Результат интеллектуальной деятельности: ГАЗОСБОРНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом расплавов, и может быть использовано на электролизерах для получения алюминия.

Известно газосборное устройство алюминиевого электролизера, заключенного в катодный кожух, содержащее прямые и угловые секции, подвешенные по всему периметру нижней части анодного кожуха, при этом нижняя кромка секции установлена от анодного кожуха на расстоянии, равном 0,4÷0,6 расстояния между анодным кожухом и стенкой катодного кожуха (Патент РФ №2324012, опубл. 10.05.2008 г., бюл. №13).

Недостатками известного газосборного устройства являются значительная площадь наружной поверхности и высокие потери тепла через нее в окружающую среду, на компенсацию которых затрачивается значительная часть электроэнергии, потребляемой электролизером, в удельном исчислении до 600-700 кВт·ч/т Al.

Известна секция газосборного колокола алюминиевого электролизера, изготовленная из смеси порошкообразных оксида алюминия и металлического алюминия с жидким стеклом согласно способу (Авт. свид. SU №1578234, опубл. 15.07.1990 г., бюл. №26). Изготовленная из порошкообразных материалов секция обладает низкой теплопроводностью и меньшими, в сравнении с чугунной, потерями тепла в окружающую среду.

Недостатками известной секции являются риск пропитки порошкообразных материалов испаряющимися с поверхности расплава фтористыми солями, увеличение их объема и, как следствие, разрушение секции, а также ее хрупкость и риск поломки при воздействии инструментом (лом, скребок), применяемом при выполнении технологических операций.

Задачей настоящего изобретения является снижение потерь тепла конструктивными элементами электролизера в окружающую среду и затрат электроэнергии на их компенсацию.

Достигается это тем, что газосборное устройство алюминиевого электролизера, содержащее прямые и угловые секции, подвешенные с помощью зацепов по периметру анодного кожуха, оборудовано теплоизолирующим слоем, для чего секции выполнены пустотелыми и между их внутренней и наружной стенками размещен теплоизолирующий слой высотой h, равной 0,7-0,8 высоты H секции газосборного устройства.

Целесообразность оборудования газосборного устройства теплоизолирующим слоем обусловлена тем, что порядка 1,5-2,5% энергии, потребляемой электролизером, через поверхность секций рассеивается в окружающую среду в виде тепла, и уменьшение этих потерь является существенным резервом снижения потребления электролизером электроэнергии.

Пустотелость секций обусловлена необходимостью защиты теплоизолирующего слоя от воздействия расплава, а также инструмента, используемого при выполнении технологических операций.

Отношение высоты слоя тепловой изоляции к высоте секции газосборного устройства обосновывается следующим. Согласно требованиям технологических инструкций, нижняя кромка секций газосборного устройства во время работы электролизера присыпается глиноземом, что предупреждает подсосы воздуха и выбивание газа из-под него. При этом высота слоя глинозема, являющегося также и теплоизоляцией, на нижней кромке секции должна быть в пределах 5-10 см, что составляет 0,2-0,3 высоты секции газосборного устройства. Следовательно, изоляция высотой более 0,8 высоты секции будет дублировать теплоизолирующие свойства глиноземной засыпки. Уменьшение высоты слоя изоляции менее 0,7 высоты секции приведет к увеличению потерь тепла электролизером через незащищенный участок газосборного устройства.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Потери тепла через поверхность газосборного устройства электролизера с верхним токоподводом составляют порядка 35 кВт, и на их компенсацию расходуется 600-700 кВт·ч электроэнергии. Оборудование секций газосборного устройства тепловой изоляцией позволяет существенно снизить эти потери, в частности, при использовании в качестве теплоизоляции асбестового материала, коэффициент теплопроводности которого составляет 0,2 Вт/м·К, в 1,5-2 раза, при использовании вспученного вермикулита, коэффициент теплопроводности которого 0,05 Вт/м·К - в 2-3 раза, что подтверждено результатами опытно-промышленных испытаний. Таким образом, удельные затраты электроэнергии на компенсацию тепловых потерь, а следовательно - удельный расход электроэнергии на производство алюминия снижаются на 250-400 кВт·ч/т Al.

Заявляемое устройство поясняется рисунками. На фиг. 1 изображен фрагмент газосборного устройства алюминиевого электролизера, содержащего прямые 1 и угловую 2 секции. На фиг. 2 изображен разрез прямой секции газосборного устройства, между внутренней 3 и наружной 4 стенками которой размещен теплоизолирующий слой 5, а сама секция с помощью зацепа 6 крепится к анодному кожуху. На фиг. 3 изображен разрез угловой секции газосборного устройства, между внутренней 3 и наружной 4 стенками которой размещен теплоизолирующий слой 5, а сама секция с помощью зацепа 6 также крепится к анодному кожуху.

Устройство работает следующим образом. Тепло, передающееся от электролизера прямым 1 и угловым 2 секциям газосборного устройства теплопроводностью, конвекцией и излучением передается в окружающую среду. При оборудовании секций газосборного устройства теплоизолирующим слоем 5, размещенным между наружной 3 и внутренней 4 стенками, потери тепла снижаются, поскольку коэффициент теплопроводности тепловой изоляции в 280-1120 раз ниже теплопроводности чугуна, материала, из которого изготовлены секции и коэффициент теплопроводности которого составляет 56 Вт/м·К. Соответственно, температура наружной стенки секции газосборного устройства снижается на 100°C и более. Таким образом, снижаются потери тепла теплопроводностью и конвекцией, которые зависят от разности температур внутренней и наружной стенок и от площади теплоотдающей поверхности, а также потери тепла излучением, величина которых также определяется температурой тела, сокращаются в 1,5-3 раза и более. Соответственно, удельные затраты электроэнергии на компенсацию тепловых потерь, а следовательно - удельный расход электроэнергии на производство алюминия снижаются на 250-400 кВт·ч/т Al.