SU1680803A1 - Способ термической подготовки алюминиевых электролизеров к пуску - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрометаллургии легких металлов, например алюмини , получаемого электролизером расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимис  или обожжеными анодами Цель изобретени  - улучшение качества подины и увеличение срока службы электролизера. Нагрев подины в предлагаемом способе осуществл ют в течение 90 - 100 ч при изменении напр жени  в ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В со средней скоростью 6 - 7°С/ч.

Description

Изобретение относитс  к электрометаллургии легких металлов, например алюмини , получаемого электролизом расплавленных солей в электролизерах с верхним токоподводом и самообжигающимис  или обожженными анодами.

Цель изобретени  -улучшение качества подины и увеличение срока.

Плавный прогрев катода с одинаковой скоростью 6 - 7°С/ч при общей продолжительности обжига на металле 90 - 100 ч приводит к равномерному нагреву подины по всей ее площади и глубине, полному коксованию подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины и увеличению срока службы электролизера . Поддержание оптимальной скорости нагрева 6 - 7°С/ч обеспечиваетс  при линейном графике изменени  напр жени  на ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В.

Основной задачей при обжиге алюминиевых электролизеров после капитального ремонта  вл етс  обеспечение полного коксовани  подовой массы в межблочных и периферийных швах по всей глубине подины. Это достигаетс  прогревом центральной части катода до средней температуры более 700°С и периферийной его части до сред - ней температуры более 450°С. При этом коэффициент неравномерности темпера- дурного пол  при нагреве (отношение среднеквадратического отклонени  локальных температур от средней к средней температуре ) должен быть минимальным.

Дл  получени  оптимальных значений продолжительности обжига, скорости нагрева , исходного и конечного напр жени  провод т опыты при обжиге электролизеров , вышедших после капитального ремонта .

о

00 О W

В процессе опытов измен ют продолжительность обжига и падение напр жени  на ванне, измер   через каждый час локальные температуры катода в 24 точках, а также падение напр жени .

По результатам проведенных опытов стро т зависимости средней температуры катода и коэффициента неравномерности температурного пол  от продолжительности обжига.

Анализ полученных данных показал, что требуемые значени  средней температуры катода и минимальный коэффициент неравномерности температурного пол  обеспечиваютс  при продолжительности обжига 90-100 ч, линейном графике изменени  напр жени  на ванне от 4,5-4,7 до 3,0 В, Рассчитанна  по опытным данным скорость нагрева  вл етс  посто нной и равна б,5°С/ч. Дл  практического применени  можно рекомендовать скорость нагрева 6-7°С/ч.

Выбранные оптимальные параметры обжига электролизеров подтверждены примерами .

П р и м е р 1.Численное значение конечного напр жени  на ванне AU 3 В и продолжительность обжига А т 100 ч определ ютс  следующим образом.

При обжиге электролизеров требуетс  достичь средней температуры катода в центральной его части до 700°С.

За этот период ( Дт 100ч) выдел етс  следующее количество теплоты при пропускании электрического тока:

Qr l AUk -Ат 150 К

X 103 3 100 3600 1,62 10м Дж, где I 150-103 А - сила тока дл  электролизеров С 8Б.

Считаем, что примерно половина выделившейс  теплоты передаетс  аноду, втора  половина - катоду.

Выделивша с  в катоде теплота частично расходуетс  на прогрев футеровки, теплоизол ции и кожуха электролизера, а также на потери в окружающую среду.

Количество теплоты, идущей на прогрев футеровки, теплоизол ции и кожуха электролизера в районе катода, определ етс  из уравнени 

,

где V - объем футеровки и теплоизол ции, около 25 м3;

Ср- объемна  теплоемкость, равна 

ж

:з

1,840

м

К

t- средн   температура футеровки И теплоизол ции, около 300°С (дл  Ат- 100ч

Тогда ,5 109 Дж.

Количество теплоты, тер ющейс  в окружаю , щую среду,

Q п «F At Дт

где а 16 Вт/м, К - коэффициент теплоотдачи от поверхности кожуха к воздуху цеха. м2 - поверхность кожуха;

A t 110°C-температурный напор между поверхностью кожуха и окружающим воздухом.

Тдгда Q п-16- Ю- 110-100- ,3.109 Дж.

Количество теплоты, аккумулирующеес  катодом за А ч

Qk г - Qn - Qli -QH 23,2 109Дж.

Это же количество теплоты расходуетс  на повышение температуры катода, т.е.

