RU2321682C2

RU2321682C2 - Cathode device of aluminum cell

Info

Publication number: RU2321682C2
Application number: RU2006117720/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Геннадьевич Бурцев (RU); Алексей Геннадьевич Бурцев; Александр Олегович Гусев (RU); Александр Олегович Гусев; нко Валерий Александрович Дерев (RU); Валерий Александрович Деревянко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2008-04-10
Also published as: RU2006117720A

Abstract

FIELD: production of aluminum by electrolysis, namely design of cathode device of aluminum cell.

SUBSTANCE: apparatus includes metallic bath with bottom and reinforcing members embracing walls and bottom of bath and forming cathode jacket. Inside cathode jacket there are lining and cathode blocks with cathode rods forming cathode of cell. To lengthwise and end walls of metallic bath between reinforcing members plate-type ribs made of material with high heat conductance are secured. Surface area of one plate-type rib is in range 0.03 - 0.3 m². Plate-type ribs are secured to metallic bath by means of bimetallic adapters such as aluminum-steel or copper-steel with use of explosion welding. Steel part of bimetallic adapter is welded to walls of metallic bath and plate type ribs made of aluminum or aluminum alloy or of copper or copper alloy are welded to aluminum or copper part respectively. In upper part of reinforcing members rotary flaps are mounted for controlling heat radiation from bath walls. Between reinforcing members there is device such as fan or blower for positively cooling plate -type ribs.

EFFECT: intensified process of electrolytic production of aluminum due to controlled heat radiation, stable manufacturing process, increased useful life period of aluminum cell.

10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции катодного устройства алюминиевого электролизера.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, and in particular to the design of the cathode device of an aluminum electrolyzer.

Катодное устройство электролизера для производства алюминия включает катодный кожух, состоящий из продольных и торцевых стенок и днища, образующих металлическую ванну, и силовых элементов, охватывающих стенки и днище ванны; теплоизоляционную огнеупорную футеровку; бортовую футеровку, выполняемую из блоков; катодные блоки с катодными стержнями, являющиеся катодом электролизера.The cathode device of the electrolyzer for aluminum production includes a cathode casing, consisting of longitudinal and end walls and the bottom, forming a metal bath, and power elements, covering the walls and bottom of the bath; heat-insulating refractory lining; side lining made of blocks; cathode blocks with cathode rods, which are the cathode of the electrolyzer.

Катодное устройство предназначено для создания условий протекания процесса электролиза в криолит-глиноземном расплаве, кроме того, катодное устройство обеспечивает рассеивание излишков тепла в окружающую среду. Это способствует образованию слоя застывшего электролита (гарнисажа) на бортовых стенках футерованный ванны, что позволяет защитить их от воздействия крайне агрессивной среды и высокой температуры (950-970°C), позволяя тем самым увеличить срок службы катодного устройства.The cathode device is designed to create conditions for the electrolysis process in the cryolite-alumina melt, in addition, the cathode device provides the dissipation of excess heat into the environment. This contributes to the formation of a layer of solidified electrolyte (skull) on the side walls of the lined bathtubs, which allows them to be protected from the effects of an extremely aggressive environment and high temperature (950-970 ° C), thereby increasing the life of the cathode device.

Известен электролизер для получения алюминия, включающий металлический катодный кожух, футерованный изнутри, установленный на железобетонные опоры, днища и борта которого снабжены коробчатыми секциями выполненных в виде герметичных полостей, в которых установлены тепловые экраны составленных из отдельных пластин и к герметичным полостям подведены воздушные магистрали с воздухораспределительными клапанами, в которые при помощи вентилятора или компрессора нагнетается воздух (патент SU №605865, 1978, МПК С25С 3/08).A known cell for producing aluminum, including a metal cathode casing, lined from the inside, mounted on reinforced concrete supports, the bottoms and sides of which are equipped with box sections made in the form of sealed cavities, in which heat shields are made up of individual plates and air lines with air distribution are connected to the sealed cavities valves into which air is pumped with a fan or compressor (patent SU No. 605865, 1978, IPC С25С 3/08).

Известен также алюминиевый электролизер, содержащий анодный и катодные кожухи снабженные герметичными полостями, которые размещены на наружных поверхностях кожухов и соединены с нагнетательной воздушной магистралью (патент SU №633937, 1978, МПК С25С 3/08).Also known is an aluminum electrolyzer containing anode and cathode casings equipped with sealed cavities that are placed on the outer surfaces of the casings and connected to the discharge air line (patent SU No. 633937, 1978, IPC C25C 3/08).

