RU2093611C1 - Method of automatically controlling feed of aluminum electrolyzer using silica - Google Patents

Abstract

FIELD: aluminum production. SUBSTANCE: silica is portionwise fed onto electrolyte surface in the regions with open surface without piercing crust. Amount of silica delivered in these regions is raised as compared to regions with cryolite-silica crust. In the regions having such crust and increased accretion volume, amount of delivered silica is diminished as compared to regions with open electrolyte surface. Weight of silica portion fed onto crust or electrolyte surface is 0.05-0.19 kg and feeding periodicity is 20-400 s. EFFECT: enhanced efficiency of process. 4 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности к электролитическому способу получения алюминия, и направлено на совершенствование подачи глинозема в расплав электролита и поддержание технологических параметров электролиза. The invention relates to the metallurgy of light metals, in particular to an electrolytic method for producing aluminum, and is aimed at improving the supply of alumina to the molten electrolyte and maintaining the technological parameters of electrolysis.

Одним из наиболее близких по технической сущности является известный способ и устройство автоматического питания глиноземом алюминиевых электролизеров, согласно которому пробивают корку одним или несколькими молотками и вводят в ванну порции глинозема, предварительно загруженного в соответствующих точках на корке. После пробивки на участки под молотками производится повторная загрузка глинозема. Корку разрушают через 15 20 минут, предпочтительно от 20 до 45 минут поочередно то с одной, то с другой стороны электролизера. Под молотками для пробивки корки загружают более толстый слой глинозема во избежание образования толстых корок электролита. Под молотками для пробивки корки имеются устройства для накопления глинозема, расположенные на корке. One of the closest in technical essence is the known method and device for automatically feeding alumina to aluminum electrolysis cells, according to which a crust is punched with one or more hammers and a portion of alumina preloaded at appropriate points on the crust is introduced into the bath. After punching in areas under the hammers, reloading of alumina is performed. The crust is destroyed after 15 to 20 minutes, preferably from 20 to 45 minutes, alternately from one or the other side of the cell. A thicker layer of alumina is charged under the crust punching hammers to prevent the formation of thick electrolyte crusts. Under the crust punching hammers there are devices for the accumulation of alumina located on the crust.

Другим, наиболее близким по технической сущности является известный способ автоматического питания алюминиевых электролизеров глиноземом, включающий использование стационарных пробойников и дозирующих устройств, устанавливаемых на каждом электролизере, отличающийся тем, что с целью стабилизации температуры и концентрации глинозема в электролите, глинозем подают в электролит через каждые 2 6 минут порциями в 1 3 кг с предварительным подогревом каждой порции на корке электролита. Another, closest in technical essence is the known method for automatically feeding aluminum electrolysis cells with alumina, including the use of stationary punches and metering devices installed on each electrolyzer, characterized in that, in order to stabilize the temperature and concentration of alumina in the electrolyte, alumina is fed into the electrolyte every 2 6 minutes in portions of 1 3 kg with preheating of each portion on the electrolyte crust.

К общим недостаткам известных способов относятся следующие. The general disadvantages of the known methods include the following.

