WO2021061015A1 - Способ обжига подины алюминиевого электролизёра - Google Patents
Способ обжига подины алюминиевого электролизёра Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021061015A1 WO2021061015A1 PCT/RU2020/050204 RU2020050204W WO2021061015A1 WO 2021061015 A1 WO2021061015 A1 WO 2021061015A1 RU 2020050204 W RU2020050204 W RU 2020050204W WO 2021061015 A1 WO2021061015 A1 WO 2021061015A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- anodes
- anode
- electrolyzer
- conductive material
- electrically conductive
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
Definitions
- the invention relates to nonferrous metallurgy, in particular, to the electrolytic production of aluminum, and in particular to methods of firing the bottom of an aluminum electrolyzer with baked or inert anodes.
- Electric roasting methods are based on the supply of current from the anode rods to the cathode through a coke bed in order to heat the electrolyzer by electrical conductivity and thermal radiation.
- the disadvantage of the known method of baking the bottom of an aluminum electrolyzer is that when pouring liquid aluminum, the bottom is subjected to thermal shock, which can lead to the formation of cracks in the cathode blocks, destruction during further operation of the electrolyzer. Also a big disadvantage is the direct contact of the hearth with liquid aluminum, which has a low viscosity and melting point. Aluminum can penetrate deep into the hearth before solidifying and reacting with the insulation to destroy it or create a thermal shunt.
- the disadvantage of the known method of baking the bottom of an aluminum electrolyzer is that it is allowed to fix up to 50% of the total number of baked anodes with the anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer by means of basic locks (rigidly). Due to the fact that when the hearth is heated due to the natural burnout of the coal material, the anodes fixed with flexible elements will lower, and the rigidly fixed anodes will remain in place, which will lead to local overheating of the hearth.
- the closest to the claimed technical essence is a method of baking the hearth of an aluminum electrolyzer with baked anodes according to patent RU 2526351, IPC C25C 3/06, including covering the hearth made of cathode blocks with cathode blooms, an electrically conductive material, placing baked anodes with nipples on it, connection of the anode holders of the installed baked anodes with the anode buses of the anode busbar of the electrolyzer, passing an electric current through the electrically conductive material and regulating the current load of the baked anodes.
- bulk graphite material is used as an electrically conductive material, placed in the form of rows of a truncated pyramid located in the projection of the nipples along the entire length of the baked anode, while the height of each row is set in inverse proportion to the strength of the transmitted current, and the connection of all anode holders installed baked anodes with anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer are carried out by means of flexible elements.
- the objective of the proposed invention is to ensure uniform heating of the bottom of the aluminum electrolyzer during the entire firing time.
- the technical result is the solution of the specified problem, safe commissioning and increased service life of the aluminum electrolyzer.
- the technical result achieved by the implementation of the claimed method also consists in the uneven distribution of the current in the hearth, due to which there is a uniform heating of the hearth to 900 ° C in less than 60 hours, as in the case of gas-flame roasting.
- FIG. 1 shows the geometry of an electrically conductive material (graphite "cushion") - top view on the example of an electrolyzer with 24 paired anodes; in fig. 2 - template for rolling a graphite "pillow” up to 200 kA; in fig. 3 - template for rolling a graphite "pillow” over 200 kA; in fig. 4 - knurling of the graphite "pillow” in the area of the end anodes; in fig. 5 - knurling of the graphite "pillow” in the region of the anodes located next to the end anodes; in fig.
- FIG. 1 the installation of a "pillow” made of graphite is carried out using one of the proposed templates (Fig. 2, 3), depending on the current strength in the electrolyzer.
- a template is laid on the bottom, Fig. 4 (the location of the bars: N ° 1 - board-anode; N ° 10 - row spacing).
- level and remove excess graphite material for example, using a scraper to level graphite material.
- a starting charge (cryolite, crushed circulation, soda) is loaded into the board-anode space, and the anode array is covered with cryolite from above.
- FIG. 7 shows the temperature field of the hearth before starting the electrolyzer with uneven heating of the hearth due to non-optimal filling of graphite material. It can be seen that the middle of the cell is heated to 800-750 ° C, while the ends of the cell have a temperature below 400 ° C. In the second half of the firing, the ends are heated due to heat transfer from the middle, and as a result, at the end of the firing, a uniform hearth temperature is achieved.
- FIG. 8 shows the temperature of the hearth surface 1 hour before the start of the electrolyzer.
- FIG. 9 shows the current strength measured by the "clamps" at the end anodes (1, 12, 13, 24) throughout the entire firing of the electrolyzer with changes in the configuration of the graphite material (see FIG. 1), i.e. the dynamics of the current strength along the end anodes is presented. From the graph in FIG. 9 it can be seen that due to the increase in the strips of graphite material (in accordance with Fig. 1), the current through these anodes is higher by 20-25% of the nominal value.
