RU2098519C1

RU2098519C1 - Method of closing and cooling of top of casing of self-sintering anode in electrolyser producing aluminium and device for its implementation

Info

Publication number: RU2098519C1
Application number: RU9595120091A
Authority: RU
Inventors: Теллеф Ольсен Арнт
Original assignee: Элкем Алюминиум АНС.
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention refers to electrolyser having casing and vertical contact rods for anode holding and feed of working current to it. Cover with holes for contact rods and one hole for release of gas as minimum is placed on top of casing of anode. Amount of gas removed from top of anode through hole for gas release is regulated with the help of creation of diminished pressure on top of anode and provision for passage of air through clearances between cover and each contact rod in such amount with which gas from top of anode does not go through these air clearances and temperature on top of anode is kept below preset level. In this case value of clearance between each of contact rods and holes in cover amounts to 1.0 to 10.0 mm which provides for passage of ambient air through clearances. EFFECT: enhanced cooling efficiency and functional reliability of electrolyser. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение касается способа и устройства для закрытия и охлаждения верха кожуха самоспекающегося анода электролизера для производства алюминия. The invention relates to a method and device for closing and cooling the top of a casing of a self-sintering anode of an electrolyzer for aluminum production.

Самоспекающийся анод, применяемый в промышленных электролизерах для производства алюминия, содержит неподвижный кожух, выполненный из чугуна или стали, и окружающий самоспекающийся угольный анод. Неспеченная углеродосодержащая электродная масса загружается через определенные интервалы на верх анода и спекается в твердый угольный анод за счет тепла, генерируемого подаваемым на анод электрическим током, и тепла расплавленной электролитической ванны. Основным признаком самоспекающегося анода является то, что спеченный анод перемещается относительно неподвижного кожуха анода. Обычно каждый электролизер содержит один самоспекающийся анод. The self-sintering anode used in industrial electrolysis cells for aluminum production contains a fixed casing made of cast iron or steel and a surrounding self-sintering carbon anode. An unsupported carbon-containing electrode mass is loaded at regular intervals onto the top of the anode and sintered into the solid carbon anode due to the heat generated by the electric current supplied to the anode and the heat of the molten electrolytic bath. The main feature of a self-sintering anode is that the sintered anode moves relative to the fixed casing of the anode. Typically, each cell contains one self-sintering anode.

Самоспекающийся анод подвешивается с помощью большого числа вертикально расположенных контактных стержней, выполненных, как правило, из стали, которые используются для подвода рабочего электрического тока к аноду. Нижние концы контактных стержней запечены в анод. Контактные стержни движутся вниз вместе с анодом до тех пор, пока их нижние концы не достигнут определенного расстояния от нижнего конца анода. Затем контактные стержни вытягиваются из анода и помещаются в более высокое положение. За счет удерживания положения концов контактных стержней в аноде на разной высоте всегда имеется достаточное число стержней, имеющих такое положение концов, при котором сохраняется достаточное удерживающее усилие и хорошая токовая связь между стержнями и закрепляется анод. The self-sintering anode is suspended using a large number of vertically arranged contact rods made, as a rule, of steel, which are used to supply a working electric current to the anode. The lower ends of the contact rods are baked into the anode. The contact rods move down along with the anode until their lower ends reach a certain distance from the lower end of the anode. Then the contact rods are pulled out of the anode and placed in a higher position. By holding the position of the ends of the contact rods in the anode at different heights, there is always a sufficient number of rods having a position of the ends at which sufficient holding force and good current coupling between the rods are maintained and the anode is fixed.

