RU2376402C2 - Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser - Google Patents
Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376402C2 RU2376402C2 RU2007120266/02A RU2007120266A RU2376402C2 RU 2376402 C2 RU2376402 C2 RU 2376402C2 RU 2007120266/02 A RU2007120266/02 A RU 2007120266/02A RU 2007120266 A RU2007120266 A RU 2007120266A RU 2376402 C2 RU2376402 C2 RU 2376402C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling fins
- walls
- cooling
- casing
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии алюминия электролизом расплавленных солей, в частности к устройству катодного кожуха, и касается способа крепления ребер охлаждения на катодный кожух алюминиевого электролизера.The invention relates to the metallurgy of aluminum by electrolysis of molten salts, in particular to a cathode casing device, and relates to a method for attaching cooling fins to a cathode casing of an aluminum electrolysis cell.
Катодный кожух представляет собой металлическую ванну, включающую продольные и торцевые стенки с днищем и силовые элементы (шпангоуты, контрфорсы, балки и т.д.), охватывающие стенки и днище ванны, выполняются обычно из стали. Катодный кожух изнутри выкладывается футеровочными материалами (огнеупорными и теплоизоляционными кирпичами, карбидкремниевыми плитами и углеграфитовыми катодными блоками со стальными катодными стержнями и т.д.). Катодный кожух с заключенной в нем футеровкой носит название катодное устройство (ванна), которое обеспечивает условия для протекания процесса электролиза в криолит-глиноземном расплаве (электролите).The cathode casing is a metal bath, including longitudinal and end walls with a bottom and power elements (frames, buttresses, beams, etc.), covering the walls and bottom of the bath, are usually made of steel. The cathode casing is internally lined with lining materials (refractory and heat-insulating bricks, silicon carbide plates and carbon-graphite cathode blocks with steel cathode rods, etc.). The cathode casing with the lining enclosed in it is called a cathode device (bath), which provides the conditions for the electrolysis process to occur in a cryolite-alumina melt (electrolyte).
Катодный кожух предназначен для защиты размещенной внутри него футеровки от деформации и разрушений, возникающих под действием усилий, развивающихся внутри катодного устройства в процессе работы электролизера. Поэтому он должен обладать необходимой механической прочностью и жесткостью для обеспечения длительного срока службы катодного устройства. Другой важнейшей функцией катодного кожуха является обеспечение интенсивного отвода тепла из зоны протекания процесса электролиза и рассеивание излишков тепла в окружающую среду. Это способствует образованию слоя застывшего криолит-глиноземного расплава-гарнисажа на внутренних футерованных стенках катодного устройства, что обеспечивает защиту их от воздействия агрессивной среды и высокой температуры (930-970°С), позволяя тем самым увеличить срок службы катодного устройства.The cathode casing is designed to protect the lining placed inside it from deformation and damage arising under the action of forces developing inside the cathode device during the operation of the cell. Therefore, it must have the necessary mechanical strength and rigidity to ensure a long service life of the cathode device. Another important function of the cathode casing is to provide intensive heat removal from the zone of the electrolysis process and to dissipate excess heat into the environment. This contributes to the formation of a layer of frozen cryolite-alumina melt-skull on the inner lined walls of the cathode device, which protects them from the effects of aggressive environment and high temperature (930-970 ° C), thereby increasing the life of the cathode device.
Таким образом, создав надлежащие условия для интенсивного охлаждения катодного кожуха, можно решить две задачи - интенсифицировать процесс электролитического производства алюминия путем увеличения единичной мощности электролизера и повысить эффективность работы электролизера за счет регулирования температурного режима.Thus, having created the proper conditions for intensive cooling of the cathode casing, two tasks can be solved - to intensify the process of electrolytic aluminum production by increasing the unit cell power and to increase the efficiency of the cell by controlling the temperature regime.
