Сибирский федеральный университет

Перевод названия: Spikes generation on anode of aluminium reduction cell

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2018

Идентификатор DOI: 10.17580/tsm.2018.09.06

Ключевые слова: aluminium, Prebaked anode, spike, alumina, current distribution, overvoltage, Carbon dust, алюминий, обожженный анод, конус, глинозем, распределение тока, перенапряжение, угольная пена

Аннотация: В работе приведены результаты моделирования распределения тока на активной поверхности угольного анода алюминиевого электролизера. Анод, как и сам электролизер, является диссипативной структурой и, следовательно, очень чувствителен к граничным условиям. Локальные неравномерности его состава и нарушения условий взаимодействия с электролитом приводят к технологическим «расстройствам», например к искажению рельефа поверхности. Такие нарушения условно делят на три типа: «типичный конус» - цилиндрические или конические формы, образующиеся на подошве анодов; «отставание» - выступы на подошве анода прямоугольного сечения или неровность, занимающая до 50-60 % площади анода; «перекал» - нарушение на подошве анода (шар, гриб и т. п.), возникающее у любой грани анодного блока. Одна из основных опасностей образования конусов - значительное снижение выхода по току. На основе модельных представлений, считая задачу одномерной, проанализировано влияние распределения концентрации глинозема и наличия угольной пены под подошвой анодного блока на анодную плотность тока и на «срабатывание» анода. Модель позволяет предсказать локальную скорость срабатывания анода и темпы роста конуса. В основу модели положены выражения, приведенные в литературных источниках, связывающие между собой анодное перенапряжение (равное сумме активационной и концентрационной составляющих), анодную плотность тока, концентрацию глинозема в объеме расплава и падение напряжения в электролите в межполюсном зазоре при различных технологических параметрах и физико-химических свойствах электролита. Рассчитанное по модели время до появления конуса, замыкающего анод с катодом, составляет ~2 сут, что подтверждает ее адекватность. Для подавления образования и роста конусов рекомендовано: повысить скорость транспорта глинозема, изменив условия его поступления в межполюсный зазор; уменьшить содержание угольной пены (для этого нужно выравнять реакционную способность кокса-связующего и кокса-наполнителя, подобрав оптимальную температуру обжига). The results of simulation of the current distribution on the active surface of the carbon anode, the subsystem of the aluminum reduction cell, are presented. The anode, like the cell itself, is a dissipative structure and, therefore, it is very sensitive to boundary conditions. Local unevenness of its composition and violation of the interaction conditions with the electrolyte lead to technological “disorders”, for example, to the distortion of the surface relief. Such violations are conventionally divided into three types: “typical spike” - the formation of a cylindrical or conical shape at anodes; “lagging” - protrusions at the base of an anode of rectangular cross-section or unevenness, occupying up to 50-60% of the anode area; “overglow” - a violation at the anode bottom (ball, mushroom, etc.) that occurs at any face of the immersed anode block. One of the main dangers of spike formation is a significant reduction in current efficiency. On the basis of model representations, considering the problem as onedimensional, the influence of alumina concentration distribution and the presence of carbon dust under the bottom of the anode block on the anodic current density distribution and on the “consumption” of the anode is analyzed. The model is based on the expressions given in the literature which combine together: anodic overvoltage, equal to the sum of the activation and the concentration components; the anodic current density, the alumina concentration in the melt and the voltage drop in the anode-cathode space at various technological parameters and the electrolyte physicochemical properties. The model allows predicting local consumption rate of the anode and the spike growth rate. The time calculated before the appearance of the spike shorting the anode to the cathode is about 2 days, which confirms adequacy of the model. To suppress the spikes formation and growth it is recommended to increase the velocity of alumina transport, changing the conditions of its inflow in the anode-cathode space and to reduce the content of carbon dust, aligning the reactivity of the coke-binder and coke-filler, selecting the optimum baking temperature.

Журнал: Цветные металлы

Выпуск журнала: № 9

Номера страниц: 43-48

ISSN журнала: 03722929

Место издания: Москва

Издатель: Закрытое акционерное общество "Издательский дом "Руда и металлы"

• Михалев Ю.Г. (Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия)
• Поляков П.В. (Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия)
• Ясинский А.С. (Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия)
• Поляков А.А. (Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК