RU2405866C1 - Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами - Google Patents
Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405866C1 RU2405866C1 RU2009125887/02A RU2009125887A RU2405866C1 RU 2405866 C1 RU2405866 C1 RU 2405866C1 RU 2009125887/02 A RU2009125887/02 A RU 2009125887/02A RU 2009125887 A RU2009125887 A RU 2009125887A RU 2405866 C1 RU2405866 C1 RU 2405866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- aluminum
- rod
- fiberglass
- package
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом в электролизерах с обожженными анодами. Анодное устройство алюминиевого электролизера содержит угольный блок, токоподводящую штангу, жестко закрепленную в углублениях верхней плоскости угольного блока, и подвес анода, закрепленный верхними концами попарно с двух сторон от штанги на перекладине и выполненный из пакета алюминиевой фольги и жгутов из стеклоткани, которые подвешены и закреплены к алюминиевым перекладине и штанге, снизу пакет из алюминиевой фольги и жгуты из стеклоткани продеты через прямоугольные отверстия в выступе угольного обожженного анода, длина, сечение пакета и жгутов и их количество определяются технологическими требованиями и экономикой. Обеспечивается снижение материальных и трудовых затрат на производство алюминия и сокращение расхода электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом в электролизерах с обожженными анодами.
В настоящее время технический алюминий получают электролизом криолитоглиноземного расплава. Известно анодное устройство электролизера для получения алюминия, в котором анод выполнен из углеграфита, ток к нему подводят по токопроводящей штанге, на последней закреплен стальной кронштейн с ниппелями, помещаемыми в углубления на верхней плоскости анода, в виде обратного усеченного конуса, в стенках которого выполнены рифления в форме наклонных канавок. Ниппель выполнен круглого сечения с гладкими стенками, он помещается в углубления анода и место стыка заливается расплавленным чугуном, за счет чего создается механический и электрический контакты между анодом и ниппелем (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971. - 195 с.).
При работе такие аноды постепенно, примерно через тридцать суток обгорают и их заменяют на новые. Эта конструкция работоспособная, но не удобная при повторном использовании ниппеля. Для повторного использования ниппеля с него необходимо механически сбить сваренный со сталью анодный огарок и слой чугуна. Операция эта является трудоемкой, что значительно увеличивает время и затраты на монтаж и демонтаж соединения анод - ниппель. Кроме того, не всегда удается качественно провести указанную операцию и направить ниппель на повторное использование.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными углеграфитовыми анодами, включающее токоподводящую штангу, стальной кронштейн с ниппелями, жестко закрепленных электропроводящей массой в аноде, с дополнительной подвеской анода, выполненной в виде закрепленной на перекладине штанги и металлических лент, закрепленных верхними концами попарно с двух сторон на перекладине штанги, нижние концы лент изогнуты в виде цангового захвата со стяжным и распорным механизмом, установленными на каждой паре лент (Патент РФ №2231577, МПК С25С 3/12, опубл. 27.06.04).
Эта конструкция работоспособная, но токоподводящая штанга и дополнительный подвес из металлических лент изготовлены из стали, которая окисляется и загрязняет железом получаемый электролитический алюминий.
Основная задача изобретения заключается в исключении стальной штанги и дополнительного подвеса, а также исключения загрязнения технического алюминия, снижения материальных и трудозатрат на производство алюминия, сокращения расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения, исключения заливки чугуном и набивки электропроводящей массой, исключения трудоемких операций - удаления чугуна и огарков анода с ножек ниппеля.
Это достигается тем, что анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами, содержащее угольный блок, токоподводящую штангу и подвеску анода, выполненную в виде закрепленной на токоподводящей штанге перекладины и металлических лент, которые своими верхними концами попарно закреплены с двух сторон от штанги на перекладине, согласно изобретению металлические ленты выполнены в виде пакета из алюминиевой фольги со жгутами из стеклоткани, а перекладина и штанга выполнена из алюминия.
Угольный блок обожженного на верхней плоскости имеет выступ, в котором выполнены прямоугольные отверстия, через которые продеты пакет из алюминиевой фольги и жгуты из стеклоткани.
В качестве стеклоткани могут быть волокна SiO2, Al2O3, Al2O3+MgO и др.
Длина, сечение пакета из алюминиевой фольги и жгутов из стеклоткани и их количество определяются технологическими требованиями.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На чертеже изображена предлагаемая конструкция анодного устройства, общий вид и вид сбоку.
Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами содержит углеграфитовый анод 1, над которым имеется выступ 2 с прямоугольными поперечными отверстиями 3, в эти отверстия продеты пакет алюминиевой фольги 4 и жгуты из стеклоткани 5. Пакет и жгуты прикреплены сверху алюминиевыми болтами 6 к алюминиевой перекладине 7, которая жестко закреплена с алюминиевой штангой 8. Пакет из алюминиевой фольги 4 выполняет роль токоподвода и свободно провисает между угольным анодом 1 и алюминиевой перекладиной 7.