Известен способ охлаждения электролизера для получения алюминия, содержащего наружный катодный кожух, выполненный в виде стальной ванны, с заключенной внутри него футеровкой, состоящей из огнеупорных и теплоизоляционных футеровочных материалов и углеграфитовых катодных блоков и расположенной на внутренней части боковых стенок катодного кожуха бортовой части футеровки (углеграфитовые или карбидкремниевые плиты). По бортам катодного устройства на уровне расплава между внутренней поверхностью катодного кожуха и внешней стенкой бортовой части футеровки располагаются воздушные полости, которые сообщаются с впускными отверстиями для забора воздуха и выпускными отверстиями, оснащенными клапанами для регулирования расхода воздуха (патент США №4608134, м.кл. С25С 3/08, 1986). Охлаждение происходит следующим образом: через заборные отверстия всасывается холодный воздух, из окружающей среды отобранный на боковых сторонах электролизера, и направляется в воздушные полости вдоль бортовой футеровки, в результате чего происходит ее охлаждение, при этом расход горячего воздуха контролируется с помощью выпускных отверстий, снабженных клапанами. Таким образом, регулируя расход горячего воздуха, можно осуществлять контроль формирования гарнисажа на бортах катодного устройства.A known method of cooling an electrolytic cell for producing aluminum containing an external cathode casing made in the form of a steel bath with a lining enclosed inside it, consisting of refractory and heat-insulating lining materials and carbon-graphite cathode blocks and located on the inner part of the side walls of the cathode casing of the side of the lining (carbon-graphite or silicon carbide plates). Along the sides of the cathode device at the melt level between the inner surface of the cathode casing and the outer wall of the side of the lining are air cavities that communicate with inlet openings for air intake and outlet openings equipped with valves for regulating air flow (US Patent No. 4,608,134, m.cl. C25C 3/08, 1986). Cooling is carried out as follows: cold air is drawn in through the intake openings, taken from the environment on the sides of the electrolyzer, and sent to the air cavities along the side lining, as a result of which it is cooled, while the flow of hot air is controlled by the outlet openings equipped with valves . Thus, by regulating the flow of hot air, it is possible to control the formation of the skull on the sides of the cathode device.
Основным недостатком известного решения является необходимость значительной модификации катодного устройства электролизера. Кроме этого требуется решить проблему защиты бортовой футеровки от окисления кислородом воздуха, забираемого снаружи, либо если бортовая футеровка изолирована каким-либо стойким к окислению материалом (например, сталь), обеспечить хороший тепловой контакт между футеровкой и этим материалом.The main disadvantage of the known solution is the need for significant modification of the cathode device of the electrolyzer. In addition, it is necessary to solve the problem of protecting the side lining from oxygen oxidation of the air taken from the outside, or if the side lining is insulated with some oxidation-resistant material (for example, steel), to ensure good thermal contact between the lining and this material.
Другим недостатком этого решения является необходимость удаления большого количества газовоздушной смеси (отходящих газов и воздуха) из-под укрытия электролизера, вследствие забора большого количества воздуха из окружающей среды, идущего на охлаждение, и выбрасывания его в объем укрытия. Это влечет за собой увеличение мощности дымососных и газоочистных установок.Another disadvantage of this solution is the need to remove a large amount of air-gas mixture (exhaust gases and air) from under the shelter of the electrolyzer, due to the intake of a large amount of air from the environment going for cooling, and throwing it into the volume of the shelter. This entails an increase in the power of smoke exhaust and gas treatment plants.
Известен способ охлаждения алюминиевого электролизера, содержащего катодный кожух в виде стальной ванны, включающий вертикальные (продольные и торцевые) стенки с днищем. К стенкам прикреплены с определенным шагом по длине и ширине кожуха вертикальные элементы жесткости (тавровые и/или двутавровые балки). Балки имеют хороший тепловой контакт со стенками стальной ванны. Стенки стальной ванны охвачены по всему внешнему периметру горизонтальными элементами жесткости (тавровыми и/или двутавровыми балками), образуя единую жесткую конструкцию. В некоторых модификациях стенки могут дополнительно охватываться силовыми элементами (шпангоутами, контрфорсами) (патент США №4087345, м.кл. С25С 3/08, 1978).A known method of cooling an aluminum electrolyzer containing a cathode casing in the form of a steel bath, including vertical (longitudinal and end) walls with a bottom. Vertical stiffeners (T-and / or I-beams) are attached to the walls with a certain step along the length and width of the casing. Beams have good thermal contact with the walls of the steel bath. The walls of the steel bath are covered along the entire outer perimeter by horizontal stiffeners (T-beams and / or I-beams), forming a single rigid structure. In some modifications, the walls can be additionally covered by power elements (frames, buttresses) (US patent No. 4087345,
Таким образом, по периметру катодного кожуха между вертикальными элементами жесткости, вертикальными стенками ванны и горизонтальными элементами жесткости образуются вертикальные воздушные коридоры, предназначенные для беспрепятственного прохождения воздуха с целью отвода и рассеивания тепла от стенок кожуха и вертикальных элементов жесткости конструкции.Thus, along the perimeter of the cathode casing between the vertical stiffeners, the vertical walls of the bath and the horizontal stiffeners, vertical air corridors are formed, designed for unhindered passage of air in order to remove and dissipate heat from the walls of the casing and vertical structural stiffeners.
