Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ОТВОДА ГАЗОВ ИЗ-ПОД ПОДОШВЫ САМООБЖИГАЮЩЕГОСЯ АНОДА

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

Известно устройство удаления газов непосредственно из-под подошвы анода, где газоотвод представляет собой вертикальный проем в центральной части анода в виде короба, изготовленного из листовой стали и снабженного теплоизоляционным сводом - крышкой с насыпью из теплоизоляционного материала, глинозема или криолита, и с трубой для улавливания и отвода анодных газов (Авт. свид. СССР №124627, опубл. в БИ 23, 1959).

Недостатками известного устройства являются уменьшение площади анода, создающей электрический контакт с расплавом, а также риск загрязнения анодной массы теплоизоляционным пылевидным материалом и связанное с этим последующее расслоение спеченного анода.

Известно устройство, которое используется в способе выведения газов из-под подошвы самообжигающегося анода алюминиевого электролизера. Устройство состоит из труб, запеченных в тело анода по его продольной или поперечной осям в один или несколько рядов, контрфорсных балок и колокольного газосборника, присоединенного к общей системе газоочистки. (Авт. свид. СССР №313897, опубл. в БИ №27, 1971). Этот аналог взят за прототип.

Недостатком устройства является сложность сооружения системы газоотвода в условиях действующего электролизера, риск забивания полых контрофорсных балок, используемых в качестве одного из элементов газоотводящей сети пылью, а газоходных каналов в подошве анода расплавом, а также риск загрязнения жидкого алюминия железом в случае использования стальных листов и труб при изготовлении газоотводящей сети.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение толщины газосодержащего слоя электролита, сокращение потребления электролизером электроэнергии и увеличение выхода металла по току.

Достигается это тем, что в устройстве отвода газов из-под подошвы самообжигающегося анода в систему организованного газоотсоса в виде труб, запеченных в тело анода по его продольной или поперечной осям в один или несколько рядов, согласно изобретению, трубы для отвода газов расположены по всей высоте анода, при этом в зоне жидкой анодной массы высота труб составляет 0,25÷0,3 от общей высоты труб, в зоне полукокса трубы перфорированы и их высота составляет 0,5÷0,6 от общей высоты труб, а в нижней части, в зоне сформированного анода, трубы снабжены газопроводящими пробками, высота которых составляет 0,2÷0,25 от общей высоты трубы.

При этом газопроводящие пробки выполнены из подштыревой анодной массы с содержанием связующего - каменноугольного пека 35-40% масс.

Стенки труб в зоне жидкой анодной массы выполнены без отверстий, чтобы предотвратить затекания жидкой анодной массы и закупоривания ей газоотводящей трубы. Перфорированная часть труб обеспечивает выход газов, образующихся при коксовании анода непосредственно в систему организованного газоотсоса, минуя «традиционный» путь - через тело анода в колокольный газосборник электролизера. Газопроводящие пробки в нижней части труб служат теплоизолятором, в целях предотвращения замерзания расплава.

Величина части труб h₁, проходящих зону жидкой анодной массы, составляет 0,25÷0,3 общей высоты труб H, что обосновывается следующими соображениями. Общая высота газоотводящих труб, равно как и высота анода, составляет 150-160 см, при этом высота слоя жидкой анодной составляет 35-40 см или 0,23÷0,26 общей высоты трубы. Уменьшение высоты h₁ верхней части труб менее 0,25H общей высоты несет риск затекания жидкой анодной массы и закупоривания ей труб. Увеличение высоты h₁ верхней части труб более 0,3Н общей высоты частично перекроет доступ газам в трубы и далее - в систему организованного газоотсоса.

Величина части труб h₂, проходящих зону полукокса, составляет 0,5÷0,6 общей высоты труб H, что обосновывается следующим. Уменьшение высоты h₂ менее 0,5H от общей высоты существенно снизит эффективность отвода газов в трубы и далее - в систему организованного газоотсоса. Увеличение высоты h₂ более 0,6H от общей высоты несет риск уменьшения высоты газопроводящих пробок и снижения их теплоизоляционных свойств. Наличие перфорации труб, расположенных в зоне полукокса, обосновывается тем, что в этой зоне происходит наиболее интенсивное выделение газов, образующихся в процессе коксования анода.

