RU2082829C1 - Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply - Google Patents
Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082829C1 RU2082829C1 RU94039247A RU94039247A RU2082829C1 RU 2082829 C1 RU2082829 C1 RU 2082829C1 RU 94039247 A RU94039247 A RU 94039247A RU 94039247 A RU94039247 A RU 94039247A RU 2082829 C1 RU2082829 C1 RU 2082829C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- anode
- rod
- aluminum
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним подводом тока, в частности к конструкции токоподводящего штыря. The invention relates to the electrolytic production of aluminum in electrolytic cells with a self-baking anode and an upper current supply, in particular, to the design of a current-carrying pin.
Одним из наиболее близких по технической сущности и достигаемому эффекту является известное анодное устройство алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, согласно которому токоподводящие штыри снабжены в верхней части герметичными внутренними полостями с развитой поверхностью, частично заполненными жидким теплоносителем, причем нижняя часть герметичной полости расположена в неспеченной части анода, а верхняя выше уровня нижнего торца оребрения. Развитая поверхность герметичной полости может быть выполнена из металла, коэффициент теплопроводности которого выше, чем у материала штыря [1]
Выполнение развитой поверхности внутренней полости штыря из материала, коэффициент теплопроводности которого выше, чем у стального штыря например, из алюминия, согласно изобретению, позволяет увеличить теплопроводность устройства из зоны неспеченной части анода в атмосферу. При этом, снижается температура верхней, неспеченной части анода, следовательно улучшаются условия коксования, качество анода; использование жидкого теплоносителя повышает эффект теплопередачи. Однако, изготовление штыря известной конструкции технически сложно, резко возрастает стоимость изделия. Кроме этого, использование жидкого теплоносителя может привести (при значительном возрастании температуры анода за счет нестабильного технологического хода электролизера) к возрастанию давления паров жидкости до критических значений, коррозии внутренней поверхности штыря, насадки, выбросу перегретых паров.One of the closest in technical essence and the achieved effect is the known anode device of an aluminum electrolyzer with an upper current supply, according to which the current-carrying pins are provided in the upper part with sealed internal cavities with a developed surface, partially filled with a coolant, and the lower part of the sealed cavity is located in the green part of the anode , and the upper one is above the level of the lower end of the finning. The developed surface of the sealed cavity can be made of metal, the thermal conductivity of which is higher than that of the pin material [1]
The implementation of the developed surface of the inner cavity of the pin of a material whose thermal conductivity is higher than that of a steel pin, for example, aluminum, according to the invention, allows to increase the thermal conductivity of the device from the zone of the green part of the anode to the atmosphere. At the same time, the temperature of the upper, green part of the anode is reduced, therefore, coking conditions and the quality of the anode are improved; the use of liquid heat carrier increases the effect of heat transfer. However, the manufacture of a pin of known design is technically difficult, the cost of the product increases sharply. In addition, the use of a liquid coolant can lead (with a significant increase in the temperature of the anode due to the unstable technological course of the electrolysis cell) to an increase in the pressure of liquid vapor to critical values, corrosion of the inner surface of the pin, nozzle, and the release of superheated vapor.
