RU2385364C1 - Anode current conductor of aluminium electrolytic cell - Google Patents

Anode current conductor of aluminium electrolytic cell Download PDF

Info

Publication number
RU2385364C1
RU2385364C1 RU2008146343/02A RU2008146343A RU2385364C1 RU 2385364 C1 RU2385364 C1 RU 2385364C1 RU 2008146343/02 A RU2008146343/02 A RU 2008146343/02A RU 2008146343 A RU2008146343 A RU 2008146343A RU 2385364 C1 RU2385364 C1 RU 2385364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
rod
aluminum
central
side leads
Prior art date
Application number
RU2008146343/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Васильев (RU)
Юрий Владимирович Васильев
Владимир Игоревич Кирко (RU)
Владимир Игоревич Кирко
Владимир Иннокентьевич Побызаков (RU)
Владимир Иннокентьевич Побызаков
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2008146343/02A priority Critical patent/RU2385364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2385364C1 publication Critical patent/RU2385364C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: here is disclosed anode current conductor of aluminium electrolytic cell consisting of central spent aluminium rod with additional side leads uniformly arranged in anode mass along height of aluminium rod at angle to its axis and inclined to anode sole; side leads freely adjoin central rod and form heterogeneous conducting structure wherein side leads are ohmic connected to central rod through conducting anode mass during its melting and coking in gaps between central rod and side leads in zone of their adjoining. Also the side leads can be made out of foam aluminium.
EFFECT: reduced labour expenditures at fabrication and implementation, stable operation of electrolytic cell and increased ecological safety of production.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства алюминия в электролизерах, оснащенных анодными расходуемыми токоподводами, выполненными из алюминия.The invention relates to the field of aluminum production in electrolyzers equipped with anode consumable current leads made of aluminum.

Известен алюминиевый электролизер Содерберга, содержащий стальные анодные штыри для верхнего подвода тока к аноду с дополнительными алюминиевыми расходуемыми листами, снабженными отверстиями для циркуляции жидкой анодной массы и электрически соединенными с анодной ошиновкой, с установленными дополнительными стальными нерасходуемыми трубами для отвода газов из-под подошвы анода, размещаемыми в аноде рядами, нижние концы которых расположены над электролитом, а верхние соединены с полыми контрфорсными балками анодного кожуха, стальные нерасходуемые трубы выполнены с уменьшающимся наружным диаметром книзу (Авторское свидетельство СССР, SU 351926, МКИ C22d 3/02, C22d 3/12, дата подачи заявки 11.08.1970, дата публикации 21.09.1972, автор Рягузов В.Н., аналог).Soderberg aluminum electrolyzer is known, containing steel anode pins for the upper current supply to the anode with additional aluminum consumable sheets equipped with holes for circulating the liquid anode mass and electrically connected to the anode busbar, with additional installed steel non-consumable pipes for venting gases from under the anode sole, rows placed in the anode, the lower ends of which are located above the electrolyte, and the upper ones are connected to the hollow buttress beams of the anode casing, steel e non-consumable pipes are made with a decreasing outer diameter down (USSR Author's Certificate, SU 351926, MKI C22d 3/02, C22d 3/12, application filing date 08/11/1970, publication date 09/21/1972, author Ryaguzov V.N., analogue) .

Недостатком указанного алюминиевого электролизера со стальными токоподводящими штырями является выделение большого количества канцерогенных соединений при перестановке токоподводящих штырей на новые горизонты по мере расходования анодной массы, а также трудозатраты по установке металлических расходуемых листов, используемых для создания газоходного канала в подошве анода.The disadvantage of this aluminum electrolyzer with steel current-carrying pins is the allocation of a large number of carcinogenic compounds when rearranging the current-carrying pins to new horizons as the anode mass is consumed, as well as the labor involved in installing metal sacrificial sheets used to create a gas duct in the bottom of the anode.