Из неспеченной электронной массы, которая загружается на верх анода, в процессе спекания выделяются газы и летучие органические соединения. Некоторые из этих газов и летучих соединений, например полиароматические углеводородные соединения (РАН), губительно действует на здоровье человека и поэтому желательно исключить их попадание в окружающую среду. До настоящего времени предпринимались попытки снизить выпуск газов с верха анода посредством использования электродных масс с минимально возможным содержанием летучего материала и удерживания температуры на верху анода на максимально низком уровне. Однако даже несмотря на то, что в последнее время было достигнуто уменьшение эмиссии газов с верха анода за счет использования этих средств, тем не менее невозможно с помощью традиционной технологии снизить эмиссию вредных газов с верха анода до допустимого низкого уровня. From sintered electron mass, which is loaded onto the top of the anode, gases and volatile organic compounds are released during sintering. Some of these gases and volatile compounds, such as polyaromatic hydrocarbon compounds (RAS), have a detrimental effect on human health and therefore it is advisable to exclude their release into the environment. So far, attempts have been made to reduce the emission of gases from the top of the anode by using electrode masses with the lowest possible content of volatile material and keeping the temperature at the top of the anode as low as possible. However, despite the fact that recently, a decrease in gas emissions from the top of the anode due to the use of these means has been achieved, it is nevertheless impossible to reduce the emission of harmful gases from the top of the anode to an acceptable low level using traditional technology.

Известно закрытие самоспекающегося анода по меньшей мере одной крышкой с отверстиями для контактных стержней, при этом кольцевые зазоры между контактными стержнями и отверстиями в крышке герметизированы уплотнительными элементами, а газы, выделяющиеся при спекании электродной массы, собираются и сжигаются [1] Согласно [1] крышка состоит из центральных пластин с отверстиями для контактных стержней и боковых пластин, смонтированных снаружи центральных пластин, при этом боковые пластины установлены с возможностью поворота. Кольцевые зазоры между центральными пластинами крышки и контактными стержнями согласно [1] герметизированы уплотнительными элементами, газонепроницаемо смонтированными вокруг каждого из контактных стержней, причем уплотнительные элементы свободно плавают на центральных пластинах крышки. Чтобы облегчить процедуру замены поврежденных центральных пластин крышки, они выполнены из секций, каждая из которых содержит отверстия для по меньшей мере двух, предпочтительно четырех, контактных стержней. It is known that a self-sintering anode is closed with at least one lid with holes for the contact rods, while the annular gaps between the contact rods and the holes in the lid are sealed with sealing elements, and the gases released during sintering of the electrode mass are collected and burned [1] According to [1], the lid consists of central plates with holes for contact rods and side plates mounted outside the central plates, while the side plates are rotatably mounted. The annular gaps between the center plates of the cover and the contact rods according to [1] are sealed by sealing elements gas-tightly mounted around each of the contact rods, the sealing elements floating freely on the central plates of the cover. To facilitate the replacement of damaged center plates of the lid, they are made of sections, each of which contains holes for at least two, preferably four, contact rods.

Недостатком устройства [1] является то, что верх анода охлаждается слишком слабо, в результате чего температура на верху анода чрезмерно высокая. Это влияет на размягчение и спекание анодной массы, так как большая часть связующего в неспеченной анодной массе, загружаемой на верх анода, улетучивается и отсасывается вместе с газами, выделяющимися при спекании. The disadvantage of the device [1] is that the top of the anode is cooled too poorly, as a result of which the temperature at the top of the anode is excessively high. This affects the softening and sintering of the anode mass, since most of the binder in the green sintered anode mass loaded onto the top of the anode escapes and is sucked off along with the gases released during sintering.

Задачей изобретения является создание способа и устройства для закрытия и охлаждения верха анода, которые бы позволили сохранять температуру верха анода во время работы электролизера на заданном уровне. The objective of the invention is to provide a method and device for closing and cooling the top of the anode, which would allow to maintain the temperature of the top of the anode during operation of the cell at a predetermined level.

Соответственно данное изобретение касается способа закрытия и охлаждения верха самоспекающегося анода, применяемого при производстве алюминия электролитическим способом, причем анод снабжен кожухом и вертикальными контактными стержнями для удерживания анода и подвода к нему рабочего тока, а верх кожуха анода снабжен по меньшей мере одной крышкой с отверстиями для контактных стержней и по меньшей мере одним отверстием для выхода газа, отличающегося тем, что количество газа, удаляемого с верха анода через отверстие для выхода газа, регулируют за счет того, что обеспечивают достаточно пониженное давление на верху анода, чтобы окружающий воздух проходил через воздушные зазоры между крышкой и каждым из контактных болтов в таком количестве, при котором газ с верха анода не выходит через эти воздушные зазоры, и температуру на верху анода поддерживают ниже заданного уровня. Accordingly, this invention relates to a method for closing and cooling the top of a self-sintering anode, used in the production of aluminum by electrolysis, the anode provided with a casing and vertical contact rods for holding the anode and supplying working current to it, and the top of the anode casing is equipped with at least one cover with holes for contact rods and at least one gas outlet, characterized in that the amount of gas removed from the top of the anode through the gas outlet This is due to the fact that they provide a sufficiently reduced pressure at the top of the anode so that the surrounding air passes through the air gaps between the cover and each of the contact bolts in such an amount that gas from the top of the anode does not exit through these air gaps and the temperature at the top of the anode support below a given level.

