SU1419522A3 - Стальна токоподвод ща штанга алюминиевого электролизера - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электролитическому получен то алюмини  электролизом криолитоглиноземных расплавов с использованием углеграфитовых анодов. Цель изобретени  - снижение расхода электроэнергии. Стальна  то- коподвод ща  штанга 4 анода 1 алюминиевого электролизера выполнена с уменьиюнным сечением в верхней части 5. Верхн   часть с уменьшенным сечением составл ет 30% всей длины штанги. Площадь уменьшенного сечени  равна 60% площади поперечного сечени  нижней части. Уменьшенное сечение верхней части штанги может быть в виде круга или кольца. Такое выполнение токоподвод щей штанги снижает тепло- потери через тело штанги и позвол ет снизить расход электроэнергии на 200- 300 кВт-ч/т алюмини . 2 з.п. ф-лы, 4 ил. g СУ)

Description

293

со ел ю

N3

75J

СМ

11

Изобретение относитс  к производству алюмини  электролизом криолито- глин оземиых расплавов с использованием углеграфитовых анодов.

Цель изобретени  - снижение расхода электроэнергии.

На фиг. 1-3 показана стальна  то- коподвод ща  штанга дл  обожженного анода алюминиевого электролизера; на фиг. А - то же, дл  самообжигающегос  анода.

Углеграфитовый блок анода 1 выполнен с углублением 2, При помощи чугунной заливки 3 установлена стальна  штанга 4, выполненна  в верхней части 5 с уменьшенным сечением. Штанга крепитс  к анодной шине 6. При использовании самообжигающегос  анод

0

5

локализируетс  точно над анодом (фиг. 1). Следовательно, достаточно теплоизолировать эту зону теплоизол - тором, например глиноземом, чтобы устранить большую часть имеющихс  в зоне теплопотерь, средн   и верхн   части стержн  могут быть оставлены на воздухе ввиду сравнительно невысокой температуры, составл ющей 300 С или ниже.

Увеличение падени  омического напр жени  в суженной части может быть компенсировано увеличением сечени  гор чей части стали, где имеет место высокое удельное сопротивление. Температурный коэффициент удельного

электрического сопротивлени  железа составл ет 0,0147 при 500 с. Эта ве

подачу тока осуществл ют через сталь

ной стержень - штырь 7, установленны в углеграфитовую пасту 8. Теплоизол цию осуществл ют гранулами 9. В ваннах , использующих предварительно обоженные аноды, примерно половина теп- левого потока, проход щего через аноды , отв одитс  через сталь. Теплопередача осуществл етс  в основном посредством проводимости. Пунктирной линией ХХ обозначена граница между частью проводника, заделанной в углерод , и верхней его частью.

Частичное уменьшение сечени  стали в верхней части позвол ет локально получить высокие температурные градиенты. В результате этого можно точно определить в стали гор чие и холодные зоны.

Провод т опыт, в результате которого на 10 см длины получают снижечО ,

ние температуры с 650 до 320 С (фиг. 1).

На фиг, 2 показано каким образом в известных анодах и В идентичных услови х происходит распределение температур в анодной системе, когда штанга 4 имеет посто нное сечение.

Плотность тока может локально увеличиватьс  без про влени  эффекта плавлени . Действительно, благодар  близости значительной массы стали с относительно низкой температурой происходит быстрое поглощение тепла, выдел ющегос  в результате эффекта Джоул  при чрезмерном увеличении силы тока в круглой штанге 4.

Повьш1ение температуры стали,  вл ющеес  источником тепловых потерь в результате конвекции и излучени ,

0

5 О

5

0

5

5

личина достигает максимума при температуре около 500°С.

Кроме того, контакт между сталью и углеродом улучшаетс  в результате увеличени  сечени  нижней части штанги 4, повьш1ени  температуры этой зоны и дополнительного теплового расширени  металлической части. Выигрьш в сопротивлении полученного таким образом контакта составл ет около 30% по сравнению с монтажом известной конструкции (фиг. 2).