Другим, наиболее близким по технической сущности является известный анодный штырь алюминиевого электролизера с верхним подводом тока, в котором токоподводящая алюминиевая штанга в нижнем своем торце снабжена кольцом, надетым на коническую часть стального стержня [2]
Алюминиевое кольцо, надетое на стальной стержень штыря, не обеспечивает надежный электрический контакт "штырь-штанга". Это приводит к возрастанию падения напряжения, перерасходу электроэнергии. В масштабе электролизера такое возрастание напряжения может привести к оплавлению алюминиевых штанг, колец. Кроме этого, известная конструкция не обеспечивает эффективный теплоотвод из неспеченной части анода из-за малой площади контакта "штырь-штанга" и качества этого контакта, что снижает качество скоксованной части анода и производительность электролизера, возрастает расход электроэнергии и анодной массы, выход угольной пены. Вследствие указанных недостатков известные технические решения не находят применения в промышленных масштабах.Another, closest in technical essence is the known anode pin of an aluminum electrolyzer with an upper current supply, in which a current-supplying aluminum rod at its lower end is provided with a ring worn on the conical part of the steel rod [2]
The aluminum ring worn on the steel rod of the pin does not provide reliable pin-rod electrical contact. This leads to an increase in voltage drop, an excessive consumption of electricity. On the scale of the cell, such an increase in voltage can lead to the fusion of aluminum rods, rings. In addition, the known design does not provide efficient heat removal from the green part of the anode due to the small contact area of the pin-rod and the quality of this contact, which reduces the quality of the coked part of the anode and the productivity of the electrolyzer, increases the consumption of electricity and anode mass, and the output of coal foam. Due to these shortcomings, well-known technical solutions do not find application on an industrial scale.
Цель изобретения увеличение производительности электролизера, снижение расхода электроэнергии, анодной массы и выделения вредных веществ, выхода угольной пены. The purpose of the invention is to increase the productivity of the electrolyzer, reducing the consumption of electricity, anode mass and the release of harmful substances, the output of coal foam.
Цель достигается тем, что цилиндрическая часть анодного токоподводящего штыря алюминиевого электролизера с верхним токоподводом, состоящего из стального цилиндрическо-конического стрежня и токоподводящей алюминиевой штанги, снабжена снаружи алюминиевым цилиндром, контактирующим с поверхностью стержня. Диаметр цилиндрической части штыря могут уменьшать на величину толщины алюминиевого цилиндра, причем отношение внутреннего и наружного диаметров цилиндра составляет не менее 0,6 1. Алюминиевый цилиндр может быть также выполнен с переменной толщиной стенки, которая может уменьшаться в направлении протекания электрического тока. Алюминиевый цилиндр может состоять из двух частей. Алюминиевый цилиндр или часть цилиндра могут быть выполнены совместно с алюминиевой токоподводящей штангой, причем контакт "алюминиевый цилиндр стальной стержень" может быть выполнен на диффузионном уровне, например сваркой взрывом. The goal is achieved in that the cylindrical part of the anode current-supply pin of an aluminum electrolyzer with an upper current supply, consisting of a steel cylindrical-conical rod and a current-carrying aluminum rod, is provided externally with an aluminum cylinder in contact with the surface of the rod. The diameter of the cylindrical part of the pin can be reduced by the thickness of the aluminum cylinder, and the ratio of the inner and outer diameters of the cylinder is not less than 0.6 1. The aluminum cylinder can also be made with a variable wall thickness, which can decrease in the direction of electric current flow. The aluminum cylinder may consist of two parts. The aluminum cylinder or part of the cylinder can be made in conjunction with an aluminum current-supply rod, and the contact "aluminum cylinder steel rod" can be made at a diffusion level, for example by explosion welding.