Монтаж анодного устройства происходит следующим образом. Пакет алюминиевой фольги 4 и жгуты стеклоткани 5 определенной технологической длины и сечения протягиваются через прямоугольные отверстия 3 выступа 2 на угольном аноде 1. После этого анодное устройство, удерживаемое за штангу 8, переносится в электролизер и штанга 8 крепится к анодной шине.
При такой конструкции анодного устройства на монтаж и демонтаж потребуется всего лишь минута, при этом исключаются применения: стальной штанги, стальных ниппелей, заливки чугуна или забивки электропроводящей массой, сбивки сваренного со сталью чугуна и анодного огарка. Кроме того, улучшается электрический контакт, уменьшаются падение напряжения и изделия. Сначала рассмотрим применение различных материалов для токоподвода, а затем - для механического подвеса угольного анода.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Расчет проведем на примере электролизера, потребляющего ток 130 кА, имеющего 16 обожженных анодов, через каждый из которых проходит ток I=130/16=8,1 кА. Падение напряжения на стальных штанге и ниппелях V=0,01B=10 мВ. Вес обожженного анода P1=900 кг. Вес стальной штанги с тремя ниппелями Р2=450 кг и ценой Ц2=700$/шт.=1,75·104 руб/шт. Обожженный угольный анод в процессе работы обгорает снизу и его меняют через 30 дней.
В нашем предложении примем количество токоподводов и подвесов равным по 3 пары, т.е 6 штук на один анод в соответствии с чертежом. Длину токоподвода и подвеса принимаем равным l=1 м = 100 см = 1000 мм.
Расчет токоподвода к угольному обожженному аноду
В соответствии с законами электротехники в общем виде запишем для всех токоподводов одного анода
где σ - удельная электропроводность, R - электросопротивление проводника, S сечение проводника. Откуда находим сечение
Вес Р и стоимость С расходуемого токоподвода для всего анода равны
где d - плотность и Ц - цена материала.
В таблице 1 приведены свойства возможных материалов.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Свойства веществ | ||||||||||
| вещество | σ·10-5 Ом-1см-1 при 20°С | σ·10-5 Ом-1см-1 при 900°С | плотность, г/см3 | температура, °С | теплопроводность, кал/см·с·К (20°С) | КТР·106, К-1 | цена | прочность на разрыв δв, кгс/мм2 при 20°С | ||
| плавления | кипения | $/т | руб/т | |||||||
| Fe | 0,56 | 0,1 | 7,87 | 1539 | 3200 | 0,1 | 11,7 | 800 | 2·104 | 30 |
| Al | 3,7 | 2,9 | 2,7 | 660 | 2500 | 0,52 | 24,6 | 2000 | 5·104 | |
| фольга А1 | ||||||||||
| 1,5·109 | 3,7·1010 | |||||||||
| стеклоткань | 2,3 | 1000 | 8 | 200 | 200 (ткань) | |||||
Для токоподвода рассмотрели возможные материалы сталь и алюминий. Расчет провели для одного из шести алюминиевых токоподводов и для шести токоподводов на один обожженный анод в месяц. Анод служит 1 месяц. Стоимость стальных штанги из ниппелей не рассчитывали, а взяли коммерческую. Результаты расчета по указанным формулам приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Результаты расчета токоподвода к обожженному аноду. Одного (1) и шести (6) токоподводов | ||||||
| № | вещество | сечение, S, см2 | плотность, г/см3 | Вес, Р, кг/мес. | Цена, руб/кг | Стоимость, С, руб/месяц |
| 1 | Fe | 7,87 | 4,5·103 | 1,75·104 | ||
| 2 | Al(1) | 22 | 2,7 | 6 | 50 | 3·102(0,0) |
| 3 | Al(6) | 132 | 2,7 | 36 | 50 | 1,8·103(0,0) |
В расчете токоподвода алюминия взята цена технического алюминия, а не цена алюминиевой фольги. Дело в том, что для токоподвода не требуется товарная алюминиевая фольга, а достаточны ее обрезки (или просто полученные ленты). Обрезки фольги не используют и продают их по стоимости технического алюминия 50 руб/кг (смотри таблицу). Надо еще отметить, что алюминиевая фольга, используемая в качестве токоподвода к аноду, не расходуется, а только переплавляется в электротехнический алюминий. Поэтому для собственного возвратного производства алюминиевого завода стоимость алюминия нулевая, CAl=0, что отмечено в круглых скобках стоимости алюминия в таблице 2. Здесь не рассчитывали стоимость алюминиевых штанги и ниппелей, так как они не расходуются, т.е. многоразового использования.