В качестве прототипа, исключающего проблему выделения канцерогенных соединений при перестановке токоподводящих штырей на новые горизонты, принят анодный расходуемый токоподвод для электролизера Содерберга, содержащий расходуемые алюминиевые стержни с токоотводами, которые расположены под углом к его оси и выполнены либо совместно с основным стержнем, например при прессовке взрывом, либо прикреплены к основному стержню, например сваркой, клепкой или при помощи болтов, при этом в качестве материалов для токоотводов могут быть использованы как алюминиевые порошки, так и алюминий или его сплавы. Принцип работы расходуемого токоподвода состоит в том, что когда нижняя часть основного стержня в зоне высоких температур расплавляется и стекает в ванну, подвод электрического тока а нижележащие зоны подошвы анода производится по верхней неразрушенной токопроводящей зоне стержня и далее по токоотводам, нижняя часть которых не достигла подошвы анода. После выхода какого-либо токоотвода на подошву анода и его разрушения ток к зонам в подошве анода подводится следующими вышерасположенными токоотводами (Авторское свидетельство СССР, SU 537130, МКИ С22С 3/16, дата подачи заявки 10.02.1975, дата публикации 30.11.1976, автор Цомаев З.С. и др., прототип).As a prototype that eliminates the problem of the isolation of carcinogenic compounds when rearranging the current-carrying pins to new horizons, an anode sacrificial current supply for the Soderberg electrolysis cell is used, containing consumable aluminum rods with current conductors that are located at an angle to its axis and are made in conjunction with the main rod, for example, by pressing by explosion, or attached to the main rod, for example by welding, riveting or using bolts, while materials for down conductors can be used Both aluminum powders and aluminum or its alloys are used. The principle of operation of the expendable current lead is that when the lower part of the main rod in the high temperature zone melts and flows into the bath, the electric current is supplied to the lower zones of the anode sole through the upper undisturbed conductive zone of the rod and then along the down conductors, the lower part of which does not reach the sole anode. After a current collector reaches the bottom of the anode and its destruction, the current is supplied to the zones in the bottom of the anode by the following upstream conductors (USSR Author's Certificate, SU 537130, MKI C22C 3/16, application filing date 02/10/1975, publication date 11/30/1976, author Tsomaev Z.S. et al., Prototype).

Недостатками прототипа являются высокие трудозатраты при изготовлении, монтаже и обслуживании электролизера, обусловленные сложной технологией изготовления как конструктивно целого токоподвода, так и с закрепленными токоотводами, а также сложностью установки токоподвода на анодной шине при его наращивании по мере расходования.The disadvantages of the prototype are the high labor costs in the manufacture, installation and maintenance of the electrolyzer, due to the complex manufacturing technology of both a structurally integral current lead, and with fixed down conductors, as well as the difficulty of installing a current lead on the anode bus when it grows as it is spent.

Задачей изобретения является снижение трудозатрат при изготовлении и использовании расходуемого токоподвода при эффективном токообеспечении подошвы анода и оптимальном расходовании электроэнергии.The objective of the invention is to reduce labor costs in the manufacture and use of consumable current lead with efficient current supply of the sole of the anode and optimal energy consumption.

Для решения поставленной задачи в анодном токоподводе алюминиевого электролизера, содержащем центральный расходуемый алюминиевый стержень с дополнительными боковыми токоотводами, равномерно расположенными в анодной массе по высоте центрального стержня под углом к его оси и наклоненными к подошве анода, согласно изобретению боковые токоотводы установлены примыкающими к центральному стержню с образованием зазора, заполняемого проводящей анодной массой, образуя в процессе работы электролизера гетерогенную проводящую структуру, при этом боковые токоотводы омически подключены к центральному стержню через проводящую анодную массу за счет ее расплавления и коксования в зазоре.To solve the problem in the anode current lead of an aluminum electrolyzer containing a central consumable aluminum rod with additional lateral down conductors uniformly located in the anode mass along the height of the central rod at an angle to its axis and inclined to the base of the anode, according to the invention, the side down conductors are installed adjacent to the central rod with the formation of a gap filled with a conductive anode mass, forming a heterogeneous conductive structure during the operation of the cell, with this side down conductors are ohmically connected to the Central rod through a conductive anode mass due to its melting and coking in the gap.

Согласно изобретению боковые токоотводы могут быть выполнены из пеноалюминия.According to the invention, the side down conductors can be made of foam aluminum.