Цилиндрическая часть штыря контактирует в своей нижней части с неспеченной частью анода, а верхней частью с атмосферой. Наличие алюминиевого цилиндра снаружи цилиндрической части штыря обеспечивает отвод тепла из неспеченной части анода в атмосферу. Это приводит к снижению температуры ближних к штырю, наиболее перегретых слоев расплава анодной массы. Причем, чем ниже расположен штырь относительно анода, следовательно чем большую токовую нагрузку этот штырь принимает и чем больше тепла выделяется вокруг штыря, тем большей частью погружается алюминиевый цилиндр в расплав анодной массы. При этом возрастает отношение высоты погруженной части алюминиевого цилиндра к его непогруженной части. Это повышает эффективность отвода избыточного тепла, выделяющегося на поверхности цилиндрической части штыря при протекании тока. Другими словами, эффективность теплоотвода предлагаемого устройства из неспеченной части анода непосредственно вокруг штыря пропорциональна токовой нагрузке в штыре. Это приводит к снижению величины изменения температурного поля неспеченной части анода при изменении расстояния "штырь подошва анода" в процессе эксплуатации электролизера, что, в свою очередь, улучшает условия коксования анода, его качество; снижается выделение вредных газообразных углеводородов с поверхности анода. Улучшение качества анода, в свою очередь, снижает расход электроэнергии и анодной массы, выход угольной пены, возрастает производительность электролизера. The cylindrical part of the pin contacts in its lower part with the green part of the anode, and the upper part with the atmosphere. The presence of an aluminum cylinder outside the cylindrical part of the pin ensures heat removal from the green part of the anode to the atmosphere. This leads to a decrease in temperature of the most superheated layers of the anode mass melt closest to the pin. Moreover, the lower the pin is located relative to the anode, therefore, the greater the current load this pin receives and the more heat is released around the pin, the more the aluminum cylinder is immersed in the molten anode mass. This increases the ratio of the height of the immersed part of the aluminum cylinder to its unloaded part. This increases the efficiency of removal of excess heat released on the surface of the cylindrical part of the pin during the flow of current. In other words, the efficiency of heat removal of the proposed device from the green part of the anode directly around the pin is proportional to the current load in the pin. This leads to a decrease in the temperature field of the green part of the anode when the distance “pin anode bottom” changes during the operation of the electrolyzer, which, in turn, improves the coking conditions of the anode, its quality; the emission of harmful gaseous hydrocarbons from the surface of the anode is reduced. Improving the quality of the anode, in turn, reduces the consumption of electricity and anode mass, the output of coal foam, increases the productivity of the cell.
Уменьшение диаметра цилиндрической части штыря на толщину алюминиевого цилиндра позволяет, во-первых, предотвратить "задиры" неспеченной части анода при извлечении штыря, когда ведут технологию "сухой" анодной массы. Во-вторых относительно увеличение диаметра штыря в его нижней части локализует выделяющееся Джоулево тепло в зоне, близкой к изотерме конуса спекания. Это снижает долю тепла, отданного спеченной частью анода в его неспеченную часть, что снижает теплопотери, расход электроэнергии, перегрев неспеченной части анода. Уменьшение диаметра штыря в верхней части также увеличивает эффект теплопередачи в зону с большей массой металла, т.е. в верхнюю часть стального стержня. Reducing the diameter of the cylindrical part of the pin by the thickness of the aluminum cylinder allows, firstly, to prevent "scoring" of the green part of the anode when removing the pin when the technology of "dry" anode mass is being conducted. Secondly, relatively increasing the diameter of the pin in its lower part localizes the Joule heat released in the zone close to the isotherm of the sintering cone. This reduces the proportion of heat given off by the sintered part of the anode to its green part, which reduces heat loss, energy consumption, and overheating of the green part of the anode. Reducing the diameter of the pin in the upper part also increases the effect of heat transfer to the zone with a larger mass of metal, i.e. to the top of the steel bar.
Величина внутреннего диаметра алюминиевого цилиндра, составляющая 0,6 его наружного диаметра, обусловлена необходимостью предотвращения скручивания штыря при его извлечении из анода, а также необходимостью снижения трудозатрат на его изготовление. The value of the inner diameter of the aluminum cylinder, which is 0.6 of its outer diameter, is due to the need to prevent twisting of the pin when it is removed from the anode, as well as the need to reduce labor costs for its manufacture.
