RU2075552C1

RU2075552C1 - Anode device of aluminium cell with lateral current supply

Info

Publication number: RU2075552C1
Application number: RU94003990A
Authority: RU
Inventors: А.П. Спиридонов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Всероссийский алюминиево-магниевый институт
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1997-03-20
Also published as: RU94003990A

Abstract

FIELD: non- ferrous metallurgy, namely production of aluminium by electrolysis in cryolite - alumina melts. SUBSTANCE: anode device includes new anode framework and ventilation ducts passing along perimeter of upper frame of metallic structure and embracing anode framework. It allows to reliably isolate over anode space against penetration of alumina dust onto carbon anode and enhance quality of anode, to lower outburst to environment due to organized and rated system for collecting and removing gases with efficiency 95-97%. Such effect is achieved by arranging upper edge of anode framework not lower than low band of frame of metallic structure. Ventilation ducts pass along perimeter of frame and embrace anode framework. EFFECT: enhanced quality of anode, reduced outburst to environment. 3 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза. The present invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis.

Электролизеры с боковым токоподводом по конструкции анодного устройства подразделяются на два типа:
1. Электролизеры с неподвижным каркасом и подвижной анодной рамой, опоясывающей каркас, который выполнен из стального листа в виде прямоугольной царги. Внутри царги располагается тело угольного анода, которое в нем спекается. Для придания царге жесткости и сохранения формы ее заключают в жесткую раму, соединенную с механизмом подъема анода. В нижней части рама имеет вертикальные элементы жесткости перья, на которых подвешен анод с помощью токоподводящих штырей. В такой конструкции верхняя кромка каркаса неподвижна относительно металлоконструкции и образует с ней герметизированное в виде песочного затвора соединения. В этом случае пространство под анодом оказывается изолированным от глиноземной пыли и она не осаждается на угольный анод, ухудшая его качество и токопроводимость.According to the design of the anode device, electrolyzers with side current supply are divided into two types:
1. Cells with a fixed frame and a movable anode frame encircling the frame, which is made of steel sheet in the form of a rectangular drawer. Inside the drawer is the body of the carbon anode, which is sintered in it. To give stiffness to the tsar and maintain its shape, it is enclosed in a rigid frame connected to the anode lifting mechanism. In the lower part of the frame there are vertical stiffening elements feathers on which the anode is suspended using current-carrying pins. In this design, the upper edge of the frame is stationary relative to the metal structure and forms a connection sealed with it in the form of a sand shutter. In this case, the space under the anode is isolated from alumina dust and it does not settle on the carbon anode, impairing its quality and conductivity.

2. Электролизеры, у которых каркас и анодная рама составляют единую конструкцию, подвижную в вертикальном направлении. 2. Electrolyzers, in which the frame and the anode frame constitute a single structure, movable in the vertical direction.

В данной работе рассматривается только этот вариант конструкции, т. к. электролизеры по первому варианту в настоящее время практически не применяются из-за значительных сложностей в эксплуатации. In this work, only this design option is considered, since electrolyzers according to the first option are currently practically not used due to significant difficulties in operation.

Известно анодное устройство алюминиевого электролизера с боковым подводом тока по а. с. N 312889, у которого "верхняя часть анодной обечайки (расходуемый алюминиевый лист) расположена выше укрытия анодного проема, а укрытие изготовлено из двух частей, одна из которых выполнена в виде тропа по всему периметру анода и подвешена на жестких тягах к опорной конструкции, а другая в виде открывающихся крышек, причем зазоры между трапом, крышками и анодной обечайкой герметизированы". Known anode device of an aluminum electrolyzer with lateral current supply along a. from. N 312889, in which the "upper part of the anode shell (consumable aluminum sheet) is located above the cover of the anode opening, and the shelter is made of two parts, one of which is made in the form of a path along the entire perimeter of the anode and is suspended on rigid rods to the supporting structure, and the other in the form of opening covers, the gaps between the drain, the covers and the anode shell are sealed. "

В предложенной конструкции делается попытка предотвращения попадания глиноземной пыли на анод, но не рассматривается вопрос создания организованной системы газоотсоса от электролизера в целом и, следовательно, не решается задача по снижению выбросов в окружающую среду. В настоящее время это является основной причиной, по которой заводы с боковым токоподводом вынуждены производить или модернизацию этих электролизеров, или реконструировать их с переходом на экологически более благополучные электролизеры с обожженными анодами. The proposed design attempts to prevent the ingress of alumina dust onto the anode, but does not address the issue of creating an organized gas exhaust system from the electrolyzer as a whole and, therefore, does not solve the problem of reducing emissions into the environment. Currently, this is the main reason why plants with side current supply are forced to either modernize these electrolytic cells or reconstruct them with the transition to more environmentally friendly electrolytic cells with burnt anodes.