Величина части труб h₃, проходящих зону сформированного анода, составляет 0,2÷0,25 общей высоты труб H, что обосновывается следующим. Уменьшение высоты h₃ менее 0,2H несет риск выпадения пробки вследствие малой величины сил ее сцепления со стенками труб. Увеличение высоты h₃ более 0,25H существенно увеличит сопротивление пробки движению газов, а также уменьшит высоту средней части труб.

Изготовление газопроводящих пробок из подштыревой анодной массы с содержанием связующего - каменноугольного пека 35-40% мас. обосновывается следующим. При загрузке в трубу подштыревой анодной массы последняя сразу же попадает в зону высоких температур, порядка 750-800°C, где практически мгновенно происходит ее коксование. Образующийся при этом вторичный анод имеет рыхлую структуру, в котором норы занимают 35% объема и более, в то время как объем пор в основном аноде составляет порядка 28%. Таким образом, образующийся вторичный анод обладает достаточными газопропускными свойства.

Уменьшение содержания пека менее 35% масс. не обеспечит достаточной пористости вторичного анода, что существенно увеличит сопротивление движению газов в трубу. Увеличение содержания иска более 40% масс. приведет к увеличению пористости вторичного анода до уровня, не обеспечивающего целостной структуры.

Отвод газов из-под подошвы анода через несколько труб обусловлен тем, что самообжигающийся анод имеет значительную площадь, более 20 м², и существенное снижение газонаполненности электролита возможно лишь при соблюдении этого условия.

Заявляемое устройство поясняется графически.

На фиг.1 изображен общий вид в разрезе. На фиг.2 разрез А-А на фиг.1, где 1 - анод; 2 - токоподводящие штыри; 3 - алюминиевая токоподводящая штанга; 4 - зажим токоподводящей штанги; 5 - анодная ошиновка; 6 - газосборный колокол; 7 - анодный кожух; 8 - труба отвода газов, запеченная в тело анода; 9 - перфорация труб; 10 - газопроводящая пробка; 11 - вторичный анод под токоподводящим штырем; 12 - слой жидкой анодной массы.

Устройство работает следующим образом.

Анодные газы, образующиеся при коксовании и окислении анода 1, от наружных рядов токоподводящих штырей 2, с помощью алюминиевой штанги 3 и зажима 4 присоединенных к анодной ошиновке 5, движутся под подошвой анода и диффундируют через его тело под газосборный колокол 6, расположенный по периметру анодного кожуха 7. Анодные газы от внутренних рядов токоподводящих штырей 2 направляются, преимущественно, в газоотводящие трубы 8, запеченные в теле анода по его продольной или поперечной осям в один или несколько рядов. При этом газы из-под подошвы анода в трубы поступают через газопроводящие пробки 10, которые обладают пористостью, достаточной для беспрепятственного прохождения газов, а также предохраняют поверхность расплава от образования на нем корки. Газы из зоны полукокса поступают в трубы через перфорированную часть 9, что сокращает путь прохождения газов через анод. Далее газы направляются в систему газоочистки.

Отвод части образующихся анодных газов в систему организованного газоотсоса через трубы, запеченные в тело анода, согласно заявляемому изобретению, в 1,5-2 раза уменьшает толщину газосодержащего слоя под подошвой анода, в 2-3 раза снижает объем газов, фильтрующихся в тело анода из газонаполненного слоя, увеличивает плотность спеченного анода и повышает его электропроводящие свойства вследствие снижения объема диффундирующих через пего газов, уменьшает волнение металла и колебания междуполюсного расстояния (МПР). В результате расход электроэнергии снижается на 500-700 кВт·ч/т Al, выход металла по току возрастает на 4-5%, расход анода снижается на 2-3%.