RU2090658C1

RU2090658C1 - Electrolyzer with self-baked anode with upper current lead

Info

Publication number: RU2090658C1
Application number: RU94023295A
Authority: RU
Inventors: А.П. Спиридонов; Ю.Н. Колосов; В.А. Крюковский; В.И. Савинов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1997-09-20
Also published as: RU94023295A

Abstract

FIELD: aluminium electrolyzers. SUBSTANCE: fixed frame around the anode shell is made as a load-bearing frame with a height, at least. of 0.7 of the anode shell height with supports on the frame end sides. EFFECT: improved design. 4 cl, 3 dwg

Description

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

Известен электролизер с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом. (Справочник металлурга по цветным металлам. М. Металлургия, 1971, с. 177-178). Known electrolyzer with self-baking anode with an upper current lead. (Handbook of a metallurgist on non-ferrous metals. M. Metallurgy, 1971, p. 177-178).

Согласно этому описанию в состав анодного устройства входит каркас (т.е. кожух анодный), в котором происходит формование и спекание анода. According to this description, an anode device includes a frame (i.e., an anode casing) in which the anode is molded and sintered.

Каркас представляет собой царгу прямоугольной формы с несколькими горизонтальными поясами жесткости и вертикальными ребрами. В верхней части боковые стенки каркаса связаны между собой поперечными балками шпангоутами, которые увеличивают жесткость каркаса царги и одновременно служат для подвески анода при перетяжки анодной рамы. The frame is a rectangular shape with several horizontal stiffening belts and vertical ribs. In the upper part, the side walls of the frame are interconnected by transverse beams frames, which increase the rigidity of the frame of the drawer and at the same time serve to suspend the anode when the anode frame is tightened.

К нижнему горизонтальному поясу подвешивается газосборник (система колокольного газоотсоса) с горелками. A gas collector (bell gas exhaust system) with burners is suspended from the lower horizontal belt.

Необходимо отметить, что в современных отечественных электролизерах с верхним токоподводом типа С-8Б и С-8БМ мощностью 150 кА количество поперечных балок-шпангоутов, соединяющих между собой боковые стенки и обеспечивающих достаточную жесткость кожуха, составляет 5-6 шт, расположенных примерно равномерно по длине кожуха на расстоянии 1,5-2 м друг от друга. It should be noted that in modern domestic electrolyzers with a top current lead of the S-8B and S-8BM type with a power of 150 kA, the number of transverse beam frames connecting the side walls and providing sufficient casing stiffness is 5-6 pieces, located approximately uniformly in length casing at a distance of 1.5-2 m from each other.

Кроме этого известно, что на анодном кожухе устанавливают в настоящее время различное оборудование, обеспечивающее технологические нужды процесса электролизера. К таковым относятся, например, система автоматизированного питания глиноземом (АПГ), включающая в себя пневмоцилиндры с трубопроводами для подвода сжатого воздуха с укрытиями по боковым и торцевым сторонам и специальными каналами для сбора и удаления газов; емкости с суточным запасом глинозема (бункера АПГ) с устройствами для их периодической загрузки и прочее оборудование. In addition, it is known that various equipment is currently being installed on the anode casing, providing the technological needs of the electrolyzer process. These include, for example, an automated alumina feed system (APG), which includes pneumatic cylinders with pipelines for supplying compressed air with shelters on the sides and ends and special channels for collecting and removing gases; containers with a daily supply of alumina (APG bunker) with devices for their periodic loading and other equipment.

Основным недостатком установки перечисленного оборудования на анодном кожухе является то, что в процессе эксплуатации кожух перемещается вверх-вниз на величину 100-150 мм и поэтому трудно осуществлять подвод сетей сжатого воздуха и загрузки глинозема к пневмооборудованию и бункерам АПГ. По этой же причине трудно загерметизировать укрытие электролизера и получить достаточно высокий КПД газоулавливания. The main disadvantage of installing the above equipment on the anode casing is that during operation the casing moves up and down by 100-150 mm and therefore it is difficult to supply compressed air networks and load alumina to the pneumatic equipment and APG bunkers. For the same reason, it is difficult to seal the shelter of the electrolyzer and to obtain a sufficiently high efficiency of gas capture.

