RU2206638C2

RU2206638C2 - Method for starting no-diaphragm magnesium electrolyzers with water-cooled anodes

Info

Publication number: RU2206638C2
Application number: RU2001124779A
Authority: RU
Inventors: А.С. Чесноков; А.Н. Татакин; Багдат Мухаметович Шаяхметов; Станислав Николаевич Чайковский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: magnesium production by electrolytic method. SUBSTANCE: method includes drying of electrolyzers while gradually raising temperature to 400 C, exposure to this temperature, melt introduction, dc current supply to electrodes, and gradual increase of melt level in electrolyzer; as soon as melt level rises to 0.4- 0.8 of cathode height and its temperature, to 690-720 C, water is supplied to anode water- cooling system whereupon 25-35% of anodes are disconnected from load current. EFFECT: reduced starting-and-adjustment period, enhanced yield with respect to current and safety in electrolyzer starting. 1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к производству магния электролитическим способом. The invention relates to the production of magnesium by electrolysis.

Известен способ пуска бездиафрагменных магниевых электролизеров, включающий сушку, заливку электролита из работающих электролизеров до погружения катодов на 0,3-0,35 их высоты, подачу постоянного тока при включении 60-75% анодов и дальнейшую заливку электролита с загрузкой сырья до погружения верхних кромок катодов в расплав, включение ранее отключенных анодов и замену части загрязненного шламом электролита (а.с. 1125995 от 20.05.83 г., С 25 С 3/04). There is a method of starting non-diaphragm magnesium electrolysis cells, including drying, filling the electrolyte from the working electrolysis cells before immersing the cathodes at 0.3-0.35 of their height, supplying direct current when 60-75% of the anodes are turned on, and further filling the electrolyte with raw materials loading before immersing the upper edges the cathodes in the melt, the inclusion of previously disconnected anodes and the replacement of part of the electrolyte contaminated with sludge (AS 1125995 from 05.20.83, С 25 С 3/04).

Недостатком известного способа является то, что при подключении постоянного тока к 60-75% анодов, охлаждаемых водой, при появлении анодного эффекта, когда напряжение на электролизере резко возрастает от 7-10 В до 30-40 В, происходит перераспределение постоянного тока, который, в основном, начинает проходить по ранее отключенным от магистрального шинопровода 25-40% анодов по стальным трубкам, подводящим для охлаждения воду к анодам. Прохождение большей части серийного тока по стальным трубкам к ранее отключенным анодам приводило к перегоранию этих трубок, в результате чего происходила протечка воды из системы водяного охлаждения, что приводило к аварийной ситуации на электролизере. The disadvantage of this method is that when DC is connected to 60-75% of the anodes cooled by water, when the anode effect appears, when the voltage on the electrolyzer rises sharply from 7-10 V to 30-40 V, a redistribution of direct current occurs, which, basically, it starts to pass through 25-40% of the anodes previously disconnected from the main busbar through steel tubes supplying water to the anodes for cooling. The passage of most of the series current through the steel tubes to the previously disconnected anodes led to burnout of these tubes, resulting in leakage of water from the water cooling system, which led to an emergency situation on the cell.

Известен способ пуска магниевого электролизера, описанный в книге Эйдензон М.А., Металлургия магния и других легких металлов, Москва, Металлургия, 1974, с. 105-107, который выбран нами за ближайший аналог и согласно которому осуществляют сушку электролизеров с постепенным повышением температуры до 400^oС, выдержку при этой температуре, заливку расплава, подачу постоянного тока к электродам и постепенное повышение уровня расплава в электролизере. Недостатком этого способа является то, что на электролизерах с водоохлаждаемыми анодами подача токовой нагрузки ко всем анодам и катодам, не обеспечивает необходимый нагрев и повышение уровня расплава в электролизере. За счет интенсивного теплоотвода водой и футеровкой ванны происходит резкое снижение температуры расплава, которая может понизиться ниже 651^oС, что приводит к выделению на катоде магния в твердом виде, замыканиям катодов на аноды и снижению греющей мощности на ванне.A known method of starting a magnesium electrolyzer, described in the book Aidenzon MA, Metallurgy of magnesium and other light metals, Moscow, Metallurgy, 1974, p. 105-107, which we have chosen for the closest analogue and according to which the electrolysers are dried with a gradual increase in temperature to 400 ^o C, holding at this temperature, pouring the melt, supplying direct current to the electrodes and gradually increasing the melt level in the electrolyzer. The disadvantage of this method is that on electrolyzers with water-cooled anodes, supplying a current load to all anodes and cathodes does not provide the necessary heating and increasing the level of the melt in the electrolyzer. Due to the intense heat removal by water and the lining of the bath, there is a sharp decrease in the melt temperature, which can drop below 651 ^o C, which leads to the release of solid magnesium on the cathode, short circuits of the cathodes on the anodes and a decrease in the heating power on the bath.

