Termoelektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom vybavená chladiacimi prostriedkami

Číslo patentu: 285426

Dátum: 27.12.2006

Autori: Feve Benoît, Homsi Pierre, Bos Jérôme

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom zahŕňa chladiace prostriedky vháňajúce vzduch v lokalizovaných prúdoch s výhodným variabilným prietokom, ktoré umožňujú odčerpať a rozptýliť tepelnú energiu vane. Ďalej je opísaná prevádzka na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom. Daná prevádzka je charakteristická tým, že niektoré vane alebo ich súbor sú vybavené jednotlivo alebo vcelku chladiacimi prostriedkami podľa vynálezu.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka výroby hliníka terrnoelektrolýzou Hall-Heroultovým procesom a zariadení určených na používanie tohto procesu v priemysle. Vynález sa osobitne týka riadenia tepelných tokov elektrolytických vaní a chladiacich prostriedkov, ktoré umožňujú toto riadenie dosiahnuť, Doterajší stav technikyHliník sa priemyselne vyrába tennoelektrolýzou t. j. elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného V roztavenom kryolite, ktorý je hlavnou zložkou elektrolytu, podľa známeho Hall-Heroultovho procesu. Roztavený elektrolyt sa nachádza vo vani, ktorú tvorí oceľový plášť zvnútra obložený žiaruvzdomými a/alebo izolačnými materiálmi, a katódový blok umiestnený na dne vane. Elektrolytický prúd,ktorý môže dosiahnut hodnoty vyššie ako 300 kA, navodi redukčné reakcie oxidu hlinitého a takisto umožní udržiavať, Joulovým efektom, roztavený elektrolyt pri teplote okolo 950 °C.Elektrolytická vaňa je obvykle riadená tak, aby sa nachádzala v tepelnej rovnováhe, t. j. že teplo, ktoré sa uvoľní z elektrolytickej vane, je celkovo kompenzované teplom ktoré sa v nej vytvorí a pochádza hlavne z elektrolytického prúdu. Bod tepelnej rovnováhy sa spravidla zvolí tak, aby podmienky prevádzky boli čo najprijateľnej šie nielen z pohľadu technického, ale aj ekonomického. Schopnosť udržiavať stanovenú optimálnu teplotu, prináša značné zníženie nákladov na výrobu hliníka, v dôsledku čoho prúdová účinnosť dosahuje veľmi vysoké hodnoty, v najvýkonnejších zariadeniach hodnoty vyššie ako 90 .Podmienky tepelnej rovnováhy závisia od fyzikálnych parametrov vane, ako sú jej rozmery a druh materiálov, z ktorých je vyrobená, a od podmienok prevádzky vane, ako je jej elektrický odpor, teplota roztaveného elektrolytu, alebo intenzita elektrolytického prúdu. Vaňa je často zostavená a riadená tak, aby sa pri bočných stenách vane vytvárala ochranná vrstva zatuhnutého elektrolytu (gamisáž), čo umožňuje zabrániť erozívnemu pôsobeniu tekutého kryolitu na vnútomé obloženie spomínaných stien.Priemysel výroby hliníka termickou elektrolýzou je v rámci optimálneho riadenia prevádzky pravidelne konfrontovaný s nutnosťou disponovať priemyselnými zariadeniami, ktoré nielenže umožňujú dosiahnutie a udržanie daného stavu prevádzky elektrolytických vani, ale tiež umožnia ľ bovoľne obmeny prevádzkových podmienok. Tieto obmeny môžu byť významné vzhľadom na jednotlive prevádzkové podmienky. Inak povedané, je často užitočné moct jednoducho riadiť či dokonca modulovať stav prevádzky elektrolytických vani danej technológie a zároveň zachovať či zlepšiť ich štandardné technické parametre, bez zvýšenia nákladov na výrobu. Taká situácia vzniká v prípade, ked sa hľadá spôsob, ako zmeniť výkon série elektrolytických vani so zreteľom na spotrebu elektrickej energie.V zmysle tohto cieľa prihlasovatel vyhľadáva metódy a prostriedky na riadenie tepelných tokov a stabilizáciu tepelného režimu elektrolytických vani, ktoré pri vysokej účinnosti a vysokej adaptabilite nevyžadujú zvýšené investície a neprinášajú dodatočne redhibičné výdavky na prevádzku.Existujú už návrhy vybavit vane špecifickými prostriedkami na kontrolované odčerpanie a odvod tepla produkovaného elektrolytickými Vaňami. Konkrétne sovietske autorské osvedčenia vynálezu SU 60 5865 a