На чертеже представлена схема гетерогенного расходуемого анодного токоподвода для алюминиевого электролизера.The drawing shows a diagram of a heterogeneous sacrificial anode current lead for an aluminum electrolyzer.

Заявляемый анодный токоподвод алюминиевого электролизера содержит центральный алюминиевый стержень 1 с подводимыми к нему по мере погружения в анодную массу токоотводами 2. Токоотводы 2 установлены свободно примыкающими к центральному стержню 1 под углом к его оси и наклонены к подошве анода. Зазоры 3 между токоотводами 2 и центральным стержнем 1 заполняются проводящей анодной массой, образуя гетерогенную проводящую структуру, обеспечивающую омическое подключение токоотводов 2 к центральному стержню 1. При этом в качестве токоотводов 2 могут быть использованы стержни, пластины, профили, выполненные из алюминия, пеноалюминия или алюминиевых сплавов. При их установке не требуется жесткое закрепление на центральном стержне с целью обеспечения исходного хорошего омического контакта.The inventive anode current lead of an aluminum electrolyzer contains a central aluminum rod 1 with current leads 2 supplied to it as they are immersed in the anode mass. The current leads 2 are mounted freely adjacent to the central rod 1 at an angle to its axis and are inclined to the bottom of the anode. The gaps 3 between the down conductors 2 and the central rod 1 are filled with a conductive anode mass, forming a heterogeneous conductive structure that provides ohmic connection of the down conductors 2 to the central rod 1. At the same time, rods, plates, profiles made of aluminum, foam aluminum or can be used as down conductors aluminum alloys. When installing them, it is not required to be rigidly fixed on the central rod in order to ensure the initial good ohmic contact.

Принцип работы гетерогенного токоподвода основан на образовании в аноде в процессе работы электролизера гетерогенной проводящей структуры. При этом по мере погружения в анод стержня 1 с последовательно подводимыми к нему токоотводами 2 зазоры 3 между ними заполняются расплавленной анодной массой, которая подвержена коксованию в зазорах. В результате этого образовавшаяся в зазорах за счет расплавления и коксования проводящая анодная масса обеспечивает необходимое омическое подключение боковых токоотводов 2 к центральному стержню 1.The principle of operation of a heterogeneous current supply is based on the formation of a heterogeneous conductive structure in the anode during operation of the electrolyzer. Moreover, as the rod 1 is immersed in the anode with the down conductors 2 connected in series to it, the gaps 3 between them are filled with the molten anode mass, which is subject to coking in the gaps. As a result of this, the conductive anode mass formed in the gaps due to melting and coking provides the necessary ohmic connection of the side down conductors 2 to the central rod 1.

В нижней части анода, где происходит расплавление и вытекание нижней части 4 центрального алюминиевого стержня до некоторой высоты h, боковые токоотводы 2 также расплавляются, но остаются инкапсулированными в полостях первичного их размещения до момента открытия нижнего их конца на нижней поверхности анода. Соответственно эти токоотводы позволяют обеспечить сохранение токоподвода непосредственно в нижнюю часть подошвы анода.In the lower part of the anode, where the lower part 4 of the central aluminum rod melts and flows to a certain height h, the side down conductors 2 also melt, but remain encapsulated in the cavities of their initial placement until the opening of their lower end on the lower surface of the anode. Accordingly, these down conductors make it possible to maintain current lead directly to the lower part of the sole of the anode.

Эффективность токообеспечения подошвы анода повышается за счет использования боковых токоотводов при условии, если среднее сопротивление гетерогенной структуры с токоотводными элементами будет ниже того, что имеет место для сплошного анодного массива в области подошвы. В этом случае обеспечивается сохранение подводимого в подошву анода тока без увеличения перепадов напряжения в подошве анода и соответственно улучшаются электрические характеристики электролизера:The efficiency of current supply of the anode sole increases due to the use of side down conductors, provided that the average resistance of the heterogeneous structure with down conductors is lower than that for a continuous anode array in the sole area. In this case, the current supplied to the sole of the anode is maintained without increasing the voltage drops in the bottom of the anode and, accordingly, the electrical characteristics of the cell are improved:

Figure 00000001
Figure 00000001

где jg и ju - соответственно средняя плотность тока в гетерогенном и в сплошном токоподводе, U - падение напряжение на аноде, Up=jg·Rp - переходное падение напряжения на границе раздела Al-анодная масса (Rp - удельное переходное сопротивление границы раздела Al-анодная масса), H - толщина анода, l - длина отдельного бокового токоотвода, θ - угол установки токоотвода (отсчитываемый от вертикали), ρAl и ρC - соответственно удельное сопротивление алюминия и закоксовавшейся анодной массы в подошве анода.where j g and j u are the average current density in a heterogeneous and continuous current supply, U is the voltage drop across the anode, U p = j g · R p is the transition voltage drop at the Al-anode mass interface (R p is the specific transition interface (Al is the anode mass), H is the thickness of the anode, l is the length of the individual lateral collector, θ is the angle of installation of the collector (measured from the vertical), ρ Al and ρ C are the resistivity of aluminum and the coked anode mass in the sole of the anode, respectively.

Из выражения (1) определяется соотношение установочных параметров токоотводов в аноде, таких как длина и угол установки токоотводов:From the expression (1), the ratio of the installation parameters of down conductors in the anode is determined, such as the length and angle of installation of down conductors:

Figure 00000002
Figure 00000002

При выполнении дополнительного условия, когда суммарное поперечное сечение токоотводов не должно быть меньше сечения центрального стержня-токоподвода, требуемый токоподвод к подошве анода будет обеспечиваться без необходимости увеличения перепада напряжения на аноде из-за выгорания центральных стержней. Соответственно, использование предлагаемой конструкции позволяет обеспечить оптимальный расход электроэнергии и повысить стабильность работы анода.Under the additional condition, when the total cross-section of the collectors should not be less than the section of the central rod-current lead, the required current lead to the bottom of the anode will be provided without the need to increase the voltage drop across the anode due to burnout of the central rods. Accordingly, the use of the proposed design allows for optimal power consumption and increase the stability of the anode.

Для электролизера с токовой нагрузкой 250 кА при использовании 32 алюминиевых токоподводящих стержней требуемая толщина анодного стержня не превышает 70 мм. Длина отдельного токоотвода и угол установки составляютFor an electrolytic cell with a current load of 250 kA using 32 aluminum current-conducting rods, the required thickness of the anode rod does not exceed 70 mm. The length of an individual collector and the installation angle are

l=0.35 м, θ=30°,l = 0.35 m, θ = 30 °,

при Н=1 м, U=4 В, Rp=2,83·10-5 Ом/м2, ρAl=2.7·10·6 Ом·м, ρC=1.4·10-5 Ом·мat H = 1 m, U = 4 V, R p = 2.83 · 10 -5 Ohm / m 2 , ρ Al = 2.7 · 10 · 6 Ohm · m, ρ C = 1.4 · 10 -5 Ohm · m

при температуре плавления алюминия T=658.7°С (на границе разрушения центрального анодного стержня на расстоянии h от нижней границы подошвы анода).at a melting temperature of aluminum T = 658.7 ° С (at the fracture boundary of the central anode rod at a distance h from the lower boundary of the anode base).

Общая масса оборотного расхода алюминия для изготовления гетерогенного токоподвода не превышает 2-2.5 т на один электролизер за один цикл обновления анодной массы. Соответственно, удельный оборотный расход алюминия не превышает 30-40 кг/сутки или 2-5% от суточной выработки электролизера в 0.7-1.7 т.The total mass of the circulating flow rate of aluminum for the manufacture of a heterogeneous current supply does not exceed 2-2.5 tons per electrolyzer per one cycle of updating the anode mass. Accordingly, the specific turnover of aluminum does not exceed 30-40 kg / day or 2-5% of the daily production of the electrolyzer in 0.7-1.7 tons.

Таким образом, предлагаемый расходуемый гетерогенный токоподвод позволяет снизить трудозатраты при его изготовлении и эксплуатации по сравнению с аналогом, обеспечить стабилизацию работы электролизера, повысить экологическую безопасность производства, исключив выбросы канцерогенных соединений, возникающие при перестановке стальных стержней-токоподводов в электролизерах Содерберга.Thus, the proposed consumable heterogeneous current lead allows to reduce labor costs during its manufacture and operation as compared with the analogue, to provide stabilization of the electrolyzer operation, to increase the environmental safety of production by eliminating the emissions of carcinogenic compounds arising from the rearrangement of steel current lead rods in Soderberg electrolyzers.

