Стальная токоподводящая штанга алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к электролитическому получен то алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов с использованием углеграфитовых анодов. Цель изобретения - снижение расхода электроэнергии. Стальная токоподводящая штанга 4 анода 1 алюминиевого электролизера выполнена с уменьиюнным сечением в верхней части 5. Верхняя часть с уменьшенным сечением составляет 30% всей длины штанги. Площадь уменьшенного сечения равна 60% площади поперечного сечения нижней части. Уменьшенное сечение верхней части штанги может быть в виде круга или кольца. Такое выполнение токоподводящей штанги снижает теплопотери через тело штанги и позволяет снизить расход электроэнергии на 200- 300 кВт-ч/т алюминия. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. g СУ)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ВСЕГО<"1 АЯ

13 „",,)3 и лв -и ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTVM (21) 3900952/23-02 (22) 28.05,85 (31) 8408816 (32) 29 ° 05 ° 84 (33) FR (46) 23.08.88. Бюл, Н 31 (71) Алюминиюм Пешинэ (FR) (72) Бернар Лангон (FR) (53) 669.713.723(088.8) (56) Тарарин С.В. Электролиз расплавленных солей. — М.: Металлургия, 1982, с. 64-66. (54) СТАЛЬНАЯ ТОКОПОДВОДЯ1ЦАЯ ШТАНГА

АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА (57) Изобретение относится к электролитическому получению алюминия электролизом криолитоглиноэемных распла„,SU„„419 2 (5Н 4 С 25 С 3/12 вов с использованием углеграфитовых анодов. Цель изобретения — снижение расхода электроэнергии. Стальная токоподводящая штанга 4 анода 1 алюминиевого электролизера выполнена с уменьшенным сечением в верхней части 5. Верхняя часть с уменьшенным сечением составляет 307 всей длины штанги. Площадь уменьшенного сечения равна 60Х площади поперечного сечения нижней части. Уменьшенное сечение верхней части штанги может быть в виде круга или кольца. Такое выполнение токоподводящей штанги снижает теплопотери через тело штанги и позволяет снизить расход электроэнергии на 200300 кВт ч(т алюминия. 2 э.п. ф-лы, 4 ил.

1419522

Изобретение относится к производству алюминия электролиэом криолитоглиноэемных расплавов с использованием углеграфитовых анодов.

Цель изобретения — снижение расхо- 5 да электроэнергии.

На фиг. 1-3 показана стальная токоподводящая штанга для обожженного анода алюминиевого электролиэера; на фиг. 4 — то же, для самообжигающегося анода.

Углеграфитовый блок анода 1 выполнен с углублением 2, При помощи чугунной заливки 3 установлена стальная штанга 4, выполненная в верхней части 5 с уменьшенным сечением. Штанга крепится к анодной шине 6. При использовании самообжигающегося анода подачу тока осуществляют через стальной стержень — штырь 7, установленный в углеграфитовую пасту 8. Теплоизоляцию осущечтвляют гранулами 9. В ваннах, использующих предварительно обожженные аноды, примерно половина теплового потока, проходящего через аноды, отводится через сталь. Теплопередача осуществляется в основном посредством проводимости. Пунктирной

1 линией ХХ обозначена граница между 3О частью проводника, заделанной в углерод, и верхней его частью.

Частичное уменьшение сечения стали в верхней части позволяет локально получить высокие температурные

35 градиенты. В результате этого можно точно определить в стали горячие и холодные зоны.

Проводят опыт, в результате которого на 10 см длины получают сниже- 4О ние температуры с 650 до 320 С (фиг. 1).

На фиг. 2 показано каким образом в известных анодах и в идентичных условиях происходит распределенйе температур в анодной системе, когда штанга 4 имеет постоянное сечение.

Плотность тока может локально увеличиваться без проявления эффекта плавления ° Действительно, благодаря близости значительной массы стали с относительно низкой температурой происходит быстрое поглощение тепла, выделяющегося в результате эффекта Джоуля при черезмерном увеличении силы тока в круглой штанге 4.

Повышение температуры стали, являющееся источником тепловых потерь в результате конвекции и излучения, локализируется точно над анодом (фиг. 1). Следовательно, достаточно теплоизолировать эту зону теплоизолятором, например глиноземом, чтобы устранить большую часть имеющихся в зоне теплопотерь, средняя и верхняя части стержня могут быть оставлены на воздухе ввиду сравнительно невыо сокой температуры, составляющей 300 С или ниже.

Увеличение падения омического напряжения в суженной части может быть компенсировано увеличением сечения горячей части стали, где имеет место высокое удельное сопротивление. Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления железа составляет 0,0147 при 500 С, Эта величина достигает максимума при температуре около 500 С.

Кроме того, контакт между сталью и углеродом улучшается в результате увеличения сечения нижней части штанги 4, повышения температуры этой зоны и дополнительного теплового расширения металлической части. Выигрыш в сопротивлении полученного таким образом контакта составляет около 30% по сравнению с монтажом известной конструкции (фиг. 2).

Сечение и длина суженной и несуженной частей подбираются так, чтобы полученное полное тепловое сопротивление было равно или несколько превышало сопротивление монтажа известной конструкции. В этой связи необходимо, чтобы длина суженной части верхнего участка 5 была тем больше, чем ближе ее сечение к сечению исходного стержня.Это условие требует также определенного соотношения между сечением части верхнего участка 5 н сечением штанги 4.

Изобретение особенно эффективно в случае, когда соотношение между сечением части верхнего участка 5 и сечением штанги 4 равно или меньше 0,6. Длина суженной части должна по меньшей мере составлять 35 общей длины верхней части стержня. Это позволяет сбалансировать общее тепловое сопротивление без проявления эффекта плавления, получая при этом выигрыш в контактном сопротивлении, во всех случаях превышающий на 30 его первоначальную величину.

Возможны варианты осуществления изобретения: сечение уменьшенной час3 141952 ти может быть выполнено в форме круга или кольца (фиг. 3).

Использование такого монтажа в известной ванне при силе тока 280000 А

5 позволило констатировать, что покрытие стержня большего сечения глиноземом достаточно для очень хорошей теплоизоляции анодов. Плотность тока в этом случае была следующей: попе— речина (холодная зона) 15 А/см, стержень — суженная зона верхнего участка 5 28 A/ñì, горячая зона штанги 4 1О А/cM .

При сравнении работы электролизера при 280000 A с круглыми анодами постоянного сечения 120 мм и с предлагаемыми анодами выяснилось, что последние обеспечивают выигрыш в 30 мВ в падении анодного напряжения ° В результате снижается потребление энергии электролизером на 100 кВт ч/т, а рабочее напряжение электролизера снижается на 0,03 В без изменения силы тока. В этом случае общее тепловое р5 сопротивление стержня и его суженной части на 50 превышает тепловое сопротивление стержня с постоянным диаметром 120 мм. Это обеспечивает дополнительную теплоизоляцию электролизера, позволяющую снизить мощность, подаваемую в электролиэер.

В случае самообжигающегося анода (фиг. 4) подача тока осуществляется при помощи стальных стержней — шты35 рей 7, которые всаживаются непосредственно в углеграфитовую пасту 8, потом извлекаются и вновь устанавливаются немного выше по мере сгорания анода, но так, чтобы избежать контак- 4О та между нижним заостренным концом штыря и электролитом. Диаметр верхней части штыря, составляющий 100Формула изобретения

1. Стальная токоподводящая штанга алюминиевого электролизера для получения алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов, выполненная из верхней и нижней частей и соединяющая анодную ошиновку с углеграфитовым анодом, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии, верхняя часть штанги составляет не менее 303 всей длины и выполнена с. сечением площадью не более 60 . площади поперечного сечения нижней части.

2. Штанга по и. 1, о т л и ч а ючто верхняя часть виде круга. п.1,отличаючто верхняя часть виде кольца. щ а я с я тем, имеет сечение в

3. Штанга по щ а я с я тем, имеет сечение в

4

150 мм, можно уменьшить ниже зоны контакта штыря в анодной рамке и уве-.. личить диаметр нижней части. Теплоизоляция верхней части анода обеспечивается в этом случае гранулами углеродистой пасты 9, периодически добавляемыми для восстановления анода по мсре износа его нижней части. Для облегчения извлечения штыря из пасты предпочтительно испольэовать конструкцию с трубой, имеющей такой же наружный диаметр, что и нижняя часть штыря.

Использование изобретения позволяет снизить расход электроэнергии на 200-300 кВт ч/т алюминия и увеличить срок службы наплавок алюминий сталь, который становится равным сроку службы стальных элементов °

1419522

1419522

Составитель А.Арнольд

Редактор А,йишкныа Техред N.Õoäàíè÷ Корректор В ° Романенко

Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь тий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4170/58

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4