SU 663 760 navrhujú vybaviť vane chladiacim systémom ovládanýmzvonku, ktorý zahŕňa hermetické komory po bokoch vane a pod ňou, variabilné tepelné clony a potrubia vybavené regulačnými ventilmi. Vzduch je do potrubia vháňaný ventilátorom alebo kompresorom. Tieto zariadenia vyžadujú rozsiahlu a na priestor náročnú infraštruktúru.V žiadosti o patent EP 0 047 227 sa okrem iného navrhovalo zosilniť tepelnú izoláciu vane a vybavit ju kaloduktmi s tepelnými výmenníkmi. Kalodukty prechádzajú vonkajším plášťom a tepelnou izoláciou a sú vsadené do uhlíkových častí vane, akými sú bočné uhlíkové bloky. Realizácia tohto riešenia je rozsiahla, nákladná a vyžaduje mnohé závažné modifikácie V konštrukcii elektrolytickej vane.Ako je známe z amerického patentu US 4 087 345, na podporu tvorby ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu sa používa oceľový plášť vybavený výstužami a spevňovacím rámom tak, aby táto zostava napomáhala chladeniu bočných častí vane prirodzeným prúdením okolitého vzduchu. Takéto zariadenie vyžaduje pevnú inštaláciu do oceľového plášťa. Pri statických zostavách je však riadenie tepelného toku ťažšie.S cieľom usmerňovať tvorbu ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu a znovu získat časť tepla, ktoré uniklo bočnými stenami vane, americký patent US 4 608 135 navrhuje používanie vane s príetokovými kanálmi rozmiestnenými medzi bočnými uhlikovými blokmi a vnútomou izoláciou plášťa, ďalej s otvormi na prívod vzduchu na bočných stenách vane. Prietokové kanály sú spojené na jednej strane so spomínanými otvormi a na druhej strane s vnútrom zachytávacieho zariadenia upevneného na vani. Zachytávacie zariadenie nasáva spomínanými otvormi okolitý vzduch nachádzajúci sa pri bočných stenách vane a umožňuje jeho prúdenie príetokovými kanálmi pozdĺž bočných uhlikových blokov, ktoré týmto ochladzuje. Prísun vzduchu je ovládaný pomocou otvorov s ventilmi. Tieto otvory umiestnené na bokoch zachytávacieho zariadenia slúžia ako odchyľovacie kanály (bypass). Toto zariadenie vyžaduje výrazné modifikácie vane a neumožňuje ovládanie nezávislé od chladenia. Kvôli pravidelným zásahom do vane je potrebne otvárať kryty na zachytávacom zariadení, čo však narúša funkciu ventilov.Po konštatovaní, že nie sú známe uspokojivé riešenia sa prihlasovatel zameral na vyhľadávanie účinných a adaptabilných prostriedkov na odčerpanie a odvod tepla vytvoreného elektrolytickou vaňou, ktoré sa ľahko inštalujú a nevyžadujú výrazné modifikácie vane (najmä oceľového plášťa) ani rozsiahlu infraštuktúru. V záujme využitia v existujúcich prevádzkach, ako aj v prevádzkach novovznikajúcich, prihlasovatel vyhľadáva hlavne prostriedky umožňujúce zmenu výkonu vane, ktoré sa ľahko prispôsobia rôznym typom vane, alebo rôznym spôsobom prevádzky rovnakého typu vane, a ktoré sú vhodné pre priemyselne zariadenia s veľkým počtom sériovo zapojených vani.Prvým predmetom vynálezu je elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom, vybavená chladiacimi prostriedkami, ktore vháňajú vzduch v lokalizovaných a rozmiestnených prúdoch.Druhým predmetom vynálezu je zariadenie na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom, ktorý sa vyznačuje tým, že obsahuje elektrolytické vane opísané vo vynáleze.Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom, ktorá je predmetom vynálezu, sa skladá z oceľového plášťa, zo súčastí vnútomého obloženia, z katódového bloku a vyznačuje sa tým, že je vybavená chladia SK 285426 B 6cimi prostriedkami, ktoré fúkajú vzduch v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo plášťa vane.Ako je opísané vo vynáleze, vzduch je vháňaný, to znamená, že okruh je otvorený a prúd vzduchu sa rozplýva do okolitého prostredia. Prúd vzduchu vyvrhnutý na povrch sa potom premieša s okolitým vzduchom, takže už nie je potrebné dopĺňať ďalšie prostriedky na chladenie vzduchu,ktorý sa zahrial po kontakte so stenami.Fúkanie vzduchu vo forme lokalizovaných