Отношение затрат на два материала для токоподвода сталь/алюминий = 1,75·104/1,8·103. Как видим, затраты на сталь на порядок больше, чем на алюминий. А если учесть, что алюминиевая фольга для алюминиевого завода почти ничего не стоит, то преимущество алюминия на 4 порядков, т.е. надо использовать алюминиевую фольгу.
Возможность применения стали в качестве токоподвода не вызывает сомнения. Например, рабочая температура токоподвода к обожженному угольному аноду находится в пределах 0-500-900°С. Температура плавления железа 1536°С. Следовательно, сталь находится в твердом состоянии при рабочих температурах анода и может быть использована в качестве токоподвода к обожженному угольному аноду.
Алюминий плавится при температуре 660°С, ниже рабочей температуры 900°С обожженного анода, т.е. алюминий не может служить токоподводом к угольному аноду. Однако нами предлагается использовать не слитки, а фольгу из алюминия, которые существенно отличаются по свойствам.
Алюминиевая фольга - это лист алюминия толщиной 0,05-0,1 мм, покрытый прочной оксидной пленкой оксида алюминия. Поэтому алюминиевая фольга представляет собой композиционный материал, в котором одна фаза - алюминий и вторая фаза - оксид алюминия. Фазы прочно соединены между собой (прочная адгезия на границе фаз). Алюминий плавится при температуре 660°С, а оксид алюминия - 2050°С. Температура сохранения формы фольги композиционного материала алюминий - оксид алюминия выше температуры плавления алюминия, и эта температура повышается от 660 до 2050°С тем выше, чем больше содержится оксида алюминия в композиционном материале. При толщине фольги 0,1 мм пакет фольги сохраняет свою форму до 1100°С. Следовательно, пакет из алюминиевой фольги может служить хорошим токоподводом к обожженному угольному аноду алюминиевого электролизера для его рабочих температур 900-1000°С.
Расчет механического подвеса к угольному обожженному аноду.
Для механического подвеса рассмотрим применение различных волокон, прочность на разрыв которых в 10-100 раз выше прочности объемных материалов. С учетом рабочих температур 0-900°С обожженного анода и перечисленных выше волокон для расчета выбираем и стеклоткань (жгуты). Углеграфитовая ткань сгорает при температурах выше 400°С, поэтому она не пригодна для работы на обожженном аноде. Прочность на разрыв алюминиевой фольги в процессе электролиза пока не будем учитывать из-за ее малости.
Для рассматриваемого электролизера вес обожженного анода равен P1=0,9т=900 кг. Этот вес должен быть равен прочности Н на растяжение пучка волокон
Вес и стоимость волокна равны
С учетом времени работы анода до замены 1 месяц, цены Ц4 волокон, их удельной прочности δ, плотности d рассчитали стоимость С3 волокон, расходуемых в месяц в месяц на один анод электролизера. Результаты расчета приведены в таблице 3. Стоимость стальных штанги и трех нипперей не рассчитывали, а взяли коммерческую.
Отношение затрат на подвес из стали/стеклоткани = 1,75·104/1=104. Как видим, затраты на стеклоткань в 104 раз меньше, чем на сталь, т.е. для механического подвеса анода дешевле применять стеклоткань.
Применение стеклоткани не повлечет загрязнение электролитического алюминия, так как стеклоткань не попадает в расплав электролита, а она уходит на утилизацию вместе с угольным огарком.
Стоимость стальной штанги и ниппелей обожженного анода равна 1,75·104 руб/штуку, и они не расходуются. В предлагаемом способе расходуется только стеклоткань стоимостью 1 руб/штуку одного анода, а на весь электролизер 16 анодов, т.е. расход на стеклоткань составит 16 руб/(электролизер·месяц). Что очень мало, и такой расход можно не учитывать.
Таким образом, токоподвод дешевле изготавливать из алюминиевой фольги, а подвес - из стеклоткани. Отношение суммы затрат на алюминиевый токоподвод и подвес из стеклоткани к стоимости стальных штанги и ниппелей равно 16/1,75·104=1/1000. Как видим, применение токоподвода из алюминиевой фольги и механического подвеса из стеклоткани в 1000 раза дешевле, чем применение стальных штанги и ниппелей по стоимости материалов. Но есть и другие преимущества, которые рассмотрим ниже. Пока оценим экономический эффект по стоимости материалов от внедрения алюминиевого токоподвода и подвеса из стеклоткани. Например, на одном электролизере будет экономия 1,75·104-1=1,75·104 руб/(электролизер·месяц)=40 тыс.руб/(электролизер·месяц), а на 1000 электролизеров за 12 месяцев (год) составит 1,75·104·1000·12=210·10 руб/год=210 млн.руб/год. Это без учета экологии и других преимуществ.