Qk Vk- (p )k tk) где ,9 м3 - объем катода;

(,53 106 Дж/м3, k - объемна  теплоемкость катода;

tk - средн   температура катода, достигнута  за промежуток времени . Тогда

tk

23,2 10У

711°С.

12,9 2,53 10° Таким образом, при выбранном конечном напр жении на ванне В при продолжительности обжига Дт 100чсред- н   температура катода в центральной его части достигаетс  в пределах 700°С.

При этом же конечном напр жении на ванне (AUk 3 В) и продолжительности об- жига Дт 100 ч также достигаетс  требуема  температура катода tk 700UC, однако, как показали опыты и расчеты, после 100 ч с начала обжига резко уменьшаетс  скорость нагрева. Это объ сн етс  тем, что из-за вы- соких температур катода сильно возрастают потери теплоты в окружающей среду.

П р и м е р 2. При конечном напр жении на ванне В примем продолжительность обжига менее 90 ч, т.е. ч. Рас- четы ведем по зависимост м аналогично примеру 1. Тогда

,44 10 Дж; 0 13-109Дж; ,7. 109Дж

,3 109Дж tk 652°C.

Таким образом, полученное значение средней температуры катода меньше требуемой величины.

П р и м е р 3. Примем конечное напр жение на ванне Д(,9Впри .

-Тогда

,5661011 Дж;

,5-109Дж;

tk 629°C.

Таким образом, при этом режиме сред- н   температура катода в центральной его части равна 629°С. что недостаточно.

П р и м е р 4. Определим исходное напр жение на ванне ( Д UH ) при конечном AUkKJ.O В и продолжительности обжига .

Примем tk 600°C. Скорость нагрева при tk 7H°CntH 20°CpaBHa 710-20 ,0 /

100 7 с/ч

Врем , при котором достигаетс  tk 600°C

.

Дл  этого времени количество теплоты, идущее на повышение температуры катода

Qki V Ср tki 19,56 109 Дж . Аналогично приммеру 1 определ ем значени  Q n+Q-n, при своих значени х средней температуры футеровки и теплоизол ции и температуре поверхности кожуха , т.е.

Q|«+Qn, 54,1 109Дж., Величина

QTJ 2 ( Qki + Q.| + ОН, ) 14,74

1010Дж

Значени  напр жени  на ванне при

3.25 В,

В.

40

I -Дп. Приращение напр жени  на 1°С

..™- .. 4S

Приращение напр жени  на (711°С - С

5Д11 5AUi 691 1,6В Тогда исходное напр жение на ванне ,6В,50

Счита  эту величину средним значениожно рекомендовать ,5-4,7B.

5

1°

15

20

зо 35

40

4S

50

При Д UH 4,5 В не обеспечиваетс  требуема  температура катода (при продолжительности обжига Дг 100°С), так как уменьшаетс  скорость нагрева.

При Дин 4,7 В и продолжительности обжига ч требуема  температура катода обеспечиваетс , однако здесь, как показали опыты, увеличиваетс  коэффициент неравномерности температурного пол  по катоду и увеличиваютс  затраты электроэнергии на обжиг электролизера.

Дл  обосновани  скорости нагрева подины 6 С/ч проведен опыт на электролизере типа С8Б.

Напр жение на ванне плавно уменьшалось от 4,5 до 3,0 В, при этом скорость нагрева катода оставалась практически посто нной. За 100 ч обжига средн   температура катода достигла 650°С. В центральной части катода температуры составл ли 750 - 800°С. Периферийные швы прогрелись до 450 - 500°С.

Снижение скорости нагрева менее 6°С/ч приводит к недостаточному прогреву катода до полного коксовани  межблочных швов.

Увеличение скорости нагрева более 7°С/ч повышает также термоупругие напр жени  в катоде, что приводит к преждевременному разрушению углеграфитовых катодных секций и снижению срока службы электролизера.

В результате термической подготовки алюминиевого электролизера к пуску по предлагаемому способу ожидаетс  экономический эффект 792 руб в год на один электролизер за счет увеличени  срока службы на 4 мес и снижени  затрат электроэнергии при вводе электролизера в нормальную эксплуатацию на 50 тыс. кВт/ч, что подтверждаетс  технико-экономическим расчетом,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ термической подготовки алюминиевых элекролизеров к пуску, включающий заливку расплвленного алюмини , замыкание анода с жидким катодом, включение электролизера в цепь серии и нагрев подины, о т л и-чающийс т ем, что, с целью улучшени  качества подины и увеличени  срока службы электролизера, нагрев подины провод т со средней скоростью 6 - 7град/ч и в течение 90 - 100 ч при изменении напр жени  на ванне от 4,5 - 4,7 до 3,0 В.