Охлаждение стенок кожуха происходит за счет конвективного потока воздуха, обусловленного подъемной (Архимедовой) силой, возникающей в результате нагрева воздуха в верхних частях (на уровне расплава) вертикальных воздушных коридоров, и возникающей при этом разностью температур по высоте стенок кожуха. Это позволяет увеличить отвод тепла вертикальными бортовыми стенками кожуха и снизить температуру стенок кожуха, тем самым создавая условия для образования слоя застывшего криолит-глиноземного расплава-гарнисажа на внутренних футерованных стенках катодного устройства.The cooling of the walls of the casing occurs due to the convective air flow due to the lifting (Archimedean) force arising from the heating of the air in the upper parts (at the melt level) of the vertical air corridors, and the resulting temperature difference along the height of the walls of the casing. This allows you to increase heat dissipation by the vertical side walls of the casing and reduce the temperature of the walls of the casing, thereby creating the conditions for the formation of a layer of frozen cryolite-alumina melt-skull on the inner lined walls of the cathode device.
Основным недостатком известного изобретения является низкая эффективность отвода и рассеивания тепла с катодного кожуха вследствие достаточно малой площади охлаждения и низких скоростей конвективного потока воздуха. Следовательно, в данном случае обеспечить устойчивый и достаточной толщины слой гарнисажа на внутренней поверхности бортовой футеровки становится проблематичным. Отсутствие гарнисажа, как правило, приводит к интенсивному износу бортовой футеровки, что отрицательно скажется на сроке службы электролизера.The main disadvantage of the known invention is the low efficiency of heat removal and heat dissipation from the cathode casing due to the sufficiently small cooling area and low convective air flow rates. Therefore, in this case, to ensure a stable and sufficient thickness of the layer of the skull on the inner surface of the side lining becomes problematic. The absence of a skull, as a rule, leads to intensive wear of the side lining, which will negatively affect the service life of the cell.
Известен способ охлаждения электролизера для получения алюминия, включающего металлический катодный кожух в виде стальной ванны, футерованный изнутри, днище и вертикальные стенки которого снабжены коробчатыми секциями, выполненными в виде герметичных полостей. В герметичных полостях установлены тепловые экраны, составленные из отдельных пластин, и к ним подведены воздушные магистрали с воздухораспределительными клапанами, в которые при помощи вентилятора или компрессора нагнетается воздух (патент SU №605865, 1978, м.кл. С25С 3/08).A known method of cooling the electrolyzer to produce aluminum, comprising a metal cathode casing in the form of a steel bath, lined from the inside, the bottom and vertical walls of which are equipped with box sections made in the form of sealed cavities. Thermal shields made up of separate plates are installed in the sealed cavities, and air lines with air distribution valves are connected to them, into which air is pumped with a fan or compressor (patent SU No. 605865, 1978, m.cl. C25C 3/08).