Предложенная конструкция не исключает и попадания глиноземной пыли на анод, так как при открывании крышек анодного проема (для загрузки анодной массы или для других целей) осевшая на них глиноземная пыль скатывается вниз и ложится вся на периферию анода "горкой" по всей длине, тогда как при отсутствии крышек пыль ложится равномерно по всей плоскости анода и удаляется при обдуве воздухом. Пыль, лежащую "горкой", удалить значительно труднее, и создается большая вероятность загрязнения этой зоны анода пылью, что в дальнейшем ухудшит спекаемость анода по периферии и вызовет его разрушение при эксплуатации. The proposed design does not exclude the ingress of alumina dust onto the anode, since when opening the covers of the anode aperture (to load the anode mass or for other purposes), the alumina dust deposited on them rolls down and lays down on the entire periphery of the anode along the entire length, whereas in the absence of covers, the dust lays evenly over the entire plane of the anode and is removed when air is blown. The dust lying "hill" is much more difficult to remove, and there is a greater likelihood of dust contamination of this anode zone, which will further deteriorate the anode sintering around the periphery and cause its destruction during operation.

Другим недостатком является то, что наличие трапа по периметру над анодом ухудшает условия для загрузки анодной массы, особенно если производится загрузка кусковой массы весом до 1 т, а не кюбелем-дробленой массы. Another disadvantage is that the presence of a ladder around the perimeter above the anode worsens the conditions for loading the anode mass, especially if a lump mass weighing up to 1 ton is loaded, rather than a crushed mass of corks.

Известен электролизер с боковым токоподводом, принятый за прототип, описание анодного устройства которого приведено на стр. 158 160, 163 165, рис. 75, 77, 82 "Справочника металлурга по цветным металлам", М. издательство "Металлургия", 1971 г. Согласно этому описанию анодное устройство в общем случае состоит из каркаса, алюминиевой (расходуемой) обечайки и анодной рамы. Каркас представляет собой прямоугольную царгу, сваренную из листовой стали. Для придания жесткости каркас заключают в раму, выполненную из швеллеров, а к раме приваривают вертикальные элементы жесткости перья. Known electrolyzer with side current lead, adopted for the prototype, a description of the anode device of which is given on page 158 160, 163 165, Fig. 75, 77, 82 of the Nonferrous Metals Metallurgy Handbook, M. Metallurgy Publishing House, 1971. According to this description, the anode device generally consists of a frame, an aluminum (sacrificial) shell, and an anode frame. The frame is a rectangular drawer, welded from sheet steel. To give rigidity, the frame is enclosed in a frame made of channels, and vertical feather stiffeners are welded to the frame.

По конструктивному исполнению анодное устройство может выполняться в двух вариантах:
с подвижной рамой и неподвижной царгой (рис. 78);
каркас анода выполнен как одно целое с анодной рамой, образуя единую конструкцию под названием "анодный каркас", перемещающийся в вертикальном направлении (рис. 77).According to the design, the anode device can be performed in two versions:
with a movable frame and a fixed drawer (Fig. 78);
the anode frame is made integrally with the anode frame, forming a single structure called the "anode frame", moving in the vertical direction (Fig. 77).

В настоящее время в промышленности применяются в основном электролизеры, у которых анодное устройство выполнено по второму варианту, принятому за прототип. Currently, the industry mainly uses electrolyzers, in which the anode device is made according to the second embodiment, adopted as a prototype.

В этом случае анодное устройство с подвижным каркасом соединяется с механизмом подъема, установленном на металлоконструкции электролизера. In this case, the anode device with a movable frame is connected to the lifting mechanism mounted on the metal structure of the electrolyzer.

При этом верхняя кромка каркаса располагается ниже металлоконструкции, т. к. его высота определяется требуемым объемом загружаемой анодной массы при формовке анода и в процессе эксплуатации. Образовавшееся свободное пространство между неподвижной металлоконструкцией и верхней кромкой подвижного каркаса заделывают завесой из стеклоткани. Это необходимо для того, чтобы изолировать наданодное пространство от глиноземной пыли и газов, образующихся в большом количестве при обработке ванны. Moreover, the upper edge of the frame is located below the metal structure, since its height is determined by the required volume of the loaded anode mass during molding of the anode and during operation. The resulting free space between the fixed metal structure and the upper edge of the movable frame is covered with a curtain of fiberglass. This is necessary in order to isolate the above-anode space from alumina dust and gases generated in large quantities during bath processing.