Изобретение также касается устройства для закрытия и охлаждения верха самоспекающегося анода, применяемого при производстве алюминия электролитическим способом, причем анод снабжен кожухом и вертикальными контактными стержнями для удерживания анода и подвода к нему рабочего тока, а верх кожуха анода снабжен по меньшей мере одной крышкой с отверстиями для контактных стержней и по меньшей мере одним отверстием для выхода газа, отличающегося тем, что воздушные зазоры размером 1-10 мм, предпочтительно 2-4 мм, предусмотрены между каждым из контактных стержней и отверстиями в крышке, чтобы пропускать регулируемый поток воздуха в воздушные зазоры для охлаждения верха анода и предотвращать утечку газов с верха анода через воздушные зазоры. The invention also relates to a device for closing and cooling the top of a self-sintering anode used in the production of aluminum by electrolysis, the anode provided with a casing and vertical contact rods for holding the anode and supplying working current to it, and the top of the anode casing is equipped with at least one cover with holes for contact rods and at least one gas outlet, characterized in that air gaps of 1-10 mm, preferably 2-4 mm, are provided between each of stroke rods and the bores in the cover to pass an adjustable air flow into the air gaps for cooling the top of the anode and to prevent leakage of gas from the top of the anode through the air gaps.

Согласно предпочтительному варианту предлагаемого устройства над каждым контактным стержнем смонтированы элементы, свободно плавающие на крышке, и между данными элементами и контактными стержнями выполнены воздушные зазоры. According to a preferred embodiment of the device according to the invention, elements freely floating on the cover are mounted over each contact rod, and air gaps are made between these elements and contact rods.

За счет регулирования количества газа, отсасываемого через отверстия для выпуска газа в крышке, количество воздуха, поступающего через воздушные зазоры между каждым контактным болтом и элементом, будет достаточным, чтобы удерживать температуру на верху анода ниже заданного уровня
На фиг. 1 показано вертикальное сечение части самоспекающегося анода электролизера для производства алюминия; на фиг. 2 вертикальное сечение верха самоспекающегося анода электролизера для производства алюминия; на фиг. 3 увеличенный вид области А на фиг. 2 в первом положении; на фиг. 4 - увеличенный вид области А на фиг. 2 во втором положении; на фиг. 5 вид в разрезе по I-I на фиг. 3.By controlling the amount of gas sucked out through the gas outlet openings in the lid, the amount of air entering through the air gaps between each contact bolt and the element will be sufficient to keep the temperature at the top of the anode below a predetermined level
In FIG. 1 shows a vertical section of a part of a self-sintering anode of an electrolyzer for aluminum production; in FIG. 2 vertical section of the top of the self-sintering anode of the electrolyzer for aluminum production; in FIG. 3 is an enlarged view of region A in FIG. 2 in the first position; in FIG. 4 is an enlarged view of region A in FIG. 2 in the second position; in FIG. 5 is a sectional view along II in FIG. 3.

На фиг. 1 и 2 изображен самоспекающийся анод электролизера для производства алюминия. Анод содержит кожух 1, выполненный из чугуна или стали. В кожух 1 анода загружается углеродосодержащая анодная масса 2. Углеродосодержащая масса 2 спекается в твердый угольный анод за счет тепла, выделяемого при подаче тока на анод, и тепла от электролитической ванны. Спеченный анод расходуется в процессе электролиза. In FIG. 1 and 2 depict a self-sintering anode of an electrolyzer for aluminum production. The anode contains a casing 1 made of cast iron or steel. The carbon-containing anode mass 2 is loaded into the casing 1 of the anode. The carbon-containing mass 2 is sintered into the solid carbon anode due to the heat generated by applying current to the anode and heat from the electrolytic bath. The sintered anode is consumed in the electrolysis process.

