of the hinged pipe.

Подвижная насадка снабжена роликами, установленными на направляющих, закрепленных на воздуховоде и снабженных выточками под ролики насадки. Насадка, выполненная из антимагнитного материала, снабжена противовесом, прикрепленным с противоположной стороны от бокового патрубка, и приводом возвратно-поступательного перемещения в виде двух роликов с бесконечным тросом. The movable nozzle is equipped with rollers mounted on rails mounted on the duct and provided with recesses for the nozzle rollers. The nozzle, made of antimagnetic material, is equipped with a counterweight attached on the opposite side from the side pipe and a reciprocating drive in the form of two rollers with an endless cable.

Отличие данного предложения от прототипа заключается в том, что канал для прохода воздуха выполнен от спеченной части анода до верхней кромки анодного кожуха. Такое выполнение позволяет обеспечить постоянный отбор тепла от спеченной части анода и передачу его в верхнюю неспеченную часть анода путем естественного или принудительного перемещения воздуха по каналу. Тогда как в известном решении отбираемое тепло используется для сжигания анодных газов и не используется для утепления верхней неспеченной части анода. Таким образом, данное предложение отвечает критерию изобретения "новизна". The difference of this proposal from the prototype is that the channel for the passage of air is made from the sintered part of the anode to the upper edge of the anode casing. This embodiment allows for the constant selection of heat from the sintered part of the anode and its transfer to the upper unsintered part of the anode by natural or forced movement of air through the channel. Whereas in the known solution, the extracted heat is used for burning anode gases and is not used for warming the upper green part of the anode. Thus, this proposal meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение данного предложения с другими известными решениями показывает следующее. Comparison of this proposal with other known solutions shows the following.

Сходным признаком предложения и одного из известных решений является наличие охлаждающих элементов, установленных в нижней части анода. Отличие предложения заключается в том, что охлаждающие элементы установлены в нижней части каналов. Такое выполнение обеспечивает передачу тепла с нижней спеченной части анода в верхнюю неспеченную. Тогда как в известном решении отсутствуют каналы, поэтому отбираемое тепло бесполезно теряется в окружающей среде. A similar feature of the proposal and one of the known solutions is the presence of cooling elements installed in the lower part of the anode. The difference of the proposal is that the cooling elements are installed in the lower part of the channels. This embodiment provides heat transfer from the lower sintered part of the anode to the upper unsintered. Whereas in the known solution there are no channels, therefore, the selected heat is uselessly lost in the environment.

Известно устройство для обогрева неспеченной части анода газоходом, связанным с горелками. Это устройство также, как и предложенное, позволяет утилизировать тепло анода. Преимущество предложения заключается в том, что каналы не требуют периодической очистки, т.к. они практически не связаны с анодными газами, а через воздуховод проходит лишь часть анодных газов, улавливаемых из подштыревых отверстий только в тот момент, когда производится перестановка штырей. Тогда как в известном решении через газоход проходят газы, улавливаемые из подколокольного пространства, содержащие значительно большее количество пыли и смолистых. A device is known for heating the green part of the anode with a flue connected with burners. This device also, as proposed, allows you to utilize the heat of the anode. The advantage of the proposal is that the channels do not require periodic cleaning, because they are practically not connected with the anode gases, and only a part of the anode gases, trapped from the pin holes, pass through the duct only at the moment when the pins are rearranged. Whereas in a known solution, gases are trapped through a flue that are trapped from the podkolokolnoy space, containing significantly more dust and tarry.

Известное анодное устройство, выполненное в виде пустотелого кессона, установленного вдоль верхней части анодного кожуха, который выполняет роль утеплителя, но не обеспечивает возможности использовать для утепления верхней части анода избыток тепла его нижней части, как этом имеет место в предложенном устройстве. The known anode device, made in the form of a hollow caisson, installed along the upper part of the anode casing, which acts as a heater, but does not provide the ability to use the excess heat of its lower part to warm the upper part of the anode, as is the case in the proposed device.

Таким образом, данное предложение отвечает критерию изобретения "существенные отличия". Thus, this proposal meets the criteria of the invention of "significant differences".