- FIG. 10 shows the dynamics of heating the hearth according to the control points. It can be seen that the average temperature of the hearth surface has been reached according to the control thermocouples located:
- the proposed method for baking the hearth of an aluminum electrolyzer with baked anodes includes covering the hearth with an electrically conductive material, placing baked anodes on it connected to the anode busbars of the electrolyzer anode busbar, passing an electric current through the electrically conductive material and regulating the current load through the anodes for firing, which is inherent in the prototype ...
- the amount of electrically conductive material under the anodes namely, the amount of electrically conductive material under the anodes is chosen so that there is less material under the anodes located in the middle of the electrolyzer than under the anodes located next to the end extreme anodes, and under the anodes located next to the end end anodes, there was less conductive material than under the end end anodes.
- the electrically conductive material graphite material with a fraction of 0.1 mm to 10 mm is preferably used. It is advisable to set the height and length of each row of electrically conductive material under the anodes in inverse proportion to the strength of the transmitted current.
- the connection of the anode holders, installed baked anodes, with the anode buses of the anode busbar of the electrolyzer, is usually carried out by means of flexible elements (Fig. 11).
- a starting charge is loaded into the board-anode space, for example, cryolite, crushed circulation, soda, and from above the anode array is covered with cryolite.
- the ano to the holders of all installed baked anodes are connected to the anode buses of the anode busbar of the electrolyzer using a package of aluminum flexible strips and an electric current is passed through the layer of graphite material. They also regulate the current load of the baked anodes by turning off the anodes that take a high load or have a local overheating of the hearth.
- stage of firing electrolysers before putting them into operation is one of the most important operations in the process of their operation.
- Requirements for the firing of an electrolytic cell before its start-up are as follows: - Ensuring a smooth transition from a cold state to a temperature regime of electrolysis;
- a flexible connection of the anode rods with the anode busbars is used to carry out independent firing by electric current on all types of electrolyzers; - Improvement of the regulation of the supplied power to the electrolyzer by disconnecting shunts-rheostats with an increase in the number of disconnection steps from 2-3 to 6-8, which significantly improved the quality of heating;
- a method of baking the hearth of an aluminum electrolytic cell with baked anodes including covering the hearth with an electrically conductive material, placing baked anodes on it connected to the anode buses of the electrolyzer anode busbar, passing an electric current through an electrically conductive material and regulating the current load along the anodes for firing, characterized in that uniform firing is ensured by selecting the amount of electrically conductive material under the anodes, namely, the amount of electrically conductive material under the anodes is chosen so that there is less material under the anodes located in the middle of the electrolyzer than under the anodes located next to the end end anodes, and under the anodes, located near the end end anodes, there was less conductive material than under the end end anodes.
- connection of the anode holders, installed baked anodes, with the anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer is carried out by means of flexible elements ensuring the degree of freedom of the anode in three directions (C, U, Z).
- a starting charge is loaded into the space of the board-anode, for example, cryolite, crushed turnover, soda, and from above the anode array is covered with cryolite.
Abstract
Cпособ включает покрытие подины электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединённых с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки по анодам для обжига, равномерный обжиг обеспечивают подбором количества электропроводного материала под анодами, а именно, количество электропроводного материала под анодами выбирают таким образом, чтобы под анодами, расположенными в середине электролизёра, материала было меньше, чем под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, а под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, электропроводного материала было меньше, чем под торцевыми крайними анодами. Обеспечивается равномерный нагрев подины алюминиевого электролизера в течение всего времени обжига, безопасный ввод в эксплуатацию и повышение срока службы алюминиевого электролизера.
Description
СПОСОБ ОБЖИГА ПОДИНЫ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА
Область техники
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению алюминия, а именно к способам обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными или инертными анодами.
Уровень техники
Некоторые из процессов, используемых в алюминиевой промышленности, требуют значительного количества тепловой энергии, необходимой для предварительного нагрева оборудования перед его запуском в эксплуатацию. В прошлом процессом предварительного нагрева футерованных конструкций часто пренебрегали, что, например, приводило к холодным пускам электролизеров и сокращению их срока службы. Перед вводом электролизера в эксплуатацию катодная футеровка должна быть тщательно и равномерно обожжена для того, чтобы минимизировать потенциальный ущерб от чрезмерных температурных перепадов.
Высокотемпературные перепады и использование необожженной набивной подовой массы при заливке электролита в электролизёр могут привести к тепловому удару, растрескиванию катодного блока, протеканию и, в итоге, к снижению срока службы электролизера.