В результате чего продолжительность пуска электролизеров увеличивается в несколько раз, что отрицательно сказывается на работе электролизеров после пуска, т.е. в пуско-наладочном периоде, который увеличивается до 30-60 суток и выход по току на них не превышает 65-70%. As a result, the duration of the start-up of electrolytic cells increases several times, which negatively affects the operation of electrolytic cells after start-up, i.e. in the commissioning period, which increases to 30-60 days and the current efficiency on them does not exceed 65-70%.

Задачей настоящего изобретения является получение более высокого выхода магния по току в пусконаладочном периоде, сокращение срока пускового периода, а также обеспечение безопасных условий труда для обслуживающего персонала. The objective of the present invention is to obtain a higher current yield of magnesium in the commissioning period, reducing the start-up period, as well as providing safe working conditions for staff.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе пуска бездиафрагменных магниевых электролизеров с водоохлаждаемыми анодами, включающем сушку электролизеров с постепенным повышением температуры до 400^oС, выдержку при этой температуре, заливку расплава, подачу постоянного тока к электродам и постепенное повышение уровня расплава в электролизере, воду подают в систему водяного охлаждения анодов после погружения катодов в расплав на глубину 0,4-0,8 высоты их и повышения температуры расплава до 690-720^oС, после чего отключают от токовой нагрузки 25-35% анодов.The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of starting diaphragm-free magnesium electrolytic cells with water-cooled anodes, including drying the electrolytic cells with a gradual increase in temperature to 400 ^o C, holding at this temperature, pouring the melt, supplying direct current to the electrodes and gradually increasing the melt level in the cell, water is fed into the cooling water system of anodes cathodes after immersion in the melt to a depth of 0.4-0.8 and their height increasing melt temperature to 690-720 ^o C, then disconnected from Toko oh load 25-35% anodes.

Заявляемый способ пуска электролизера с водоохлаждаемыми анодами позволяет сократить продолжительность пуско-наладочного периода, повысить выход по току и обеспечить безопасные условия труда при пуске электролизера. The inventive method of starting an electrolyzer with water-cooled anodes can reduce the duration of the commissioning period, increase the current efficiency and ensure safe working conditions when starting the electrolyzer.

Подача воды в систему водяного охлаждения анодов при погружении катодов в расплав на глубину менее 0,4 высоты их и температуры расплава ниже 690^oС с последующим отключением от токовой нагрузки 25-35% анодов может привести к появлению анодного эффекта на подключенных к токовой нагрузке анодах и, как следствие, к перераспределению тока, который начнет протекать по стальным трубкам к ранее отключенным анодам, что может привести к аварийной ситуации на пусковом электролизере.Water supply to the water cooling system of the anodes when the cathodes are immersed in the melt to a depth of less than 0.4 of their height and the melt temperature is lower than 690 ^° C and then disconnecting 25-35% of the anodes from the current load can lead to an anode effect on the anodes connected to the current load and, as a result, to the redistribution of current, which begins to flow through the steel tubes to the previously disconnected anodes, which can lead to an emergency on the starting electrolyzer.

Подача воды в систему водяного охлаждения анодов после достижения погружения катодов в расплав на глубину более 0,8 высоты их и повышения температуры расплава свыше 720^oС приводит к значительным гидравлическим ударам в системе водяного охлаждения анодов, что может привести к нарушению герметичности системы и поломке отдельных графитовых брусьев анодов.The water supply to the water cooling system of the anodes after reaching the immersion of the cathodes in the melt to a depth of more than 0.8 of their height and increasing the temperature of the melt above 720 ^o C leads to significant hydraulic shocks in the water cooling system of the anodes, which can lead to a violation of the tightness of the system and breakdown of individual graphite bars anodes.

После погружения катодов в расплав на глубину 0,4-0,8 высоты их и подачи воды в систему охлаждения анодов отключение 25-30% анодов от токовой нагрузки позволит увеличить приход тепла в электролизер и компенсировать рост тепловых потерь электролизера с водой, что обеспечивает сокращение продолжительности пускового периода, исключению появления анодного эффекта на электролизере и созданию безопасных условий труда на электролизере с водоохлаждаемыми анодами. After immersing the cathodes in the melt to a depth of 0.4-0.8 of their height and supplying water to the anode cooling system, disconnecting 25-30% of the anodes from the current load will increase the heat input to the cell and compensate for the increase in heat loss of the cell with water, which reduces the duration of the start-up period, the exclusion of the appearance of the anode effect on the cell and the creation of safe working conditions on the cell with water-cooled anodes.