На фиг. 1 показан общий вид устройства с использованием естественного теплообмена; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 общий вид устройства с использованием принудительного воздухообмена; на фиг. 5 и 6 положение откидного патрубка в нерабочем и рабочем расстояниях; на фиг. 7 и 8 два варианта исполнения откидного патрубка, план; на фиг. 9 вид по стрелке Б на фиг. 4; на фиг. 10 и 11 вариант выполнения устройства для бесконтрфорсного анода. In FIG. 1 shows a general view of a device using natural heat transfer; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 node I in FIG. 2; in FIG. 4 general view of the device using forced air exchange; in FIG. 5 and 6, the position of the hinged pipe in non-working and working distances; in FIG. 7 and 8 are two versions of the hinged branch pipe, plan; in FIG. 9 is a view along arrow B in FIG. 4; in FIG. 10 and 11, an embodiment of a device for a non-counter anode.

Устройство содержит самообжигающийся анод 1, газосборный колокол 2, анодный кожух 3 с вертикальными ребрами жесткости 4. К ребрам 4 прикреплена наружная стенка 5 анодного кожуха, образующая с внутренней стенкой (кожух 3) каналы 6. В нижней части этих каналов между ребрами жесткости 4 установлены охлаждающие элементы 7, выполненные в виде вертикальных пластин из материала с высокой теплопроводностью, например из алюминия. Кроме того, каналы 6 снабжены регулятором отбора тепла, выполненным, например, в виде биметаллической спиральной пластины 8, связанной с заслонкой 9. The device comprises a self-baking anode 1, a gas collection bell 2, an anode casing 3 with vertical stiffening ribs 4. An outer wall 5 of the anode casing is attached to the ribs 4, forming channels 6 with the inner wall (casing 3) 6. In the lower part of these channels, between the stiffening ribs 4 are installed cooling elements 7 made in the form of vertical plates of a material with high thermal conductivity, for example, aluminum. In addition, the channels 6 are equipped with a heat selection controller, made, for example, in the form of a bimetallic spiral plate 8 connected to the shutter 9.

Во втором варианте исполнения устройства вдоль верхнего борта анода 1 (фиг. 4) установлен связанный с каналами 6 воздуховод 10 вытяжной системы (не показана). Роль вытяжной системы может выполнять существующая система газоочистки или индивидуальная вытяжная система. In the second embodiment, the device along the upper side of the anode 1 (Fig. 4) is installed connected to the channels 6 of the duct 10 of the exhaust system (not shown). The role of the exhaust system can be performed by the existing gas treatment system or an individual exhaust system.

Для улавливания анодных газов из подштыревых отверстий в момент перестановки штырей воздуховод 10 снабжен клапаном, выполненным в виде продольной щели 11, перекрытой двумя листами 12 из гибкого материала, например из транспортной ленты. Между листами 12 помещен нижний обтекаемой формы патрубок 13 установленной на воздуховоде 10 подвижной насадки 14. Насадка 14 имеет также боковой в сторону подштыревых отверстий 15 патрубок 16 с заслонкой 17, снабженной двумя рычагами 18 и 19. To capture the anode gases from the pin holes at the moment of the pins rearrangement, the air duct 10 is equipped with a valve made in the form of a longitudinal slit 11, blocked by two sheets 12 of flexible material, for example, from a transport tape. Between the sheets 12 is placed the lower streamlined nozzle 13 of the movable nozzle 14 mounted on the duct 10. The nozzle 14 also has a nozzle 16 lateral to the pin holes 15 with a shutter 17 provided with two levers 18 and 19.

К боковому патрубку 16 шарнирно прикреплен откидной патрубок 20 с фиксатором 21, взаимодействующим с рычагами 18 и 19 патрубка 16. Подвижная насадка 14 снабжена роликами 22, установленными на направляющих 23, прикрепленных к воздуховоду 10. A hinged nozzle 20 is pivotally attached to the side pipe 16 with a latch 21 that interacts with the levers 18 and 19 of the pipe 16. The movable nozzle 14 is equipped with rollers 22 mounted on rails 23 attached to the duct 10.

Для фиксации насадки 14 напротив каждой пары штырей (фиг. 7) или между двумя парами штырей (фиг. 8) в направляющих 23 выполнены выточки 24 под ролики 22. To fix the nozzle 14 opposite each pair of pins (Fig. 7) or between two pairs of pins (Fig. 8), grooves 24 are made under the rollers 22 in the guides 23.

Для перемещения насадки 14 по направляющим 23 может быть использован привод, выполненный в виде бесконечного троса 25 с двумя барабанами 26 и 27, один из которых является ведущим (фиг. 9). To move the nozzle 14 along the guides 23, a drive made in the form of an endless cable 25 with two drums 26 and 27, one of which is the lead (Fig. 9), can be used.

На фиг. 10 и 11 показан вариант выполнения устройства с кессоном 28, расположенным вдоль верхней кромки анодного кожуха 3. Кессон 28 соединен отверстиями 29 с началами 6 и патрубками 30 с воздуховодом 10. In FIG. 10 and 11 show an embodiment of the device with a caisson 28 located along the upper edge of the anode casing 3. The caisson 28 is connected by openings 29 with the beginnings 6 and nozzles 30 with the duct 10.

Для повышения устойчивости работы насадки 14 она снабжена противовесом 31, установленным с противоположной стороны от патрубков 16 и 20. Для этой же цели все элементы насадки выполнены из антимагнитного материала, например алюминия. To increase the stability of the nozzle 14, it is equipped with a counterweight 31 mounted on the opposite side from the nozzles 16 and 20. For the same purpose, all the elements of the nozzle are made of antimagnetic material, such as aluminum.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Поскольку у стенки анодного кожуха в зоне скоксованной части анода температура выше, чем в верхней, возникает естественный поток воздуха по каналам 6 снизу вверх. При этом воздух, проходя через элементы 7, постоянно отбирает часть отбирает часть тепла и переносит его в верхнюю зону, т.е. идет процесс выравнивания температуры между нижней и верхней зонами. Since the temperature at the wall of the anode casing in the area of the coked part of the anode is higher than in the upper one, a natural air flow through the channels 6 from the bottom up occurs. At the same time, the air passing through the elements 7 constantly takes part, takes part of the heat and transfers it to the upper zone, i.e. There is a process of equalizing the temperature between the lower and upper zones.

Для повышения эффективности этого процесса используют принудительный теплообмен. В этом случае нагретый воздух из каналов 6 поступает в воздуховод 10 и удаляется в помещение или систему газоочистки. To increase the efficiency of this process, forced heat transfer is used. In this case, the heated air from the channels 6 enters the duct 10 and is removed into the room or gas cleaning system.

В варианте исполнения для улавливания анодных газов приводом 25-27 подводят насадку 14 к штырю (штырям), который необходимо переставить на новый горизонт, при этом ролики 22, попадая в выточки 24 на направляющих 23, точно фиксируют ее напротив штыря. Затем откидывают патрубок 20 в рабочее положение, одновременно с этим рычагом 18 с фиксатором 21 открывается заслонка 17. После перестановки штыря откидной патрубок 20 устанавливают в исходное положение, а заслонка 17 закрывается рычагом 19. In the embodiment for trapping anode gases, the drive 25-27 leads the nozzle 14 to the pin (s), which must be rearranged to a new horizon, while the rollers 22, falling into the recesses 24 on the guides 23, precisely fix it opposite the pin. Then the pipe 20 is tilted to the operating position, at the same time, the valve 17 opens with the lever 18 with the lock 21. After the pin is rearranged, the folding pipe 20 is set to its initial position, and the valve 17 is closed by the lever 19.

В варианте исполнения с кессоном 28 (фиг. 10 и 11) процесс теплообмена идет точно также, как и в предыдущем варианте, только воздух из каналов 6 через отверстия 29 попадает в кессон 28, а затем через патрубки 30 в помещение (фиг. 10) или воздуховод 10 (фиг. 11). In the embodiment with the caisson 28 (Figs. 10 and 11), the heat exchange process proceeds in exactly the same way as in the previous embodiment, only the air from the channels 6 through the holes 29 enters the caisson 28, and then through the nozzles 30 into the room (Fig. 10) or duct 10 (Fig. 11).