Недостатком известного изобретения является необходимость создания сложной и громоздкой сети воздушных магистралей, которые существенно загромождают пространство вокруг электролизера, а 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 выгодноA disadvantage of the known invention is the need to create a complex and cumbersome network of air lines that substantially clutter the space around the cell, and the high noise level created by the discharged air into sealed cavities or into the atmosphere of the housing creates unfavorable conditions for maintenance personnel. In addition, due to the low heat capacity of the air, a significant air consumption is required for efficient heat removal, and therefore a compressor station or powerful fans are required and therefore not economically viable
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ охлаждения катодного кожуха алюминиевого электролизера, содержащего футеруемую изнутри металлическую ванну с продольными и торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного поперечными шпангоутами (силовыми элементами). Торцевые стенки ванны усилены поясами жесткости, образованными вертикальными и горизонтальными элементами жесткости, связанными между собой обвязочным (огибочным) листом. При этом горизонтальные элементы жесткости размещаются на некотором удалении в горизонтальной плоскости от вертикальной торцевой стенки, таким образом, чтобы между ними образовывались вертикальные воздушные коридоры шириной, составляющей 1/3÷2/3 расстояния от торцевой стенки ванны до обвязочного листа, которые предназначены для прохождения охлаждающего кожух воздуха. Дополнительно между вертикальными ребрами жесткости установлены вертикальные стальные ребра охлаждения в количестве 1-4 шт. и высотой, равной высоте бортовой футеровки, преимущественно размеры ребер следующие: толщина 6÷8 мм, высота 640÷650, ширина 120 мм (патент РФ №2230834, 2004, м.кл. С25С 3/08). Предлагаемый способ обеспечивает прохождение потока воздуха по вертикальным воздушным коридорам через приваренные к стенке ребра охлаждения, с целью отвода и рассеивания тепла от торцевых стенок катодного кожуха с помощью естественного конвективного теплообмена с окружающей средой.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method of cooling the cathode casing of an aluminum electrolyzer containing a lined inside metal tub with longitudinal and end walls and a bottom installed inside a rigid frame formed by transverse frames (power elements). The end walls of the bathtub are reinforced with stiffening belts formed by vertical and horizontal stiffeners connected by a strapping (bending) sheet. In this case, horizontal stiffeners are placed at some distance in the horizontal plane from the vertical end wall, so that vertical air corridors are formed between them with a width of 1/3 ÷ 2/3 of the distance from the end wall of the bath to the strapping sheet, which are designed to pass cooling air casing. In addition, between the vertical stiffeners installed vertical steel cooling fins in the amount of 1-4 pcs. and a height equal to the height of the side lining, mainly the dimensions of the ribs are as follows:
Недостатком прототипа является то, что ребра охлаждения предлагается установить только на торцевых стенках катодного кожуха, вследствие чего более интенсивный отвод тепла будет осуществляться только с торцов катодного кожуха, а проблема с охлаждением продольных стенок остается.The disadvantage of the prototype is that it is proposed to install cooling fins only on the end walls of the cathode casing, as a result of which more intense heat removal will be carried out only from the ends of the cathode casing, and the problem with cooling the longitudinal walls remains.
Другим недостатком патента является незначительное увеличение отвода тепла от торцевой стенки катодного кожуха (коэффициент теплоотдачи увеличивается с ~15 Вт/м2·К до ~25 Вт/м2·К) по следующим причинам: наличие сплошного фланцевого листа, препятствующего свободному похождению воздуха, и относительно невысокая теплопроводность ребер охлаждения, выполненных из стали Ст3 (при 300°С - 50 Вт/м·К), из-за чего ребра отдают тепло неэффективно, градиент температуры по ширине ребер (размером - 120 мм) может достигать 100°С.Another disadvantage of the patent is a slight increase in heat dissipation from the end wall of the cathode casing (heat transfer coefficient increases from ~ 15 W / m 2 · K to ~ 25 W / m 2 · K) for the following reasons: the presence of a solid flange sheet that prevents free passage of air, and relatively low thermal conductivity of cooling fins made of St3 steel (at 300 ° C - 50 W / m · K), due to which the fins give off heat inefficiently, the temperature gradient across the width of the fins (size - 120 mm) can reach 100 ° C .
Кроме того, в способе отсутствует возможность повторного использования ребер охлаждения после утилизации катодного кожуха, вследствие трудоемкости демонтажа ребер, установка которых осуществляется путем приварки их к стенке кожуха с помощью электродуговой сварки.In addition, the method does not have the ability to reuse the cooling fins after disposal of the cathode casing, due to the complexity of dismantling the fins, the installation of which is carried out by welding them to the casing wall using electric arc welding.