Известен электролизер с верхним токоподводом с системой газоотсоса по авт. свид. N 269494. Согласно приведенному описанию анодный кожух в этом случае выполнен так, что "замкнутый по периметру обечайки анодного кожуха (его внутренняя листовая обшивка) коллектор равномерного всасывания, пирамидальные патрубки и поперечные воздуховоды (т.е. шпангоуты), выполняя функции элементов газоотсоса, одновременно выполняют функции элементов жесткости и силовых связей анодного кожуха "
Из сказанного видно, что система газоотсоса смонтирована на подвижном анодном кожухе и поэтому отвод газов в цеховую систему газоотсоса производится через телескопическое соединение.Known electrolyzer with top current lead with a gas exhaust system according to ed. testimonial. N 269494. According to the above description, the anode casing in this case is made so that a collector of uniform suction, pyramidal tubes and transverse air ducts (i.e. frames) closed by the perimeter of the shell of the anode casing (its inner sheathing), performing the functions of gas exhaust elements, simultaneously perform the functions of the elements of rigidity and power bonds of the anode casing "
It can be seen from the foregoing that the gas suction system is mounted on a movable anode casing, and therefore the gases are removed to the shop gas suction system through a telescopic connection.

Основные недостатки данной конструкции обусловлены тем, что анодный кожух подвижен и перемещается в вертикальном направлении на 100-150 мм в процессе эксплуатации. Это значительно усложняет вопросы по герметизации электролизера, так как укрытия закрепляются на кожухе, по подводу сжатого воздуха к системе АПГ и отводу газов от электролизера в цеховую систему газоотсоса, т.к. в этом случае необходимо применять гибкие элементы и телескопические соединения. The main disadvantages of this design are due to the fact that the anode casing is movable and moves in the vertical direction by 100-150 mm during operation. This greatly complicates the issues of sealing the electrolyzer, since the shelters are fixed on the casing, the supply of compressed air to the APG system and the removal of gases from the electrolyzer to the workshop gas exhaust system, as in this case it is necessary to use flexible elements and telescopic joints.

Кроме этого, представленная конструкция анодного кожуха не может быть применена в сочетании с "сухой" анодной массой, которая характеризуется пониженным содержанием связующих. Применение "сухой" анодной массы требует прорезки анода, т.е. отделение анода от стенок кожуха по всей длине боковых его сторон с помощью специальных машин и, следовательно, делает невозможным применение каких-то связей (поперечные воздуховоды) между боковыми стенками для увеличения жесткости кожуха. In addition, the presented design of the anode casing cannot be applied in combination with a "dry" anode mass, which is characterized by a reduced content of binders. The use of a “dry” anode mass requires cutting through the anode, i.e. separation of the anode from the walls of the casing along the entire length of its sides using special machines and, therefore, makes it impossible to use any connections (transverse ducts) between the side walls to increase the stiffness of the casing.

Необходимо отметить и то, что, как показано на рисунках, все свободное пространство на стенках кожуха по всему периметру занято элементами системы газоотсоса (коллектор, газоотсасывающие патрубки, воздуховоды и т.п.) и практически нет возможности разместить систему АПГ, емкости (бункера) для суточного запаса глинозема, систему подвода сжатого воздуха и загрузки бункеров АПГ. It should be noted that, as shown in the figures, all the free space on the walls of the casing around the entire perimeter is occupied by elements of the gas suction system (collector, gas suction nozzles, air ducts, etc.) and there is practically no way to place the APG system, tanks (hoppers) for a daily supply of alumina, a system for supplying compressed air and loading bunkers APG.

Известен электролизер с самообжигающимся анодом с верхним токоподводом по заявке N 5015289/02/078229 с положительным решением ВНИИГПЭ, принятый за прототип, согласно которой электролизер снабжен рамой с опорами, установленной по периметру анодного кожуха с возможностью перемещения, а торцевые и боковые укрытия закреплены на раме. A known cell with a self-baking anode with a top current lead according to the application N 5015289/02/078229 with a positive decision of VNIIGPE adopted as a prototype, according to which the cell is equipped with a frame with supports mounted around the perimeter of the anode casing with the possibility of movement, and end and side shelters are mounted on the frame .