Известен электролизер, содержащий футеруемый изнутри металлический катодный кожух и элементы охлаждения стенок кожуха с помощью подачи сжатого воздуха локализованными струями со скоростью 10-100 м/с, распределенными вокруг металлической ванны (патент RU 2201476 С2).Known electrolyzer containing lined inside the metal cathode casing and the cooling elements of the casing walls using compressed air by localized jets at a speed of 10-100 m / s distributed around a metal bath (patent RU 2201476 C2).

Общими недостатками данных изобретений являются необходимость создания сложной и громоздкой сети воздушных магистралей, которые существенно загромождают пространство вокруг электролизера, высокий уровень шума создаваемый сбрасываемым воздухом в герметичные полости или в атмосферу корпуса создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала. Кроме того, из-за низкой теплоемкости воздуха для эффективного отвода тепла потребуется существенный расход воздуха, в связи с чем требуется наличие компрессорной станции или мощных вентиляторов и поэтому экономически не выгодно.Common disadvantages of these inventions are the need to create a complex and cumbersome network of air lines, which significantly clutter the space around the cell, the high noise level created by the discharged air into sealed cavities or into the atmosphere of the housing creates adverse conditions for maintenance personnel. In addition, due to the low heat capacity of the air, a significant air consumption will be required for efficient heat removal, and therefore a compressor station or powerful fans are required and therefore not economically viable.

В катодном устройстве с использованием конвективного потока воздуха (патент US 4087345), охлаждающие поверхности образованы боковой стенкой электролизера и поддерживающими и ограждающими элементами конструкции, имеющими тепловой контакт со стенкой.In a cathodic device using convective air flow (patent US 4087345), the cooling surfaces are formed by the side wall of the cell and supporting and enclosing structural elements having thermal contact with the wall.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее футеруемую изнутри металлическую ванну с продольными и торцевыми стенками, днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного поперечными шпангоутами (силовыми элементами), торцы ванны усилены поясами жесткости, образованных вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, связанными между собой обвязочным листом с образованием зоны разрыва между торцевой стенкой и горизонтальными ребрами жесткости, а между вертикальными ребрами дополнительно установлены вертикальные стальные ребра охлаждения толщиной 6-8 мм и размером 640×650×120 мм в количестве 1-4 шт. (патент РФ №2230834, 2004, МПК С25С 3/08).The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a cathode device of an aluminum electrolyzer containing a lined inside of a metal bath with longitudinal and end walls, a bottom installed inside a rigid frame formed by transverse frames (power elements), the ends of the bathtub are reinforced with stiffening belts formed vertical and horizontal stiffeners connected by a strapping sheet to form a gap zone between the end Tenkai and horizontal ribs and vertical ribs between the additionally installed vertical steel cooling fins 6-8 mm in thickness and 640 × 650 × 120 mm in an amount of 1-4 pcs. (RF patent No. 2230834, 2004, IPC С25С 3/08).

Недостатком данного катодного устройства является то, что ребра охлаждения установлены только на торцевой стенке ванны, при этом теплоотвод от торцевой стенки кожуха увеличивается незначительно из-за невысокой теплопроводности стали Ст3 (при 300°C - 50 Вт/м·К). Кроме того, указанная конструкция катодного кожуха со сплошным фланцевым листом препятствует похождению воздуха по высоте ванны за счет разности температур, и характеризуется плохим конвективным теплообменом, и ухудшает охлаждение стенок ванны.The disadvantage of this cathode device is that the cooling fins are installed only on the end wall of the bath, while the heat sink from the end wall of the casing increases slightly due to the low thermal conductivity of St3 steel (at 300 ° C - 50 W / m · K). In addition, the design of the cathode casing with a continuous flange sheet prevents the passage of air along the height of the bath due to the temperature difference, and is characterized by poor convective heat transfer, and impairs the cooling of the walls of the bath.

