SK15332000A3 - Termoelektrolytická vaňa na výrobu hliníka hall-heroultovým procesom vybavená chladiacimi prostriedkami - Google Patents

Description

TERMOELEKTROLYTICKÁ VAŇA ΝΑ VÝROBU HLINÍKA HALLHEROULTOVÝM PROCESOM VYBAVENÁ CHLADIACIMI PROSTRIEDKAMI.

TV

Oblasť techniky

Vynález sa týka výroby hliníka termoelektrolýzou Hall-Heroultovým procesom a zariadení určených na používanie tohto procesu v priemysle. Vynález sa osobitne týka riadenia tepelných tokov elektrolytických vaní a chladiacich prostriedkov ktoré umožňujú toto riadenie dosiahnuť.

Doterajší stav techniky

Hliník sa priemyselne vyrába termoelektrolýzou ; t.j. elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného v roztavenom kryolite , ktorý je hlavnou zložkou elektrolytu , podľa známeho Hall-Heroultovho procesu . Roztavený elektrolyt sa nachádza vo vani , ktorú tvorí oceľový plášť zvnútra obložený žiaruvzdornými a/alebo izolačnými materiálmi , a katódový blok umiestnený na dne vane . Elektrolytický prúd , ktorý môže dosiahnuť hodnoty vyššie ako 300kA , navodí redukčné reakcie oxidu hlinitého a takisto umožní udržiavať , Joulovým efektom, roztavený elektrolyt pri teplote okolo 950°C.

Elektrolytická vaňa je obvykle riadená tak , aby sa nachádzala v tepelnej rovnováhe , t.j. že teplo ktoré sa uvolní z elektrolytickej vane je celkovo kompenzované . teplom ktoré sa v nej vytvorí a pochádza hlavne z elektrolytického prúdu . Bod tepelnej rovnováhy sa spravidla zvolí tak , aby podmienky prevádzky boli čo najprijateľnejšie nielen z pohľadu technického , ale aj ekonomického . Schopnosť udržiavať stanovenú optimálnu teplotu , prináša značné zníženie nákladov na výrobu hliníka , v dôsledku čoho prúdová účinnosť dosahuje veľmi vysoké hodnoty , v najvýkonnejších zariadeniach hodnoty vyššie ako 90%.

Podmienky tepelnej rovnováhy závisia od fyzikálnych parametrov vane , ako sú jej rozmery a druh materiálov z ktorých je vyrobená a od podmienok prevádzky vane ako je jej elektrický odpor , teplota roztaveného elektrolytu , alebo intenzita elektrolytického prúdu . Vaňa je často zostavená a riadená tak , aby sa pri bočných stenách vane vytvárala ochranná vrstva zatuhnutého elektrolytu (garnisáž) , čo umožňuje zabrániť erozívnemu pôsobeniu tekutého kryolitu na vnútorné obloženie spomínaných stien .

Priemysel výroby hliníka termickou elektrolýzou je v rámci optimálneho riadenia prevádzky pravidelne konfrontovaný s nutnosťou disponovať priemyselnými zariadeniami , ktoré nielenže umožňujú dosiahnutie a udržanie daného stavu prevádzky elektrolytických vaní , ale tiež umožnia ľubovoľné obmeny prevádzkových podmienok. Tieto obmeny môžu byť významné vzhľadom k jednotlivým prevádzkovým podmienkam . Inak povedané , je často užitočné môcť jednoducho riadiť či dokonca modulovať stav prevádzky elektrolytických vaní danej technológie a zároveň zachovať či zlepšiť ich štandardné technické parametre , bez zvýšenia nákladov na výrobu . Taká situácia vzniká v prípade , keď sa hľadá spôsob ako zmeniť výkon série elektrolytických vaní sa zreteľom na spotrebu elektrickej energie .

V zmysle tohto cieľa prihlasovateľ vyhľadával metódy a prostriedky na riadenie tepelných tokov a stabilizáciu tepelného režimu elektrolytických vaní , ktoré pri vysokej účinnosti a vysokej adaptabilite nevyžadujú zvýšené investície a neprinášajú dodatočné redhibičné výdavky na prevádzku .

Existujú už návrhy vybaviť vane špecifickými prostriedkami na kontrolované odčerpanie a odvod tepla produkovaného elektrolytickými vaňami. Konkrétne sovietske autorské osvedčenia vynálezu SU 605865 a SU 663 760 navrhujú vybaviť vane chladiacim systémom ovládaným zvonku , ktorý zahŕňa hermetické komory po bokoch vane a pod ňou , variabilné tepelné clony a potrubia vybavené regulačnými ventilmi . Vzduch je do potrubia vháňaný ventilátorom alebo kompresorom . Tieto zariadenia vyžadujú rozsiahlu a na priestor náročnú infraštruktúru.