Кроме этого, рама выполнена в виде короба для сбора и удаления газов и закреплена на стенках катодного кожуха. In addition, the frame is made in the form of a box for collecting and removing gases and is mounted on the walls of the cathode casing.

Техническое решение, приведенное в материалах заявки, направлено на решение локального вопроса по герметизации электролизера и повышения КПД укрытия за счет применения неподвижной рамы-короба, установленной вокруг анодного кожуха, на которой закреплены боковые и торцевые укрытия. Здесь не рассматриваются вопросы, связанные:
с прочностными характеристиками анодного кожуха в условиях применения "сухой" анодной массы;
с применением системы АПГ с пневмооборудованием и с размещением бункеров глинозема и т.д.The technical solution presented in the application materials is aimed at solving the local issue of sealing the electrolyzer and increasing the shelter efficiency through the use of a fixed frame-box installed around the anode casing, on which side and end shelters are fixed. This does not address issues related to:
with the strength characteristics of the anode casing in the conditions of application of the "dry" anode mass;
using the APG system with pneumatic equipment and with the placement of alumina bins, etc.

Это объясняется тем, что поставленная задача по герметизации электролизера не требует разработки новой конструкции анодного кожуха, а лишь дополняет существующую конструкцию новым элементом рамой. Основным же недостатком существующего анодного кожуха является наличие поперечных элементов жесткости шпангоутов между продольными стенками, которые в условиях применения "сухой" анодной массы не позволяют прорезать механизированными методами пригары массы к стенкам кожуха (такая операция не применяется при использовании обычной (жирной) анодной массы. This is because the task of sealing the electrolyzer does not require the development of a new design of the anode casing, but only supplements the existing design with a new frame element. The main drawback of the existing anode casing is the presence of transverse stiffening elements of the frames between the longitudinal walls, which, under the conditions of using the “dry” anode mass, do not allow cutting through the mass burns to the walls of the casing using mechanized methods (such an operation is not used when using an ordinary (greasy) anode mass.

Другим недостатком является то, что рама обладает жесткостью и прочностью, достаточной только для установки на ней торцевых и боковых укрытий. Поэтому она выполнена легкой, с опиранием на боковые и торцевые стороны катодного кожуха, что ограничивает возможности поточной обработки электролитной корки с применением напольно-рельсовых машин. Для того, чтобы убрать опоры с боковых сторон пришлось бы в несколько раз увеличить прочностные характеристики рамы и, соответственно, ее металлоемкость, не получив должной компенсации. Another disadvantage is that the frame has rigidity and durability, sufficient only for the installation of end and side shelters on it. Therefore, it is made light, with support on the side and end sides of the cathode casing, which limits the possibilities of in-line processing of the electrolyte crust using open-rail machines. In order to remove the supports from the sides, it would be necessary to increase the strength characteristics of the frame and, accordingly, its metal consumption, without receiving proper compensation.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является конструкция анодного кожуха без поперечных связей между стенками, которая позволяет осуществлять технологию электролиза алюминия с использованием "сухой" анодной массы, обеспечивающей повышение показателей работы электролизеров с верхним токоподводом, т.к. при этом легко осуществить подвод сжатого воздуха к системе АПГ и отвод газов от электролизера в цеховую систему газоотсоса, не прибегая к гибким или телескопическим устройствам; возможность поточной обработки электролитной корки напольно-рельсовой машиной. The technical result of the invention is the design of the anode casing without transverse connections between the walls, which allows the implementation of aluminum electrolysis technology using a "dry" anode mass, which improves the performance of electrolyzers with top current lead, because it is easy to carry out the supply of compressed air to the APG system and the removal of gases from the electrolyzer to the shop gas exhaust system without resorting to flexible or telescopic devices; the possibility of in-line processing of the electrolyte crust with an open-rail machine.