Угольный анод удерживается множеством вертикальных контактных стержней 3, которые также служат для подвода тока к аноду. Из фиг. 1, 2 видно, что контактные стержни 3 расположены в четыре ряда в продольном направлении анода. Контактные стержни 3 закреплены на токопроводящих балках традиционным способом (не показано). The carbon anode is held by a plurality of vertical contact rods 3, which also serve to supply current to the anode. From FIG. 1, 2 it is seen that the contact rods 3 are arranged in four rows in the longitudinal direction of the anode. Contact rods 3 are mounted on conductive beams in the traditional way (not shown).

Верх анода снабжен крышками 4, соединенными с центральной балкой 5, расположенной вдоль продольной оси анода, и с двумя наружными балками 6, 7, расположенными снаружи рядов контактных стержней. Балки 5-7 установлены на коротких сторонах кожуха анода и предпочтительно предусмотрена по меньшей мере одна поперечная балка 8. Как показано на фиг. 2, наружные балки 6, 7 соединены с поперечной балкой 8 болтовыми соединениями 9, 10. Крышки 4 имеют отверстия 11 для контактных стержней 3. Между наружными балками 6, 7 и продольными сторонами кожуха анода расположены с возможностью поворота боковые крышки 12, 13. В варианте, изображенном на фиг. 2, боковые крышки 12, 13 прикреплены трубками или стержнями 14, 15, соединенными с возможностью поворота с верхом кожуха 1 анода. Боковые крышки 12, 13 могут перемещаться из закрытого положения, показанного для боковой крышки 13, в открытое положение, показанное для боковой крышки 12, посредством, например, пневматического цилиндра 16. Когда боковые крышки 12, 13 находятся в открытом положении, анодная масса 2 может загружаться на верх анода и верх анода можно визуально изучить. Для обеспечения удовлетворительной герметизации между боковыми крышками 12, 13 и наружными балками 6, 7 предпочтительно предусматриваются гибкие уплотнительные листы 17, 18 вдоль боковых крышек 12, 13. Эти уплотнительные листы обеспечивают необходимую герметизацию между наружными балками 6, 7 и боковыми крышками 12, 13, когда боковые крышки 12, 13 находятся в закрытом положении. The top of the anode is provided with covers 4 connected to a central beam 5 located along the longitudinal axis of the anode, and with two outer beams 6, 7 located outside the rows of contact rods. Beams 5-7 are mounted on the short sides of the anode casing and preferably at least one transverse beam 8 is provided. As shown in FIG. 2, the outer beams 6, 7 are connected to the transverse beam 8 by bolted joints 9, 10. The covers 4 have holes 11 for the contact rods 3. Between the outer beams 6, 7 and the longitudinal sides of the anode casing, the side covers 12, 13 are rotatably rotated. the embodiment of FIG. 2, the side covers 12, 13 are attached by tubes or rods 14, 15, which are rotatably connected to the top of the casing 1 of the anode. The side covers 12, 13 can be moved from the closed position shown for the side cover 13 to the open position shown for the side cover 12, for example, by means of a pneumatic cylinder 16. When the side covers 12, 13 are in the open position, the anode mass 2 can loaded onto the top of the anode and the top of the anode can be visually examined. To ensure satisfactory sealing between the side covers 12, 13 and the outer beams 6, 7, flexible sealing sheets 17, 18 are preferably provided along the side covers 12, 13. These sealing sheets provide the necessary sealing between the outer beams 6, 7 and the side covers 12, 13, when the side covers 12, 13 are in the closed position.