Задача изобретения - интенсификация процесса электролитического производства алюминия в алюминиевом электролизере путем увеличения отвода тепла вертикальными стенками катодного кожуха, повышение срока службы и эффективности работы электролизера за счет образования стабильного слоя защитного гарнисажа на внутренних футерованных стенках ванны и возможности регулирования его толщины и соответственно температурного режима электролизера.The objective of the invention is the intensification of the process of electrolytic production of aluminum in an aluminum electrolysis cell by increasing heat removal by the vertical walls of the cathode casing, increasing the service life and efficiency of the electrolyzer due to the formation of a stable layer of protective skull on the inner lined walls of the bath and the possibility of controlling its thickness and, accordingly, the temperature of the electrolyzer.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в разработке способа охлаждения катодного кожуха, обеспечивающего интенсивный отвод и рассеивание тепла из ванны с возможностью его регулирования. Данный способ охлаждения обеспечивает хороший тепловой контакт со стенками катодного кожуха и позволяет использовать указанные ребра охлаждения многократно.The technical result of the claimed invention consists in the development of a method for cooling the cathode casing, providing intensive removal and dissipation of heat from the bath with the possibility of its regulation. This cooling method provides good thermal contact with the walls of the cathode casing and allows the use of these cooling fins repeatedly.
Для достижения поставленного технического результата предлагается в способе охлаждения катодного кожуха алюминиевого электролизера, содержащего футеруемую изнутри металлическую ванну с продольными и торцевыми стенками и днищем, установленную внутри жесткого каркаса, образованного силовыми элементами, включающего закрепление на стенках металлической ванны ребер охлаждения, согласно заявляемому изобретению, ребра охлаждения выполнить из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, нагреть основания ребер охлаждения до температуры их пластической деформации и закрепить на продольных и торцевых стенках металлической ванны через прижимной элемент с возможностью отсоединения ребер охлаждения от стенок металлической ванны.To achieve the technical result, it is proposed in a method of cooling the cathode casing of an aluminum electrolyzer containing a lined inside of a metal bath with longitudinal and end walls and a bottom installed inside a rigid frame formed by power elements, including fixing fins on the walls of a metal bath, according to the claimed invention, fins perform cooling from a material with a high coefficient of thermal conductivity, heat the base of the cooling fins until temperature of their plastic deformation and fix on the longitudinal and end walls of the metal bath through the clamping element with the possibility of disconnecting the cooling fins from the walls of the metal bath.
Таким образом, в способе охлаждения закрепление на стенках металлической ванны ребер охлаждения, выполненных из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, позволяет обеспечить эффективный отвод тепла из электролизера к вертикальным стенкам катодного кожуха и далее к ребрам охлаждения, которые охлаждаются за счет конвективного потока воздуха, обусловленного подъемной (Архимедовой) силой, возникающей в результате нагрева воздуха в межреберном пространстве (на уровне расплава), и возникающей при этом разностью температур по высоте стенок катодного кожуха. Это позволяет при интенсификации процесса электролиза (увеличения единичной силы тока) создать условия для образования стабильного слоя застывшего криолит-глиноземного расплава-гарнисажа на внутренних футерованных стенках катодного устройства, тем самым увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.Thus, in the cooling method, the cooling fins made of a material with a high coefficient of thermal conductivity are fixed on the walls of the metal bath to ensure efficient heat removal from the electrolyzer to the vertical walls of the cathode casing and further to the cooling fins, which are cooled by convective air flow caused by lifting (Archimedean) force arising from the heating of air in the intercostal space (at the melt level), and the resulting temperature difference over cell walls of the cathode casing. This, when intensifying the electrolysis process (increasing the unit current strength), creates conditions for the formation of a stable layer of frozen cryolite-alumina melt-skull on the inner lined walls of the cathode device, thereby increasing the service life of the cathode device of the aluminum electrolyzer.
