Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УСТРАНЕНИЯ АНОДНЫХ ЭФФЕКТОВ

Изобретение относится к области электролитического получения алюминия из расплавов и предназначено для автоматического устранения анодных эффектов в электролизерах с самообжигающимся и обожженными анодами. Способ может быть использован и на электролизерах Содерберга.

Аналогом способа является способ устранения анодных эффектов, заключающийся в определении момента, когда падение напряжения на электролизере превысит уровень, соответствующий приблизительно 150% от номинального. При такой величине напряжения неизбежно наступает анодный эффект. После чего выполняют загрузку глинозема в электролит, а анод опускают для уменьшения межэлектродного расстояния до величины, составляющей 30-60% относительно межэлектродного расстояния. Затем, после загрузки глинозема, поднимают анод в прежнее положение (патент Франции №1589563, кл. С 25 С 3/20, 1970).

Недостатком аналога является заливание криолит-глиноземного укрытия анода и даже перелив расплава через борт ванны, происходящие вследствие уменьшения величины межполюсного расстояния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ, включающий загрузку глинозема и перемещение анодного массива вверх-вниз. В способе при возникновении анодного эффекта осуществляют продольный перекос нижней границы анода. Перекос осуществляют относительно горизонта путем подъема одного из торцов анода и одновременного опускания другого торца. Межэлектродное расстояние при этом оставляют прежним без изменения. После чего анод возвращают в исходное положение. В частном случае выполнения способа перед осуществлением перекоса предварительно увеличивают межэлектродное расстояние на 4-8%, затем измеряют падение напряжения в торцовых частях электролизера, например между центральными частями торцов анодного кожуха, и токопроводящими стержнями крайних (торцовых) катодных секций. Для восстановления межэлектродного расстояния опускают торец анода с меньшим значением измеренного напряжения и одновременно поднимают противоположный торец на величину, составляющую 70-150% относительно межэлектродного расстояния. Взаимодействие ее с вертикальной составляющей тока в цепи анод - электролит - катод создает электромагнитный эффект, вызывающий (при опускании одного из торцов анода) замыкание катодного металла на анод и тем самым ликвидацию анодного эффекта. Перемещение торцов анода в противоположных направлениях вызывает интенсивную циркуляцию электролита (Авторское свидетельство СССР №1775503, кл. С 25 С 3/20, 1992).

Недостатками прототипа являются низкая надежность гашения из-за высокой вероятности повторного возникновения анодного эффекта и значительный износ оборудования ввиду возникновения больших изгибающих моментов в винтах домкратов механизмов перемещения анода за счет большой величины перекосов анода. Кроме того, мощная волна оказывает сильное механическое воздействие на аноды, а также зачастую приводит к выплескиванию металла из ванны.

Задачей предлагаемого способа устранения анодных эффектов является увеличение надежности гашения, снижение времени гашения и предотвращение перелива электролита через борт ванны.

Техническим результатом предложенного способа является уменьшение степени механического воздействия на аноды во время гашения, снижение изгибающего момента в винтах домкратов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического устранения анодных эффектов в алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом, включающем загрузку глинозема в электролит в момент возникновения анодного эффекта, перемещение анода, выполнение продольного перекоса нижней границы анода путем подъема одного из торцов и одновременного опускания другого торца и возвращение анода в исходное положение, согласно предлагаемому изобретению анод перемещают вниз на расстояние, равное 10-15% от исходного межэлектродного расстояния, а продольный перекос нижней границы анода осуществляют на расстояние, равное 50-60% от исходного межэлектродного расстояния.

При осуществлении продольного перекоса на расстояние меньше 50% исходного межэлектродного расстояния не происходит устранение анодного эффекта. Увеличение продольного перекоса до значений, больших 60%, приводит к сильному волнению металла, вплоть до выплеска его из ванны.

При перемещении анода вниз на расстояние больше 15% исходного межэлектродного расстояния происходит выдавливание электролита из ванны и возникновение аварийной ситуации. Уменьшение расстояния перемещения до значений меньше 10% исходного межэлектродного расстояния не устраняет анодный эффект.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».

Пример реализации предлагаемого способа.

Производили устранение анодных эффектов на электролизере на силу тока 300 кА. Скорость перемещения анода 42 мм/мин. Вначале были исследованы способы устранения анодного эффекта по аналогу и по прототипу.

Устранение анодного эффекта методом движения анода вниз хотя и приводило к его гашению, однако сопровождалось «выдавливанием» электролита на глиноземно-электролитное укрытие. При этом уровень электролита после гашения уменьшался на 1-3 сантиметра.

Опыты реализации способа по прототипу приводили к возобновлению анодных эффектов после возвращения анода в горизонтальное положение либо требовали очень большого перекоса и сохранения этого перекоса в течение значительного времени. При этом наблюдалось сильное волнение металла, сопровождаемое выплеском электролита из ванны.

Оба способа устранения анодного эффекта (аналог и прототип) базируются на возникновении МГД-нестабильности, приводящей к волнению металла и подмыканиям анода на металл. Замыкание металлом отдельных участков анода способствует восстановлению фтор-углеродной газовой пленки и снижению плотности тока на незамкнутой поверхности анода. Это приводит к прекращению анодного эффекта при условии, что в электролите за время анодного эффекта накопилось, как минимум 2% растворенного глинозема. Однако на практике каждый из перечисленных способов ввиду присутствия перечисленных недостатков не получил широкого распространения.

Предлагаемый способ устранения анодного эффекта, заключающийся в уменьшении межполюсного расстояния и перекосе анода, является более быстрым (выполняется за время меньшее чем 2 минуты) и эффективным (все испытания метода были успешными). Гашение анодного эффекта было успешным даже при отключении двух систем автоматизированной подачи глинозема из пяти.