5.1.5. Электролизер для получения алюминия с боковым
токоподводом
Как уже отмечалось, конструкция катодного устройства у разных электролизеров аналогична и, поэтому, рассмотрим только анодное устройство.
В электролизерах с боковым токоподводом ток подводится к аноду через стержни, вбитые с четырех боковых сторон. Стержни вбиваются в четыре или пять рядов в шахматном порядке, ток подводится по гибким медным “спускам” на два нижних ряда штырей. Большое количество штырей и достаточно равномерное из расположение в аноде позволяет значительно увеличить токовую нагрузку на электролизер. При этом, чем больше электролизер, тем меньше его удельная поверхность и хуже условия теплоотвода. Поэтому, с ростом токовой нагрузки на электролизер приходится идти на некоторое снижение рабочей плотности тока:
I, кА 40-50 55-65 70-80 100-130
i, А/см2 1,2-1,1 1,1-1,0 1,0-0,9 0,85-0,7
В настоящее время приняты следующие размеры анодов:
длина, мм 3200, 3800, 4200, 4500, 5000, 6700, 6700, 7000;
ширина, мм 1100, 1400, 1500, 1600, 1750, 1800, 2500, 2000.
Электролизеры с широкими анодами короче обычных, это сокращает длину ошиновок и производственных зданий, уменьшаются потери напряжения в шинах. Однако такие электролизеры имеют худшую теплоотдачу и меньшую плотности тока.
Анодное устройство.
Анодное устройство состоит из анода, каркаса (кожуха), алюминиевой обечайки, анодной рамы и анодных стержней (рис.5.14). Каркас анода - конструктивный элемент, формирующий анод. Это прямоугольная царга, сваренная из листовой стали. Чтобы каркас не деформировался под действием столба жидкой анодной массы, его заключают в жесткую раму из швеллера, а к раме приваривают вертикальные балочки - “перья”. В нижней части перьев укреплены “серьги” на которых с помощью штырей подвешен анод. Анодная рама на тросах подвешена за углы к верхним металлоконструкциям.
Внутри анодной рамы размещена обечайка (царга) из алюминиевых листов толщиной 1-1,5 мм и высотой 1000-1500 мм. Анодная масса заливается внутрь алюминиевой царги. Таким образом, анодная масса не прилегает к стальной раме, так как между ними имеется прослойка алюминия. Она не дает вытечь жидкой части анода и предохраняет ее от окисления. Обечайка расходуется вместе с анодом. По мере опускания анода, к верхним краям алюминиевой царги приклепываются новые листы и заливается новая порция анодной массы. Анодные штыри вбиваются в анод прямо через алюминиевую обечайку под углом 15о к горизонту. На отдельный штырь подается ток 1190-1300 А.
Рис.5.14. Схема анодного устройства
1-анод, 2- жидкая анодная масса, 3- алюминиевая обечайка, 4- анодный кожух (каркас) 5- анодная рама, 6- серьга, 7- штыри, 8 -перья.
Схема размещения анодных штырей в алюминиевой обечайке показана на рис. 5.15. По мере сгорания и опускания анода, штыри нижнего ряда (1) вынимают из анода и отправляют на очистку, а вместо них на 200 мм выше верхнего ряда штырей забивают новый ряд (5). Предварительно, токоподводы (спуски) переносят с ряда (1) на третий ряд снизу (ряд 3).
При выемке несущих стержней (А) нижнего ряда анод подвешивают на временные тяги непосредственно к металлоконструкциям электролизера. Временные тяги крепятся на штыри (В) вертикального ряда (3). После подъема анодного кожуха несущими становятся штыри второго снизу ряда (вертикальный ряд Б) и именно они теперь опираются на серьги. После операции подъема кожуха временные тяги с нижних штырей (ряд 1В) снимаются и штыри выбивают из анода. После этого процесс повторяется.
Рис.5.15. Схема размещения анодных штырей в алюминиевой обечайке.
Металлоконструкции.
Металлоконструкции электролизера предназначены для размещения шин, подвески анода и создания вентиляционного укрытия электролизера. Верхняя часть металлоконструкций - рама со средним проемом, размеры которого соответствуют размерам анода в плане. Рама сварена из балок, стенки балок используются как бункера для хранения глинозема (2-3 суточный запас, 1-2 т). В нижней части крепится система затворов для подачи глинозема на электролитную корку.
Проемы между балками закрываются крышками и металлическими шторами. Шторы могут открываться (при обслуживании электролизера), наматываясь на барабаны, и закрыты в обычном режиме работы электролизера. Назначение штор - препятствовать выделению анодных газов в атмосферу цеха. Поэтому из пространства вокруг электролизера внутри штор постоянно откачивается воздух. Шторы, таким образом, играют роль газосборного колокола в электролизере с верхним вводом тока. Эффективность их использования, по сравнению с колоколом, конечно же значительно меньше.
Подъемный механизм.
Подъемный механизм предназначен для вертикального перемещения анода (только вниз) и анодного кожуха (вверх и вниз). Современные электролизеры имеют тросовый механизм перемещения (рис.5.16). Одним концом тросы наматываются на барабан, имеющий привод от электродвигателя с редуктором. Другой конец тросов перебрасывается через систему блоков, укрепленных на стойках металлоконструкции и раме анодного устройства. Полиспастный механизм подвешивания рамы уменьшает скорость вертикального перемещения достаточно тяжелого анода и повышает равномерность его хода.
Рис.5.16. Механизм перемещения анодной рамы.
1-электродвигатель, 2-редуктор, 3- барабан, 4- анодная рама, 5- блоки, 6- тросы.
Схема электролизера средней мощности с боковым токоподводом показан на рис. 5.17, А и Б.
Достоинства и недостатки электролизера с боковым токоподводом.
Достоинства:
- большая равномерность структуры анода,
- меньшее падение напряжения на аноде,
- защита нижней части анода от окисления
Недостатки:
- отсутствие газосборных колоколов приводит к значительным выделениям газа в атмосферу
- отсос из-за штор больших объемов газов усложняет улавливание и регенерацию фтористых соединений;
- перестановка штырей требует больших затрат ручного труда в непосредственной близости от расплавленного электролита.
Рис.5.17. Схема электролизера с боковым токоподводом.
А- вид с торца , Б - вид сбоку