Существуют два основных метода обжига подины электролизеров:
- электрический обжиг;
- обжиг с использованием газа или жидкого топлива.
При обжиге с помощью газа или жидкого топлива сложно контролировать количество вырабатываемой тепловой энергии и распределение тепла по поверхности катода и по толщине катодной
футеровки. He менее трудно, если не невозможно, должным образом осуществлять нагрев боковых и торцевых стенок, если в этом возникает необходимость. Существует вероятность неравномерного распределения температуры по поверхности катода с избыточным перегревом отдельных участков, а также довольно значительными температурными перепадами по всей катодной футеровке.
Методы обжига электричеством основаны на подаче тока от анодных стержней к катоду через коксовую подушку с целью нагрева электролизера за счет электропроводности и теплового излучения.
Известен способ обжига подины алюминиевого электролизера, включающий установку обожженных анодов на подину, крепление анододержателей обожженных анодов к анодным шинам анодной ошиновки, подъем обожженных анодов, заливку жидкого алюминия из расчета погружения в него обожженных анодов, подключение электролизера в электрическую цепь (Вольфсон Г.Е., Ланкин В.П. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами. М.: Металлургия, 1974, с. 55, 56).
Недостаток известного способа обжига подины алюминиевого электролизера заключается в том, что при заливке жидкого алюминия подина подвергается тепловому удару, что может привести к образованию трещин в катодных блоках разрушению при дальнейшей эксплуатации электролизера. Также большим недостатком является прямой контакт подины с жидким алюминием, который имеет малую вязкость и температуру плавления. Алюминий может проникать глубоко внутрь подины перед затвердеванием и, реагируя с изоляцией, разрушать ее или создавать тепловой шунт.
Известен способ обжига подины алюминиевого электролизера (патент RU 2215825, МИК С25С 3/06), включающий покрытие подины, выполненной из катодных блоков и торцевых периферийных швов, слоем углеродной засыпки, размещение на нем обожженных анодов так, чтобы их подошвы
соприкасалась со слоем углеродной засыпки по всей площади, а штанги анододержателей прилегали к анодным шинам анодной ошиновки электролизера, крепление анододержателей обожженных анодов к анодным шинам анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через обожженные аноды, слой углеродной засыпки и катодные блоки, и регулирование токовой нагрузки по обожженным анодам путем их контролируемого отключения.
Недостатком известного способа обжига подины алюминиевого электролизера является то, что допускается до 50% от общего числа обожженных анодов закреплять с анодными шинами анодной ошиновки электролизера посредством базовых замков (жестко). Из-за того, что при нагреве подины за счет естественного выгорания угольного материала аноды, закрепленные с помощью гибких элементов, будут опускаться, а жестко закреплённые аноды оставаться на месте, что приведет к появлению локальных перегревов подины.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами по патенту RU 2526351, МПК С25С 3/06, включающий покрытие подины, выполненной из катодных блоков с катодными блюмсами, электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов с ниппелями, соединение анододержателей установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки обожженных анодов. При этом в качестве электропроводного материала используют насыпной графитовый материал, размещенный в виде рядов усеченной пирамиды, расположенных в проекции ниппелей по всей длине обожженного анода, при этом высоту каждого ряда устанавливают в обратно пропорциональной зависимости от силы пропускаемого тока, а соединение всех анододержателей установленных
обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера осуществляют посредством гибких элементов.
Недостатком данного способа обжига подины алюминиевого электролизера является то, что графитовый материал насыпается в виде рядов в проекции ниппелей по всей длине на всех обожженных анодных блоках. Этот способ насыпки графитового материала не позволяет равномерно нагревать подину в первой половине обжига, т.к. при одинаковом сечении графитового материала под анодом по мере нагрева ток будет стремиться в середину электролизёра, и как следствие торцы электролизёра будут нагреваться медленнее, что приведет к значительному градиенту по температуре.
Раскрытие изобретения
Задачей предложенного изобретения является обеспечение равномерного нагрева подины алюминиевого электролизера в течение всего времени обжига.
