RU2621202C1 - Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser - Google Patents
Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621202C1 RU2621202C1 RU2016107237A RU2016107237A RU2621202C1 RU 2621202 C1 RU2621202 C1 RU 2621202C1 RU 2016107237 A RU2016107237 A RU 2016107237A RU 2016107237 A RU2016107237 A RU 2016107237A RU 2621202 C1 RU2621202 C1 RU 2621202C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- anodes
- new
- electrolyzer
- heated
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для улучшения технологии электролиза за счет предварительного подогрева анода, перед установкой его в электролизер.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers with prebaked anodes, and can be used to improve electrolysis technology by preheating the anode, before installing it in the electrolyzer.
В процессе электролиза алюминия аноды постепенно сгорают. По мере сгорания анодный остаток (огарок) заменяется новым анодом. Новый анод устанавливается в электролизер холодным, и поэтому не может взять на себя необходимую нагрузку в полной мере, анодная плотность тока электролизера увеличивается, что требует компенсации в виде добавки напряжения на электролизер.During the electrolysis of aluminum, the anodes gradually burn out. As combustion, the anode residue (cinder) is replaced by a new anode. The new anode is installed cold in the cell, and therefore cannot fully bear the necessary load, the anode current density of the cell increases, which requires compensation in the form of an addition of voltage to the cell.
Уровень техникиState of the art
Известен способ замены анодов в электролизере для получения алюминия, имеющего анодный массив, образованный двумя рядами обожженных анодов, по которому замену отработанных анодов производят согласно графику с таким расчетом, чтобы размер огарка был минимальным, а аноды в анодном массиве, сработанные и новые, располагались бы в шахматном порядке. При таком расположении анодов электросопротивление анодного массива сохраняется по длине почти одинаковым, что способствует равномерному распределению тока. Обычный срок работы анода при его начальной высоте 60 см составляет около 30 суток (М.М. Ветюков, А.М. Цыплаков, С.Н. Школьников, "Электрометаллургия алюминия и магния", М. Металлургия, 1987 г., стр. 120).There is a method of replacing anodes in an electrolytic cell to produce aluminum having an anode array formed by two rows of calcined anodes, according to which the replacement of spent anodes is made according to a schedule so that the size of the cinder is minimal, and the anodes in the anode array, worn and new, would be located in a checkerboard pattern. With this arrangement of the anodes, the electrical resistance of the anode array remains almost the same along the length, which contributes to a uniform distribution of current. The normal life of the anode at its initial height of 60 cm is about 30 days (M.M. Vetyukov, A.M. Tsyplakov, S.N. Shkolnikov, "Electrometallurgy of aluminum and magnesium", M. Metallurgy, 1987, p. 120).
По указанной технологии в период эксплуатации обычно ежесуточно меняется не более 1 анода с последовательным чередованием анодов, расположенных с противоположных сторон (в 2 ряда) от продольной оси электролизера. Поскольку номинальная токовая нагрузка на новом аноде восстанавливается через 16-24 часа после замены, то за счет перераспределения тока по другим анодам возникают горизонтальные поперечные и продольные токи в катодном металле, вызывающие перекосы зеркала металла по площади подины электролизера. Это снижает магнитогидродинамическую устойчивость электролизера и препятствует снижению напряжения для уменьшения расхода электроэнергии.According to this technology, during operation, usually no more than 1 anode is changed daily with successive alternation of anodes located on opposite sides (2 rows) from the longitudinal axis of the cell. Since the rated current load on the new anode is restored 16-24 hours after replacement, due to the redistribution of current among other anodes, horizontal transverse and longitudinal currents occur in the cathode metal, causing the metal mirror to skew over the bottom area of the cell. This reduces the magnetohydrodynamic stability of the electrolyzer and prevents voltage reduction to reduce power consumption.