V žiadosti o patent EP 0 047 227 sa okrem iného navrhovalo zosilniť tepelnú izoláciu vane a vybaviť ju kaloduktami s tepelnými výmenníkmi .

Kalodukty prechádzajú vonkajším plášťom a tepelnou izoláciou a sú vsadené do uhlíkových častí vane , akými sú bočné uhlíkové bloky . Realizácia tohto riešenia je rozsiahla , nákladná a vyžaduje mnohé závažné modifikácie v konštrukcii elektrolytickej vane .

Ako je známe z amerického patentu US 4 087 345 , na podporu tvorby ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu sa používa oceľový plášť vybavený výstužami a spevňovacím rámom tak , aby táto zostava napomáhala chladeniu bočných častí vane prirodzeným prúdením okolitého vzduchu . Takéto zariadenie vyžaduje pevnú inštaláciu do oceľového plášťa . U statických zostáv je však riadenie tepelného toku obtiažnejšie.

S cieľom usmerňovať tvorbu ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu a znovu získať časť tepla , ktoré uniklo bočnými stenami vane , americký patent US 4 608 135 navrhuje používanie vane s prietokovými kanálmi rozmiestnenými medzi bočnými uhlíkovými blokmi a vnútornou izoláciou plášťa, ďalej s otvormi pre prívod vzduchu na bočných stenách vane . Prietokové kanály sú spojené na jednej strane so spomínanými otvormi a na druhej strane s vnútrom zachytávacieho zariadenia upevneného na vani. Zachytávacie zariadenie nasáva spomínanými otvormi okolitý vzduch nachádzajúci sa pri bočných stenách vane a umožňuje jeho prúdenie prietokovými kanálmi pozdĺž bočných uhlíkových blokov , ktoré týmto ochladzuje. Prísun vzduchu je ovládaný pomocou otvorov s ventilmi. Tieto otvory umiestnené na bokoch zachytávacieho zariadenia slúžia ako odchylovacie kanály ( „bypass“ ). Toto zariadenie vyžaduje výrazné modifikácie vane a neumožňuje ovládanie nezávislé od chladenia. Kvôli pravidelným zásahom do vane je potrebné otvárať kryty na zachytávačom zariadení, čo však narúša funkciu ventilov.

Po konštatovaní , že nie sú známe uspokojivé riešenia sa prihlasovateľ zameral na vyhľadávanie účinných a adaptabilných prostriedkov na odčerpanie a odvod tepla vytvoreného elektrolytickou vaňou , ktoré sa ľahko inštalujú a nevyžadujú výrazné modifikácie vane (najmä oceľového plášťa) ani rozsiahlu infraštuktúru. V záujme využitia v existujúcich prevádzkach ako aj v prevádzkach novovznikajúcich, prihlasovateľ vyhľadával hlavne prostriedky umožňujúce zmenu výkonu vane , ktoré sa ľahko prispôsobia rôznym typom vane, alebo rôznym spôsobom prevádzky rovnakého typu vane , a ktoré sú vhodné pre priemyselné zariadenia s veľkým počtom sériovo zapojených vaní.

Podstata vynálezu

Prvým predmetom vynálezu je elektrolytická vaňa na výrobu hliníka HallHeroultovým procesom , vybavená chladiacimi prostriedkami , ktoré vháňajú vzduch v lokalizovaných a rozmiestnených prúdoch.

Druhým predmetom vynálezu je zariadenie na výrobu hliníka HallHeroultovým procesom , ktorý sa vyznačuje tým ,že obsahuje elektrolytické vane popísané vo vynáleze.

Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom , ktorá je predmetom vynálezu , sa skladá z oceľového plášťa , zo súčastí vnútorného obloženia , z katódového bloku a vyznačuje sa tým že , je vybavená chladiacimi prostriedkami , ktoré fúkajú vzduch v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo plášťa vane.

Ako je popísané vo vynáleze , vzduch je vháňaný , to znamená že okruh je otvorený a prúd vzduchu sa rozplýva do okolitého prostredia. Prúd vzduchu vyvrhnutý na povrch sa potom premieša s okolitým vzduchom , takže už nie je potrebné dopĺňať ďalšie prostriedky na chladenie vzduchu , ktorý sa zahrial po kontakte so stenami.