Известные способы не обеспечивают режим непрерывности поступления глинозема в электролит и его распределение в объеме электролита, поскольку периодичность разрушения корки и подачи глинозема в расплав, составляющие 15 - 20 минут и 2 6 мин, приводит к смачиванию его жидким электролитом. Последующее срабатывание пробивных устройств приводит к погружению рабочих органов в расплав, переобогащенный глиноземом, и агломерации расплава (смеси) на пробойниках, затрудняющих их эксплуатацию и уменьшающих порцию глинозема, растворенную в электролите. С другой стороны, на электролизерах с анодом Зодерберга, в особенности средней и большой мощности, в силу ряда причин имеют место локальные участки поверхности электролита в пространстве "борт анод", где криолито-глиноземная корка не образуется, температура и скорость циркуляции расплава выше, чем в среднем по электролизеру. В этом случае срабатывание пробивных устройств на пробивку несуществующей корки наносит вред, поскольку происходит налипание расплава на пробойник и выведение его из строя, отказ устройства, его повышенный износ. В результате все это приводит к повышению производительности электролизера, сортности алюминия, потерям сырья, электроэнергии и возрастанию трудозатрат. При этом не используется для активного растворения глинозема область электролизера, имеющая такие благоприятные условия для растворения, как более интенсивный режим тепломассообмена. The known methods do not provide a continuity mode for the supply of alumina to the electrolyte and its distribution in the volume of the electrolyte, since the frequency of crust destruction and the supply of alumina to the melt, comprising 15-20 minutes and 2-6 minutes, leads to wetting by liquid electrolyte. The subsequent operation of the punching devices leads to immersion of the working bodies in the melt, re-enriched with alumina, and agglomeration of the melt (mixture) on the punches, which complicate their operation and reduce the portion of alumina dissolved in the electrolyte. On the other hand, for electrolyzers with a Soderberg anode, in particular of medium and high power, for several reasons, there are local areas of the electrolyte surface in the “anode” space, where a cryolite-alumina crust does not form, the temperature and melt circulation rate are higher than average electrolyzer. In this case, the operation of the punching devices on the punching of a nonexistent crust causes harm, since the melt sticks to the punch and disables it, the device fails, its increased wear. As a result, all this leads to an increase in the productivity of the electrolyzer, aluminum grading, loss of raw materials, electricity and an increase in labor costs. In this case, the region of the cell having such favorable conditions for dissolution as a more intense heat and mass transfer regime is not used for the active dissolution of alumina.

Наконец, такие участки электролизера, имеющие более интенсивный тепломассообмен, имеет соответственно уменьшенный объем настыли. Следовательно, требуется более интенсивный режим охлаждения расплава, например, за счет увеличения подач количества вносимого глинозема в единицу времени, что не позволяют известные способы и устройства. Finally, such sections of the electrolyzer having more intense heat and mass transfer have a correspondingly reduced volume accrued. Therefore, a more intensive mode of cooling the melt is required, for example, by increasing the feed rate of the amount of introduced alumina per unit time, which is not possible with known methods and devices.

И наоборот, на участках электролизера, имеющих сравнительно увеличенный объем настыли, следует снижать количество вносимого глинозема в единицу времени, что известные способы и устройства также не реализуют. And vice versa, in areas of the electrolyzer having a relatively increased volume of pressure, it is necessary to reduce the amount of alumina introduced per unit time, which the known methods and devices also do not implement.

Цель изобретения повышение производительности электролизера, сортности получаемого алюминия, снижение расхода электроэнергии, сырья и трудозатрат. The purpose of the invention is to increase the productivity of the electrolyzer, the grade of the obtained aluminum, reducing the consumption of electricity, raw materials and labor.

Поставленная цель достигается тем, что на алюминиевом электролизере, оснащенном устройством автоматического питания глиноземом, с периодической подачей дозированных порций глинозема на корку, продавливанием корки на локальных участках пространства "борт анод" в проекции подачи порций глинозема, на участках открытой поверхности электролита ведут подачу порций глинозема на поверхность электролита и продавливание корки не осуществляют. Причем, на участках открытой поверхности электролита дозировку порций глинозема увеличивают по сравнению с участками пространства "борт анод", имеющими криолито-глиноземную корку; на участках пространства "борт анод", имеющих криолито-глиноземную корку и увеличенный об'ем настыли, дозировку порций уменьшают по сравнению с участками, имеющими открытую поверхность электролита. При этом порции глинозема подают на корку или на поверхность электролита массой 0,05 0,19 кг с периодичностью 20 400 с. This goal is achieved by the fact that on an aluminum electrolyzer equipped with an automatic alumina feeding device, with a periodic supply of dosed portions of alumina to the crust, forcing the crust in local areas of the “board anode” space in the projection of supplying portions of alumina, in portions of the open surface of the electrolyte, portions of alumina are fed on the surface of the electrolyte and the crushing of the crust is not carried out. Moreover, in areas of the open surface of the electrolyte, the dosage of portions of alumina is increased in comparison with areas of the “board anode” space having a cryolite-alumina crust; in the areas of the “board anode” space having a cryolite-alumina crust and the volume increased have fallen, the dosage of portions is reduced in comparison with areas with an open electrolyte surface. In this case, portions of alumina are fed to the crust or to the surface of the electrolyte weighing 0.05 0.19 kg with a frequency of 20,400 s.