Сущность изобретения поясняется чертежами, изображено: на фиг. 1 - поперечный разрез электролизера; на фиг. 2 вид на электролизер с боковой стороны; на фиг. 3 вид на анод с кожухом по разрезу А-А. The invention is illustrated by drawings, depicted: in FIG. 1 - cross section of the electrolyzer; in FIG. 2 view of the electrolyzer from the side; in FIG. 3 view of the anode with the casing along section AA.

Предлагаемая конструкция электролизера состоит из соединенного с механизмом подъема анодного кожуха 1, свободно установленного внутри силового каркаса 2, снабженного по торцам опорами 3 и неподвижно закрепленного на торцевых стенках катодного кожуха 4 через опорные тумбы 5 с узлами электроизоляции. Внутри стенок каркаса, по боковым сторонам, выполнены каналы 6 для сбора и отведения газов в цеховую систему газоотсоса и емкости 7 для глинозема. В нижней части каркаса, на его нижнем поясе, установлены секции 8 колокольного газоотсоса с горелками (на рисунках не показаны), а в средней части каркаса на уровне входа в каналы 6, закреплено поворотное укрытие 9, образующее вместе с каналами и торцевыми укрытиями 10 систему вторичного газоотсоса. В боковых стенках каркаса, в емкостях глинозема, выделены некоторые пустые объемы, в которых установлены пневмоцилиндры 11 с пробойниками системы АПГ точечного типа, а подача глинозема в ванну осуществляется дозаторами 12, закрепленными в нижней части емкостей 7. The proposed design of the electrolyzer consists of an anode casing 1 connected to the lifting mechanism, freely installed inside the power frame 2, provided with ends 3 and fixedly mounted on the end walls of the cathode casing 4 through the support pedestals 5 with electrical insulation nodes. Inside the walls of the frame, on the sides, there are channels 6 for collecting and discharging gases into the shop system of the gas pump and tank 7 for alumina. In the lower part of the frame, on its lower belt, sections 8 of the bell gas exhaust pump with burners (not shown) are installed, and in the middle part of the frame at the level of the entrance to the channels 6, a rotary shelter 9 is fixed, forming together with the channels and end shelters 10 a system secondary gas suction. In the side walls of the frame, in containers of alumina, some empty volumes are distinguished, in which pneumatic cylinders 11 with punched holes of the APG system of a point type are installed, and the alumina is fed into the bath by dispensers 12 fixed to the bottom of the tanks 7.

Для предохранения нижней части угольного анода 13 от окисления, к нижнему поясу анодного кожуха 1 прикреплены по всему периметру чугунные плиты 14, которые вместе с секциями 8 образуют систему колокольного (первичного) газоотсоса. To protect the lower part of the carbon anode 13 from oxidation, cast iron plates 14 are attached around the entire perimeter of the anode casing 1, which together with sections 8 form a bell (primary) gas extraction system.

В процессе работы анодный кожух 1, соединенный по торцам с механизмами подъема, совершает возвратно-поступательные перемещения в вертикальном направлении внутри силового каркаса 2, закрепленного неподвижно на торцах катодного кожуха. Для надежности в работе между кожухом и каркасом выполняется гарантированный кольцевой зазор, равный 3-5 мм, а также могут устанавливаться направляющие ролики. В процессе работы горизонтальные распирающие нагрузки, возникающие в угольном аноде 12, передаются на стенки анодного кожуха 1, которые облегают внутренние стенки жесткого силового каркаса 2, воспринимающего эти нагрузки и удерживающего кожух от деформаций. Это позволяет ликвидировать в анодном кожухе имеющиеся в настоящее время поперечные связи, являющиеся основными элементами жесткости кожуха. Наличие этих связей практически исключает возможность применения в электролизерах "сухой" анодной массы с пониженным содержанием пека, т.к. в этом случае возникает необходимость в "подрезании" анода вдоль боковых стенок кожуха для выполнения перетяжки анодной рамы. Для подрезания анода применяют специальную напольную технику. In the process, the anode casing 1, connected at the ends with the lifting mechanisms, makes reciprocating movements in the vertical direction inside the power frame 2, fixed motionless on the ends of the cathode casing. For reliability in operation between the casing and the frame, a guaranteed annular gap of 3-5 mm is made, and guide rollers can also be installed. In the process, horizontal bursting loads occurring in the carbon anode 12 are transmitted to the walls of the anode casing 1, which enclose the inner walls of the rigid power frame 2, which receives these loads and keeps the casing from deformation. This allows you to eliminate in the anode casing currently existing cross-links, which are the main elements of the stiffness of the casing. The presence of these bonds virtually eliminates the possibility of using a “dry” anode paste with a low pitch content in electrolyzers, since in this case, there is a need for "cutting" of the anode along the side walls of the casing to perform the constriction of the anode frame. A special floor technique is used to trim the anode.

