Конструкции электролизеров

Ввиду агрессивности фторидчых расплавов электролиз ведут с расходуемым угольным анодом, а внутренние поверхности ванны сооружают из угольных плит и блоков. Электролизеры можно классифицировать по ряду признаков.
1. По силе тока, кА: 40—50 — малой мощности, 60—80 — средней мощности, 100—160 — большой мощности, 200—250 — весьма большой мощности.
2. По способу подвода тока: боковой подвод — электролизеры малой и средней мощности; верхний подвод тока— электролизеры большой мощности,
3. По конструкции анода: самообжигающийся за счет тепла ванны и обожженный ранее на электродных заводах.
Обожженные аноды имеют только верхний подвод тока. Ими оборудуют маломощные старые ванны, ванны средней мощности и самые мощные современные ванны. На ванне их работает 20—24 шт. Самообжигающийся анод сооружается один на каждой ванне. Схематически устройство современных ванн показано на рис. 81, 83, а некоторые их детали и узлы показаны на рис. 84. Современные ванны имеют форму прямоугольного ящика. Боковые стенки электролизера сварены из стальных двутавров и стальных листов (низ), корпуса могут быть с днищем и без днища. Первые устанавливаются на железобетонном фундаменте свободно, вторые крепятся к фундаменту. Корпус ванны снизу (по днищу или фундаменту) частично заполнен шамотной кладкой для теплоизоляции. На ней установлены подовые угольные катодные блоки (допустимая зольность 6—8%) с встроенными в них токоподводящими стальными блюмами размером, например, 120х120 мм.
Для лучшего контакта блюмы залиты в пазах блока чугуном. Боковые стороны имеют обкладку из асбестового листа, тонкий слой засыпки из глинозема и футеровку из угольных плит. Все швы в угольной кладке заполнены углеродистой массой. Подвод тока делают двусторонний, что ослабляет действие магнитных полей на расплавленный алюминий. Глубина шахты ванны — около 600 мм. Длина и ширина определяются мощностью ванны.

Самоспекающийся анод имеет вид прямоугольного параллелепипеда. На ваннах с боковым подводом тока анод имеет обечайку из алюминиевых листов. На ваннах с верхним подводом имеется нерасходуемая стальная обечайка, в которой обжигается анодная масса. Сверху в обечайку загружают анодную массу в виде брикетов или блоков (ее состав 70% кокса нефтяного или пекового и 28—30% пека; не более 1% золы). Внутри обечайки масса расплавляется, коксуется и формируется угольный анод. Обычно Dа на ваннах средней мощности находится в пределах 0,80—1,0 А/см2 и на мощных ваннах снижается до 0,65—0,7 А/см2. Обожженнные аноды работают на Dа = 0,75/1,0 А/см2. При выборе плотности тока большое значение имеет ширина анода: чем шире анод, тем меньше плотность тока. На отечественных заводах приняты аноды шириной до 2,8 м, длиной до 8—9 м при Dа — 0,65—0,67 А/см2. Таким образом, можно конструировать самоспекающиеся аноды площадью 15—25 м2 на силу тока 130— 170 кА. Считая расстояние от анода до борта ванны равным 0,5 м, получаем внутренние размеры большой ванны: ширина 3,0—3,8 м, длина 9—10 м.
Основным преимуществом обожженных анодов является экономия электроэнергии — 6—8%. Электролизеры с боковым подводом тока закрыты с четырех сторон шторами и имеют отвод газов. При верхнем подводе имеется колокольное устройство для отсоса газов на месте их выделения.
Анод подвешен на подвижной раме к металлоконструкциям ванны и автоматически перемещается по заданной величине потерь напряжения в электролите. Примерно раз в 10 дней по мере срабатывания анод перемещают относительно рамы на 18—20 см («перетяжка»).
Ток подводится к ванне по пакету алюминиевых шин с двух сторон (рис. 85). От шин к штырям ток проходит по гибким медным шинам (спускам). Непосредственно в анод ток поступает по стальным штырям. При верхнем подводе тока штырь и шина соединены колодкой с пружинным зажимом. При боковом подводе тока и 4-рядной установке .(под током 2 ряда) нагрузка на штырь 1200—1300 А. При верхнем подводе штыри устанавливают в 4 ряда, нагрузка на штырь — 2000 А.
Электролизеры обычно объединяют в серии по 160—170 штук.
Из них всего 2—3 резервных. Ванны серии часто устанавливают в двух корпусах в два ряда. Ток на каждую серию подают от кремниевого выпрямителя с напряжением 850 В. Обычная длина корпуса 400—500 м, ширина 20—30м. Полы цеха электроизолируются.
Транспорт обеспечивают мостовыми кранами, электрокарами-погрузчиками, автомобилями с бункером. Перевозка алюминия осуществляется в футерованных ковшах. Все транспортные средства снабжаются приспособлениями, обеспечивающими электробезопасность. Корпус следует хорошо вентилировать. Температуру в нем поддерживают около 15° С зимой и не более 28° С летом.