Это только в первом приближении. Далее необходимо учитывать еще несколько преимуществ применения алюминиевой фольги и стеклоткани: не требуется заливка чугуном и его обивка, не требуется обивка угольных огарков, не требуется изготавливать и транспортировать анодные штанги и ниппеля, уменьшается падение напряжения на аноде и контакте фольга-анод, исключаются термические напряжения и трещины в угольном аноде, существенно повышается технологичность электролиза и др.
В итоге оказывается выгодным применение алюминиевой фольги и стеклоткани вместо стальной штанги и ниппелей.
Сечение пакетов алюминиевой фольги и жгутов стеклоткани определяется экономикой - затратами на них сечения могут быть увеличены в соответствии с требованиями технологии. Кроме того, повышается равномерность токовой нагрузки по подошве анода и она легко регулируется изменением сечения и количеством пакетов из алюминиевой фольги в площади обожженного анода и расположением пакетов по площади анода.
Claims (3)
1. Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами, содержащее угольный блок, токоподводящую штангу и подвеску анода, выполненную в виде закрепленной на токоподводящей штанге перекладины и металлических лент, которые своими верхними концами попарно закреплены с двух сторон от штанги на перекладине, отличающееся тем, что металлические ленты выполнены в виде пакета из алюминиевой фольги со жгутами из стеклоткани, а перекладина и штанга выполнены из алюминия.
2. Анодное устройство по п.1, отличающееся тем, что угольный блок обожженного анода на верхней плоскости имеет выступ, в котором выполнены прямоугольные отверстия, через которые продеты пакет из алюминиевой фольги и жгуты из стеклоткани.
3. Анодное устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что длина, сечение пакета из алюминиевой фольги и жгутов из стеклоткани и их количество определяются технологическими требованиями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125887/02A RU2405866C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125887/02A RU2405866C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2405866C1 true RU2405866C1 (ru) | 2010-12-10 |
Family
ID=46306456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009125887/02A RU2405866C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2405866C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110306208A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-10-08 | 贵州铝城铝业原材料研究发展有限公司 | 一种铝电解连续预焙阳极生产方法及结构 |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125887/02A patent/RU2405866C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110306208A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-10-08 | 贵州铝城铝业原材料研究发展有限公司 | 一种铝电解连续预焙阳极生产方法及结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2003267112B2 (en) | Cu-Ni-Fe anode for use in aluminum producing electrolytic cell | |
| KR101684813B1 (ko) | 알루미늄 전해를 위해 사용된 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전해방법 | |
| CN101748436B (zh) | 一种预焙阳极铝电解槽 | |
| CN106756082B (zh) | 一种电子束冷床炉回收重熔tc11屑料的工艺 | |
| CN203938739U (zh) | 电解槽装置、电解槽系统和电解槽组件 | |
| CN105543896B (zh) | 一种预焙铝电解槽阳极组结构 | |
| US20060254925A1 (en) | Measuring duct offgas temperatures to improve electrolytic cell energy efficiency | |
| CN104047025B (zh) | 保护电解池侧壁的系统和方法 | |
| WO2003071005A2 (en) | Carbon containing cu-ni-fe anodes for electrolysis of alumina | |
| Gunnarsson et al. | Aluminum electrolysis with multiple vertical non-consumable electrodes in a low temperature electrolyte | |
| JPS60258490A (ja) | アルミニウム製造用電解槽に使用するための部分減径部を有する丸棒を備える炭素陽極 | |
| RU2405866C1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами | |
| CN104451786A (zh) | 用于低能耗提取稀土金属的电解槽 | |
| Beck | A new energy-efficient and environmentally friendly process to produce aluminum | |
| CN107541755A (zh) | 一种内加热式熔盐电解槽 | |
| RU2401884C2 (ru) | Электролизер полякова для производства алюминия | |
| CN201313942Y (zh) | 一种400kA以上预焙阳极铝电解槽 | |
| CN104674307B (zh) | 稀土熔盐电解炉 | |
| CN109112574B (zh) | 一种铝电解槽的预焙阳极离线接续工艺 | |
| CN103943382A (zh) | 一种铜表面电解铬烧结制备CuCr电触头材料的方法 | |
| CN104451185B (zh) | 从银镍边角料中熔炼回收银的方法 | |
| CN202730257U (zh) | 一种惰性电极铝电解槽的预热启动装置 | |
| CN109898101B (zh) | 一种新型节能防腐电解铝用阳极钢爪及设计方法 | |
| RU2231577C1 (ru) | Анодное устройство алюминиевого электролизера с обожженными анодами | |
| RU2642815C2 (ru) | Катодный блок, имеющий паз переменной глубины и заполненное промежуточное пространство |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110707 |