Техническим результатом является решение указанной задачи, безопасный ввод в эксплуатацию и повышение срока службы алюминиевого электролизера.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного способа, заключается также в неравномерном распределении тока в подине, за счет которого происходит равномерный нагрев подины до 900°С менее чем за 60 часов, как при газопламенном обжиге.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показана геометрия электропроводного материала (графитовая «подушка») - вид сверху на примере электролизёра с 24 спаренными анодами; на фиг. 2 - шаблон для накатки графитовой «подушки» до 200кА; на фиг. 3 - шаблон для накатки графитовой «подушки» более 200кА; на фиг. 4 - накатка графитовой «подушки» в районе торцевых анодов;
на фиг. 5 - накатка графитовой «подушки» в районе анодов, расположенных рядом с торцевыми анодами; на фиг. 6 - накатка графитовой «подушки» в районе остальных анодов. на фиг. 7 - показано температурное поле подины перед пуском электролизера с неравномерным нагревом подины из-за неоптимальной насыпки графитового материала; на фиг. 8 - показана температура поверхности подины за 1 час до начала пуска электролизера; на фиг. 9 - показана сила тока, измеренная «клещами» по торцевым анодам (1, 12, 13, 24) на протяжении всего обжига электролизера с изменением конфигурации графитового материала (см. фиг. 1); на фиг. 10 - представлена динамика нагрева подины по контрольным точкам; на фиг. 11 - представлены предлагаемые гибкие элементы для соединения анодных штанг с анодной шиной для проведения независимого обжига; на фиг. 12, 13 - представлены альтернативные гибкие элементы.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 монтаж «подушки» из графита осуществляется с применением одного из предложенных шаблонов (фиг. 2, 3) в зависимости от силы тока на электролизёре.
Накатку графитовой «подушки» в районе крайних торцевых анодов осуществляют следующим образом.
В районе накатки графитовой «подушки» по проекции анода укладывают на подину шаблон, фиг. 4 (расположение брусков: N°1 - борт- анод; N°10 - междурядье). Засыпают до верхней грани (заподлицо) в пространство между рейками графитовый материал. Не трамбуя, используя края брусков как опору, разравнивают и убирают излишек графитового материала, например, при помощи скребка для разравнивания графитового
материала. Демонтируют шаблон с подины электролизера, убирают излишки графитового материала.
Накатка графитовой «подушки» в районе анодов расположенных рядом с торцевыми анодами осуществляется следующим образом.
Монтаж «подушки» из графита осуществляется с применением одного из предложенных шаблонов (фиг. 2, 3) в зависимости от силы тока на электролизёре. В районе накатки графитовой «подушки», по проекции анода укладывают на подину шаблон (расположение брусков: N°1 - борт-анод; N°10 - междурядье). Засыпают до верхней грани («заподлицо») в пространство между рейками графитовый материал. В пространство между 7-м и 8-м брусками шаблона сырье не засыпают (фиг. 5). Не трамбуя, используя края брусков как опору, разравнивают и убирают излишек графитового материала, например, при помощи скребка для разравнивания графитового материала. Демонтируют шаблон с подины электролизера, убирают излишки графитового материала.
Накатка графитовой «подушки» в районе остальных анодов осуществляется следующим образом.
Монтаж «подушки» из графита осуществляют с применением одного из предложенных шаблонов (фиг. 2, 3) в зависимости от силы тока на электролизёре. В районе накатки графитовой «подушки», по проекции анода укладывают на подину шаблон (расположение брусков: N°1 - борт-анод; N°10 - междурядье). Засыпают до верхней грани («заподлицо») в пространство между рейками графитовый материал. В пространство между 3-м и 4-м, 7-м и 8-м брусками шаблона сырье не засыпают (фиг. 6). Не трамбуя, используя края брусков как опору, разравнивают и убирают излишек графитового материала, например, при помощи скребка для разравнивания графитового материала. Демонтируют шаблон с подины электролизера, убирают излишки графитового материала.
После установки всех анодов в пространство борт-анод загружают пусковую шихту (криолит, дробленый оборот, сода), и сверху анодный массив укрывают криолитом.
Соединяют ано до держатели всех установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, например, с помощью пакета алюминиевых гибких лент и пропускают полный электрический ток через слой графитового материала. Производят регулирование токовой нагрузки обожженных анодов путем отключения анодов берущих высокую нагрузку или имеющих локальный перегрев подин. На фиг. 7 представлено температурное поле подины перед пуском электролизера с неравномерным нагревом подины из-за неоптимальной насыпки графитового материала. Видно, что середина электролизёра нагрета до 800-750°С, при этом торцы электролизёра имеют температуру ниже 400°С. Во второй половине обжига нагрев торцов происходит за счет теплопередачи тепла от середины, и как следствие в конце обжига достигается равномерная температура подины.
На фиг. 8 представлена температура поверхности подины за 1 час до начала пуска электролизера. На фиг. 9 показана сила тока измеренная «клещами» по торцевым анодам (1, 12, 13, 24) на протяжении всего обжига электролизера с изменений конфигурацией графитового материала (см. фиг. 1), т.е. представлена динамика силы тока по торцевым анодам. Из графика на фиг. 9 видно, что за счет увеличения полос графитового материала (согл. фиг. 1) ток по этим анодам выше на 20-25% от номинала.