Наличие открытой поверхности электролита исключает необходимость продавливания корки, при том, что необходимость и возможность подачи дозированных порций глинозема в электролит сохраняется. Кроме этого, непогружение рабочего органа пробивного устройства в жидкий электролит предотвращает растворение материала пробойника в электролите и налипание электролито-глиноземной смеси на пробойник. В результате повышается сортность алюминия, работоспособность устройства за счет снижения температуры пробойника и возрастает межремонтный период, а также производительность электролизера за счет выравнивания концентрации глинозема в объеме электролита и выравнивания температуры последнего. The presence of an open surface of the electrolyte eliminates the need for crushing the crust, despite the fact that the need and possibility of supplying dosed portions of alumina to the electrolyte remains. In addition, the immersion of the working body of the punching device in liquid electrolyte prevents the dissolution of the material of the punch in the electrolyte and the sticking of the electrolyte-alumina mixture on the punch. As a result, the grade of aluminum increases, the operability of the device due to lowering the temperature of the punch and the overhaul period increases, as well as the productivity of the electrolyzer due to equalization of the concentration of alumina in the volume of the electrolyte and equalization of the temperature of the latter.

Увеличение дозировки порций глинозема на участках открытой поверхности электролита по сравнению с участками пространства "борт анод", имеющими криолито-глиноземную корку, позволяет активно использовать зоны повышенного тепломассообмена для качественного растворения возможно большего количества глинозема и лучшего усреднения его концентрации в объеме электролита. An increase in the dosage of portions of alumina in areas of the open surface of the electrolyte compared to areas of the “anode” space having a cryolite-alumina crust allows the use of zones of increased heat and mass transfer to qualitatively dissolve as much alumina as possible and better average its concentration in the electrolyte volume.

В результате, возрастает производительность электролизера, снижается расход электроэнергии за счет снижения частоты анодных эффектов. Стабилизация технологического хода позволяет снизить расход фторсодержащего сырья. As a result, the productivity of the electrolyzer increases, the power consumption decreases due to a decrease in the frequency of anode effects. Stabilization of the process allows to reduce the consumption of fluorine-containing raw materials.

Уменьшение дозировки порций глинозема на участках пространства "борт - анод", имеющих криолито-глиноземную корку и увеличенный объем настыли по сравнению с участками, имеющими открытую поверхность электролита, создает возможность появления условий уменьшения объема настыли до оптимальной, выравнивания размеров настыли по всей длине борта. Уменьшается также количество образующихся глиноземистых осадков на подине. В результате, возрастает производительность электролизера, снижается расход электроэнергии, потерь сырья и трудозатрат на поддержание настыли. A decrease in the dosage of portions of alumina in portions of the board-anode space having a cryolite-alumina crust and an increased volume accrued in comparison with areas with an open electrolyte surface makes it possible to create conditions for decreasing the volume of accretion to the optimal leveling size across the entire length of the bead. The amount of alumina deposits formed on the bottom also decreases. As a result, the productivity of the electrolyzer increases, the consumption of electricity, the loss of raw materials and the labor required to maintain the accretion are reduced.

Масса порций глинозема 0,05 0,19 кг, подаваемых на корку или на поверхность электролита с периодичностью 20 400 с, получены опытным путем и обусловлены следующими обстоятельствами:
уменьшение массы порции подаваемого глинозема улучшает условия его качественного растворения в электролите без образования осадка и увеличения объема настыли, при этом требуется увеличение частоты срабатывания дозирующего устройства;
уменьшение массы порции глинозема и увеличение частоты подачи порций позволяет эффективно растворять большие объемы на участках с открытым электролитом;
уменьшение массы порции глинозема и увеличение периодичности подачи порции в расплав на участках с криолито-глиноземной коркой и увеличенными размерами настыли позволяет выравнивать объем и размеры настыли по всей длине электролизера, избежать чрезмерного увеличения размеров настыли, приводящего к отказу работы устройства, нарушению циркуляции электролита и снижению технико-экономических показателей.The mass of portions of alumina 0.05 0.19 kg, supplied to the crust or to the surface of the electrolyte with a frequency of 20 400 s, were obtained experimentally and are due to the following circumstances:
a decrease in the mass of a portion of the supplied alumina improves the conditions for its qualitative dissolution in the electrolyte without the formation of sediment and an increase in the volume of accretion, and an increase in the frequency of operation of the dosing device is required;
a decrease in the mass of a portion of alumina and an increase in the frequency of the supply of portions makes it possible to effectively dissolve large volumes in areas with open electrolyte;
a decrease in the mass of a portion of alumina and an increase in the frequency of supply of a portion to the melt in areas with cryolite-alumina crust and increased sizes of nastily allows you to equalize the volume and size of nastily along the entire length of the electrolyzer, to avoid an excessive increase in the size of nastily, leading to failure of the device, disruption of electrolyte circulation and reduction technical and economic indicators.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1 и фиг. 2), на котором изображен вариант устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ. The invention is illustrated by the drawing (Fig. 1 and Fig. 2), which shows a variant of the device that allows to implement the proposed method.