Известен способ замены анодов в электролизерах с обожженным анодом для получения алюминия (заявка на изобретение RU 9404065102, С25С 3/12, опубл. 10.09.1996), который предусматривает последовательную замену анодов, расположенных с противоположных сторон от продольной оси электролизера, каждый последующий анод извлекают из зоны анодного массива, расположенной с противоположной стороны от поперечной оси электролизера, а интервал времени между их заменой минимальный. При таком способе замены анодов и правильной их установке токовые нагрузки по площадям анодного массива, расположенных по сторонам от продольной или поперечной оси, будут близки по величине, что снижает негативное влияние горизонтальных токов от неравномерного распределения тока по анодам после замены. Соответственно уменьшается перекос металла по площади катода электролизера за счет снижения плотности горизонтальных токов.A known method of replacing the anodes in electrolytic cells with a baked anode for producing aluminum (patent application RU 9404065102,
К недостаткам данного способа относится то, что установленные непрогретые новые аноды дольше выходят на номинальную нагрузку и требуют вольт-добавки напряжения для компенсации потерь тепла электролизером. В результате чего при замене на электролизере наблюдается ухудшение токораспределения, снижается стабильность электролизера, как следствие снижается выход по току, что ведет к увеличению удельного расхода электроэнергии.The disadvantages of this method include the fact that the installed unheated new anodes take longer to reach the rated load and require voltage-voltage additions to compensate for heat losses by the electrolyzer. As a result, when replacing the electrolyzer, the current distribution worsens, the stability of the electrolyzer decreases, as a result, the current efficiency decreases, which leads to an increase in the specific energy consumption.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ замены угольных анодов при электролизе расплава алюминия по заявке на изобретение RU 94044352, С25С 3/12, опубл. 20.04.1997, в котором угольные аноды подогревают с использованием тепла извлеченных из ванны расплава анодных остатков и/или извлеченного из ванны расплава горячего материала ванны, а затем подают в подогретом виде к ванне расплава.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for replacing carbon anodes during electrolysis of aluminum melt according to the application for invention RU 94044352,
Недостатком вышеуказанного способа является то, что при его использовании требуется дополнительный контейнер для размещения огарков и новых подогревающихся анодов. В процессе остывания огарков происходит интенсивное выделение парниковых газов, поэтому данный контейнер требует собственную систему газоудаления, что является очень трудозатратным.The disadvantage of the above method is that when using it, an additional container is required to accommodate cinder and new heated anodes. In the process of cooling the cinders, an intensive release of greenhouse gases occurs, therefore this container requires its own gas removal system, which is very labor-intensive.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей заявляемого изобретения является снижение удельного расхода электроэнергии при замене анода алюминиевого электролизера.The task of the invention is to reduce the specific energy consumption when replacing the anode of an aluminum electrolyzer.
При этом техническим результатом является снижение временных вольт-добавок напряжения на замену анода за счет использования выделяемого и рассеянного тепла электролизера для предварительного подогрева нового анода,In this case, the technical result is to reduce the temporary volt-voltage additions to replace the anode by using the generated and dissipated heat of the electrolyzer to preheat the new anode,
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе замены анодов при электролизе расплава алюминия в алюминиевом электролизере с регенерацией тепла, включающем подогрев новых анодов, согласно заявляемому изобретению, перед заменой новые аноды предварительно устанавливают под укрытие электролизера, в непосредственной близи рабочих анодов в послепусковой период работы электролизера, новые аноды выдерживают под укрытием в течение 8-48 ч, извлекают анодный остаток рабочего анода, подогретый анод устанавливают в электролизер, а на место подогретого анода устанавливают новый анод.The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the method of replacing the anodes during the electrolysis of aluminum melt in an aluminum electrolytic cell with heat recovery, including heating new anodes, according to the claimed invention, before replacing the new anodes, they are pre-installed under the shelter of the electrolyzer, in the immediate vicinity of the working anodes in the post-launch period electrolyzer operation, new anodes are kept under cover for 8-48 hours, the anode residue of the working anode is removed, the heated anode is installed ivayut in an electrolytic cell and to place the preheated anode set a new anode.
Дополнительны признаки, способствующие достижению технического результатаAdditional features that contribute to the achievement of the technical result
Прогревают новые аноды с использованием тепла от поверхностей расплава, рабочего анода, кожуха электролизера и от газов, выделяющихся при электролизе.New anodes are heated using heat from the surfaces of the melt, the working anode, the casing of the electrolyzer and from the gases released during electrolysis.