Из представленных фиг. 8 и 9 видно, что новая геометрия графитовой насыпки позволила:
1) Равномерно нагреть поверхность подины до целевых значений за 48 часов;
2) Перераспределить ток на торцевые аноды.
На фиг. 10 представлена динамика нагрева подины по контрольным точкам. Видно, что достигнута средняя температура поверхности подины по контрольным термопарам расположенным:
1. В междурядье - 949°С (цель - более 900°С);
2. В районе l-ro ниппеля с «входной» и «выходной» стороны - 808°С (цель - более 800°С);
3. В торцах электролизёра - 736°С (цель - более 550°С).
Таким образом, предложенный способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами включает покрытие подины электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединённых с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки по анодам для обжига, что присуще прототипу. При этом равномерный обжиг обеспечивают подбором количества электропроводного материала под анодами, а именно, количество электропроводного материала под анодами выбирают таким образом, чтобы под анодами, расположенными в середине электролизёра, материала было меньше, чем под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, а под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, электропроводного материала было меньше, чем под торцевыми крайними анодами. В качестве электропроводного материала предпочтительно используют графитовый материал с фракцией от 0,1 мм до 10 мм. Высоту и длину каждого ряда электропроводного материала под анодами целесообразно устанавливать в обратно пропорциональной зависимости от силы пропускаемого тока. Соединение анододержателей, установленных обожженных анодов, с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, обычно осуществляют посредством гибких элементов (фиг. 11).
В гибком элементе «анодная шина - штанга анода» приняты конструктивные решения, отличающие его от альтернативных вариантов:
- Сечение контактов, площадь и усилие прижима обеспечивают плотность тока: для контакта деталей не более 0,6 А/мм ; для гибких проводников не более 1 ,2 А/мм ;
- Габаритные и присоединительные размеры создают беспрепятственный монтаж и отключение гибкого элемента;
- Размеры и шаг резьбы гаек унифицированы, винты имеют конструкцию, позволяющую использовать крановый механизм (ключ) для закручивания анодных замков.
После установки всех анодов в пространство борт-анод загружают пусковую шихту, например, криолит, дробленый оборот, соду, и сверху анодный массив укрывают криолитом. При этом соединяют ано до держатели всех установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера с помощью пакета алюминиевых гибких лент и пропускают электрический ток через слой графитового материала. Также производят регулирование токовой нагрузки обожженных анодов путем отключения анодов, берущих высокую нагрузку или имеющих локальный перегрев подин.
Следует отметить, что в настоящее время, в связи со сложившейся экономической ситуацией необходимо проводить работу по выявлению и исключению операционных издержек и общепроизводственных затрат, оказывающих влияние на себестоимость при производстве товарной продукции, на всех этапах производства без снижения качества выпускаемой продукции. Одним из аспектов напрямую влияющим на себестоимость выпускаемого алюминия-сырца является капитальный ремонт и приведение в технологическое состояние металлургического оборудования путем предварительного нагрева (обжига).
Стадия обжига электролизёров перед подключением в работу является одной из важнейших операций в процессе их эксплуатации. От качества проведения операции обжига во многом зависит срок службы электролизеров, качество производимого алюминия, технико-экономические
показатели работы. Важно при обжиге обеспечить равномерный, плавный нагрев рабочей области и катодного устройства электролизера.
Требования к обжигу электролизера перед его пуском заключаются в следующем: - Обеспечение плавного перевода из холодного состояния к температурному режиму электролиза;
- Исключение термических «ударов», в том числе, при заливке электролита;
- Достижение минимального термического давления на катод как в вертикальном, так и в планарных направлениях;
- Качественный обжиг подовой набивной массы;
- Обеспечение полной просушки цоколя подины после его футеровки с использованием жидкостей.
В мировой практике используются три основных метода обжига электролизеров, зависящих от принципа нагрева:
1. Обжиг, электрическим током при котором выделение тепла определяется законом Джоуля - Ленца:
1.1. Как на мелкодисперсном, так и углеродном материале крупной фракции; 1.2. На жидком металле или алюминиевой стружке;
1.3. С формовкой нового анода (Содерберг);
2. Термический обжиг, где теплоносителем является природный газ или нефтепродукты;
3. Пуск без предварительного нагрева с заливкой электролита и металла непосредственно в холодный электролизер.
До 1995 года обжиг электролизеров на Саяногорском алюминиевом заводе осуществлялся двумя способами:
- На электролизерах типа С-175М2 - пламенный обжиг (установка обжига - по проекту института ВАМИ);
- На электролизерах типа С-255 - электрическим током на угольной крупке (семечках), аноды после установки на слой «семечек» жестко прижимались к анодной ошиновке штатными зажимами.
