Общая характеристика алюминиевых ванн

29.01.2017

Получение алюминия электролизом глинозема в криолитовом расплаве осуществляют в электролизере, который в технике называют алюминиевой ванной.
Наиболее распространенным в настоящее время типом алюминиевых ванн является ванна, схематически представленная на рис. 56.
Общая характеристика алюминиевых ванн

В алюминиевой ванне различают катодное и анодное устройства. Катодное устройство состоит из стального кожуха 1, установленного на фундаменте 2. Изнутри кожух футерован: нижняя часть (подина) — угольными блоками 3, а боковые стенки — угольными плитами 4. Боковая футеровка вместе с подиной образует ванну (шахту) глубиной 400—500 мм, в которой находятся расплавленный электролит 5 и алюминий 6. В подовые блоки вмонтированы стальные стержни 7, с помощью которых отводится электрический ток от подины. Концы катодных стержней через специальные окна в кожухе выступают из кожуха наружу, где они подсоединены к шинопроводу 8. Собственно катодом является поверхность жидкого алюминия, соприкасающаяся с электролитом.
Анодное устройство состоит из угольного анода 9, который подвешен к несущей конструкции 10. Электрический ток подводится к аноду с помощью стальных штырей 12, забитых в тело анода. С анодных шин 11 на штыри ток подается с помощью шинок 14.
Несущая конструкция 10 состоит из стальной рамы и поддерживающих ее колонн. К ней подвешен анод с ошиновкой и ка ней же смонтированы подъемный механизм анода, укрытие ванны и устройство для питания ванны глиноземом (последние на рис. 57 не показаны).
Общая характеристика алюминиевых ванн

Нормальная температура электролита обычно бывает в пределах 940—960° С. В этих условиях поверхность электролита вследствие охлаждения наружным воздухом покрывается твердой коркой 13. Подобный же слой из застывшего электролита (гарниссаж), образуется и на боковой поверхности футеровки рабочего пространства ванны. Этот гарниссаж предохраняет футеровочные материалы от разрушающего влияния расплавленных фтористых солей, утепляет ванну и предупреждает утечку тока через угольную футеровку.
Развитие конструкций алюминиевых ванн с момента их появления и до настоящего времени шло, в основном, в направлении увеличения амперной нагрузки (мощности) ванн с одновременным уменьшением удельного расхода электроэнергии и повышением других технико-экономических показателей работы алюминиевой ванны.
Если в первых ваннах 90-х годов прошлого столетия амперная нагрузка на одну ванну составляла 4000—5000 а, то в современных ваннах она достигла 50 000—60 000 а и даже 100 000 а. Одновременно с этим снижался расход электроэнергии на единицу получаемого алюминия.
Сокращение удельного расхода электроэнергии с 42 квт*ч в ваннах первых конструкций до 16,1 квт*ч в современных ваннах было достигнуто, главным образом, за счет снижения анодной плотности тока с 6,4 а/см2 до 1,0—0,7 а/см2.
С увеличением амперной нагрузки на одну ванну увеличивались ее размеры. Соответственно с увеличением мощности алюминиевой ванны улучшались ее конструктивные элементы: катодное и анодное устройство, кожух и футеровка рабочего пространства шахты ванны, токоподвод (ошиновка) и анодный подъемный механизм, шторное укрытие и газоотсос, а также другие конструктивные узлы.
Современные алюминиевые ванны по способу устройства кожуха бывают с днищем и без днища; по конструкции подины ванны — с набивной и блочной подиной; по способу подвода тока к аноду — с боковым и верхним подводом тока.
Подавляющая масса современных алюминиевых ванн — одноанодные, с самообжигающимся анодом. Лишь очень редко можно встретить старые многоанодные ванны с обожженными анодами.
Однако, если современные алюминиевые ванны по сравнению с первоначальными ваннами и являются более совершенными агрегатами, все же технически они еще являются недостаточно усовершенствованными. К существенным недостаткам современных ванн необходимо отнести:
1) невысокий коэффициент использования электроэнергии (около 35%);
2) недостаточную механизацию основных операций по обслуживанию ванн;
3) недостаточную эффективность газоотсоса от ванны;
4) короткий срок службы ванн.
Поэтому при выборе и разработке новой конструкции ванны основное внимание должно быть обращено на уменьшение бесполезных тепловых и электрических потерь, механизацию трудовых операций по обслуживанию ванны и обеспечение более длительного срока службы ванны.
Важнейшими вопросами, которые должны быть решены в ближайшее время работниками алюминиевой промышленности, являются изучение и подбор наилучшего состава электролита, непрерывное питание ванны глиноземом и автоматическое управление процессом электролиза. Это, очевидно, даст возможность достигнуть большего постоянства в режиме работы ванны и облегчения условий труда при одновременном повышении его производительности.