Устройство содержит пробойники 1 с приводом от пневмоцилиндров 2 одной и другой продольных сторон электролизера 3, дозирующее устройство 4 (фрагмент), позволяющее изменять величину разовой порции подаваемого в расплав глинозема, блок 5 управления пневмоприводом, управляемого с нижнего уровня 6 АСУТП (НУ). Изменение параметров задают программно с верхнего уровня 7 (ВУ) посредством, например, ЭВМ IBM, на входе пневмотрассы 8 в пневмоцилиндры 2 устанавливают запорные вентили 9. The device contains punches 1 driven by pneumatic cylinders 2 of one and the other longitudinal sides of the electrolyzer 3, a metering device 4 (fragment), which allows changing the size of a single portion of the alumina supplied to the melt, a pneumatic actuator control unit 5 controlled from the lower level 6 of an automatic process control system. Changing the parameters is set programmatically from the upper level 7 (VU) by means of, for example, an IBM computer, shut-off valves 9 are installed at the inlet of the air duct 8 into the pneumatic cylinders 2.

Устройство работает следующим образом. При наличии участка открытой поверхности жидкого электролита в проекции подачи порций глинозема закрывают запорный вентиль 6 пневмоцилиндра 2 соответствующего пробойника 1, в проекции которого открытая поверхность расплавленного электролита. При этом продолжает работать по заданной программе дозирующее устройство, и порции глинозема поступают на поверхность электролита, происходит его растворение. The device operates as follows. If there is a portion of the open surface of the liquid electrolyte in the projection of the supply of portions of alumina, close the shut-off valve 6 of the pneumatic cylinder 2 of the corresponding punch 1, in the projection of which the open surface of the molten electrolyte. At the same time, the dosing device continues to work according to the given program, and portions of alumina are supplied to the surface of the electrolyte, its dissolution occurs.

При этом также могут изменять величину порций глинозема, а именно: на участках открытой поверхности жидкого электролита подаваемого глинозема увеличивают по сравнению с участками, имеющими криолито-глиноземную корку; на участках пространства "борт анод", имеющих криолито-глиноземную корку и увеличенный объем настыли, порцию глинозема уменьшают по сравнению с участками, имеющими открытую поверхность электролита. Изменение величины разовой порции может быть реализовано, например, с помощью изменения количества срабатываний дозирующего устройства за один цикл, или путем изменения временного интервала периода включения дозирующего устройства, задаваемых программно с верхнего уровня (ВУ) посредством использования ЭВС. At the same time, the amount of alumina portions can also be changed, namely: in the areas of the open surface of the liquid electrolyte, the supplied alumina is increased in comparison with areas having a cryolite-alumina crust; in the areas of the “board anode” space having a cryolite-alumina crust and an increased volume have fallen, a portion of alumina is reduced in comparison with areas having an open electrolyte surface. Changing the size of a single portion can be realized, for example, by changing the number of times the metering device is activated in one cycle, or by changing the time interval for the metering device to be turned on, programmed from the upper level (WU) by using EMU.