С 1995 года в рамках программы по увеличению срока службы электролизеров, с целью оптимизации процесса обжига на Саяногорском алюминиевом заводе реализованы следующие мероприятия:
- Применено гибкое соединение анодных штанг с анодными шинами для проведения независимого обжига электрическим током на всех типах электролизеров ; - Усовершенствование регулирования подаваемой мощности на электролизер отключением шунтов-реостатов с увеличением числа ступеней отключения с 2-3 до 6- 8, что существенно улучшило качество нагрева;
- Внедрение специализированной бригады для проведения обжига и пуска электролизеров. Электрический на угольной крупке, аноды жестко прижимались к анодной ошиновке штатными зажимами, после 1995 г применено гибкое соединение анодных штанг с анодными шинами. Основные недостатки данного электрического обжига на коксе:
- Проблемы с регулировкой скорости нагрева (отключение шунтов - реостатов);
- Неравномерный нагрев подины из-за используемого сырья (коксик) и неравномерного прилегания подошвы анода (накатка, конструкция лент для подключения);
- Высокая трудоемкость при пуске электролизеров (съем ко кепка). С 2004 года и настоящее время, после отработки технологии РА-300 и пуска Хакасского алюминиевого завода, все электролизёры Саяногорского алюминиевого завода обжигаются с помощью газопламенного обжига. Существующая процедура обжига и пуска электролизёров РА-300 и РА-400 схематично выглядит следующим образом:
газопламенный обжиг => заливка электролита => включение электролизёра в цепь без отключения серии => приведение параметров к целевым значениям
Недостатки газопламенного обжига: 1) Для прогрева футеровки в объеме и достижения целевых значений температур, необходимо увеличивать время обжига с 72 часов до 96 часов (актуально в холодный период года).
2) Недостаточное количество горелок на установке "Hotwork" для электролизёров большой длины. Малое количество точек контроля температуры. Проблемы с работой установки в магнитных полях и при сильных морозах.
3) Незнание температуры подины в процессе обжига - измеряется температуры газовоздушной среды.
4) Проблемные операции подключения/ пуска на полной силе тока: - безопасность персонала;
- высокая вероятность неплановых снижений тока;
- длительное время пуска (заливка большего объема электролита) высоковольтные АЭ при пуске.
Полученный опыт при вводе в эксплуатацию электролизеров опытного участка РА-400 показал, что проводимый газопламенный обжиг в холодный период года не удовлетворяет требованиям технологии (для достижения минимально требуемой температуры подины продолжительность обжига приходилось увеличивать). Данный факт является неприемлемым для быстрого ввода в эксплуатацию Тайшетского алюминиевого завода, т.к. согласно климатическим параметрам город Тайшет (Иркутская область, Россия) семь месяцев в году имеет отрицательную среднемесячную температуру окружающей среды. Так же основным условием для подключения электролизеров на Тайшетском алюминиевом заводе, с учетом его мощности, для исключения больших нагрузок на энергосистему Сибири
является включение электролизера РА-400 в цепь без отключения технологической нагрузки на серии.
Основным техническим решением позволяющим исключить вышеперечисленные недостатки является замена газопламенного обжига электролизеров на обжиг электрическим током. Применение технологии электрического обжига позволит:
- Гарантированно включить электролизер в цепь без отключения или снижения электрического тока серии;
- Исключить затраты на дорогостоящее оборудование для обжига и топливо (исключение лимитирующего фактора для быстрого запуска завода и экологической нагрузки на окружающую среду);
- Снизить время обжига электролизеров.
Достигнутые показатели эффективности:
1. Обеспечено гарантированное и безопасное подключение электролизера на полном токе серии.
2. Снижение время обжига электролизёра с 72ч до 54ч.
3. Исключение затрат на дорогостоящее оборудование для обжига и топливо (снижение экологической нагрузки).
Принципиальные отличия предложенного технического решения:
1) Обжиг на полной силе тока без шунтов-реостатов;
2) Применение графитового материала;
3) Дифференцированная накатка графитовой «подушки»;
4) Оптимальная конструкция гибких контакт- деталей:
- Обеспечение степени свободы анода в 3-х направлениях (C,U,Z);
- Оперативное регулирование распределением тока по анодам;
5) Автоматизированный мониторинг температуры.