prúdov, t. j. jeho vystrekovanie vo forme tokov citlivo nasmerovaných a ohraničených, ktoré vrážajú do oceľového plášťa na relatívne malom povrchu, umožňuje účinne ochladiť steny vane na stanovených miestach. Prúdy sú rozmiestnené okolo plášľa tak, aby udržiavali prednosmé zóny chladenia na povrchu plášťa. Tieto zóny sú určené tak, aby boli výhodné vzhľadom na tepelný profil vane, čím sa docieli hlavne zvýšenie globálnej účinnosti chladenia.Spomínané chladiace prostriedky sa presnejšie vyznačujú tým, že zahŕňajú prostriedky fúkajúce vzduch na ochladenie plášťa, t. j. na odčerpanie a odvod tepla vytvoreného vaňou v oblastí plášťa. Uvedené prostriedky na fúkanie vzduchu forrnujú lokalizované prúdy a rozmiestňujú ich okolo plášťa podľa stanovených zón.Vynález tak prináša možnosť ovládať a modulovat výkon elektrolytických vani inštalovaním, alebo doplnením účinných a prispôsobivých chladiacich prostriedkov, ktoré môžu eventuálne predstavovať konštantné alebo variabilné navýšenie chladiaceho výkonu vzhľadom na nominálny výkon. Vynález teda ponúka individuálne modiñkovanie výkonu každej vane.Prisun vzduchu mechanizmom fúkania môže byt podľa vynálezu variabilný, čo umožňuje presnejšie riadenie chladenia, prípadne jeho reguláciu. Je tiež veľmi výhodné integrovať zariadenia opísané vo vynáleze s regulačnými systémami, ktorými sú vybavené najmodemejšie elektrolytickć vane. Chladiace zariadenia môžu byť kontrolované, či riadené regulačným systémom vane tak, aby tepelný tok bol regulovaný účinnejšie a podľa možnosti automaticky.Elektrolytické vaňa môže obsahovať doplnkové chladiace zariadenia akými sú statické chladiace zariadenia.Chladiace prostriedky môžu byť odnímateľné, vďaka čomu sa jednoducho nainštalujú či odpoja z vane, v niektorých prípadoch dokonca aj počas jej prevádzky.Napríklad počas opravy vane môžu byt chladiace zariadenia vcelku alebo po častiach odpojené, čo uľahčí prístup ku plášťu vane a následnú údržbu.V niektorých aplikáciách sa zdá ako výhodné zoskupiť chladiace prostriedky opísané vo vynáleze vo forme úplne alebo čiastočne autonómnej chladiacej zostavy. Takéto zoskupenie môže viest ku globalizovanej koncepcii a ku značnému zjednodušeniu obsluhy. Hlavný prívod vzduchu do danej zostavy môže byť variabilný.Podľa uskutočnenia, ktoré je uprednostňované vo vynáleze, chladiace zariadenia obsahujú prostriedky na rozmiestnenie vzduchu, ktoré rozložia prúd vzduchu okolo plášťa, ďalej mechanizmus na vháňanie vzduchu do uvedených prostriedkov a prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu, ktoré vysielajú vzduch vo forme prúdov. Tieto prostriedky na lokalizované fúkanie vzduchu sú umiestnené na presne určených miestach oceľového plášťa. Prostriedky na rozmiestnenie vzduchu sú tvorené rozvodovým systémom zloženým z potrubia. Prostriedky na lokalizované fúkanie môžu byt hubice, ejektory, vývevy, dýzy alebo trubice. Prostriedky na lokalizované fúkanie sú výhodne rozmiestnené pozdĺž rozvodného systému. Prisun vzduchu vháňacím mechanizmom môže byt variabilný.Prisun vzduchu z jedného alebo z viacerých prostriedkov na lokalizované fúkanie môže byt tiež individuálne variabilný.Prevádzka na výrobu hliníka Hall- Heroultovým procesom, ktorý je druhým predmetom vynálezu, sa vyznačuje tým, že obsahuje vane podľa prvého predmetu vynálezu. Vane môžu byt individuálne vybavené chladiacimi prostriedkami opísanými vo vynáleze.Elektrolytické vane môžu byt individuálne vybavené chladiacimi prostriedkami opísanými vo vynáleze, ktoré môžu byt prípadne ovládané centrálne.V prevádzkach s využitím elektrolýzy sú elektrolytické vane obvykle zoskupené alebo sériovo zapojené. V týchto prípadoch je výhodné, že vane môžu byť vybavené chladiacimi prostriedkami podľa vynálezu, ktoré sú úplne alebo čiastočne spoločné pre dve a viac vani, t. j. že, dve alebo viac vani majú spoločný jeden z opísaných chladiacich prostriedkov. Navyše je V niektorých prípadoch výhodné, vybavit dve a