Классификация электролизеров

Первые электролизеры были небольшой мощности и имели блочный, предварительно обожженный анод, который по мере сгорания заменялся новым. В начале1930-х годов наступил новый этап в развитии конструкций электролизеров, когда на основе патента изобретателя Soderberg были созданы самообжигающиеся аноды. Сначала было несколько анодов на ванне, а в настоящее время используются только одноанодные.

В практике для краткости принято называть электролизеры по типу подвода тока к аноду:

- электролизеры БТ - с боковым токоподводом;

- электролизеры ВТ - с верхним токоподводом.

Или по типу используемого анода:

- электролизеры СОА – с самообжигающимся анодом;

- электролизеры ОА – с обожжёнными анодами.

За рубежом принято называть электролизеры с СОА – электролизерами Содерберга, в честь изобретателя этого вида электрода Карла Содерберга.

Первой промышленной конструкцией с самообжигающимися непрерывными анодами были электролизеры, ток к аноду которых подводился сбоку с помощью стальных штырей, забитых в неспеченную его часть. Эта конструкция (БТ) непрерывно совершенствовалась и начала конкурировать с электролизерами с обожженными анодами, благодаря значительно меньшим капитальным и эксплуатационным затратам. Электролизерами этого типа оснащены все российские алюминиевые заводы, введенные в эксплуатацию до конца 1950-х годов: Уральский (УАЗ), Новокузнецкий (НКАЗ, цех № 1), Богословский (БАЗ), Кандалакшский (КАЗ) и Надвоицкий (НАЗ). В настоящее время электролизеры БТ работают на силе тока до 90 кА, но после капитального ремонта сейчас их заменяют на обожжённые аноды.

С ростом силы тока трудозатраты при обслуживании анодов с БТ непропорционально возрастали, что привело к созданию новой конструкции анода, ток к которому подводится сверху через вертикальные, периодически переставляемые штыри. Переход на электролизеры с анодами Soderberg 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. Конструкции электролизеров с верхним токоподводом (ВТ) в России начали широко применяться с конца 1950-х годов; 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 180 кА.

Параллельно с развитием конструкций электролизеров совершенствовалось 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 ОА является возможность увеличения силы тока, что в сочетании с указанными преимуществами делает применение этой системы ванн наиболее перспективной. Сейчас в России электролизерами ОА оснащены Волховский (ВАЗ), Саянский (СаАЗ на силе тока 255 кА) и Богучанский (БоАЗ на силе тока 300 кА) алюминиевые заводы.

Общими для всех типов электролизеров являются следующие факторы:

- растворение глинозема в расплаве, содержащем Na₃AlF₆, AlF₃ и CaF₂;

- основная реакция протекает по уравнению 2Al₂O₃ + 5С = 4Al + 4CO₂ + СО

- относительно маленькое расстояние "анод-катод" – 4-6 см;

- ванна из угольных блоков, содержащая расплавленный металл и электролит;

- наличие бортовой настыли из затвердевшего электролита;

- постоянное наличие жидкого алюминия на подине при высоте слоя 10-40 см;

- подвод тока к аноду штырями или штангами;

- отвод тока по стальным блюмсам;

- жидкий алюминий является катодом;

- необходимость регулярной загрузки глинозема;

- наличие теплоизоляции подины.

Современные электролизеры можно классифицировать следующим образом:

— по мощности – на электролизеры малой (до 50 кА), средней (50–100 кА), большой мощности (100–250 кА), и сверхмощные (более250 кА);

— по устройству анода – на электролизёры с самообжигающимися (СОА, или аноды Содерберга) и с обожжёнными анодами (ОА);

— по конструкции анодного токоподвода – с боковым (БТ) и верхним (ВТ) подводом тока, к которым относятся и электролизёры ОА;

— по конструкции катодного кожуха – на кожуха с днищем и без днища (сейчас не применяют);

— по упрочнению катодного кожуха – на контрфорсные и шпангоутные.

В настоящее время сила тока на промышленных электролизерах приближается к 500 кА, а их конструкция претерпела существенные изменения.