Принимая во внимание приведенное выше описание способа, примеры и отличия, объем правовой охраны по формуле испрашивается в следующих пределах:
1. Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами, включающий покрытие подины электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединённых с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки по анодам для обжига, отличающийся тем, что равномерный обжиг обеспечивают подбором количества электропроводного материала под анодами, а именно, количество электропроводного материала под анодами выбирают таким образом, чтобы под анодами, расположенными в середине электролизёра, материала было меньше, чем под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, а под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, электропроводного материала было меньше, чем под торцевыми крайними анодами.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электропроводного материала используют графитовый материал с фракцией от 0,1 мм до 10 мм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту и длину каждого ряда электропроводного материала под анодами устанавливают в обратно пропорциональной зависимости от силы пропускаемого тока.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение анододержателей, установленных обожженных анодов, с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, осуществляют посредством гибких элементов с обеспечением степени свободы анода в трех направлениях (C,U,Z).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после установки всех анодов в пространство борт-анод загружают пусковую шихту, например, криолит, дробленый оборот, соду, и сверху анодный массив укрывают криолитом.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединяют анододержатели всех установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной
ошиновки электролизера с помощью пакета алюминиевых гибких лент и пропускают электрический ток через слой графитового материала.
7. Способ по и. 1, отличающийся тем, что производят регулирование токовой нагрузки обожженных анодов путем отключения анодов, берущих высокую нагрузку или имеющих локальный перегрев подин.
Claims
1. Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами, включающий покрытие подины электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединённых с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки по анодам для обжига, отличающийся тем, что равномерный обжиг обеспечивают подбором количества электропроводного материала под анодами, а именно, количество электропроводного материала под анодами выбирают таким образом, чтобы под анодами, расположенными в середине электролизёра, материала было меньше, чем под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, а под анодами, расположенными рядом с торцевыми крайними анодами, электропроводного материала было меньше, чем под торцевыми крайними анодами.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электропроводного материала используют графитовый материал с фракцией от 0,1 мм до 10 мм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоту и длину каждого ряда электропроводного материала под анодами устанавливают в обратно пропорциональной зависимости от силы пропускаемого тока.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение анододержателей, установленных обожженных анодов, с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, осуществляют посредством гибких элементов с обеспечением степени свободы анода в трех направлениях (C,U,Z).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после установки всех анодов в пространство борт-анод загружают пусковую шихту, например, криолит, дробленый оборот, соду, и сверху анодный массив укрывают криолитом.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединяют анододержатели всех установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера с помощью пакета алюминиевых гибких лент и пропускают электрический ток через слой графитового материала.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят регулирование токовой нагрузки обожженных анодов путем отключения анодов, берущих высокую нагрузку или имеющих локальный перегрев подин.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA3154865A CA3154865C (en) | 2019-09-24 | 2020-08-26 | Aluminium pot bottom preheating method |
| EP20867862.3A EP4039854A1 (en) | 2019-09-24 | 2020-08-26 | Method for baking a cell bottom of an aluminium electrolyzer |
| CN202080068514.4A CN114502777A (zh) | 2019-09-24 | 2020-08-26 | 铝罐底预热方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019130349 | 2019-09-24 | ||
| RU2019130349A RU2717438C1 (ru) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | Способ обжига подины алюминиевого электролизёра |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021061015A1 true WO2021061015A1 (ru) | 2021-04-01 |
Family
ID=69943281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/050204 WO2021061015A1 (ru) | 2019-09-24 | 2020-08-26 | Способ обжига подины алюминиевого электролизёра |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4039854A1 (ru) |
| CN (1) | CN114502777A (ru) |
| CA (1) | CA3154865C (ru) |
| RU (1) | RU2717438C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021061015A1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1687647A1 (ru) * | 1989-02-15 | 1991-10-30 | Красноярский Политехнический Институт | Способ обжига подины электролизера дл получени алюмини |