Цель изобретения - повышение интенсификации процесса электролитического производства алюминия в алюминиевом электролизере за счет конструкции катодного устройства, способного отводить и рассеивать тепловую энергию, выделяемую в электролизере.The purpose of the invention is to increase the intensification of the process of electrolytic production of aluminum in an aluminum electrolytic cell due to the design of a cathode device capable of removing and dissipating the thermal energy released in the electrolytic cell.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции катодного устройства с увеличенным отводом тепла от бортов металлической ванны и оснащенного возможностью его регулирования.The technical task of the invention is the development of the design of the cathode device with increased heat dissipation from the sides of the metal bath and equipped with the possibility of its regulation.

Поставленная задача достигается тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем металлическую ванну с днищем и силовыми элементами, охватывающими стенки и днище ванны, образующими катодный кожух с заключенной внутри нее футеровкой и катодными блоками с катодными стержнями, образующими катод электролизера, на продольных и торцевых стенках металлической ванны в промежутках между силовыми элементами закреплены пластинчатые ребра из материала с высокой теплопроводностью, при этом площадь одного пластинчатого ребра равна 0,03-0,3 м². Это позволяет увеличить охлаждаемую поверхность в зависимости от количества ребер (3-10 шт.) больше чем в 10 раз.The problem is achieved in that in the cathode device of an aluminum electrolyzer, comprising a metal bath with a bottom and power elements covering the walls and bottom of the bath, forming a cathode casing with a lining enclosed inside it and cathode blocks with cathode rods forming the cathode of the electrolyzer, on the longitudinal and end the walls of the metal bath in the intervals between the power elements are fixed plate ribs of a material with high thermal conductivity, while the area of one plate ribs and equal to 0.03-0.3 m ² . This allows you to increase the cooled surface depending on the number of ribs (3-10 pcs.) More than 10 times.

Данная конструкция катодного устройства позволяет обеспечить эффективный отвод тепла из электролизера к бортовым стенкам ванны и далее к пластинчатым ребрам, которые охлаждаются за счет конвективного теплообмена при протекании воздуха, обусловленном его нагревом в межреберном пространстве и разностью температур по высоте стенок ванны. Это позволяет в условиях интенсифицированной работы алюминиевого электролизера обеспечить образование устойчивого слоя застывшего электролита (гарнисажа) на внутренней поверхности бортовой футеровки катодного устройства, тем самым увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.This design of the cathode device allows for efficient heat removal from the electrolyzer to the side walls of the bath and then to the plate fins, which are cooled by convective heat transfer during air flow due to its heating in the intercostal space and the temperature difference along the height of the bath walls. This allows under the conditions of intensified operation of the aluminum electrolyzer to ensure the formation of a stable layer of solidified electrolyte (skull) on the inner surface of the side lining of the cathode device, thereby increasing the life of the cathode device of the aluminum electrolyzer.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.The invention is complemented by private distinguishing features, also aimed at solving the problem.

В конструкции катодного устройства, в частности в промежутках между силовыми элементами, охватывающими стенки и днище ванны, на стенках металлической ванны закреплены пластинчатые ребра в количестве от 3-10 шт.In the design of the cathode device, in particular in the gaps between the power elements covering the walls and the bottom of the bath, lamellar ribs in an amount of 3-10 pcs are fixed on the walls of the metal bath.

При использовании пластинчатых ребер менее 3 шт. не обеспечивается необходимый отвод тепла из электролизера, что приводит к повышению температуры в ванне и расплавлению защитного слоя. При установке пластинчатых ребер более 10 шт. усложняется монтаж вышеупомянутых ребер, так как промежуток между ними существенно уменьшается и вследствие этого затрудняется прохождение потока воздуха между ребрами (в межреберном пространстве) и снижается отвод тепла от бортов ванны.When using plate ribs less than 3 pcs. the necessary heat removal from the electrolyzer is not provided, which leads to an increase in temperature in the bath and the melting of the protective layer. When installing plate ribs more than 10 pcs. mounting of the above-mentioned fins is complicated, since the gap between them is significantly reduced and, as a result, the air flow between the fins is difficult (in the intercostal space) and heat dissipation from the sides of the bath is reduced.