Fúkanie vzduchu vo forme lokalizovaných prúdov , t.j. jeho vystrekovanie vo forme tokov citlivo nasmerovaných a ohraničených , ktoré vrážajú do oceľového plášťa na relatívne malom povrchu , umožňuje účinne ochladiť steny vane na stanovených miestach. Prúdy sú rozmiestnené okolo plášťa tak , aby udržiavali prednostné zóny chladenia na povrchu plášťa. Tieto zóny sú určené tak , aby boli výhodné vzhľadom na tepelný profil vane čím sa docieli hlavne zvýšenie globálnej účinnosti chladenia.

Spomínané chladiace prostriedky sa presnejšie vyznačujú tým , že zahŕňajú prostriedky fúkajúce vzduch na ochladenie plášťa t.j. na odčerpanie a odvod tepla vytvoreného vaňou v oblasti plášťa. Uvedené prostriedky na fúkanie vzduchu formujú lokalizované prúdy a rozmiestňujú ich okolo plášťa podľa stanovených zón.

Vynález tak prináša možnosť ovládať a modulovať výkon elektrolytických vaní inštalovaním , alebo doplnením účinných a prispôsobivých chladiacich prostriedkov , ktoré môžu eventuálne predstavovať konštantné , alebo variabilné navýšenie chladiaceho výkonu vzhľadom na nominálny výkon. Vynález teda ponúka individuálne modifikovanie výkonu každej vane.

Prísun vzduchu mechanizmom fúkania môže byť podľa vynálezu variabilný , čo umožňuje presnejšie riadenie chladenia , prípadne jeho reguláciu. Je tiež veľmi výhodné integrovať zariadenia popísané vo vynáleze s regulačnými systémami , ktorými sú vybavené najmodernejšie elektrolytické vane. Chladiace zariadenia môžu byť kontrolované , či riadené regulačným systémom vane tak, aby tepelný tok bol regulovaný účinnejšie a podľa možnosti automaticky.

Elektrolytická vaňa môže obsahovať doplnkové chladiace zariadenia akými sú statické chladiace zariadenia.

Chladiace prostriedky môžu byť odnímateľné vďaka čomu sa jednoducho nainštalujú či odpoja z vane , v niektorých prípadoch dokonca aj počas jej prevádzky.

Napríklad počas opravy vane môžu byť chladiace zariadenia vcelku alebo po častiach odpojené , čo uľahčí prístup ku plášťu vane a následnú údržbu.

V niektorých aplikáciách sa javí ako výhodné zoskupiť chladiace prostriedky popísané vo vynáleze vo forme úplne alebo čiastočne autonómnej chladiacej zostavy. Takéto zoskupenie môže viesť ku globalizovanej koncepcii a ku značnému zjednodušeniu obsluhy. Hlavný prívod vzduchu do danej zostavy môže byť variabilný.

Podľa uskutočnenia , ktoré je uprednostňované vo vynáleze , chladiace zariadenia obsahujú : prostriedky na rozmiestnenie vzduchu , ktoré rozložia prúd vzduchu okolo plášťa , ďalej mechanizmus na vháňanie vzduchu do vyššie uvedených prostriedkov a prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu , ktoré vysielajú vzduch vo forme prúdov. Tieto prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu sú umiestnené na presne určených miestach oceľového plášťa. Prostriedky na rozmiestnenie vzduchu sú tvorené rozvodovým systémom zloženým z potrubia. Prostriedky na lokalizované fúkanie môžu byť hubice , ejektory , vývevy , dýzy alebo trubice. Prostriedky na lokalizované fúkanie sú výhodne rozmiestnené pozdĺž rozvodného systému. Prísun vzduchu vháňacím mechanizmom môže byť variabilný.

Prísun vzduchu z jedneho alebo z viacerých prostriedkov na lokalizované fúkanie môže byť tiež individuálne variabilný.

Prevádzka na výrobu hliníka Halí- Heroultovým procesom , ktorý je druhým predmetom vynálezu , sa vyznačuje tým , že obsahuje vane podľa prvého predmetu vynálezu. Vane môžu byť individuálne vybavené chladiacimi prostriedkami popísanými vo vynáleze.

Elektrolytické vane môžu byť individuálne vybavené chladiacimi prostriedkami popísanými v vynáleze , ktoré môžu byť prípadne ovládané centrálne.

V prevádzkach s využitím elektrolýzy sú elektrolytické vane obvykle zoskupené , alebo sériovo zapojené. V týchto prípadoch je výhodné , že vane môžu byť vybavené chladiacimi prostriedkami podľa vynálezu, ktoré sú úplne alebo čiastočne spoločné pre dve a viac vani, t.j. že, dve alebo viac vaní majú spoločný jeden z popísaných chladiacich prostriedkov. Navyše je v niektorých prípadoch výhodné , vybaviť dve a viac vaní jedným spoločným zariadením na vháňanie vzduchu .

