Анодное устройство электролизёра

Анодное устройство

Анод электролизера предназначен для подвода тока в между­полюсное пространство для осуществления процесса элект­ролиза. Анодное устройство состоит из: угольного анода: подъемного механизма, служащего для перемещения анода по мере его сгорания или при выливке металла из ванны; оши­новки: опорной конструкции, которая может монтироваться на катодном кожухе или на специальных стойках, опирающихся на фундамент.Самообжигающиеся и обожженные аноды. По типу анода все электролизеры подразделяются на два больших класса: электролизеры с обожженными анодами (OA) и элект­ролизеры с самообжигаюшимися анодами (СОА). По способу подводу тока к самообжигающимся анодам они подразделяют­ся на аноды с боковым (БТ) и верхним (ВТ) токоподводом. Современные электролизеры с OA оснащены верхним токо­подводом, но на заре развития алюминиевой промышленности использовались электролизеры с непрерывными предваритель­но обожженными блочными анодами, к которым ток под­водился сбоку.

Анодное устройство — самый сложный в конструктивном отношении узел электролизера, и поэтому здесь приведены лишь основные сведения об устройстве и особенностях техно­логии.

Подробнее об анодах можно прочитать в многочислен­ных источниках, посвященных этим вопросам.

Электролизеры небольшой мощности вплоть до начала 30-х годов были оснащены одним или несколькими предварительно обожженными анодами, которые по мере сгорания заменялись новыми.

В начале 30-х годов начался новый этап в развитии конструкций электролизеров, когда, используя патент Содер-берга, были созданы самообжигающиеся аноды, число которых на ванне доходило до трех. Но в настоящее время элект­ролизеры с самообжигаюшимися анодами оснащены одним анодом, сила тока на которых достигает 160 кА. В алю­миниевой промышленности СНГ этот тип электролизеров доминирующий, и на них производится более 60 % всего первичного алюминия.

Первой промышленной конструкцией с самообжигаюши­мися непрерывными анодами были электролизеры, ток к аноду которых подводился сбоку стальными штырями, забитыми в неспеченную его часть. Эта конструкция (БТ), непрерывно совершенствуясь, начала конкурировать с электролизерами с обожженными анодами (OA) и получила широкое распростра­нение благодаря значительно меньшим капитальным и эксплу­атационным затратам. Электролизерами этого типа оснащены все российские алюминиевые заводы, введенные в эксплуа­тацию до конца 50-х годов: Уральский (УАЗ), Новокузнецкий (НКАЗ, цех № I), Богословский (БАЗ), Кандалакшский (КАЗ) и Надвоицкий (НАЗ). В настоящее время электролизе­ры БТ работают на силе тока до 90 кА.

Однако трудозатраты при обслуживании анодов БТ с рос­том силы тока непропорционально возрастали, что привело к созданию новой конструкции анода, ток к которым подводится сверху через вертикальные, периодически переставляемые штыри. Конструкция электролизера с верхним токоподводом (ВТ) в России начала широко применяться с конца 50-х годов и ими оснащены Новокузнецкий (НКАЗ, цех № 2), Волгоградский (ВгАЗ), Иркутский (ИркАЗ), Красноярский (КрАЗ) и Братский (БрАЗ) алюминиевые заводы. В настоящее время на российских заводах такие электролизеры работают на силе тока до 160 кА.

Переход на электролизеры с анодами Содерберга способст­вовал удешевлению производства алюминия, так как были исключены дорогостоящие переделы прессования и обжига анодов. Но вместе с тем появился новый источник выделения вредностей в атмосферу — смолистые вещества из анода.

Параллельно с развитием конструкций электролизеров со­вершенствовалось и производство обожженных анодов, приме­нение которых предпочтительнее из-за отсутствия на них выбросов смолистых веществ и меньшего расхода электро­энергии. Кроме того, одним из основных достоинств элект­ролизеров с OA является возможность увеличения силы тока, что в сочетании с указанными преимуществами делает приме­нение этой системы ванн наиболее перспективной. Сейчас в России электролизеры с OA установлены в двух корпусах КрАЗа и полностью оснащены Волховский (ВАЗ) и Саянский (СаАЗ) алюминиевые заводы, причем на последнем успешно работают электролизеры на силу тока 255 кА и прошли испы­тания ванны на 300 кА. Начата установка таких электролизе­ров на УАЗе и НАЗе.

Рассмотрим конструкцию самообжигающегося анода с бо­ковым токоподводом (рис. 5.9). Такие аноды формуются из анодной массы, которая состоит из различных по размерам частиц электродного кокса (пекового или нефтяного), и в качестве связующего используется каменноугольный пек, явля­ющийся продуктом переработки каменноугольной смолы — побочного продукта в производстве кокса. Состав, техно­логические характеристики анодной массы подробно рассмот­рены во многих источниках. Брикеты анодной массы загружаются в обечайку (на рис. 5.9 не показана), которая изготавливается из алюминиево­го листа толщиной до 1 мм и вставляется внутрь анодного кожуха до подины. Под действием тепла, выделяющегося в процессе электролиза, анодная масса расплавляется и заполня­ет все внутреннее пространство обечайки. Нижняя часть анода за счет высокой температуры превращается в спеченный токопроводящий монолит 1 высотой в центре анода 900— 1300 мм, а его верхняя граница (конус спекания) имеет темпе­ратуру около 600 ^D C, при которой пек полностью превращается в кокс. Выше конуса спекания расположена зона 2,в которой происходит коксование пека с образованием полукокса, и температура ее верхней поверхности составляет около 400 ^Р С