Пример. На группе промышленных электролизеров типа С-8Б на силу тока 155 кА, оснащенных известным устройством автоматической подачи глинозема в расплав (АПГ) точечного типа с пробойниками, оснащенными пневмоприводом, с дозаторами объемного типа, системой АСУТП, состоящей из НУ (шкаф ШУЭ-БМ4) и ВУ (ПЭВМ IBM), процесс электролиза ведут в автоматическом режиме питания глиноземом по заданной программе. Причем, на первой группе электролизеров ("А" 1 3) циклически срабатывают все имеющиеся пробойники и дозирующие устройства; на четвертом электролизере ("Б") установлены запорные вентили 6 на входе пневмотрассы 5 в пневмоцилиндры 2 пробойников 1; на пятом и шестом электролизерах ("С", "Д") также установлены вентили 6 (согласно чертежу) и применены дозирующие устройства, позволяющие изменять величину разовой порции подаваемого глинозема в каждой точке подачи. Example. On a group of industrial electrolyzers of the S-8B type for a current strength of 155 kA, equipped with a known device for the automatic supply of alumina to a point-type melt (APG) with punches equipped with a pneumatic drive, with volumetric batchers, an ASUTP system consisting of NU (ШУЭ-БМ4 cabinet) and VU (IBM PC), the electrolysis process is carried out in an automatic mode of alumina feeding according to a given program. Moreover, in the first group of electrolyzers ("A" 1 3) all available punches and metering devices are cyclically triggered; on the fourth electrolyzer ("B"), shut-off valves 6 are installed at the inlet of the air duct 5 into the pneumatic cylinders 2 of the punches 1; on the fifth and sixth electrolyzers ("C", "D") valves 6 are also installed (according to the drawing) and dosing devices are used to change the size of a single portion of the supplied alumina at each feed point.

Сравнительный электролиз ведут в течение трех месяцев. В ходе работы выясняют наличие открытой поверхности жидкого электролита в каждом электролизере. Наличие увеличенного объема настыли в проекции пробойников, при этом на электролизерах "В", "С", "Д" используют вентили 6 на входе в пневмоцилиндры 2 пробойников 1. Кроме этого, на электролизерах "С", "Д" применяют также изменения разовых порций подаваемого глинозема в зависимости от наличия участков открытой поверхности электролита и увеличенного объема бортовой настыли. Comparative electrolysis is carried out for three months. In the course of work, the presence of the open surface of the liquid electrolyte in each cell is determined. The presence of an increased volume accrued in the projection of the punch, while the electrolyzers "B", "C", "D" use valves 6 at the entrance to the pneumatic cylinders 2 of the punch 1. In addition, the electrolyzers "C", "D" also apply one-time changes portions of the supplied alumina, depending on the presence of sections of the open surface of the electrolyte and the increased volume of the side accretion.

Результаты сравнительных испытаний, осредненные за 3 месяца эксплуатации опытных электролизеров, отражены в таблице. The results of comparative tests averaged over 3 months of operation of experimental electrolyzers are shown in the table.

Как следует из полученных результатов, в случае применения запрета на срабатывание пробойника на участке с открытым электролитом (электролизеры "Г", "Д", "Ж") налипание агломерата на пробойники отсутствует, и отказы устройства, связанные с этим, также прекратились. Как следствие, возрастает срок службы пневмоцилиндров и пробойников, сортность получаемого алюминия. As follows from the results obtained, in the case of a ban on the operation of the punch in the area with an open electrolyte (electrolyzers "G", "D", "G") there is no adhesion of agglomerate to the punch, and the device failures associated with this also ceased. As a result, the service life of pneumatic cylinders and punches increases, and the grade of aluminum obtained increases.

Увеличение дозировки порций глинозема в проекции участков с открытой поверхностью электролита по сравнению с участками, имеющими электролито-глиноземную корку (электролизеры "Д", "Ж") позволяет активно использовать для растворения глинозема эти участки с открытой поверхностью, имеющие, естественно, более высокую температуру и скорость циркуляции электролита. An increase in the dosage of portions of alumina in the projection of areas with an open surface of the electrolyte compared with areas having an electrolyte-alumina crust (electrolyzers "D", "G") allows you to actively use these areas with an open surface for dissolving alumina, which naturally have a higher temperature and electrolyte circulation rate.