Для обеспечения хорошей теплопередачи пластинчатые ребра изготавливаются из материалов с высокой теплопроводностью, например алюминия марок А0-А85 (λ=210-230 Вт/м·К) или алюминиевого сплава (АД**, Д**, АК*, АМц*, АМг*, В** и т.д.) с коэффициентами теплопроводности порядка λ=110-230 Вт/м·К; меди (λ=360-390 Вт/м·К) или медного сплава (бронза, латунь и т.д.) с коэффициентом теплопроводности порядка от 70 до 380 Вт/м·К; специальной стали (55, 60, 65, 70, 20Г, 30Г, 40Г и т.д.) с коэффициентом теплопроводности порядка 50-80 Вт/м·К. Изготовление пластинчатых ребер из материалов с низкой теплопроводностью не приводит к существенному увеличению теплоотвода от стен электролизера и соответственно не обеспечивается образование устойчивого слоя защитного гарнисажа на внутренней поверхности бортовой футеровки и что приводит к повышению температуры стенок металлической ванны и интенсивному разрушению бортовой футеровки.To ensure good heat transfer, plate fins are made of materials with high thermal conductivity, for example, aluminum grades A0-A85 (λ = 210-230 W / m · K) or aluminum alloy (AD **, D **, AK *, AMts *, AMg *, B **, etc.) with thermal conductivity coefficients of the order of λ = 110-230 W / m · K; copper (λ = 360-390 W / m · K) or a copper alloy (bronze, brass, etc.) with a thermal conductivity of about 70 to 380 W / m · K; special steel (55, 60, 65, 70, 20G, 30G, 40G, etc.) with a thermal conductivity of about 50-80 W / m · K. The manufacture of plate ribs from materials with low thermal conductivity does not lead to a significant increase in heat dissipation from the walls of the electrolyzer and, accordingly, the formation of a stable layer of protective skull on the inner surface of the side lining is not ensured, and this leads to an increase in the temperature of the walls of the metal bath and intensive destruction of the side lining.

Крепление пластинчатых ребер к металлической ванне можно осуществить с помощью биметаллических переходников алюминий-сталь или медь-сталь, изготовленных сваркой взрывом. Стальная часть биметаллического переходника приваривается к стенкам металлической ванны, а к алюминиевой или медной части привариваются пластинчатые ребра алюминиевые или из алюминиевого сплава или медные или медного сплава соответственно. Сварной контакт через биметаллический переходник обеспечивает минимальный перепад температуры порядка 30°С и соответственно эффективный теплоотвод от стенок ванны к пластинчатым ребрам.Fastening of plate fins to a metal bath can be carried out using bimetallic adapters aluminum-steel or copper-steel, made by explosion welding. The steel part of the bimetallic adapter is welded to the walls of the metal bath, and lamellar fins aluminum or aluminum alloy or copper or copper alloy are welded to the aluminum or copper part, respectively. Welded contact through a bimetallic adapter provides a minimum temperature drop of about 30 ° C and, accordingly, effective heat removal from the walls of the bath to the plate fins.

Закрепить пластинчатые ребра можно через основание, приваренное взрывом непосредственно к стенке металлической ванны, выполненное соответственно из того материала, что и пластинчатые ребра.You can fix the plate ribs through the base, welded by explosion directly to the wall of the metal bath, made respectively of the same material as the plate ribs.

Также пластинчатые ребра можно закрепить на металлической ванне с помощью болтового и/или заклепочного соединения, предварительно выровняв поверхность, на которую будет производиться установка, например специальной пастой.Also, the lamellar ribs can be fixed to a metal bath with a bolt and / or rivet connection, having previously leveled the surface on which the installation will be performed, for example, with a special paste.

Размещение в верхней части силовых элементов регуляторов эффективности отвода тепла от стен ванны в виде поворотных створок позволяет регулировать толщину гарнисажа или формировать его форму в зависимости от сезонного изменения температуры окружающей среды.Placing in the upper part of the power elements of the regulators of the efficiency of heat removal from the walls of the bath in the form of rotary leaves allows you to adjust the thickness of the skull or to form its shape depending on the seasonal change in ambient temperature.