Неподвижная металлоконструкция (рис. 82) представляет собой верхнюю раму и опорные стойки, в которых выполнены газоходы, бункера для глинозема, вытяжные патрубки и т. п. Верхняя рама сварена из четырех мощных балок коробчатого сечения с верхним и нижним поясами жесткости и средним проемом, обрамленным вертикальным стальным листом, образующим загрузочную горловину, закрывающуюся крышками. В балки, имеющие коробчатое сечение, встраивают иногда вентиляционные каналы, и удаление газов производится из полостей в торцевых (поперечных) балках через патрубки, расположенные в стойках (при нижнем газоотсосе), или через патрубки, устанавливаемые на самих балках (при верхнем газоотсосе). The fixed metal structure (Fig. 82) consists of an upper frame and supporting racks in which gas ducts, alumina bunkers, exhaust pipes, etc. are made. The upper frame is welded from four powerful box-section beams with upper and lower stiffening belts and a middle opening, framed by a vertical steel sheet forming a loading neck closed by lids. Ventilation ducts are sometimes built into beams with a box section, and gas is removed from the cavities in the end (transverse) beams through nozzles located in the uprights (at the lower gas exhaust), or through nozzles installed on the beams themselves (at the upper gas exhaust).

К основным недостаткам данной конструкции относятся следующие:
вентиляционные каналы, встроенные в балки верхней рамы, носят случайный характер, т. к. не образуют единой организованной системы для сбора и удаления газов равномерно по периметру электролизера и не поддаются расчету по установленным методикам. Именно по этой причине электролизеры имеют большие выбросы в окружающую среду и являются экологически самыми неблагополучными.The main disadvantages of this design include the following:
ventilation ducts built into the beams of the upper frame are random in nature, since they do not form a single organized system for collecting and removing gases uniformly around the perimeter of the cell and cannot be calculated by established methods. For this reason, electrolyzers have large emissions into the environment and are environmentally most disadvantaged.

завесы из стеклоткани, устанавливаемые в пространстве между неподвижной рамой металлоконструкции и верхней кромкой каркаса анода, являются очень недолговечными и выходят из строя через 2 3 месяца эксплуатации как под воздействием механических нагрузок при загрузке анодной массы, так и под воздействием агрессивного фтора, выделяющегося в процессе электролиза. Это, в свою очередь, приводит к тому, что газы и пыль, попадая в наданодное пространство большого объема, теряют скорость, и глиноземная пыль выпадает в осадок на поверхность анода. Поэтому перед загрузкой анодной массы необходимо каждый раз производить обдув анода сжатым воздухом. Но и в этом случае много пыли остается на жидкой поверхности анода и ухудшает его качество. fiberglass curtains installed in the space between the fixed frame of the metal structure and the upper edge of the anode frame are very short-lived and fail after 2 3 months of operation both under the influence of mechanical loads when loading the anode mass and under the influence of aggressive fluorine released during electrolysis . This, in turn, leads to the fact that gases and dust, falling into the anode space of a large volume, lose speed, and alumina dust precipitates on the surface of the anode. Therefore, before loading the anode mass, it is necessary to blow compressed anode every time. But even in this case, a lot of dust remains on the liquid surface of the anode and impairs its quality.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вредных выбросов в окружающую среду и улучшение качества угольного анода. The technical result of the invention is to reduce harmful emissions into the environment and improve the quality of the coal anode.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается конструкцией анодного устройства с новым анодным каркасом и вентиляционными каналами, выполненными по периметру верхней рамы металлоконструкции и охватывающими анодный каркас. The technical result of the invention is achieved by the design of the anode device with a new anode frame and ventilation channels made around the perimeter of the upper frame of the metal structure and covering the anode frame.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 поперечный разрез электролизера с цельным анодным каркасом с загрузочной горловиной; на фиг. 2 то же с составным анодным каркасом; на фиг. 3 то же с анодным каркасом без загрузочной горловины; на фиг. 4 вид верхней рамы с каналами в плане. The invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 cross section of a cell with a solid anode frame with a loading neck; in FIG. 2 the same with a composite anode skeleton; in FIG. 3 the same with the anode frame without the filler neck; in FIG. 4 view of the upper frame with channels in the plan.

Предлагаемая конструкция анодного устройства состоит из анодного каркаса 1, расходуемой алюминиевой обечайки 2, загрузочной горловины 3 с крышками 4, верхней рамы 5 металлоконструкции с верхним поясом 6, нижним поясом 7, вентиляционными каналами 8 с выходными патрубками 9 и регулировочными заслонками 10. Верхняя рама опирается на стойки 11. The proposed design of the anode device consists of an anode frame 1, a consumable aluminum shell 2, a loading neck 3 with covers 4, an upper frame 5 of a metal structure with an upper belt 6, a lower belt 7, ventilation ducts 8 with outlet pipes 9 and adjusting dampers 10. The upper frame is supported on racks 11.

Вариант составного анодного каркаса (фиг. 2) включает в себя также верхнюю обечайку 12. A variant of the composite anode skeleton (Fig. 2) also includes an upper shell 12.