Новые аноды устанавливают под укрытия электролизера, расположенные на его торцевых и/или продольных сторонах.New anodes are installed under the shelter of the electrolyzer located on its end and / or longitudinal sides.
Температура нагрева анода перед установкой его на рабочее место составляет 80-200°С.The temperature of heating the anode before installing it on the workplace is 80-200 ° C.
Основные отличия и преимущества заявляемого изобретения от прототипа заключаются в том, что выход установленного предварительно подогретого анода на номинальную нагрузку осуществляется быстрее, время прогрева анода в расплаве электролизера меньше, временная вольт-добавка напряжения на замену подогретого анода ниже, а токораспределение значительно лучше. Это позволяет добиться более стабильного хода работы электролизера, увеличить показатели выхода по току и уменьшить удельный расход электроэнергии. Кроме того данное изобретение позволяет рационально использовать выделяемое тепло электролизера, что способствует еще большей экономии электроэнергии (до 200 кВ⋅ч/т).The main differences and advantages of the claimed invention from the prototype are that the output of the preheated anode installed at the rated load is faster, the anode heating time in the electrolysis melt is shorter, the temporary voltage addition voltage for replacing the heated anode is lower, and the current distribution is much better. This allows you to achieve a more stable operation of the electrolyzer, increase the current efficiency and reduce the specific energy consumption. In addition, this invention allows the rational use of the generated heat of the electrolyzer, which contributes to even greater energy savings (up to 200 kWh / t).
Данный способ предусматривает предварительно размещать аноды, перед установкой их в электролизер, под укрытие электролизера с целью предварительного нагрева, что дает снижение времени прогрева анода в расплаве электролизера, выхода на номинальную мощность, и как следствие позволяет повысить выход по току и снизить удельный расход электроэнергии.This method involves pre-placing the anodes, before installing them in the electrolytic cell, under the shelter of the electrolytic cell for the purpose of pre-heating, which reduces the heating time of the anode in the molten cell, reaching its rated power, and as a result allows to increase the current efficiency and reduce the specific energy consumption.
Данный способ может быть использован при существующих регламентированных технологиях замены анодов и отличается дополнительной операцией предварительного подогрева нового анода перед его установкой на рабочее место.This method can be used with existing regulated technologies for replacing the anodes and is characterized by the additional operation of preheating a new anode before installing it in the workplace.
Новый анод устанавливается под укрытием в торец или продольную сторону электролизера. Перенос тепла в пространстве под укрытием осуществляется конвекцией - в результате течения газов, а также излучением - от нагретых поверхностей. Установленный новый анод нагревается в пространстве под укрытием электролизера до сгорания одного из рабочих анодов (от 8 до 48 часов). Во время замены анодный остаток (огарок) удаляется и на его место устанавливается предварительно нагретый анод. На освободившееся под укрытием место, на предварительный нагрев устанавливается новый анод. Данная операция повторяется во время каждого цикла замены анодных огарков в процессе электролитического получения алюминия.A new anode is installed under cover in the end or longitudinal side of the cell. Heat transfer in the space under the shelter is carried out by convection - as a result of the flow of gases, as well as radiation - from heated surfaces. The installed new anode is heated in the space under the shelter of the electrolyzer until one of the working anodes burns (from 8 to 48 hours). During the replacement, the anode residue (cinder) is removed and a preheated anode is installed in its place. A new anode is installed on the vacant place under the shelter, on preheating. This operation is repeated during each cycle of replacing the anode cinders during the electrolytic production of aluminum.
Ниже приведен расчет экономии электроэнергии (кВт⋅ч на тонну алюминия) за счет предварительного нагрева анода.The following is a calculation of energy savings (kWh per tonne of aluminum) due to preheating of the anode.
В качестве примера экономию энергии в зависимости от времени нагрева анода рассчитывали на электролизере типа OA-120.As an example, energy savings depending on the heating time of the anode were calculated using an OA-120 electrolyzer.