Необходимо отметить, что каркас 2 состоит из набора горизонтальных поясов жесткости, которые выполнены в виде формы со стержнями, что позволяет глинозему перемещаться в вертикальном направлении от загрузочной горловины (вверху) емкостей 7 до дозаторов 12 в их нижней части. Конструкция поясов жесткости в виде форм позволяет также легко вписать в стенки каркаса и пневмоцилиндры 11 с пробойниками для системы АПГ, а также всю ее трубопроводную арматуру, и при необходимости, систему централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) для автоматической загрузки емкостей 7. It should be noted that the frame 2 consists of a set of horizontal stiffening belts, which are made in the form of rods, which allows alumina to move vertically from the loading neck (top) of the containers 7 to the dispensers 12 in their lower part. The design of stiffening belts in the form of forms also makes it easy to fit into the walls of the frame and pneumatic cylinders 11 with punches for the APG system, as well as all its pipe fittings, and, if necessary, a centralized distribution system for alumina (TSG) for automatic loading of containers 7.

Другим положительным моментом предлагаемой конструкции является то, что применение неподвижного силового каркаса значительно упрощает решение вопросов, связанных с подводом сжатого воздуха и трассы ЦРГ к анодному устройству, электролизера, т.к. отпадает надобность в различных телескопических и гибких соединениях, снижающих степень надежности всей конструкции в процессе эксплуатации. Another positive aspect of the proposed design is that the use of a fixed power frame greatly simplifies the solution of issues related to the supply of compressed air and the central heating cylinder to the anode device, electrolyzer, because there is no need for various telescopic and flexible joints, which reduce the degree of reliability of the entire structure during operation.

Высота каркаса принимается не менее 0,7 высоты анодного кожуха из тех соображений, что в противном случае большая часть его вверху и внизу (при симметричном расположении каркаса относительно кожуха) оказывается вне зоны восприятия нагрузок силовыми элементами каркаса и приведет к деформациям анодного кожуха в этих частях, что недопустимо. The height of the frame is taken to be not less than 0.7 of the height of the anode casing for those reasons that otherwise most of it above and below (with a symmetrical arrangement of the frame relative to the casing) is outside the zone of perception of loads by the power elements of the frame and will lead to deformations of the anode casing in these parts that is unacceptable.

Внедрение предлагаемой конструкции анодного кожуха без поперечных связей между боковыми стенками позволит применять более прогрессивную технологию электролиза с применением "сухой" анодной массы с улучшенными технико-экономическими показателями работы электролизеров, а также упростить их конструкцию при одновременном повышении надежности в работе. The introduction of the proposed design of the anode casing without cross-links between the side walls will allow the use of more advanced electrolysis technology using a "dry" anode mass with improved technical and economic performance of electrolyzers, as well as simplify their design while improving reliability.

Claims

1. The electrolyzer with a self-baking anode with a top current lead, containing the anode and cathode housings, a fixed frame with supports around the anode casing and mounted on it process equipment, characterized in that the frame is made in the form of a spatial power frame with a height of at least 0.7 of the height of the anode casing.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the system of automated alumina feeding is placed on the power frame.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the frame is a capacity of alumina.

4. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that a gas collection bell with burners is installed on the frame.