Конструкция электролизера

Алюминиевый электролизер любой конструкции и мощности состоит из катодного и анодного устройств для сбора и отвода газов, выделяющихся при электролизе. Электролизеры классифицируются следующим образом:

• по конструкции катодного кожуха с днищем и без него;

• по устройству анода – на электролизеры с самообжигающимися (СОА) и с обожженными (ОА) анодами;

• по подводу тока к аноду – на электролизеры с боковым (БТ) и верхним (ВТ) токоподводом, к которому относятся также электролизеры с ОА;

• по мощности – на электролизеры малой (до 50 кА), средней)от 50 до 100 кА); большой мощности (от 100 до 160 кА) и сверхмощные электролизеры (от 180 кА и более)[6].

Рассмотрим подробнее устройство основных узлов электролизера. Катодное устройство размещается в стальном кожухе длинной 9 – 14 м, шириной 3 – 4,5 м и высотой 1 – 1,2 м. Кожух футеруется теплоизоляционными и затем огнеупорными материалами. Внутренняя часть катодного устройства выкладывается угольными блоками. Заделанные в нижние (подовые) блоки стальные стержни служат для отвода тока. Анодный узел включает собственно угольный анод и систему сталеалюминевых токоподводов. Постоянное напряжение поддерживается за счет перемещения анодов домкратами, опускающими или поднимающими анодную раму, к которой зажимами крепятся анодные токоподводы. В общую цепь последовательно включается 150 – 200 электролизеров, которые соединяются ошиновкой. Напряжение на ванне в зависимости от типа и конструкции меняется от 3,9 до 4,5 В. Анодные газы на электролизерах ВТ собираются в газосборном колоколе, укрепленном по периметру анодной рубашки. В этом случае предусматривается частичное дожигание оксида углерода и смолистых веществ, выделяющихся при коксовании анода, в специальных горелках, смонтированных вместе с газосборным колоколом. Важная особенность электролизера – его теплоизоляция. Хорошо утепленная подина должна исключать кристаллизацию электролита и глинозема (появление «коржей»), которые становятся причиной многих технологических осложнений: повышение омического сопротивления из-за низкой проводимости твердого электролита, неравномерность тока в подине, появление горизонтальных токов в металле, вызывающих его интенсивную циркуляцию, и т.д. Малая изоляция вдоль блоков с угольными блоками или блоками из карбида кремния приводит к тому, что вдоль бортов, как в электролите, так и в зоне металла, существуют настыли, состоящие в основном из твердого криолита. Настыль играет важную роль в работе ванны:

1) защищает блоки от разрушения;

2) служит естественным регулятором температуры электролиза;

3) растворение настыли или ее кристаллизация – одна из главных причин изменения состава электролита;

4) надлежащая настыль формирует форму рабочего пространства.

Одним из жестких требований к современному электролизу является поддержание определенного расстояния анод – катод (МПР). Обычно МПР составляет 5 – 6 см, и каждый из них «стоит» приблизительно 350 мВ падения напряжения в электролите. Увеличение МПР, повышая выход по току, одновременно вызывает рост напряжения и, следовательно, удельного расхода энергии.