Сечение и длина суженной и несуженной частей подбираютс  так, чтобы полученное полное тепловое сопротив- ление было равно или несколько превышало сопротивление монтажа известной конструкции. В этой св зи необходимо, чтобы длина суженной части верхнего участка 5 была тем больше, чем ближе ее сечение к сечению исходного стержн . Это условие требует также определенного соотношени  между сечением части верхнего участка 5 и сечением штанги 4.

Изобретение особенно эффективно в случае, когда соотношение между сечением части верхнего участка 5 и сечением штанги 4 равно или меньше 0,6. Длина суженной части должна по меньшей мере составл ть 35% общей длины верхней части стержн . Это позвол ет сбалансировать общее тепловое сопротивление без про влени  эффекта плавлени , получа  при этом выигрыш в контактном сопротивлении, во всех случа х превышающий на 30% его первоначальную величину.

Возможны варианты осуществлени  изобретени : сечение уменьшенной час314

ти может быть ПЫПО.П11С110 в форме круга или кольца (фиг. 3).

Использование такого монтажа в известной ванне при силе тока 280000 А позволило констатировать, что покрытие стержн  большего сечени  глиноземом достаточно дл  очень хорошей теплоизол ции анодов. Плотность тока D этом случае бььта следующей: поперечина (холодна  зона) 15 А/см , стержень - суженна  зона верхнего участка 5 28 А/см, гор ча  зона штанги 4 10 А/см.

При сравнении работы электролизера при 280000 А с круглыми анодами посто нного сечени  120 мм и с предлагаемыми анодами вы снилось, что последние обеспечивают выигрыш в 30 мВ в падении анодного напр жени . В результате снижаетс  потребление энергии электролизером на 100 кВт-ч/т, а рабочее напр жение электролизера снижаетс  на 0,03 В без изменени  силы тока. В этом случае общее тепловое сопротивление стержн  и его суженной части на 50% превьппает тепловое сопротивление стержн  с посто нным диаметром 120 мм. Это обеспечивает дополнительную теплоизол цию электролизера , позвол ющую снизить мощность, подаваемую в электролизер.

В случае самообжигающегос  анода (фиг. 4) подача тока осуществл етс  при помопщ стальных стержней - штырей 7, которые всаживаютс  непосредственно в углеграфитовую пасту 8, потом извлекаютс  и вновь устанавливаютс  немного выше по мере сгорани  анода, но так, чтобы избежать контакта между нижним заостренным концом штыр  И электролитом. Диаметр верхней части штыр , составл ющий 100522

150 мм, можно уменьшить ниже зоны контакта штыр  п анодной рамке и уве-- личить диаметр нижней части. Теплоизол ци  верхней части анода обеспечиваетс  в этом случае гранулами углеродистой пасты 9, периодически добавл емыми дл  восстановлени  анода по мере износа его нижней части. Дл 

Q облегчени  извлечени  штыр  из пасты предпочтительно использовать конструкцию с трубой, имеющей такой же наружный диаметр, что и нижн   часть штыр .

5 Использование изобретени  поэво- л ет снизить расход электроэнергии на 200-300 кВт ч/т алюмини  и увеличить срок службы наплавок алюминий - сталь, который становитс  равным сроQ ку службы стальных элементов.

Claims (3)

1.Стальна  токоподвод ща  штанга 5 алюминиерого электролизера дл  получени  алюмини  электролизом криолито- глиноземных расплавов, выполненна 

из верхней и нижней частей и соедин юща  анодную ошиновку с углеграфи- 0 товым анодом, отличающа с  тем, что, с целью снижени  расхода электроэнергии, верхн   часть штанги составл ет не менее 30% всей длины и выполнена с сечением площадью не более 60% площади поперечного сечени  нижней части.

2.Штанга по п. 1,отличаю- щ а   с   тем, что верхн   часть

д имеет сечение ввиде круга.

3.Штанга поп. 1, отличающа с  тем,что верхн   часть имеет сечение ввиде кольца.

Фиг. 2

У07

750

950

Фи9.3

фм.4