Результат интеллектуальной деятельности: Способ защиты обожженного анода алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом в электролизерах с обожженным анодом.

Известен способ точечной загрузки укрывного материала на поверхность обожженного анода [Hugh McLaughlin III. Анодное покрытие // Сб. докладов Межд. конф. «Алюминий Сибири 2004», г. Красноярск. - с. 80-82]. Для реализации способа используется перемещаемый краном ковш, обеспечивающий загрузку укрывного материала с минимальной высоты.

Недостаток способа заключается в дополнительном оборудовании, увеличении времени эксплуатации металлургических кранов и нахождении электролизера в разгерметизированном состоянии при точечной загрузке укрывного материала.

Известен способ защиты обожженного анода, заключающийся в загрузке сыпучего укрывного материала частями, по мере формирования прочной корки из его нижележащих слоев [Mark P. Taylor, Greg L Johnson, Evan W Andrews, Barry J Welch. The Impact of Anode Cover Control and Anode Assembly Design on Reduction Cell Performance // Light Metals. - 2004. - pp. 199-206].

Недостатком известного способа является малый слой сыпучего укрывного материала, защищающий верхнюю часть обожженного анода, обращенную в сторону фланцевого листа катодного устройства электролизера.

Задачей заявляемого изобретения являются уменьшение скорости окисления и снижение расхода обожженного анода, увеличение эффективности его укрытия со стороны, обращенной к фланцевому листу катодного устройства электролизера.

Достигаются это тем, что в способе защиты обожженного анода алюминиевого электролизера осуществляют загрузку укрывного материала на сторону анода, обращенную к фланцевому листу катодного устройства электролизера, в два этапа, при этом первый слой укрывного материала загружают на выемку, выполненную в аноде на высоте h от его основания и шириной В, равной 0,05-0,1 длины L угольного анодного блока, с образованием угла α₁, равного 37-42°, между верхней границей укрывного материала и горизонтальной плоскостью; после спекания укрывного материала и образования на его поверхности прочной корки на нее загружают второй слой укрывного материала на высоту Н-h с образованием угла α₂, равного 55-60°, между верхней границей укрывного материала и горизонтальной плоскостью, где H - это высота анода, h - высота анода от его основания до выемки.

Выполнение выемки на стороне обожженного анода, обращенной к фланцевому листу катодного устройства, обосновывается необходимостью увеличения угла, образованного горизонтальной плоскостью и верхней границей слоя укрывного материла.

Ограничение угла α₁ пределами 37-42° обосновывается углом естественного откоса укрывного материала, который находится в этих пределах. [Halldor Gudmundsson. Improving anode cover material quality at Nordural - quality tools and measures // Light Metals. - 2009. - pp. 467-472]. Превышение угла α₁ пределов 37-42° не позволит произвести качественную загрузку укрывного материала на сторону обожженного анода, обращенную к фланцевому листу катодного устройства. Уменьшение угла α₁ ниже пределов 37-42° снизит эффективность защиты стороны обожженного анода, обращенной к фланцевому листу катодного устройства.

Ширина выемки в пределах 0,05-0,1 длины обожженного анода обосновывается особенностями изменения его конфигурации по мере окисления в процессе эксплуатации. Окисление обожженного анода происходит не только по его нижней, обращенной к расплаву, поверхности, но и по верхней и боковым поверхностям, защищаемым укрывным материалом. В процессе эксплуатации обожженный анод по верхней поверхности уменьшается на 0,1-0,2 и более от своей первоначальной длины. Устройство выемки размером 0,05-0,1 длины обожженного анода не приведет к тому, что из его общей массы будет удалена часть, способная в процессе эксплуатации достичь поверхности расплава и окислиться в этой зоне.

Высота h расположения выемки выбирается из условий обеспечения угла α₁ между верхней границей укрывного материала и горизонтальной плоскостью в пределах 37-42°, зависящего от расстояния между фланцевым листом катодного устройства и обращенной к нему стороной обожженного анода.

Наличие выемки обеспечивает возможность загрузки укрывного материала частями, в несколько приемов.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где 1 - обожженный анод, 2 - токоподвод, 3 - фланцевый лист катодного устройства, 4 - укрывной материал.

Укрытие угольного блока осуществляют следующим образом. На первом этапе в пространство между обожженным анодом 1 и фланцевым листом 3 загружается слой укрывного материала 4, защищающий обожженный анод на высоту h, от поверхности расплава до выемки. При этом угол α₁, образованный горизонтальной плоскостью и верхней границей слоя укрывного материала, находится в пределах 37-42°, что примерно равно углу естественного откоса последнего. Далее, по мере спекания укрывного материала и образования на его поверхности прочной корки на последнюю загружается второй слой укрывного материала, защищающий обожженный анод от окисления на участке (Н-h), от выемки до верхней торцевой кромки угольного блока. При этом угол α₂, образованный горизонтальной плоскостью и верхней границей слоя укрывного материала, находится в пределах 55-60°, что является не только следствием загрузки материала на корку, но и высокими силами сцепления тонкодисперсного материала с твердой поверхностью. В обоих случаях фланцевый лист катодного устройства играет роль подпорной стенки, увеличивающей угол естественного откоса укрывного материала, защищающего обожженный анод от окисления.

Преимуществами заявляемого изобретения являются увеличение эффективности защиты торцевой стороны обожженного анода, уменьшение массы свежего обожженного анода и снижение, таким образом, нагрузки на балку-коллектор электролизера, сокращение выбросов CO₂, являющегося парниковым газом, снижение массы анодного огарка, извлекаемого из электролизера и вовлекаемого во вторичную переработку.