Для увеличения интенсивности отвода тепла от катодного устройства и снижения температуры продольных и торцевых стенок, пластинчатых ребер возможна установка в промежутке между силовыми элементами устройства принудительного охлаждения пластинчатых ребер в виде вентилятора и воздуходувки.To increase the intensity of heat removal from the cathode device and to reduce the temperature of the longitudinal and end walls, plate ribs, it is possible to install plate ribs in the form of a fan and a blower in the gap between the power elements of the device for forced cooling.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 изображено предлагаемое катодное устройство алюминиевого электролизера; на фиг.2 представлено катодное устройство с креплением пластинчатых ребер через биметаллический переходник; на фиг.3 показано катодное устройство с креплением пластинчатых ребер с помощью болтового и/или заклепочного соединения; на фиг.4 изображено катодное устройство алюминиевого электролизера с установкой регуляторов эффективности теплоотвода; на фиг.5 изображено катодное устройство алюминиевого электролизера с установкой устройства принудительного охлаждения пластинчатых ребер.Figure 1 shows the proposed cathode device of an aluminum electrolyzer; figure 2 presents the cathode device with the mounting of the plate ribs through a bimetallic adapter; figure 3 shows the cathode device with the mounting of the plate ribs using a bolt and / or rivet connection; figure 4 shows the cathode device of an aluminum electrolyzer with the installation of heat sink efficiency controllers; figure 5 shows the cathode device of an aluminum electrolyzer with the installation of a device for the forced cooling of plate ribs.

Катодное устройство алюминиевого электролизера включает металлическую ванну 1, имеющую продольные и торцевые стенки 2, днище 3 и фланцевый лист 4; силовые элементы 5, охватывающие стенки и днище ванны; футеровку 6, заключенную внутри ванны 1, катодные блоки 7 с катодными стержнями 8, образующие катод электролизера; пластинчатые ребра 9, установленные на продольных и торцевых стенках 2.The cathode device of an aluminum electrolyzer includes a metal bath 1 having longitudinal and end walls 2, a bottom 3 and a flange sheet 4; power elements 5, covering the walls and bottom of the bath; the lining 6, enclosed inside the bath 1, the cathode blocks 7 with cathode rods 8, forming the cathode of the cell; plate ribs 9 mounted on the longitudinal and end walls 2.

Поток воздуха 10 в промежутке ограниченном силовыми элементами 5, продольными и торцевыми стенками 2 и плитами перекрытия 11 проходит через пластинчатые ребра 9, обеспечивается подъемной (Архимедовой) силой из-за нагрева его в межреберном пространстве, а также перетеканием воздуха за счет разности его температуры по высоте стенок ванны 2. Как и в прототипе, составляющие катодное устройство металлическая ванна 1 с продольными и торцевыми стенками 2, днищем 3 и фланцевым листом 4 и силовыми элементами 5 также участвуют в теплообмене.The air flow 10 in the gap limited by the power elements 5, the longitudinal and end walls 2 and the floor slabs 11 passes through the plate ribs 9, is provided by the lifting (Archimedean) force due to its heating in the intercostal space, as well as the flow of air due to the difference in its temperature the height of the walls of the bath 2. As in the prototype, the metal bath 1 constituting the cathode device with the longitudinal and end walls 2, the bottom 3 and the flange sheet 4 and the power elements 5 also participate in heat transfer.

Для крепления пластинчатых ребер 9, выполненных из алюминия, алюминиевого сплава, меди или медного сплава, используются биметаллический переходник 12 (сталь-алюминий или сталь-медь), полученный сваркой взрывом, который приваривается к стенкам 2 ванны 1,For mounting plate ribs 9 made of aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy, a bimetallic adapter 12 (steel-aluminum or steel-copper) is used, obtained by explosion welding, which is welded to the walls 2 of bath 1,

Для сохранения тепловых и механических характеристик биметаллического переходника 12 в условиях работы повышенных температурах при его изготовлении на границе раздела (плоской или «по типу ласточкин хвост») алюминий-сталь или медь-сталь помещается барьерный слой титана толщиной 1 мм. Таким образом осуществляется эффективный теплоотвод от стенок ванны к пластинчатым ребрам 9, которые в свою очередь и обеспечивают рассеивание тепловой энергии.To preserve the thermal and mechanical characteristics of the bimetallic adapter 12 under conditions of elevated temperatures during its manufacture, a 1 mm thick titanium barrier layer is placed at the interface (flat or “dovetail type”) aluminum-steel or copper-steel. Thus, an effective heat removal from the walls of the bath to the plate fins 9, which in turn ensures the dissipation of thermal energy, is carried out.