Выполнение алюминиевого цилиндра с переменной толщиной стенки позволяет увеличить отвода тепла из неспеченной части анода при одновременном снижении трудозатрат на изготовление штыря, а именно, уменьшение толщины стенки алюминиевого цилиндра в направлении протекания электрического тока (в направлении "атмосфера анод") увеличивает эффект теплопроводности в направлении "анод атмосфера". The implementation of the aluminum cylinder with a variable wall thickness allows you to increase heat dissipation from the green part of the anode while reducing labor costs for the manufacture of the pin, namely, reducing the wall thickness of the aluminum cylinder in the direction of electric current flow (in the "atmosphere of the anode") increases the effect of thermal conductivity in the direction " anode atmosphere. "
Выполнение алюминиевого цилиндра из двух частей упрощает технологию изготовления штыря. Выполнение цилиндра или части цилиндра (полуцилиндра) совместно с алюминиевой токоподводящей штангой, а контакта "алюминиевый цилиндр стальной стержень" сваркой взрывом повышает эффект теплоотвода за счет улучшения контакта и участия токоподводящей штанги в рассеивании тепла. При этом снижается падение напряжение на цилиндрической части штыря за счет лучшего контакта "штанга штырь". The implementation of the aluminum cylinder in two parts simplifies the manufacturing technology of the pin. The implementation of the cylinder or part of the cylinder (half-cylinder) together with an aluminum current rod, and the contact "aluminum cylinder steel rod" by explosion welding increases the heat sink effect by improving the contact and the participation of the current rod in heat dissipation. This reduces the voltage drop on the cylindrical part of the pin due to the better contact "rod pin".
На фиг. 1 изображены фрагменты цилиндрическо-конической части предлагаемого устройства; на фиг. 2 рабочее положение штыря в самообжигающемся аноде. In FIG. 1 shows fragments of a cylindrical-conical part of the proposed device; in FIG. 2 working position of the pin in the self-baking anode.
Устройство состоит из стального токоподводящего цилиндрическо-конического стержня 1, имеющего в верхней части захватную головку 2 и токоподводяшую алюминиевую штангу 3. На поверхности цилиндрической части стержня 1 выполнена выточка 4, которую заполняют алюминием 5 (фиг.1, б-г), или выточку не выполняют, а алюминиевый цилиндр помещают снаружи, увеличивая таким образом общий диаметр цилиндрической части штыря (фиг.1, а). Алюминиевый цилиндр может быть выполнен с переменным сечением (фиг. 1, в) или совместно с токоподводящей штангой (фиг.1, г). The device consists of a steel current-supplying cylindrical-conical rod 1 having a gripping head 2 in the upper part and a current-supplying aluminum rod 3. On the surface of the cylindrical part of the rod 1, a recess 4 is made, which is filled with aluminum 5 (Fig. 1, b-d), or a recess do not perform, and the aluminum cylinder is placed outside, thereby increasing the total diameter of the cylindrical part of the pin (figure 1, a). The aluminum cylinder can be made with a variable cross-section (Fig. 1, c) or together with a current-supply rod (Fig. 1, d).
Пример 1. Example 1
Комплект цилиндрическо-конических токоподводящих сталеалюминиевых штырей, имеющих диаметр D цилиндрической части 138 мм, снабжают алюминиевым цилиндром в цилиндрической части, как показано на фиг.1,а. Толщина алюминиевого цилиндра 15 мм. Таким образом, наружный диаметр цилиндрической части штыря, снабженный алюминиевым цилиндром, составляет D' 168 мм, и соотношение D/D' 0,82:1. Штыри устанавливают в анод промышленного электролизера Ц-8Б на силу тока 156 кА с жидкой анодной массой и ведут электролиз. A set of cylindrical-conical current-carrying steel-aluminum pins having a diameter D of the cylindrical part 138 mm is provided with an aluminum cylinder in the cylindrical part, as shown in figure 1, a. The thickness of the aluminum cylinder is 15 mm. Thus, the outer diameter of the cylindrical part of the pin, equipped with an aluminum cylinder, is D '168 mm, and the ratio D / D' 0,82: 1. The pins are installed in the anode of the industrial electrolyzer C-8B for a current of 156 kA with a liquid anode mass and conduct electrolysis.