Экономию электроэнергии (кВт⋅ч на тонну алюминия) определяли по формулеEnergy savings (kWh per ton of aluminum) were determined by the formula
гдеWhere
Е - экономия элекроэнергии, кВт⋅ч/т Al;E - electric power saving, kW⋅h / t Al;
W - количество электроэнергии для нагрева массы анода, кВт⋅ч;W is the amount of electricity to heat the mass of the anode, kW⋅h;
QAl - количество наработанного алюминия, кг/сут;Q Al - the amount of accumulated aluminum, kg / day;
Количество наработанного алюминия в сутки (QAl) определяли по формулеThe amount of accumulated aluminum per day (Q Al ) was determined by the formula
гдеWhere
QAl - количество наработанного алюминия, кг/сут;Q Al - the amount of accumulated aluminum, kg / day;
I - сила тока, кА;I is the current strength, kA;
k - электрохимический эквивалент, г/(А⋅ч);k is the electrochemical equivalent, g / (A⋅h);
τ - число часов в сутках;τ is the number of hours in a day;
η - выход по току.η is the current output.
Количество энергии, необходимое, чтобы нагреть массу анода определяли по формулеThe amount of energy required to heat the mass of the anode was determined by the formula
гдеWhere
W - количество энергии, необходимое, чтобы нагреть массу анода, кВт⋅ч;W is the amount of energy needed to heat the mass of the anode, kW⋅h;
m - масса анода в сутки, кг;m is the mass of the anode per day, kg;
CV - теплоемкость угольной части анода, Дж/(кг⋅°С);C V is the heat capacity of the coal part of the anode, J / (kg⋅ ° C);
Т - температура, на которую нагревается новый анод, °С.T is the temperature at which the new anode is heated, ° C.
Результаты произведенных по формулам (1), (2) и (3) расчетов экономии электроэнергии в зависимости от времени нагрева анодов при промышленных испытаниях способа замены анода в алюминиевом электролизере представлены в таблице.The results of the calculations of energy saving, made by formulas (1), (2) and (3), depending on the heating time of the anodes during industrial tests of the method of replacing the anode in an aluminum electrolyzer are presented in the table.
Промышленные испытания показали, что нагрев анода в течении 4 часов не привел к существенной экономии электроэнергии и является не рентабельным, так как полученная экономия электроэнергии (9 кВт⋅ч/т Al) является очень низкой по отношению к трудозатратам, касательно предварительного подогрева анода. Нагрев анода более 48 часов не показал улучшения показателей снижения удельного расхода электроэнергии по сравнению с подогревом в течении 48 и менее часов. Таким образом, по результатам промышленных испытаний был выбран оптимальный временной период нагрева (8-48 часов), при котором использование заявляемого способа будет целесообразным.Industrial tests showed that heating the anode for 4 hours did not lead to significant energy savings and is not cost-effective, as the resulting energy savings (9 kWh / t Al) are very low in relation to labor costs regarding preheating of the anode. Heating the anode for more than 48 hours did not show an improvement in the reduction in specific energy consumption compared to heating for 48 hours or less. Thus, according to the results of industrial tests, the optimal time period of heating (8-48 hours) was selected, in which the use of the proposed method would be appropriate.
На фигуре показана схема расположения нового анода под укрытием электролизера.The figure shows the location of the new anode under the shelter of the cell.