Крепление пластинчатых ребер к продольным и торцевым стенкам 2 металлической ванны можно реализовать с помощью болтового и/или заклепочного соединения 13, предварительно обеспечив ровную поверхность стенки металлической ванны путем фрезеровки или установки прокладки, например из легкоплавкого теплопроводящего материала, термопасты на основе графита или серебра, алюминиевой фольги, огнеупорного цемента и т.д., которые позволят выровнять неровную поверхность стенки.The fastening of the plate ribs to the longitudinal and end walls 2 of the metal bath can be realized by means of a bolt and / or rivet connection 13, having previously provided an even surface of the wall of the metal bath by milling or installing gaskets, for example, of fusible heat-conducting material, thermal paste based on graphite or silver, aluminum foil, refractory cement, etc., which will allow you to align the uneven surface of the wall.

Для регулирования отвода тепла от стен ванны 2 в верхней части силовых элементов 5 над пластинчатыми ребрами 9 могут быть установлены регуляторами теплоотвода 14 в виде поворотных створок, с помощью которых может изменяться открытая площадь промежутка, ограниченного силовыми элементами 5, продольными и торцевыми стенками 2 и плитами перекрытия 11. Тем самым становится возможным регулирование толщины гарнисажа в зависимости от сезонного изменения температуры окружающей среды и изменения силы тока на электролизере.To regulate the heat removal from the walls of the bath 2 in the upper part of the power elements 5 above the plate-shaped ribs 9, heat sink regulators 14 can be installed in the form of rotary flaps, with which the open area of the gap limited by the power elements 5, the longitudinal and end walls 2 and the plates can be changed overlap 11. Thus, it becomes possible to control the thickness of the skull depending on the seasonal changes in ambient temperature and changes in the current strength on the cell.

С целью увеличения интенсивности отвода тепла от катодного устройства и снижения температур поверхности стенок металлической ванны 2 и пластинчатых ребер 9, в промежутке между силовыми элементами может быть установлено 5 устройство принудительного охлаждения 15 пластинчатых ребер 9. Устройство представляет собой центробежный вентилятор производительностью 1-2 т/м³. Тем самым отвод тепла можно увеличить еще на 30-50%.In order to increase the intensity of heat removal from the cathode device and reduce the surface temperature of the walls of the metal bath 2 and plate ribs 9, between the power elements 5 can be installed forced cooling device 15 plate ribs 9. The device is a centrifugal fan with a capacity of 1-2 t / m ³ . Thus, heat removal can be increased by another 30-50%.

Монтаж и демонтаж катодного устройства алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.Mounting and dismantling the cathode device of an aluminum electrolyzer is as follows.

При изготовлении катодного устройства предлагаемой конструкции интенсивный отвод тепла, рассеивание его пластинчатыми ребрами и образование устойчивого слоя гарнисажа возможно при следующем конструктивном исполнении.In the manufacture of a cathode device of the proposed design, intense heat dissipation, its dispersion by plate ribs and the formation of a stable layer of a skull is possible with the following design.