Popis obrázkov na výkresoch

Obrázok 1 schematicky zobrazuje priečny rez elektrolytickou vaňou vybavenou chladiacimi prostriedkami , ktoré sú zoskupené vo forme chladiaceho zariadenia spôsobom navrhovaným vo vynáleze.

Obrázok 2 schematicky zobrazuje bočný pohľad na elektrolytickú vaňu zostavenú podľa vynálezu , tak ako na obrázku 1.

Obrázok 3 schematicky zobrazuje pohľad zdola na elektrolytickú vaňu , zostavenú podľa vynálezu , tak ako na obrázku 1.

Obrázok 4 zobrazuje bez obmedzenia rôzne varianty vynálezu , podľa ktorých rozvodový systém úplne (b), alebo čiastočne (a) obklopuje elektrolytickú vaňu.

Obrázky 5 a 6 zobrazujú bez obmedzenia rôzne varianty vynálezu , podľa ktorých je ten istý chladiaci prostriedok spoločný pre viac vaní.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom , tak ako je popísaná v vynáleze , je tvorená oceľovým plášťom 2 , prvkami vnútorného obloženia 3 , katódovým blokom 4 a prostriedkami na chladenie fúkaním vzduchu v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo plášťa 2. Prvkami vnútorného obloženia 3 sú obvykle bloky zo žiaruvzdorných materiálov ktoré môžu byť zároveň tepelnými izolantami. Súčasťou katódového bloku 4 sú odvodné katódové tyče 9 , na ktoré nadväzujú elektrické vodiče slúžiace na odvod prúdu z elektrolyzéra. Prvky vnútorného obloženia a katódový blok vytvárajú vnútornú dutinu vane , ktorá počas prevádzky elektrolyzéra obsahuje roztavený elektrolyt 7 a vrstvu roztaveného kovu 6. Anódy 11 sú čiastočne ponorené do roztaveného elektrolytu L Zložkou elektrolytu je aj rozpustený oxid hlinitý. Nad roztaveným elektrolytom sa nachádza kôra z podchladeného elektrolytu 8 a oxidu hlinitého. Hliník 6 vyrobený počas elektrolýzy , sa hromadí na dne vane tak, že sa medzi roztaveným kovom 6 a roztaveným elektrolytom 7 vytvára veľmi jemné fázové rozhranie. Poloha tohto fázového rozhrania elektrolyt - kov sa v priebehu času mení : stúpa zároveň s hromadením roztaveného kovu a klesá keď je roztavený kov odvádzaný z vane.

Prevádzka elektrolytických vaní je obvykle spojená s reguláciou viacerých parametrov ako sú : koncentrácia oxidu hlinitého v elektrolyte , teplota roztaveného elektrolytu , celková výška elektrolytu , alebo poloha anód. Podľa všeobecného pravidla sa zaisťuje tvorba ochrannej vrstvy 5 zatuhnutého kryolitu (garnisáž) na tých úsekoch stien vnútornej dutiny , ktoré sú v kontakte s roztaveným elektrolytom 7 a s vrstvou roztaveného kovu 6. Tieto steny sú zväčša tvorené bočnými uhlíkovými blokmi , alebo blokmi na báze uhlíkových zlúčenín ako sú žiaruvzdorné látky na báze SiC a mazaniny. S cieľom zvýšiť účinnosť chladiacich prostriedkov popísaných vo vynáleze , môžu bočné steny zahŕňať predformované bloky , alebo platne , prednostne homogénne , zložené z materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou , minimálne vyššou ako u mazanín, a najlepšie vyššou alebo rovnakou tepelnou vodivosťou akú majú bežne používané bočné uhlíkové bloky z materiálov na báze SiC.

Odporúča sa tiež vybaviť vaňu zachytávacím zariadením umožňujúcim zachytiť a znovu získať plyny unikajúce z roztaveného elektrolytu v priebehu elektrolýzy. Zachytávacie zariadenie sa rozprestiera nad vaňou ako kryt 10 obvykle vybavený otváracími prístupmi.

Podľa spôsobu realizácie , ktorý sa odporúča vo vynáleze , sa chladiace prostriedky skladajú z rozvodového systému 28 tvoreného potrubiami 21 - 24 z mechanizmu na vháňanie vzduchu 25 do uvedeného rozvodového systému a z prostriedkov na lokalizované fúkanie 27 , ktoré umožňujú fúkať vzduch vo forme lokalizovaných prúdov. Vyššie uvedené prostriedky sú súčasťou chladiaceho zariadenia 20.

Rozvodný systém 28 môže byť upevnený rôznymi spôsobmi. Konkrétne môže byť fixovaný na zložky konštrukcie vane , alebo na jej spevnené časti ako sú výstuže podľa potreby modifikované a prispôsobené na tento účel.