Предложенный способ охлаждения, в котором закрепление ребер охлаждения на металлическом кожухе производят с помощью прижимного элемента, например болтового и/или шпилечного соединения, позволяет добиться теплового сопротивления контакта, сопоставимого со сварным соединением через биметаллические переходники алюминий-сталь или медь-сталь, изготовленные сваркой, взрывом, трением или накаткой. Но по сравнению с ними имеет следующие преимущества: возможность многократного использования ребер охлаждения (так как предусмотрена возможность отсоединения ребер охлаждения от стенок металлической ванны), упрощение и удешевление конструкции ребер охлаждения и уменьшения вероятности деформации стенки кожуха в результате локального перегрева при проведении сварочных работ.The proposed cooling method, in which the cooling fins are mounted on a metal casing using a clamping element, for example a bolt and / or threaded connection, allows to achieve thermal contact resistance comparable to a welded connection through aluminum-steel or copper-steel bimetallic adapters made by welding, explosion, friction or knurling. But compared with them it has the following advantages: the possibility of reusing cooling fins (since it is possible to disconnect the cooling fins from the walls of the metal bath), simplifying and cheapening the design of cooling fins and reducing the likelihood of deformation of the casing wall as a result of local overheating during welding operations.
Перед установкой основание ребер охлаждения нагревается горелкой до температуры пластической деформации (близкой к температуре плавления) и через прижимную планку с большим усилием притягивается к стенке катодного кожуха. При этом за счет пластической деформации материала ребра охлаждения заполняют все неровности поверхности стенки, обеспечивая хороший тепловой контакт, а прижимная планка увеличивает площадь контакта.Before installation, the base of the cooling fins is heated by the burner to the temperature of plastic deformation (close to the melting temperature) and is attracted to the wall of the cathode casing with great effort through the clamping plate. In this case, due to plastic deformation of the material, the cooling fins fill all the irregularities of the wall surface, providing good thermal contact, and the clamping bar increases the contact area.
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.
Установка ребер охлаждения, выполненных 
Для обеспечения хорошей теплопередачи ребра охлаждения изготавливаются из материалов с высокой теплопроводностью, например: алюминия или алюминиевого сплава (дюралюминий) с коэффициентом теплопроводности порядка 160-200 Вт/м·К; меди или медного сплава (бронза, латунь) с коэффициентом теплопроводности порядка 250-380 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, cooling fins are made of materials with high thermal conductivity, for example: aluminum or aluminum alloy (duralumin) with a thermal conductivity of about 160-200 W / m · K; copper or copper alloy (bronze, brass) with a coefficient of thermal conductivity of the order of 250-380 W / m · K. The manufacture of plate ribs from materials with low thermal conductivity does not lead to a significant increase in heat removal from the walls of the cell, and accordingly, the formation of a stable layer of protective skull on the inner surface of the side lining, and that leads to an increase in the temperature of the walls of the metal bath and intensive destruction of the side lining.
На катодный кожух, в частности, в промежутках между силовыми элементами, охватывающими стенки и днище ванны на стенках металлической ванны, закреплены ребра охлаждения в количестве от 2-10 шт. При использовании ребер охлаждения менее 2 шт. не обеспечивается необходимый отвод тепла из электролизера, что приводит к повышению температуры в электролизере и на стенках кожуха и расплавлению защитного гарнисажа. В случае использования ребер охлаждения в количестве более 10 шт. существенно усложняется их установка на катодный кожух из-за уменьшения расстояния между ребрами вследствие неизменного расстояния между силовыми элементами катодного кожуха. Кроме того, затрудняется прохождение потока воздуха между ребрами охлаждения (в межреберном пространстве) и снижается отвод тепла от бортов ванны.On the cathode casing, in particular, in the gaps between the power elements covering the walls and the bottom of the bath on the walls of the metal bath, cooling ribs are fixed in an amount of 2-10 pcs. When using cooling fins less than 2 pcs. the necessary heat removal from the cell is not provided, which leads to an increase in temperature in the cell and on the walls of the casing and the melting of the protective skull. In the case of using cooling fins in an amount of more than 10 pcs. their installation on the cathode casing is significantly complicated due to a decrease in the distance between the ribs due to the constant distance between the power elements of the cathode casing. In addition, the flow of air between the cooling fins (in the intercostal space) is more difficult and heat removal from the sides of the bath is reduced.