Внутри анодного каркаса и алюминиевой обечайки расположены скоксовавшееся тело угольного анода 13 и его жидкая фаза 14. Inside the anode frame and the aluminum shell are the coked body of the carbon anode 13 and its liquid phase 14.

На фиг. 1 и 2 изображен анодный каркас 1, высота которого выбрана так, что в процессе работы электролизера его верхняя кромка всегда находится выше верхнего пояса 6 рамы 5 металлоконструкции и образует загрузочную горловину 3, закрытую крышками 4. Так как рама 5 неподвижна, а каркас анода перемещается вверх-вниз, то между ними, по линии сопряжения, образуется зазор, который должен быть уплотнен во избежание прорыва газов в атмосферу корпуса. Учитывая то, что скорость перемещения каркаса относительно рамы незначительна (20 24 мм/мин), конструкция уплотнения может быть самой разной и не вызывает технических трудностей. In FIG. 1 and 2 show the anode frame 1, the height of which is selected so that during operation of the electrolyzer its upper edge is always above the upper belt 6 of the metal frame 5 and forms a loading neck 3, closed by covers 4. Since the frame 5 is stationary, and the anode frame moves up and down, then between them, along the interface line, a gap is formed, which must be sealed to avoid breakthrough of gases into the atmosphere of the housing. Given that the speed of movement of the frame relative to the frame is negligible (20 24 mm / min), the design of the seal can be very different and does not cause technical difficulties.

На фиг. 3 показан вариант, когда анодный каркас не выступает над верхним поясом рамы, но его высота выбрана так, что верхняя кромка в любом случае не может оказаться ниже нижнего пояса 7, а перемещается всегда в пределах высоты рамы 5. В этом случае загрузочная горловина 3 приваривается к верхнему поясу 6 рамы, также закрывается крышками и остается неподвижной. In FIG. Figure 3 shows an option when the anode frame does not protrude above the upper frame belt, but its height is selected so that the upper edge in any case cannot be lower than the lower belt 7, but always moves within the height of the frame 5. In this case, the filler neck 3 is welded to the upper belt 6 of the frame, also closes with lids and remains stationary.

В этом варианте конструкции нет необходимости в уплотнении зазора между рамой и анодным каркасом. In this embodiment, there is no need to seal the gap between the frame and the anode frame.

В любом из вариантов конструкции вентиляционные каналы 8, встроенные в раму 5, располагаются вокруг анодного каркаса в непосредственной близости от него и, таким образом, оказываются как раз над восходящим потоком газов, выделяющихся как при обработке ванны, так и в процессе эксплуатации электролизера от "огоньков". Регулировка равномерности газоотсоса по ветвям вентиляционных каналов осуществляется заслонками 10. In any design variant, ventilation ducts 8, built into the frame 5, are located around the anode frame in the immediate vicinity of it and, thus, are just above the upward flow of gases released both during the treatment of the bath and during the operation of the electrolyzer from lights. " Adjusting the uniformity of the gas exhaust along the branches of the ventilation ducts is carried out by shutters 10.

Предлагаемая конструкция анодного устройства позволяет выполнять вентиляционные каналы в раме в соответствии с расчетными данными по имеющимся методикам расчета систем газоотсоса и значительно снизить выбросы в окружающую среду. По экологическим параметрам такой электролизер не будет практически уступать электролизерам с обожженными анодами, у которых КПД системы газоотсоса составляет 95 97%
Другим преимуществом является то, что представленная конструкция исключает возможность попадания глиноземной пыли в наданодное пространство за счет ликвидации выходящей из строя "тканевой завесы" и позволяет улучшить качество анода.The proposed design of the anode device allows you to perform ventilation ducts in the frame in accordance with the calculated data on the available methods for calculating gas exhaust systems and significantly reduce emissions into the environment. In terms of environmental parameters, such an electrolyzer will not be inferior to electrolytic cells with burnt anodes, in which the efficiency of the gas extraction system is 95 97%
Another advantage is that the presented design eliminates the possibility of alumina dust getting into the anode space due to the elimination of the malfunctioning "fabric curtain" and can improve the quality of the anode.

Claims

1. An anode device of an aluminum electrolyzer with a lateral current supply, comprising a movable anode casing, a consumable aluminum shell, a fixed metal frame with upper and lower stiffness belts, ventilation ducts and a filler neck, characterized in that the upper edge of the anode frame is not lower than the lower frame belt and ventilation ducts are made around the perimeter of the frame and cover the anode frame.

2. The device according to claim 1, characterized in that the upper edge of the anode frame forms a loading neck closed by covers.

3. The device according to claim 1, characterized in that the anode frame is made of two parts, rigidly interconnected by means of a detachable connection.