Согласно изобретению над каждым контактным болтом 3 расположены элементы 20, которые свободно закреплены на крышке 4. Элементы 20 детально изображены на фиг. 3-5. Из фиг. 3-5 видно, что каждый элемент содержит кольцеобразный элемент 21 с центральным отверстием диаметром, на 1-5 мм превышающим диаметр контактных стержней 3. За счет этого образуется зазор 22 между кольцеобразным элементом 21 и соответствующими контактными стержнями 3. Кольцеобразный элемент 21 снабжен двумя горизонтальными кронштейнами 23, каждый из которых имеет отверстие 24. Элементы 20 с помощью болта 25, проходящего через отверстия 24 в кронштейнах 23 и через соответствующее отверстие 26 в крышке 4, и пластинок 27, 28, расположенных над кронштейном 23 и под крышкой 4, соответственно, соединены с крышкой 4 таким образом, что элементы 20 могут свободно перемещаться в горизонтальном направлении, но не могут подниматься вертикально. На фиг. 3 контактный стержень 3 показан расположенным в центре отверстия 11 в крышке 4, а контактный стержень 3 на фиг. 4 показан в положении, при котором он сместил элемент 20 горизонтально на крышке 4 под действием горизонтальных сил. According to the invention, over each contact bolt 3 there are elements 20 that are freely mounted on the cover 4. Elements 20 are shown in detail in FIG. 3-5. From FIG. 3-5 it is seen that each element contains an annular element 21 with a Central hole with a diameter 1-5 mm larger than the diameter of the contact rods 3. Due to this, a gap 22 is formed between the ring-shaped element 21 and the corresponding contact rods 3. The ring-shaped element 21 is provided with two horizontal brackets 23, each of which has an opening 24. Elements 20 with a bolt 25 passing through the holes 24 in the brackets 23 and through the corresponding hole 26 in the cover 4, and plates 27, 28 located above the bracket 23 and along cover 4, respectively, are connected to the lid 4 so that the elements 20 can move freely in the horizontal direction, but can not rise vertically. In FIG. 3, the contact pin 3 is shown located in the center of the hole 11 in the cover 4, and the contact pin 3 in FIG. 4 shows the position in which he displaced the element 20 horizontally on the cover 4 under the action of horizontal forces.

Во время работы электролизера газы, выделяющиеся на верху анода, удаляются через отверстие 29 для выпуска газа в крышке 4. Количество газа, удаляемого через отверстие 29, регулируется за счет того, что воздух поступает через воздушные зазоры 22 в таком количестве, при котором предотвращается выход газов с верха анода через воздушные зазоры 22. During operation of the electrolyzer, the gases released at the top of the anode are removed through the gas outlet 29 in the lid 4. The amount of gas removed through the opening 29 is controlled by the fact that air enters through the air gaps 22 in such an amount that the outlet is prevented gases from the top of the anode through the air gaps 22.

Количество газа, удаляемого через выпускное отверстие 29, регулируется таким образом, чтобы количество воздуха, поступающего через воздушные зазоры 22, было достаточно для охлаждения верха анода до заданной температуры. The amount of gas removed through the outlet 29 is controlled so that the amount of air entering through the air gaps 22 is sufficient to cool the top of the anode to a predetermined temperature.

Благодаря изобретению обеспечивается простой и надежный способ герметизации верха анода от атмосферы и в то же время можно поддерживать температуру на верху анода на заданном уровне. The invention provides a simple and reliable method of sealing the top of the anode from the atmosphere and at the same time, it is possible to maintain the temperature at the top of the anode at a predetermined level.

Claims

1. The method of closing and cooling the top of a self-sintering anode in an electrolytic cell for the production of aluminum, having a casing and vertical contact rods for holding the anode and supplying working current to it, the top of the casing having at least one cover for closing the top of the anode with holes for contact rods and at least one gas outlet opening, characterized in that the amount of gas removed from the top of the anode through the gas outlet opening is controlled by creating a reduced pressure at the top of the anode for passing air flow through the air gaps between the cover and each of the contact rods in an amount that prevents gas from escaping from the top of the anode through these air gaps, and the temperature at the top of the anode is kept below a predetermined level.

2. A device for closing and cooling a self-sintering anode in an electrolytic cell for the production of aluminum having a casing and vertical contact rods for holding the anode and supplying working current to it, while the top of the casing has at least one cover with holes for the contact rods, at least one hole for loading the anode mass and at least one gas outlet for continuous exit of gas from the top of the anode, characterized in that the air gaps between each of the contact rods and holes The lid is made in the size of 1 10 mm to ensure the passage of an adjustable air flow into the air gaps to cool the top of the anode and prevent gas leakage from the top of the anode through the air gaps.

3. The device according to claim 2, characterized in that the air gaps between the cover and each of the contact rods are made in the size of 2 to 4 mm.

4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that elements, freely floating on the cover, are mounted over each contact rod, and air gaps are made between these elements and contact rods.