Закрепляют ребра охлаждения площадью 0,03-0,6 м2. Выполнение ребер площадью меньше 0,03 м2 не обеспечивает значительное увеличение отвода тепла от стенок катодного кожуха, поэтому нецелесообразно, а увеличение площади ребра более 0,6Fix the cooling fins with an area of 0.03-0.6 m 2 . The implementation of the ribs with an area of less than 0.03 m 2 does not provide a significant increase in heat removal from the walls of the cathode casing, therefore, it is impractical, and the increase in the area of the ribs is more than 0.6
м2 приводит к загромождению пространства вокруг катодного кожуха и большому расходу материала ребер охлаждения.m 2 leads to clutter of the space around the cathode casing and a large consumption of material of the cooling fins.
Закрепление над ребрами охлаждения регуляторов отвода тепла для регулирования охлаждения катодного кожуха, выполненных, например, в виде поворотных створок, позволяет регулировать расход воздуха, тем самым изменять коэффициент теплоотдачи ребер охлаждения и таким образом регулировать толщину гарнисажа или формировать его форму в зависимости от сезонного изменения температуры окружающей среды.The fixing of heat removal regulators over the cooling fins to regulate the cooling of the cathode casing, made, for example, in the form of rotary flaps, allows you to adjust the air flow, thereby changing the heat transfer coefficient of the cooling fins and thus adjusting the thickness of the skull or forming its shape depending on seasonal changes in temperature the environment.
Способ поясняется следующими чертежами.The method is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 изображен катодный кожух алюминиевого электролизера с установленными ребрами охлаждения; на фиг.2 представлен катодный кожух с установленными
Катодный кожух алюминиевого электролизера включает металлическую ванну 1, имеющую вертикальные стенки 2, днище 3 и фланцевый лист 4; силовые элементы 5, охватывающие стенки и днище ванны; футеровку 6, заключенную внутри кожуха 1, катодные блоки 7 с катодными стержнями 8, образующие катод электролизера; ребра охлаждения 9, установленные на вертикальных стенках 2; регуляторы теплоотвода 10 в виде поворотных створок. Поток воздуха 11 в промежутке между силовыми элементами 5 и продольными, и торцевыми стенками 2 через ребра охлаждения 9 обеспечивается подъемной (Архимедовой) силой, появляющейся в результате нагрева воздуха 11 в пространстве между ребрами охлаждения 9 (на уровне расплава) и возникающей при этом разностью температур по высоте вертикальных стенок 2 катодного кожуха. Отверстия 12 в перекрытии 13, предназначенные для прохода воздуха 11, находятся в верхней части силовых элементов 5 над ребрами охлаждения 9, проходное сечение отверстий 12 может регулироваться регуляторами теплоотвода 10.The cathode casing of an aluminum electrolyzer includes a metal bath 1 having
Для крепления ребер охлаждения 9, выполненных из алюминия, алюминиевого сплава, меди или медного сплава используются болтовое или шпилечное соединение 14, состоящее из шпильки или болта 15 и гайки 16. Перед установкой основание 17 ребра охлаждения 9 нагревается и через прижимную планку 18 с большим усилием притягивается к вертикальной стенке 2 кожуха. При этом за счет пластической деформации материала ребра 9 заполняет все неровности поверхности стенки 2, обеспечивая хороший тепловой контакт, а прижимная планка 18 увеличивает площадь контакта. Таким образом, осуществляется эффективный теплоотвод от стенок ванны к пластинчатым ребрам 9, которые в свою очередь и обеспечивают рассеивание тепловой энергии.To fasten the
Как и в прототипе, составляющие катодного устройства металлическая ванна 1 с продольными и торцевыми стенками 2, днищем 3 и фланцевым листом 4, и силовыми элементами 5 также участвуют в теплообмене.As in the prototype, the components of the cathode device are a metal bath 1 with longitudinal and end
Способ охлаждения катодного кожуха алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.The method of cooling the cathode casing of an aluminum electrolyzer is as follows.
При изготовлении катодного кожуха на вертикальных стенках толщиной 14-16 мм между силовыми элементами на предполагаемом уровне расплава закрепляются шпильки диаметром 8 мм и длиной выступающей части 60 мм в количестве 5 шт. с шагом 120 мм.
Данные значения коэффициентов теплоотдачи и теплового сопротивления были получены на тепловом стенде, имитирующем стенку металлической ванны катодного устройства электролизера при экспериментальных исследованиях различных вариаций ребер охлаждения.These values of the heat transfer coefficients and thermal resistance 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 cooling fins.