Осредненные технико-экономические показатели электролиза в течение шести месяцев опытного электролизера и электролизера-свидетеля, снабженного штырями без алюминиевых цилиндров и полостей (базовое устройство), применяемых на отечественных и зарубежных алюминиевых заводах, отражены в табл. 1. The averaged technical and economic indicators of electrolysis for six months of the experimental cell and the witness cell equipped with pins without aluminum cylinders and cavities (basic device) used in domestic and foreign aluminum plants are shown in Table. one.
Как видно, на опытном электролизере получено снижение температуры неспеченной части анода в среднем от 11 до 20oC в различных точках относительно токоподводящих штырей по сравнению с аналогичными точками на электролизере-свидетеле. Это приводит к некоторому выравниванию изотерм жидкой анодной массы (ЖАМ) в горизонтальной плоскости и к общему снижению тепловой нагрузки анода. В результате, снижаются газовыделения с поверхности анода, улучшается его качество. При этом снижается выход угольной пены на 8 кг/т.As can be seen, on the experimental electrolyzer, a decrease in the temperature of the green part of the anode was obtained on average from 11 to 20 o C at various points relative to the current-carrying pins compared to similar points on the witness cell. This leads to some alignment of the isotherms of the liquid anode mass (LAM) in the horizontal plane and to a general decrease in the thermal load of the anode. As a result, gas emissions from the anode surface are reduced, and its quality is improved. At the same time, the yield of coal foam is reduced by 8 kg / t.
Улучшение качества анода снижает падение напряжения на 19-20 мВ, что снижает расход электроэнергии. В конечном счете, технологический ход электролизера более стабилен, возрастает его производительность. Improving the quality of the anode reduces the voltage drop by 19-20 mV, which reduces energy consumption. Ultimately, the technological course of the electrolyzer is more stable, its productivity increases.
Пример 2. Токоподводящие штыри выточку в цилиндрической части штыря толщиной 25 мм и алюминиевый цилиндр, выполненный заливкой в кокиль, с толщиной стенки, равной толщине выточки, как показано на фиг. 1б. Таким образом, соотношение d/D 0,63: 1 /фиг. 1, б/. Штыри устанавливают в анод электролизера С-8Б на силу тока 156 кА с "сухой" анодной массой по технологии, разработанной на Братском алюминиевом заводе. Example 2. Current-carrying pins are a recess in the cylindrical part of a pin 25 mm thick and an aluminum cylinder made by pouring into a chill mold with a wall thickness equal to the thickness of the recess, as shown in FIG. 1b. Thus, the ratio d / D of 0.63: 1 / Fig. 1, b /. The pins are installed in the anode of the S-8B electrolyzer for a current of 156 kA with a "dry" anode mass according to the technology developed at the Bratsk aluminum plant.
Результаты 6 месяцев эксплуатации опытного электролизера в сравнении с электролизером-свидетелем С-8Б, снабженным известными сталеалюминиевыми штырями (базовый вариант) и также "сухую" массу, указаны в табл. 2. The results of 6 months of operation of the experimental electrolyzer in comparison with the witness electrolyzer S-8B, equipped with well-known steel-aluminum pins (basic version) and also the "dry" mass, are shown in table. 2.