Днище 3, фланцевый лист 4 металлической ванны 1 изготавливают из листовой стали толщиной 12-20 мм, обладающей достаточной пластичностью и качеством. Внутрь металлической ванны 1 помещают футеровку 6, состоящую из огнеупорных и теплоизоляционных материалов, катодные блоки 7 с установленными в них катодными стержнями 8. Силовые элементы 5, охватывающие стенки и днище ванны 1, выполняют в виде либо шпангоутов (тавровых или двутавровых балок), либо в виде шарнирно установленных контрфорсов (коробчатого сечения конструкция или сваренных вместе две двутавровых балок). В верхней части продольных и торцевых стенок 2 устанавливаются пластинчатые ребра 9, выполненные из высокотеплопроводного материала, например специальной стали, алюминия или алюминиевого сплава, меди или медного сплава. Пластинчатое ребро выполняется в виде прямоугольника или трапеции высотой 300-600 мм, шириной 100-500 мм и толщиной 6-10 мм. При этом количество ребер выбирают в зависимости от необходимо коэффициента теплоотдачи. Так, например, установка 7-ми штук ребер из стали Ст3 толщиной 6 мм с площадью 0,3 м² с расстоянием между ребрами 55 мм позволило в режиме свободной конвекции получить коэффициент теплоотдачи α_n=75 Вт/м²·К. Для сравнения без установки пластинчатых ребер максимально возможный коэффициент теплоотдачи равен α_т=30 Вт/м²·К. При установке 7 шт. пластинчатых ребер из алюминия марки А5 толщиной 10 мм и площадью 0,3 м² с расстоянием между ребрами 55 мм позволило получить коэффициент теплоотдачи порядка α_n=150 Вт/м²·К.The bottom 3, the flange sheet 4 of the metal bath 1 is made of sheet steel with a thickness of 12-20 mm, which has sufficient ductility and quality. Inside the metal bath 1 is placed a lining 6, consisting of refractory and heat-insulating materials, cathode blocks 7 with cathode rods installed in them 8. The power elements 5, covering the walls and bottom of the bath 1, are either in the form of frames (T-beams or I-beams), or in the form of articulated buttresses (box-section construction or two I-beams welded together). In the upper part of the longitudinal and end walls 2, plate ribs 9 are installed, made of highly heat-conducting material, for example, special steel, aluminum or aluminum alloy, copper or copper alloy. The plate edge is made in the form of a rectangle or trapezoid with a height of 300-600 mm, a width of 100-500 mm and a thickness of 6-10 mm. Moreover, the number of ribs is selected depending on the necessary heat transfer coefficient. For example, the installation of 7 pieces of ribs made of St3 steel 6 mm thick with an area of 0.3 m ² with a distance between the ribs of 55 mm made it possible to obtain the heat transfer coefficient α _n = 75 W / m ² · K in the free convection mode. For comparison, without installing plate ribs, the maximum possible heat transfer coefficient is α _t = 30 W / m ² · K. When installing 7 pcs. plate edges made of aluminum grade A5 with a thickness of 10 mm and an area of 0.3 m ² with a distance between the ribs of 55 mm made it possible to obtain a heat transfer coefficient of the order of α _n = 150 W / m ² · K.

Данные значения коэффициентов теплоотдачи были получены на тепловом стенде, имитирующем стенку металлической ванны катодного устройства электролизера при экспериментальных исследованиях различных вариации пластинчатых ребер.These values of heat transfer coefficients were obtained on a heat test bench simulating the wall of a metal bath of a cathode device of an electrolyzer during experimental studies of various variations of plate ribs.

Предлагаемое изобретение позволяет интенсифицировать процесс электролитического производства алюминия в алюминиевом электролизере за счет интенсивного отвода тепла от катодного устройства и рассеивания его пластинчатыми ребрами с возможностью регулирования эффективности теплоотвода.The present invention allows to intensify the process of electrolytic production of aluminum in an aluminum electrolysis cell due to the intensive heat removal from the cathode device and its dispersion by plate fins with the possibility of controlling the heat removal efficiency.

При этом обеспечиваются условия для стабильного технологического процесса за счет образования устойчивого слоя застывшего электролита (гарнисажа) на внутренней поверхности бортовой футеровки катодного устройства, что помимо всего позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.At the same time, conditions are provided for a stable technological process due to the formation of a stable layer of solidified electrolyte (skull) on the inner surface of the side lining of the cathode device, which, in addition, allows to increase the service life of the cathode device of the aluminum electrolyzer.

Claims

1. The cathode device of the electrolytic cell for the production of aluminum, containing a metal bath with a bottom, power elements covering the walls and bottom of the bath, with a lining enclosed inside it and cathode blocks with cathode rods forming the cathode of the cell, characterized in that on the longitudinal and end walls of the metal baths in the gaps between the power elements are fixed plate ribs made of a material with high thermal conductivity, while the area of one plate ribs is 0.03-0.3 m ² .

2. The cathode device according to claim 1, characterized in that the number of plate ribs in the same gap between the power elements is 3-10 pieces.

3. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate ribs are made of aluminum or an aluminum alloy.

4. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate ribs are made of copper or a copper alloy.

5. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate ribs are made of special steel.

6. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate fins are attached to the metal bath through a bimetallic adapter made by explosion welding.

7. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate ribs are attached to the base of aluminum or aluminum alloy or copper or copper alloy, explosion welded to a metal bath.

8. The cathode device according to claim 1, characterized in that the plate ribs are attached to a metal bath with a bolt and / or rivet connection.

9. The cathode device according to claim 1, characterized in that in the upper part of the power elements there are installed heat sink efficiency regulators from the walls of the metal bath in the form of rotary shutters.

10. The cathode device according to claim 1, characterized in that in the interval between the power elements is a device for the forced cooling of the plate ribs.