Предлагаемое изобретение позволяет существенно интенсифицировать процесс электролиза алюминия в алюминиевом электролизере путем значительного увеличения отвода тепла вертикальными стенками катодного кожуха.The present invention allows to significantly intensify the process of aluminum electrolysis in an aluminum electrolyzer by significantly increasing the heat dissipation by the vertical walls of the cathode casing.
Дополнительно при этом обеспечиваются условия для ведения стабильного технологического процесса за счет образования устойчивого слоя гарнисажа на внутренних футерованных стенках ванны и возможности регулирования его толщины и соответственно температурного режима электролизера, что помимо всего позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.In addition, conditions are provided for conducting a stable technological process due to the formation of a stable layer of a skull on the inner lined walls of the bath and the possibility of regulating its thickness and, accordingly, the temperature of the electrolytic cell, which, in addition, allows to increase the service life of the cathode device of the aluminum electrolytic cell.
Кроме того, описанный способ охлаждения обеспечивает тепловой контакт со стенками катодного кожуха сопоставимый со сварным соединением, но при этом позволяет использовать указанные ребра охлаждения многократно.In addition, the described cooling method provides thermal contact with the walls of the cathode casing comparable with the welded joint, but allows you to use these cooling fins repeatedly.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007120266/02A RU2376402C2 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007120266/02A RU2376402C2 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007120266A RU2007120266A (en) | 2008-12-10 |
| RU2376402C2 true RU2376402C2 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41625836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007120266/02A RU2376402C2 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2376402C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015089654A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | Hatch Ltd. | Low resistance electrode assemblies for production of metals |
-
2007
- 2007-05-30 RU RU2007120266/02A patent/RU2376402C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015089654A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | Hatch Ltd. | Low resistance electrode assemblies for production of metals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007120266A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4741599B2 (en) | Internal cooling of electrolytic smelting tank | |
| CA2741168C (en) | Method and means for extracting heat from aluminium electrolysis cells | |
| RU2241789C2 (en) | Electrolyzer for aluminum production, method for maintaining crust on side wall, and electric power regeneration | |
| US4087345A (en) | Potshell for electrolytic aluminum reduction cell | |
| SK285426B6 (en) | Fused bath electrolysis cell for producing aluminium by Hall-Heroult process comprising cooling means | |
| RU2376402C2 (en) | Fixation method of cooling fins on cathodic casing of aluminium electrolyser | |
| RU2308547C1 (en) | Aluminum cell cathode casing | |
| RU2281974C2 (en) | Cooling member for cooling metallurgical furnace | |
| RU2321682C2 (en) | Cathode device of aluminum cell | |
| CN104985167B (en) | Casting, draining insulation chute | |
| RU2770602C1 (en) | Cathode device of aluminum electrolyzer | |
| RU2294404C1 (en) | Cathode device of aluminum cell | |
| CN113432439B (en) | Cooling method for aluminum electrolysis cell after stopping operation | |
| Namboothiri et al. | Controlled cooling of aluminium smelting cell sidewalls using heat exchangers supplied with air | |
| WO2019012376A1 (en) | Electrolysis cell for hall-héroult process, with cooling pipes for forced air cooling | |
| RU2714565C1 (en) | Aluminum electrolytic cell with insulated onboard lining | |
| RU2687113C2 (en) | Method of producing metal and method of producing refractory metal | |
| RU2636421C2 (en) | Electrolyser for aluminium production | |
| RU2149924C1 (en) | Cathode unit of electrolyzer for production of aluminum | |
| US20110180120A1 (en) | Thermomagnetic Generator | |
| RU208227U1 (en) | ALUMINUM ELECTROLYSER GAS COLLECTOR | |
| RU56895U1 (en) | ELECTROLYZER FOR PRODUCING MAGNESIUM WITH LOWER INPUT ANODES | |
| JP2013024526A (en) | Water-cooled h type steel | |
| CA1092058A (en) | Potshell | |
| RU2324009C2 (en) | Cathodic cell casing for aluminium processing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20131024 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180321 Effective date: 20180321 |