Уменьшение дозировки порций глинозема в проекции участков, имеющих криолито-глиноземную корку и увеличенный объем настыли в проекции пробойников, при одновременном увеличении дозировки порций глинозема на участках с открытой поверхностью электролита, позволяет достичь дополнительного снижения частоты анодных эффектов и несколько увеличить производительность электролизера, снизить рабочее напряжение, температуру электролита и расход фтористого алюминия за счет более правильного использования зон электролита для растворения суточной порции глинозема. При этом, естественное увеличение циклов подачи глинозема в сутки не привело к выходу из строя узлов устройства, очевидно, за счет снижения воздействия таких вредных факторов, как температура, налипание электролита на пробойник. В результате сокращается потребность в трудозатратах. Reducing the dosage of portions of alumina in the projection of areas with cryolite-alumina crust and an increased volume accrued in the projection of punches, while increasing the dosage of portions of alumina in areas with an open surface of the electrolyte, can achieve an additional reduction in the frequency of anode effects and slightly increase the productivity of the electrolyzer, reduce the operating voltage , the temperature of the electrolyte and the consumption of aluminum fluoride due to a more correct use of electrolyte zones for dissolving hydrochloric alumina portion. At the same time, a natural increase in the alumina supply cycles per day did not lead to failure of the device components, obviously due to a decrease in the influence of such harmful factors as temperature, electrolyte sticking to the punch. As a result, the need for labor is reduced.

Отсутствие на опытных электролизерах глиноземных осадков, снижение выхода угольной пены также снижает трудозатраты, расход электроэнергии и повышает производительность электролизера ("Д", "Ж"). The absence of alumina deposits on the experimental electrolyzers, the decrease in the yield of coal foam also reduces labor costs, energy consumption and increases the productivity of the electrolyzer ("D", "F").

Полученные данные указывают также, что наиболее оптимальной дозой каждой порции глинозема является диапазон 0,19 0,05 кг или по отношению к номинальной силе тока 1,22•10^-3 0,32•10^-3 кг/кА данного типа электролизера.The data obtained also indicate that the most optimal dose of each portion of alumina is a range of 0.19 0.05 kg or relative to the nominal current strength of 1.22 • 10 ^-3 0.32 • 10 ^-3 kg / kA of this type of electrolyzer.

Периодичность подачи указанных порций глинозема, обеспечивающих полученное возрастание экономического эффекта, составил в пределах 20 400 с. The frequency of supply of these portions of alumina, providing the resulting increase in economic effect, was within 20 400 s.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить производительность электролизера, сортность алюминия, снизить расход электроэнергии, сырья и трудозатрат. Thus, the proposed method allows to increase the productivity of the cell, the grade of aluminum, to reduce the consumption of electricity, raw materials and labor.

Claims (4)

1. Способ автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом, включающий периодическую подачу дозированных порций глинозема на корку, продавливание корки на локальных участках в проекции подачи порций глинозема, отличающийся тем, что на участках открытой поверхности жидкого электролита ведут подачу порций глинозема на поверхность электролита без продавливания корки. 1. A method for automatically feeding an aluminum electrolyzer with alumina, including the periodic supply of dosed portions of alumina to the crust, forcing the crust in local areas in the projection for feeding alumina portions, characterized in that, in areas of the open surface of the liquid electrolyte, alumina portions are fed to the electrolyte surface without forcing the crust. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на участках открытой поверхности дозировку порций глинозема увеличивают по сравнению с дозировкой на участках, имеющих криолитоглиноземную корку. 2. The method according to claim 1, characterized in that in areas of the open surface, the dosage of portions of alumina is increased in comparison with the dosage in areas having cryolite-alumina crust. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на участках, имеющих криолитоглиноземную корку и увеличенный объем настыли, дозировку порций глинозема уменьшают по сравнению с участками, имеющими открытую поверхность электролита. 3. The method according to claim 1, characterized in that in areas having a cryolite-alumina crust and an increased volume has fallen, the dosage of portions of alumina is reduced in comparison with areas having an open electrolyte surface. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что порции глинозема подают на корку или поверхность электролита массой 0,05 0,09 кг с периодичностью 20 - 400 с. 4. The method according to PP.1 to 3, characterized in that portions of alumina are fed to the crust or surface of the electrolyte weighing 0.05 0.09 kg with a frequency of 20 to 400 s.

Images