Rozvodný systém 28 môže byť tiež pristavený k oceľovému plášťu , alebo umiestnený oproti nemu , či upevnený na jeho okraj.

Hlavný prísun vzduchu 20 do zariadenia môže byť variabilný napríklad prehradením alebo zmenou dodávania vzduchu vháňacím mechanizmom 25. Prísun vzduchu z jedného alebo z viacerých prostriedkov na lokalizované fúkanie môže byť tiež variabilný , pripadne individuálne variabilný , aj z možnosťou znížiť prívod vzduchu z vybraných prostriedkov na fúkanie vzduchu na nulu. Vzduch môže byť v niektorých prípadoch aj pulzovaný.

Chladiace prostriedky , alebo chladiace zariadenie podľa vynálezu , sú v prípade potreby v celku alebo po častiach snímateľné . Konkrétne potrubia môžu byť jednoducho demontované a transportované hlavne vďaka konštrukcii pozostávajúcej z viacerých montážnych dielcov a vhodných spojovacích článkov.

Vzduch je vháňaný do rozvodného systému a fúkaný na stanovené miesta na stenách plášťa pomocou prostriedkov na lokalizované fúkanie 27 , ktoré sú vhodne rozmiestnené pozdĺž rozvodného systému. Prostriedky na lokalizované fúkanie nemusia byť rozmiestnené na povrchu plášťa rovnomerne, niekedy je výhodnejšie zoskupiť ich do špecializovaných zón.

Prostriedky na lokalizované fúkanie 27 umožňujú nasmerovať prúd vzduchu na presne určené miesta plášťa , napríklad podľa úrovne hladiny elektrolytu ~L Je výhodou , keď jeden alebo viaceré z týchto prostriedkov 27 môžu byť rôzne nasmerované. Prostriedky na lokalizované fúkanie dodávajú vzduch s rýchlosťou nazývanou výtoková rýchlosť. Najvýhodnejšie hodnoty tejto rýchlosti sa pohybujú v rozmedzí 10 až 100 m/s , alebo ešte lepšie medzi 20 a 70 m/s.

Počet, poloha a rozmery prostriedkov na lokalizované fúkanie 27 , výkon zariadenia na vháňanie vzduchu 25 a usporiadanie a rozmery rozvodného systému 24-24 sú zvolené tak, aby bol prísun vzduchu dostatočný a umožnil účinné chladenie a aby bol zabezpečený stanovený chladiaci výkon vo vybraných zónach , so zreteľom na prevzdušnenie celého systému.

Zariadením na vháňanie vzduchu 25 môže byť ventilátor, ktorý vháňa okolitý vzduch , alebo dúchadlo na stlačený vzduch (napríklad ventilačná výveva ), ďalej systém na stlačený expandovaný vzduch , alebo sieť vzduchu pod vysokým tlakom.

V záujme bezpečnosti pri práci s elektrickou energiou , je vhodné elektricky izolovať prostriedok na vháňanie vzduchu 25 od zvyšku zariadenia pomocou elektrickej izolácie 26 vo forme úseku potrubia z elektroizolačného materiálu.

Potrubia 21-24 môžu byť vyrobené z kovových materiálov najlepšie nemagnetických ( napríklad z nemagnetickej nehrdzavejúcej ocele prípadne z hliníka), alebo z izolačných materiálov (ako sú sklenené vlákna ) alebo z ich kombinácie ( napríklad kovové potrubie vybavené izolačnou vrstvou).

Chladiace zariadenia 20 môžu byť prípadne ovládané systémom hlavnej regulácie elektrolyzéra , čím sa zaručí účinnejšia centralizovaná a globálna regulácia.

Elektrolytická vaňa môže byť takisto vybavená doplnkovými chladiacimi prostriedkami konkrétne statickými , ako sú napríklad chladiace rebrá alebo podobné zariadenia. Na to aby sa zvýšila celková účinnosť chladiacich prostriedkov (alebo chladiaceho zariadenia ) je v niektorých situáciách a/alebo na niektorých miestach vane výhodné kombinovať účinok prostriedkov na fúkanie vzduchu s účinkom doplnkových zariadení.

Podľa varianty predloženej vo vynáleze , (na ilustráciu slúži obrázok 1 až 3 ) , rozvodný systém vytvára vetvy. Je zostavený tak, že hlavný rozvodový kanál 21 sa pod vaňou rozvetvuje na horizontálne ramená 22 , po bokoch a predných stranách vane na vertikálne ramená 23 a horizontálne ramená 24. Táto konfigurácia zaisťuje dostatočne vyvážené prevzdušnenie siete potrubí a uľahčuje montáž chladiaceho zariadenia. Vertikálne ramená môžu byť napríklad umiestnené medzi katódové tyče 9.