Регулятор отбора тепла в зависимости от изменения температуры окружающей среды (например, в летнее или зимнее время) или изменения технологического режима работы электролизера с помощью спиральной биметаллической пластины 8 открывает или прикрывает заслонкой 9 каналы 6, увеличивая или уменьшая количество пропускаемого по каналам 6 воздуха, т.е. соответственно увеличивая или уменьшая количество отбираемого утилизируемого тепла. Таким образом обеспечивается поддержание оптимального температурного режима на боковой поверхности анодного кожуха. The heat selection controller, depending on changes in the ambient temperature (for example, in summer or winter) or changes in the technological mode of operation of the electrolyzer using a spiral bimetallic plate 8, opens or covers the shutter 9 with channels 6, increasing or decreasing the amount of air passed through channels 6, t .e. respectively increasing or decreasing the amount of heat utilized. This ensures that the optimal temperature is maintained on the side surface of the anode casing.

Наличие противовеса обеспечивает более устойчивую работу насадки 14 на направляющих 23. The presence of a counterweight provides a more stable operation of the nozzle 14 on the rails 23.

Поскольку входное отверстие (щель) в каналы 6 расположено в нижней части анодного кожуха над колоколом 2, данное устройство может быть использовано для улавливания газов в момент разгерметизации ванны, например при пробивке корки электролита или очистке пены из ванны. В связи с тем, что температура этих газов выше, чем у окружающего воздуха, эффективность охлаждения боковой поверхности в зоне скоксованной части анода будет ниже. Но учитывая то, что процесс обработки ванны длится значительно меньше времени, чем остальной нормальный процесс, большого ухудшения охлаждения не будет. Since the inlet (slot) in the channels 6 is located in the lower part of the anode casing above the bell 2, this device can be used to trap gases at the time of depressurization of the bath, for example when punching the crust of the electrolyte or cleaning the foam from the bath. Due to the fact that the temperature of these gases is higher than that of the surrounding air, the cooling efficiency of the side surface in the area of the coked part of the anode will be lower. But given that the bath processing process takes significantly less time than the rest of the normal process, there will not be much cooling impairment.

Таким образом, данное предложение позволяет утилизировать излишки тепла, используя его для улучшения самого процесса электролиза, а также улавливать анодные газы из подштыревых отверстий и с поверхности ванны в момент ее разгерметизации. Thus, this proposal allows you to utilize excess heat, using it to improve the electrolysis process, as well as to capture anode gases from the pin holes and from the surface of the bath at the time of its depressurization.

Claims

1. ANODE DEVICE OF ALUMINUM ELECTROLYZER WITH UPPER CURRENT SUPPLY, containing a self-firing anode, anode casing with vertical stiffeners and a gas collection bell with a channel for air passage, characterized in that, in order to reduce the consumption of the anode mass and increase the technical and economic parameters for electrolysis the air passage is formed by the outer wall attached to the stiffeners of the anode casing.

2. The device according to claim 1, characterized in that in the lower part of the channel for the passage of air cooling elements are installed in the form of vertical plates of a material with high thermal conductivity.

3. The device according to claim 1, characterized in that the heat control device is installed in the channels, made in the form of a bimetallic spiral plate connected to the damper.

4. The device according to claim 1, characterized in that along the upper side of the anode is installed connected with the channels of the exhaust system duct.

5. The device according to claim 4, characterized in that for capturing the anode gases from the pin holes, the duct has a valve made in the form of a longitudinal slit blocked by two sheets of flexible material, between which is placed the lower nozzle of the streamlined shape of a movable nozzle mounted on the duct, having also side to the side of the pin holes of the pipe with a flap made with two levers.

6. The device according to claim 5, characterized in that the side pipe is made with a hinged pipe pivotally connected to it and having a latch interacting with the levers of the shutter.

7. The device according to claim 6, characterized in that a cutout for the pins is made on the upper and lower walls of the hinged pipe.

8. The device according to claim 6, characterized in that the slot for sucking gases from the pin holes is made on the side walls of the hinged pipe.

9. The device according to claim 5, characterized in that the movable nozzle has rollers mounted on rails mounted on the duct.

10. The device according to PP.5 and 7, characterized in that for fixing the nozzle opposite each pair of pins in the guides, recesses are made for the nozzle rollers.

11. The device according to claim 5, characterized in that the nozzle is made with a counterweight attached to it from the opposite side of the side pipe.

12. The device according to claim 5, characterized in that the nozzle is made of antimagnetic material.

13. The device according to p. 5, characterized in that the nozzle has a reciprocating drive in the form of two rollers with an endless cable.