Результат интеллектуальной деятельности: Анодный блок алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия в электролизерах с обожженными анодами, и направлено на сокращение удельного потребления электрической энергии и повышение энергетической эффективности электролизного производства путем снижения газонаполненности электролита и уменьшения потерь напряжения на преодоление его сопротивления.

Известен обожженный анод алюминиевого электролизера, включающий анодный блок с одним или несколькими вертикальными каналами на его нижней рабочей поверхности, выполненными с дифференцированным углублением, равным 0,25-0,3 высоты блока по протяженности в виде участка с фиксированным равномерным углублением с наклоном до 3 [Патент RU на изобретение №2239005, опубл. 27.10.2004].

Недостаток известного обожженного анода заключается в том, что по мере сгорания анодного блока на высоту, превышающую высоту углублений, значительно возрастает объем прианодного газоэлектролитного слоя и затраты электроэнергии на преодоление его сопротивления.

Известен электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с вертикальными отверстиями, внутренняя поверхность которых защищена корундовыми трубками [Патент RU на изобретение №2555302, опубл. 10.07.2015].

Недостатком известного электролизера является риск закупоривания вертикальных отверстий застывшим расплавом в период прогрева нового угольного анода до температуры электролита.

Задачей заявляемого изобретения является сокращение потребления электроэнергии электролизером и снижение объема прианодного газоэлектролитного слоя в течение всего срока эксплуатации угольного анода.

Достигается это тем, что анодный блок алюминиевого электролизера, содержащий на нижней рабочей поверхности пазы и вертикальные газоотводящие трубки, при этом, высота пазов равна 0,15-0,2 высоты анодного блока, высота вертикальных газоотводящих трубок равна 0,9-1,0 высоты анодного блока, трубки установлены с шагом, равным 0,1-0,2 длины анодного блока при продольном размещении пазов, или с шагом, равным 0,15-0,3 ширины анодного блока при поперечном размещении пазов, при этом нижние концы газоотводящих трубок совмещены с верхней гранью пазов.

Высота пазов h₁ в пределах 0,15-0,2 высоты Н угольного анода выбрана из следующих соображений. При установке в электролизер свежий угольный блок, высота которого составляет 70-80 см, погружается в расплав на глубину 10-15 см. В этот период нижняя поверхность угольного блока покрывается корочкой застывшего электролита, затрудняющей сход анодного газа, образующегося при окислении углерода. Общее время нагрева угольного блока до температуры расплава составляет 12-24 часа. В этот период и в последующие 5-7 суток сход анодных газов происходит через кромки угольного блока и через пазы, расположенные на нижней рабочей поверхности угольного блока. Уменьшение высоты h₁ пазов менее 0,15-0,2 высоты Н угольного анода несет риск их полного погружения в расплав при установке в электролизер свежего угольного блока. Увеличение высоты h₁ пазов более 0,15-0,2 высоты Н угольного анода увеличивает трудозатраты на изготовление пазов и повышает выход угольной крошки при их фрезеровании.

Поперечные пазы помимо уменьшения объема газоэлектролитного слоя снижают риск возникновения термических напряжений в аноде. Продольные пазы помимо уменьшения объема газоэлектролитного слоя сокращают длину пути газовых пузырей до боковых краев подошвы анода.

Целесообразность совмещения нижних концов газоотводящих трубок с верхней гранью пазов объясняется тем, что при таком размещении исключается риск забивания газоотводящих трубок застывшим электролитом при прогреве установленного в электролизер свежего угольного блока и обеспечивается отвод анодных газов через газоотводящие трубки в течение всего срока службы угольного блока.

Высота газоотводящих трубок h₂ в пределах 0,9-1,0 высоты Н угольного блока обеспечивает возможность надежной защиты верхней поверхности угольного блока от окисления и исключается риск закупоривания газоотводящих трубок укрывным материалом. Увеличение этого параметра более 0,9-1,0 Н несет риск поломки или деформации трубок при транспортировании угольного блока и его установке в электролизер.

Размещение трубок с шагом l, равным 0,1-0,2 длины L анодного блока при продольном размещении пазов, или с шагом b, равным 0,15-0,3 ширины В угольного блока при поперечном размещении пазов, обосновывается тем, что в этом случае зазор между смежными газоотводящими трубками составляет 10-20 см при длине угольного блока 90-100 см и ширине 60-70 см. Уменьшение шага указанных пределов несет риск снижения прочности угольного блока. Увеличение шага выше указанных пределов несет риск увеличения объема газоэлектролитного слоя под угольным блоком и энергозатрат на преодоление его сопротивления.

Изобретение поясняется графически. На фиг. 1 изображен общий вид анодного блока с продольно размещенными пазами, на фиг. 2 - общий вид анодного блока с поперечно размещенными пазами, где: 1 - анодный блок; 2 - пазы; 3 - газоотводящие трубки.

В процессе электролиза газовые пузыри, образующиеся в результате окисления анодного блока в период его нагрева до температуры расплава и в последующие 5-7 суток, до момента сгорания блока на высоту пазов, движутся по пути наименьшего сопротивления до края подошвы анодного блока или в пазы. По мере сгорания анодного блока на высоту пазов анодные газы движутся также по пути наименьшего сопротивления, до края подошвы анодного блока или в газоотводящие трубки. При этом через пазы и газоотводящие трубки удаляется половина образующихся анодных газов, что сокращает объем прианодного газоэлектролитного слоя и затраты электроэнергии на преодоление его сопротивления в 1,5-2 раза.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении объема газоэлектролитного слоя и уменьшении потерь напряжения на преодоление его сопротивления в течение всего срока службы анода.