| RU2055943C1 (ru) * | 1993-08-06 | 1996-03-10 | Александр Яковлевич Гохштейн | Способ получения алюминия электролизом криолитглиноземного расплава и электролизер для его осуществления |
| CN1250113A (zh) * | 1999-09-24 | 2000-04-12 | 平果铝业公司 | 预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法 |
| RU2215825C2 (ru) | 2001-09-17 | 2003-11-10 | Открытое акционерное общество "Объединенная компания "Сибирский Алюминий" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
| RU2318920C1 (ru) * | 2006-04-26 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
| RU2526351C1 (ru) | 2013-07-09 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE534969A (ru) * | 1954-01-19 | |||
| FR2844811B1 (fr) * | 2002-09-20 | 2004-10-22 | Pechiney Aluminium | Procede de prechauffage d'une cuve pour la production d'aluminium par electrolyse |
| CN101250113B (zh) * | 2008-03-28 | 2010-09-29 | 浙江鸿盛化工有限公司 | 一种对苯二胺的精制方法 |
| CN101629304B (zh) * | 2008-07-17 | 2011-02-02 | 沈阳铝镁设计研究院 | 一种预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法及结构 |
| CN101660174B (zh) * | 2009-09-25 | 2011-03-16 | 四川启明星铝业有限责任公司 | 电解槽的预热方法 |
| CN101886274B (zh) * | 2010-06-29 | 2012-09-05 | 云南云铝润鑫铝业有限公司 | 电加热焙烧预热电解槽及清洁焙烧方法 |
| CN102234819B (zh) * | 2011-08-04 | 2013-02-13 | 中国铝业股份有限公司 | 一种铝电解槽的预热启动方法 |
| CN102808196B (zh) * | 2012-07-27 | 2014-10-22 | 中国铝业股份有限公司 | 一种惰性电极铝电解槽直流分流式预热启动方法 |
| RU2593253C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера |
-
2019
- 2019-09-24 RU RU2019130349A patent/RU2717438C1/ru active
-
2020
- 2020-08-26 EP EP20867862.3A patent/EP4039854A1/en active Pending
- 2020-08-26 WO PCT/RU2020/050204 patent/WO2021061015A1/ru unknown
- 2020-08-26 CN CN202080068514.4A patent/CN114502777A/zh active Pending
- 2020-08-26 CA CA3154865A patent/CA3154865C/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1687647A1 (ru) * | 1989-02-15 | 1991-10-30 | Красноярский Политехнический Институт | Способ обжига подины электролизера дл получени алюмини |
| RU2055943C1 (ru) * | 1993-08-06 | 1996-03-10 | Александр Яковлевич Гохштейн | Способ получения алюминия электролизом криолитглиноземного расплава и электролизер для его осуществления |
| CN1250113A (zh) * | 1999-09-24 | 2000-04-12 | 平果铝业公司 | 预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法 |
| RU2215825C2 (ru) | 2001-09-17 | 2003-11-10 | Открытое акционерное общество "Объединенная компания "Сибирский Алюминий" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
| RU2318920C1 (ru) * | 2006-04-26 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
| RU2526351C1 (ru) | 2013-07-09 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4039854A1 (en) | 2022-08-10 |
| CN114502777A (zh) | 2022-05-13 |
| CA3154865C (en) | 2024-01-09 |
| CA3154865A1 (en) | 2021-04-01 |
| RU2717438C1 (ru) | 2020-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2480474A (en) | Method of producing aluminum | |
| CA3031708C (en) | Cathode assembly for the production of aluminum | |
| US3575827A (en) | System for reduction of aluminum | |
| AU2017285539B2 (en) | Cathode | |
| AU2015349579A1 (en) | Low-profile aluminum cell potshell and method for increasing the production capacity of an aluminum cell potline | |
| WO2021061015A1 (ru) | Способ обжига подины алюминиевого электролизёра | |
| RU2526351C1 (ru) | Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами | |
| CN110079829B (zh) | 一种焦粒封装式焙烧启动方法 | |
| WO2017158501A1 (en) | Device for holding anode assemblies during electrical preheating of hall-héroult cells, and process for preheating hall-héroult cells using such device | |
| CA2811355A1 (en) | Cathode for electrolytic cells | |
| EP0610373A1 (en) | Continuous prebaked anode cell | |
| RU2593253C1 (ru) | Способ обжига подины алюминиевого электролизера | |
| US20230175156A1 (en) | System and process for starting up an electrolytic cell | |
| CN2641061Y (zh) | 一种铝电解槽固体铝焙烧装置 | |
| RU2621202C1 (ru) | Способ замены анода при электролизе расплава в алюминиевом электролизере | |
| RU2101393C1 (ru) | Способ обжига алюминиевого электролизера после капитального ремонта | |
| AU673125B2 (en) | Continuous prebaked anode cell | |
| SU1765261A1 (ru) | Способ обжига алюминиевых электролизеров | |
| CN116555836A (zh) | 一种使用独立交流电源预热启动垂直惰性电极结构铝电解槽的方法 | |
| SU49249A1 (ru) | Ванна дл электролитического получени магни из расплавленных хлоридов | |
| US3107212A (en) | Method and apparatus for baking and preheating bottoms of electrolytic cells by meansof alternating or direct current | |
| CA2470686C (en) | Process for continuous graphitization | |
| SU1740499A1 (ru) | Способ обжига и пуска электролизера дл получени алюмини | |
| Johnson | Metallurgical problems affecting the economics of aluminum production | |
| WO2018116076A1 (en) | Electrical design for a hall-héroult electrolysis plant comprising a plurality of electrolytic cells connected in series, and method to start-up said plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20867862 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 3154865 Country of ref document: CA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2020867862 Country of ref document: EP Effective date: 20220425 |