Claims (2)

1. Анодный токоподвод алюминиевого электролизера, содержащий центральный расходуемый алюминиевый стержень с дополнительными боковыми токоотводами, равномерно расположенными в анодной массе по высоте центрального стержня под углом к его оси и наклоненными к подошве анода, отличающийся тем, что боковые токоотводы установлены примыкающими к центральному стержню с образованием зазора, заполняемого проводящей анодной массой, образуя в процессе работы электролизера гетерогенную проводящую структуру, при этом боковые токоотводы омически подключены к центральному стержню через проводящую анодную массу за счет ее расплавления и коксования в зазоре.1. Anode current lead of an aluminum electrolyzer containing a central sacrificial aluminum rod with additional lateral current conductors uniformly located in the anode mass along the height of the central rod at an angle to its axis and inclined to the base of the anode, characterized in that the lateral current conductors are installed adjacent to the central rod with the formation the gap filled by the conductive anode mass, forming a heterogeneous conductive structure during the operation of the electrolyzer, while the lateral down conductors are ohmic connected to the Central rod through a conductive anode mass due to its melting and coking in the gap. 2. Анодный токоподвод алюминиевого электролизера по п.1, отличающийся тем, что боковые токоотводы выполнены из пеноалюминия. 2. The anode current lead of an aluminum electrolyzer according to claim 1, characterized in that the side down conductors are made of foam aluminum.
RU2008146343/02A 2008-11-24 2008-11-24 Anode current conductor of aluminium electrolytic cell RU2385364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008146343/02A RU2385364C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Anode current conductor of aluminium electrolytic cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008146343/02A RU2385364C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Anode current conductor of aluminium electrolytic cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2385364C1 true RU2385364C1 (en) 2010-03-27

Family

ID=42138406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008146343/02A RU2385364C1 (en) 2008-11-24 2008-11-24 Anode current conductor of aluminium electrolytic cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2385364C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA020423B1 (en) * 2011-04-21 2014-11-28 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Anode current lead of aluminium electrolytic cell

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA020423B1 (en) * 2011-04-21 2014-11-28 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Anode current lead of aluminium electrolytic cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2449058C2 (en) Electrolyser for aluminium production provided with voltage drop decreasing means
DK181300B1 (en) Electrolytic cells for producing aluminium metal
CN101805914B (en) Bottom cathode diversion type rare earth electrolysis cell
WO2004104273A1 (en) Cu-ni-fe anode for use in aluminum producing electrolytic cell
RU2723867C1 (en) Cathode current collector/connector for hall-héroult electrolyzer
AU2007295188B2 (en) Electrolysis cell and method for operating the same
AU619240B2 (en) Electrolytic cell for the production of a metal
RU2385364C1 (en) Anode current conductor of aluminium electrolytic cell
CN102230191B (en) Method for separately leading out single-sided current in aluminum electrolytic cell
RU2722605C1 (en) Electrolysis unit for aluminum production
CN201722432U (en) Bottom cathode diversion-type rare-earth electrolytic bath
CA2811355A1 (en) Cathode for electrolytic cells
AU2017292865A1 (en) Advanced aluminum electrolysis cell
RU2657395C1 (en) Electrolyzer for obtaining aluminum
RU2282680C1 (en) Electrolyzer for production of aluminum
RU2742557C1 (en) Electrolysis anode device for aluminum production
RU2449059C2 (en) Electrolysis unit for aluminium manufacture
SU885360A1 (en) Anodic spent leads of aluminium electrolyzer
CN2641061Y (en) Solid aluminum calcining appts. for aluminum electrolyzer
RU2405866C1 (en) Anode device of aluminium electrolysis unit with baked anodes
RU2585601C1 (en) Current lead of baked anode of aluminium electrolysis cell
DK202370307A1 (en) Removing impurities from an electrolyte
RU2355824C2 (en) Electrolytic cell for receiving of aluminium
CN115103931A (en) Device for improving performance of aluminum reduction cell in smelting process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131125