При осуществлении способа новый анод 1 устанавливают под укрытие электролизера 2 в торце электролизера (фиг. а) и/или на его продольной стороне (фиг. б) на предварительный подогрев, через 8-48 ч анодный огарок 3 удаляют, а на его место устанавливают новый прогретый анод.When implementing the method, a
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016107237A RU2621202C1 (en) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016107237A RU2621202C1 (en) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621202C1 true RU2621202C1 (en) | 2017-06-01 |
Family
ID=59032145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016107237A RU2621202C1 (en) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621202C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799185C1 (en) * | 2022-10-03 | 2023-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Automated system for tracking and managing the life cycle of aluminum electrolyser anode |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94044352A (en) * | 1993-12-23 | 1997-04-20 | Шарф Вестфалиа Индустриал Системс ГмбХ унд Ко. КГ (DE) | Method and arrangement for replacing carbon anodes in the process of aluminium electrolysis |
RU2081945C1 (en) * | 1994-11-04 | 1997-06-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Method of replacing anodes in electrolyzers with baked anode to produce aluminium |
US6558526B2 (en) * | 2000-02-24 | 2003-05-06 | Alcoa Inc. | Method of converting Hall-Heroult cells to inert anode cells for aluminum production |
RU2303656C1 (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Method for mounting roasted anodes in aluminum cell with upper electric current supply lead |
RU2338812C2 (en) * | 2006-11-13 | 2008-11-20 | Вячеслав Вадимович Шарапов | Method of installation of burned anode in electrolytic cell for production of aluminium with vertical current contact |
-
2016
- 2016-02-29 RU RU2016107237A patent/RU2621202C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94044352A (en) * | 1993-12-23 | 1997-04-20 | Шарф Вестфалиа Индустриал Системс ГмбХ унд Ко. КГ (DE) | Method and arrangement for replacing carbon anodes in the process of aluminium electrolysis |
RU2081945C1 (en) * | 1994-11-04 | 1997-06-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Method of replacing anodes in electrolyzers with baked anode to produce aluminium |
US6558526B2 (en) * | 2000-02-24 | 2003-05-06 | Alcoa Inc. | Method of converting Hall-Heroult cells to inert anode cells for aluminum production |
RU2303656C1 (en) * | 2005-11-25 | 2007-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Method for mounting roasted anodes in aluminum cell with upper electric current supply lead |
RU2338812C2 (en) * | 2006-11-13 | 2008-11-20 | Вячеслав Вадимович Шарапов | Method of installation of burned anode in electrolytic cell for production of aluminium with vertical current contact |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799185C1 (en) * | 2022-10-03 | 2023-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Automated system for tracking and managing the life cycle of aluminum electrolyser anode |
RU2812455C1 (en) * | 2023-06-29 | 2024-01-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method for heating baked anodes for aluminum electrolysis |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Haraldsson et al. | Review of measures for improved energy efficiency in production-related processes in the aluminium industry–From electrolysis to recycling | |
CN102234819B (en) | Preheating starting method for aluminium electrolysis cell | |
Jianping et al. | Development and application of an energy saving technology for aluminum reduction cells | |
CN107002263A (en) | The method of the production capacity of low profile aluminium cell ladle bowl and raising potline | |
RU2621202C1 (en) | Method of replacement of anode in electrolysis of melt in aluminium electrolyser | |
CN207596976U (en) | A kind of rare earth oxide fused-salt bath | |
CN103060848A (en) | Aluminum electrolytic tank with artificial hearth | |
CN101270482B (en) | Starting method for aluminum cell | |
CN112522741A (en) | Closed type rare earth chloride system electrolytic cell | |
CN102041525A (en) | Calcination method of heterotype cathode electrolytic cell | |
CN107779912A (en) | A kind of rare earth oxide fused-salt bath | |
Reek | Power modulation of aluminium reduction cells–operational constraints and process limits | |
CN103993332A (en) | Energy-saving aluminium electrolysis tank and auxiliary pole thereof | |
CN103088366B (en) | The energy-efficient hot-fluid coke grain calcination startup method of a kind of electrolysis of aluminum | |
CN205275722U (en) | Electrolysis trough calcination starts heating device | |
RU2657395C1 (en) | Electrolyzer for obtaining aluminum | |
RU2449059C2 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
NO309614B1 (en) | Method of operation of an electrolytic cell used for aluminum production and electrolytic cell therefore | |
CN105239096A (en) | Seamless-connection baking starting method for large prebaked aluminum electrolysis cell | |
Fengqin et al. | Applications of New Structure Reduction Cell Technology in Chalco’s Smelters | |
JPWO2016002377A1 (en) | Method for producing metal and method for producing refractory metal | |
RU2425913C1 (en) | Procedure for production of magnesium and dioxide of carbon of oxide-fluoride melts in bi-polar electrolyser | |
RU2621084C1 (en) | Electrolytic cell for production of aluminium | |
RU2616754C1 (en) | Aluminium electrolyser with artificial crust | |
RU2509830C1 (en) | Electrolytic cell for production of aluminium |