Podľa inej varianty uvedenej na obrázku 4 , sa rozvodný systém 28 rozprestiera okolo plášťa 2 elektrolytickej vane a čiastočne alebo úplne ho obopína.

Podľa variant vynálezu ktoré ilustrujú obrázky 5 a 6 , je jeden prostriedok na vháňanie vzduchu 25 spoločný viacerým vaniam , či presnejšie dvom a viacerým vaniam jednej prevádzky. Prostriedok na vháňanie vzduchu 25 rozvádza prúd vzduchu sieťou 29 , ktorá pozostáva z hlavného spoločného potrubia 30 a spojovacieho článku 3Ί pre každú vaňu. Spojovacie články sú prípadne vybavené uzávermi na oddelenie jednotlivých vaní a vetracími otvormi, pomocou ktorých sa dosiahne rovnovážne rozdelenie prúdov vzduchu.

Uzávery a vetracie otvory sú užitočné pri individuálnej manipulácii s vaňou , alebo s vybranými vaňami , pretože umožňujú oddeliť danú vaňu alebo vane od zvyšku zostavy a zároveň zachovať dostatočný prísun vzduchu pre ostatné vane zapojené do siete.

Chladiace zariadenia sa dajú v rámci prevádzky výhodne kontrolovať alebo riadiť pomocou regulačného systému spoločného pre viaceré vane. Obvykle každá vaňa vybavená vlastným chladiacim zariadením , alebo každá skupina vaní vybavených chladiacimi zariadeniami so spoločnými prvkami (hlavne s vháňacím mechanizmom ) , môže byť ovládaná systémom takzvanej prvej úrovne a vane ako celok , alebo skupina vaní jednej elektrolytickej haly danej prevádzky , môžu byť navyše ovládané globálne systémom regulácie takzvanej druhej úrovne.

Príklad

Testy na elektrolytických vaniach na 300kA boli realizované s chladiacim zariadením , ktoré sa zhoduje so zariadením popísaným vo vynáleze a má nasledovné špecifické charakteristiky:

Ako je vyznačené na obrázkoch 1 až 3 , hlavné potrubie 21 vedie pozdĺžne pod plášťom 2 až ku stredu vane , kde sa delí na tri navzájom kolmé ramená 22a, 22b, 22c s menším priemerom ako u hlavného potrubia : pozdĺžne rameno 22a sa ťahá pod plášťom až na jeho protiľahlý koniec kde prechádza do vertikálneho ramena 23a , ktoré stúpa pozdĺž prednej strany vane približne na výšku bočných uhlíkových blokov , potom sa vidlicovito rozchádza na dve horizontálne vetvy 24a, 24a' , ktoré vedú až ku bočným okrajom vane ; druhé dve ramená 22b, 22c sú priečne a vedú ku bočným stenám plášťa, kde prechádzajú do vertikálnych ramien 23b, 23c , ktoré stúpajú pozdĺž plášťa až na výšku bočných uhlíkových blokov a potom sa vidlicovito rozdeľujú na dve horizontálne vetvy 24b, 24b', 24c, 24c', na každom boku vane a idú až ku jej predným stranám. Jedno vertikálne rameno 23c'rovnocenné s ramenom 23a je priamo pripojené na hlavné potrubie a takisto sa delí na dve horizontálne vetvy 24c, 24c'. Dýzy 27 boli rozmiestnené rovnomerne pozdĺž ramien. V testoch bolo použitých 5 až 8 dýz pozdĺž každej prednej strany vane a 15 až 20 dýz na každom boku vane. Dýzy boli vo väčšine testov vedené približne v smere teoretického rozhrania elektrolyt - kov. V niektorých testoch boli vybrané dýzy vedené ku zosilňovacím štruktúrnym častiam plášťa a slúžili ako chladiace rebrá. Potrubia a dýzy boli z ocele a čiastočne z nehrdzavejúcej ocele.

Prostriedkom na vháňanie vzduchu 25 bol v niektorých testoch mechanický ventilátor a inokedy ventilačná výveva. Chladiace zariadenia boli vybavené prostriedkami umožňujúcimi meniť množstvo dodávaného vzduchu. Testy dokázali , že chladiace zariadenie si zachovávalo účinnosť pri rýchlosti prúdenia vzduchu z vyústenia dýz medzi 10 a 100 m/s. Pri rýchlostiach nižších ako 10 m/s sa účinnosť zariadenia výrazne znižovala až dosiahla bezvýznamné hodnoty. Rýchlosti vyššie ako 100m/s viedli ku veľmi výrazným stratám náplne, čo by vyžadovalo ďalšie prostriedky na vháňanie vzduchu s redhibičným výkonom a /alebo nákladmi. Najlepšie výsledky boli dosiahnuté pri výtokovej rýchlosti medzi 20 a 70 m/s.