Судя по полученным результатам, выполнение стального стержня с выточкой в цилиндрической части, заполненной алюминиевым цилиндром, повышает эффект теплоотвода из неспеченной части анода, температура которой в аналогичных точках снижается на 28 72oC по сравнению с анодом-свидетелем. Наибольший эффект теплоотдачи проявляется непосредственно на границе "штырь-анод" верхнего слоя анода. В результате, снижается доля газовыделений с поверхности анода, улучшается его качество и снижается количество вредных выбросов за счет снижения потерь летучих углеводородов. Как следствие, имеет место некоторое снижение падения напряжения в аноде, снабженном штырями предлагаемой конструкции на 25-30 мВ. Улучшение качества анода (в первую очередь "вторичного", образующегося в результате коксования подштыревых "пробок" при перестановке штырей) приводит к снижению выхода угольной пены на 14 кг /тА1, расхода анодной массы на 8,5 каг/тAl. В конечном итоге, за счет улучшения и стабильности технологического хода опытного электролизера возрастает его производительность на 11 кг алюминия в сутки по сравнению с электролизером-свидетелем.Judging by the results obtained, the implementation of a steel rod with a recess in the cylindrical part filled with an aluminum cylinder increases the effect of heat removal from the green part of the anode, the temperature of which at similar points decreases by 28 72 o C compared with the witness anode. The greatest heat transfer effect is manifested directly at the pin-anode boundary of the upper layer of the anode. As a result, the proportion of gas evolution from the anode surface is reduced, its quality is improved, and the amount of harmful emissions is reduced by reducing the loss of volatile hydrocarbons. As a result, there is a slight decrease in the voltage drop in the anode equipped with pins of the proposed design by 25-30 mV. Improving the quality of the anode (primarily the "secondary" formed as a result of coking of the pin pin plugs when the pins are rearranged) leads to a decrease in the yield of coal foam by 14 kg / tA1, and the consumption of the anode mass by 8.5 kg / tAl. Ultimately, due to the improvement and stability of the technological process of the experimental electrolyzer, its productivity increases by 11 kg of aluminum per day in comparison with the witness electrolyzer.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94039247A RU2082829C1 (en) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94039247A RU2082829C1 (en) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94039247A RU94039247A (en) | 1997-04-10 |
| RU2082829C1 true RU2082829C1 (en) | 1997-06-27 |
Family
ID=20161888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94039247A RU2082829C1 (en) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2082829C1 (en) |
-
1994
- 1994-10-18 RU RU94039247A patent/RU2082829C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 358412, кл. C 25 C 3/12, 1972. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94039247A (en) | 1997-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2706269C1 (en) | Aluminum electrolytic cell with continuous anode in aluminum frame with built-in conductors | |
| US9551078B2 (en) | Electrolytic cell for producing primary aluminum by using inert anode | |
| CN103556181B (en) | A kind of metal lithium electrolytic bath | |
| CN105543896B (en) | A kind of Prebaked Anode In Aluminium Cell group structure | |
| US4612105A (en) | Carbonaceous anode with partially constricted round bars intended for cells for the production of aluminium by electrolysis | |
| CN107313095A (en) | Anodic oxidation device and piston anodic oxidation processing technology | |
| US1757695A (en) | Electrode | |
| WO2017174011A1 (en) | Metal lithium electrolytic tank | |
| CN105441987A (en) | Rare earth fused-salt electrolysis cell for producing rare earth metals and alloys by using liquid cathode | |
| RU2082829C1 (en) | Anode rod of aluminium electrolyzer with upper current supply | |
| CN201305637Y (en) | Rare earth electrolysis cell | |
| CN104051798B (en) | A kind of sodium-sulphur battery | |
| CN207109109U (en) | Anodic oxidation device | |
| CN102747385A (en) | Anode changing method of electrolyzer | |
| CN100392154C (en) | Protection means used for calcination starting or preheating exchanging inert anode for electrolysis of aluminium | |
| CN102230191A (en) | Method for separately leading out single-sided current in aluminum electrolytic cell | |
| GB962599A (en) | Electrolytic furnace for aluminium production | |
| CN205035474U (en) | Anode device | |
| RU2094538C1 (en) | Method of removal of cracks in self-firing anode of aluminium electrolyzer | |
| CN113115505A (en) | Self-arc-striking voltage-reducing thermal plasma beam generating device | |
| CN101423956B (en) | Electric tank cathode structure with conductive plate | |
| US2624703A (en) | Electrolytic fluorine cell | |
| RU2041295C1 (en) | Current supply to electrode for melt salt electolyzing | |
| CN109402671B (en) | Aluminum electrolysis cathode tank with contact surface connection type homogeneous phase conductive medium | |
| CN100385044C (en) | Composite cathode collector bar |