Пример 1 (известный способ)
При включенной системе водяного охлаждения анодов осуществляют заливку расплава в электролизер до погружения катодов в расплав на 0,3 их высоты, после чего ко всем анодам и катодам подается токовая нагрузка. За счет интенсивного теплоотвода водой и футеровкой ванны происходит резкое снижение температуры расплава в электролизере, которая может понизиться ниже 651^oС - точки плавления магния, что приведет к выделению магния на катоде в твердом виде, росту твердой магниевой губки на катоде, снижению напряжения на ванне и дальнейшему понижению температуры расплава, замыканию катодов на аноды, что потребует дополнительных мер по предотвращению замыканий электродов.Example 1 (known method)
When the water cooling system of the anodes is turned on, the melt is poured into the electrolyzer until the cathodes are immersed in the melt at 0.3 of their height, after which a current load is applied to all anodes and cathodes. Due to the intense heat removal by water and the lining of the bath, there is a sharp decrease in the melt temperature in the electrolyzer, which can drop below 651 ^o C - the melting point of magnesium, which will lead to the release of magnesium on the cathode in solid form, the growth of a solid magnesium sponge on the cathode, and a decrease in the voltage on the bath and further lowering the temperature of the melt, shorting the cathodes to the anodes, which will require additional measures to prevent shorting of the electrodes.

При этом продолжительность пускового периода электролизера, в течение которого уровень расплава в электролизере повышается до рабочего и температура расплава составит 700^oС, увеличивается до 24-36 часов, что приводит к увеличению пуско-наладочного периода до 1-2^х месяцев, в котором выход по току не превышает 65-70%.The duration of the start-up period of the cell, during which the melt level in the cell rises to the working one and the melt temperature is 700 ^o C, increases to 24-36 hours, which leads to an increase in the commissioning period to 1-2 ^x months, in which the output current does not exceed 65-70%.

Пример 2 (предлагаемый способ)
Выполнение предложенного способа пуска бездиафрагменного магниевого электролизера с водяным охлаждением анодов заключается в том, что заливку расплава в электролизер осуществляют при отключенной системе водяного охлаждения анодов до погружения катодов в расплав на 0,3 их высоты, после чего подается токовая нагрузка ко всем анодам и катодам. При этом температура расплава постепенно повышается до 690^oС, после чего подается в электролизер новая порция расплава и происходит выдержка до появления роста температуры расплава.Example 2 (the proposed method)
The implementation of the proposed method of starting a diaphragm-free magnesium electrolyzer with water cooling of the anodes consists in the fact that the melt is poured into the cell with the water cooling system of the anodes turned off until the cathodes are immersed in the melt by 0.3 of their height, after which the current load is applied to all anodes and cathodes. In this case, the temperature of the melt gradually rises to 690 ^o C, after which a new portion of the melt is fed into the electrolyzer and the exposure is held until the melt temperature rises.

После погружения катодов в расплав на глубину 0,5 их высоты и достижения температуры расплава 700^oС подают воду в систему водяного охлаждения анодов, а для компенсации роста тепловых потерь за счет водяного охлаждения увеличивают поступление тепла в электролизер путем отключения от токовой нагрузки 25-35% анодов, что позволяет повысить напряжение на ванне на 0,6-1,0 В. При таком способе пуска продолжительность его не превышает 12-14 часов, что положительно сказывается на работе электролизера в пуско-наладочном периоде, который сокращается до 20 суток, при этом выход по току увеличивается с 65 до 80%.After the cathodes are immersed in the melt to a depth of 0.5 of their height and the melt temperature reaches 700 ^o C, water is supplied to the water cooling system of the anodes, and to compensate for the increase in heat loss due to water cooling, the heat supply to the cell is increased by disconnecting from the current load 25-35 % of anodes, which allows to increase the voltage on the bath by 0.6-1.0 V. With this method of start-up, its duration does not exceed 12-14 hours, which positively affects the operation of the electrolyzer in the commissioning period, which is reduced to 20 c, the output current is increased from 65 to 80%.

Claims

The method of starting non-diaphragm magnesium electrolytic cells with water-cooled anodes, including drying the electrolytic cells with a gradual increase in temperature to 400 ^o C, holding at this temperature, pouring the melt, supplying direct current to the electrodes and gradually increasing the melt level in the electrolyzer, characterized in that when the melt level increases up to 0.4-0.8 of the cathode height and when the melt reaches a temperature of 690-720 ^o C, water is supplied to the water cooling system of the anodes, after which 25-35% of the anodes are disconnected from the current load.