Merania teploty pomocou termoelektrického článku a pyrometra ukázali, že zariadenie umožňovalo dosiahnuť vo výške bočných stien zníženie priemernej teploty od 50 do 100°C. Regulácia chladenia sa dosiahla jednoduchou zmenou prísunu dodávaného vzduchu.

Prihlasovateľ teda konštatoval , že je prekvapivo možné dosiahnuť dostatočný stupeň chladenia fúkaním vzduchu , tak ako je to navrhnuté vo vynáleze , bez použitia prostriedkov na vháňanie a fúkanie vzduchu alebo potrubí ktoré by boli nadmerné či disproporčné a/alebo by vyžadovali príliš vysoké investície a/alebo prevádzkové náklady , ktoré by boli navyše redhibičné.

Tieto testy tiež ukázali, že vzduch fúkaný na steny vane , ktorý sa ohrial pri kontakte s nimi, sa rýchlo zriedi v okolitom vzduchu a nevyvolá tak výrazné zvýšenie teploty v okolitom prostredí. Presnejšie povedané , testy nepreukázali také hodnoty okolitej teploty , ktoré by sa výrazne líšili od hodnôt obvykle nameraných v blízkosti vaní skoršej výroby. Platilo to aj pri extrémnych letných teplotách.

Navyše sa ukázalo , že aj hladina hluku zariadenia bola neobvykle nízka.

Ako je uvedené vo vynáleze , chladiace prostriedky umožňujú odčerpať a rozptýliť tepelnú energiu vytvorenú v elektrolytickej vani vhodným ovládaním vybraných tepelných prúdov , ktoré môže byť prispôsobené rôznym klimatickým podmienkam a/alebo rôznym spôsobom prevádzky vane , ak sú výrazne odlišné od štandardných podmienok a bežných spôsobov prevádzky.

Chladiace prostriedky umožňujú okrem iného s presnosťou ovládať tvorbu ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu.

Chladiace prostriedky alebo chladiace zariadenia , popísané vo vynáleze, sa ľahko prispôsobia každému typu vane a rôznemu prostrediu. Môžu sa jednoducho inštalovať na existujúce vane , najmä vrámci ich obnovovania , zavádzania tepelnej regulácie a /alebo modifikácie nominálnej intenzity. Presnejšie povedané , vynález uľahčuje zmeny výkonu elektrolyzérov, čo umožňuje napríklad vziať do úvahy technické , ekonomické , alebo zmluvné obmedzenia.

Vynález umožňuje zvýšenie nominálnej intenzity skôr nainštalovaných elektrolyzérov , a pritom nenavodí ich predčasnú degradáciu .

V prevádzke s využitím elektrolýzy podľa vynálezu, možnosť individuálne prispôsobiť chladiace prostriedky alebo chladiace zariadenie danému elektrolyzéru , prináša optimalizáciu riadenia viacerých elektrolyzérov naraz, prípadne kompletnej série elektrolyzérov , čím sa dosiahne zjednotenie ich pracovného chodu. Vynález takisto umožňuje individuálnu tepelnú kontrolu elektrolyzérov daného závodu , čo sa javí ako veľmi užitočné v prevádzkach s veľkou produktivitou. Je to výhodné napríklad počas prechodných fáz prevádzky, ktoré nastanú keď niektoré elektrolyzéry z jednej série majú vzhľadom ku ostatným elektrolyzérom nové alebo odlišné vymazanie.

Vynález umožňuje tiež modernizáciu skôr vybudovaných prevádzok a nevyžaduje pritom také zásahy do infraštruktúry , ktoré by sa stávali redhibičnými.

Vynález umožňuje navyše predĺžiť prevádzku vane s končiacou životnosťou , ktorej oceľový plášť vykazuje abnormálne teplé oblasti.

Claims (23)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom , ktorá sa skladá z oceľového plášťa , z prvkov vnútorného obloženia a katódového bloku vyznačujúca sa tým , že obsahuje prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo spomínaného oceľového plášťa.
2. 2. Elektrolytická vaňa podľa nároku 1 , vyznačujúca sa tým , že prísun vzduchu do prostriedkov na chladenie fúkaním vzduchu je variabilný.
3. 3. Elektrolytická vaňa podľa nároku 1 alebo 2 , vyznačujúca sa tým , že uvedené prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú riadené regulačným systémom danej vane.
4. 4. Elektrolytická vaňa podľa nárokov 1 až 3 , vyznačujúca sa tým , že uvedené prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú v celku alebo po častiach snímateľné.
5. 5. Elektrolytická vaňa podľa niektorého z nárokov 1 až 4 , vyznačujúca sa tým , že uvedené prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú zoskupené vo forme chladiaceho zariadenia.
6. 6. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 1 až 5 , vyznačujúca sa tým , že uvedené chladiace prostriedky zahŕňajú prostriedky na rozmiestňovanie vzduchu , prostriedok na vháňanie vzduchu , ktorý vháňa vzduch do vyššie uvedených prostriedkov na rozmiestňovanie vzduchu a prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu vo forme lokalizovaných prúdov.
7. 7. Elektrolytická vaňa podľa nároku 6 , vyznačujúca sa tým , že prísun vzduchu z jedného alebo z viacerých prostriedkov na lokalizované fúkanie je variabilný.
8. 8. Elektrolytická vaňa podľa nárokov 6 alebo 7 , vyznačujúca sa tým , že jeden alebo viac prostriedkov na lokalizované fúkanie vzduchu môže byť orientovaných rôznymi smermi.
9. 9. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 6 až 8 , vyznačujúca sa tým , že prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu sú zvolené z nasledujúcej skupiny : hubice , ejektory, vývevy , dýzy a trubice.
10. 10. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 6 až 9 , vyznačujúca sa tým , že prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu vypúšťajú vzduch s rýchlosťou 10 až 100m/s a najlepšie v rozmedzí 20 až 70 m/s.
11. 11. Elektrolytická vaňa podľa nárokov 6 až 10 , vyznačujúca sa tým , že prostriedok na vháňanie vzduchu je zvolený z nasledujúcej skupiny : ventilátory, dúchadlá na stlačený vzduch , systémy na stlačený expandovaný vzduch a siete vzduchu pod vysokým tlakom.
12. 12. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 6 až 11 , vyznačujúca sa tým , že prísun vzduchu z prostriedkov na vháňanie vzduchu je variabilný.
13. 13. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 6 až 12 , vyznačujúca sa tým , že uvedené prostriedky na rozmiestňovanie vzduchu zahŕňajú rozvodný systém tvorený potrubiami.
14. 14. Elektrolytická vaňa podľa nároku 13 , vyznačujúca sa tým , že prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu sú rozmiestnené pozdĺž uvedeného rozvodného systému.
15. 15. Elektrolytická vaňa podľa nárokov 13 alebo 14 , vyznačujúca sa tým , že uvedený rozvodný systém vytvára vetvy.
16. 16. Elektrolytická vaňa podľa nárokov 13 alebo 14 , vyznačujúca sa tým , že uvedený rozvodný systém obklopuje alebo obopína , úplne alebo čiastočne oceľový plášť vane.
17. 17. Elektrolytická vaňa podľa jedneho z nárokov 1 až 16 , vyznačujúca sa tým , že bočné steny dutiny vo vnútri vane tvorené vyššie uvedenými prvkami vnútorného obloženia a katódovým blokom obsahujú predformované bloky.
18. 18. Prevádzka na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom , vyznačujúca sa tým , že sa v nej nachádzajú elektrolytické vane popísané v jednom z nárokov 1 až 17.
19. 19. Prevádzka podľa nároku 18 , vyznačujúca sa tým , že jedna alebo viac elektrolytických vaní má spoločný jeden z popísaných chladiacich prostriedkov.
20. 20. Prevádzka na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom , vyznačujúca sa tým , že obsahuje elektrolytické vane podľa jedneho z nárokov 6 až 17, a tým, že dve alebo viac vaní má spoločný prostriedok na vháňanie vzduchu.
21. 21. Prevádzka podľa nároku 20 , vyznačujúca sa tým , že uvedený spoločný prostriedok na vháňanie vzduchu rozvádza prúd vzduchu pomocou siete , ktorú tvorí spoločné hlavné potrubie a spojovací článok pre každú z elektrolytických vaní.
22. 22. Prevádzka podľa nároku 21, vyznačujúca sa tým , že každý spojovací článok je vybavený aspoň jedným uzáverom na oddelenie vane zapojenej do systému týmto spojovacím článkom a aspoň jedným vetracím otvorom, pomocou ktorého sa dosiahne rovnomerné rozloženie prúdov vzduchu.
23. 23. Prevádzka podľa jedneho z nárokov 18 až 22 , vyznačujúca sa tým , že uvedené chladiace prostriedky sú riadené regulačným systémom spoločným pre dve a viac vaní.