viac vani jedným spoločným zariadením na vháňanie vzduchu.Prehľad obrázkov na výkresochObrázok 1 schematicky zobrazuje priečny rez elektrolytickou vaňou vybavenou chladiacimi prostriedkami, ktore sú zoskupené vo forme chladiaceho zariadenia spôsobom navrhovaným vo vynáleze.Obrázok 2 schematicky zobrazuje bočný pohľad na elektrolytickú vaňu zostavenú podľa vynálezu tak ako na obrázku l.Obrázok 3 schematicky zobrazuje pohľad zdola na elektrolytickú vaňu, zostavenú podľa vynálezu tak ako na obrázku l.Obrázok 4 zobrazuje bez obmedzenia rôzne varianty vynálezu, podľa ktorých rozvodový systém úplne (b) alebo čiastočne (a) obklopuje elektrolytickú vaňu.Obrázky 5 a 6 zobrazujú bez obmedzenia rôzne varianty vynálezu, podľa ktorých je ten istý chladiaci prostriedok spoločný pre viac vaní.Elektrolytické vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom tak, ako je opísaná vo vynáleze, je tvorená oceľovým plášťom 2, prvkami vnútorného obloženia 3, katódovým blokom 4 a prostriedkami na chladenie fúkaním vzduchu v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo plášťa 2.Prvkami vnútomého obloženia 3 sú obvykle bloky zo žiaruvzdomých materiálov, ktoré môžu byt zároveň tepelnými izolantmi. Súčasťou katódového bloku 4 sú odvodné katódové tyče 9, na ktoré nadväzujú elektrické vodiče slúžiace na odvod prúdu z elektrolyzéra. Prvky vnútomého obloženia a katódový blok vytvárajú vnútomú dutinu vane,ktorá počas prevádzky elektrolyzéra obsahuje roztavený elektrolyt 7 a vrstvu roztaveného kovu 6. Anódy ll sú čiastočne ponorené do roztaveného elektrolytu 7. Zložkou elektrolytu je aj rozpustený oxid hlinitý. Nad roztaveným elektrolytom sa nachádza kôra 8 oxidu hlinitého. Hliník vyrobený počas elektrolýzy, sa hromadí na dne vane tak, že sa medzi roztaveným kovom 6 a roztaveným elektrolytom 7 vytvára veľmi jemné fázové rozhranie. Poloha tohto fázového rozhrania elektrolyt - kov sa V priebehu času meni stúpa zároveň s hromadenim roztaveného kovu a klesá, ked je roztavený kov odvádzaný z vane.Prevádzka elektrolytických vaní je obvykle spojená s reguláciou viacerých parametrov, ako sú koncentrácia oxidu hlinitého v elektrolyte, teplota roztaveného elektrolytu,celková výška elektrolytu alebo poloha anód. Podľa všeobecného pravidla sa zaisťuje tvorba ochrannej wstvy 5 zatuhnutého kryolitu (gamisáž) na tých úsekoch stien vnútornej dutiny, ktoré sú v kontakte s roztaveným elektrolytom 7 a s vrstvou roztaveného kovu 6. Tieto steny sú zväčša tvorené bočnými uhlíkovými blokmi alebo blokmi na báze uhlikových zlúčenín, ako sú žiaruvzdomé látky na báze SíC a mazaniny. S cieľom zvýšiť účinnost chladiacich prostriedkov opísaných vo vynáleze, môžu bočné steny zahŕňať predforrnované bloky alebo platne, prednostné homogénne,zložené z materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou, minimálne vyššou ako pri mazaninách, a najlepšie vyššou alebo rovnakou tepelnou vodivosťou, akú majú bežne použivané bočné uhlíkové bloky z materiálov na báze SiC.Odporúča sa tiež vybaviť vaňu zachytávacím zariadením umožňujúcim zachytiť a znovu získat plyny unikajúce z roztaveného elektrolytu počas elektrolýzy. Zachytávacie zariadenie sa rozprestiera nad vaňou ako kryt 10 obvykle vybavený otváracími prístupmi.Podľa spôsobu realizácie, ktorý sa odporúča vo vynáleze, sa chladiace prostriedky skladajú z rozvodového systému 28 tvoreněho potrubiami z prostriedkov 25 na vháňanie vzduchu do uvedeného rozvodového systému a z prostriedkov 27 na lokalizované fúkanie, ktoré umožňujú fúkat vzduch vo forme lokalizovaných prúdov. Uvedené prostriedky sú súčasťou chladiaceho zariadenia 20.Rozvodný systém 28 môže byt upevnený rôznymi spôsobmi. Konkrétne môže byt fixovaný na zložky konštrukcie vane alebo na jej spevnené časti, ako sú výstuže podľa potreby modifikované a prispôsobené na tento účel.Rozvodný systém 28 môže byt tiež pristavený k oceľovému plášťu alebo umiestnený oproti nemu, či upevnený na jeho okraj.Hlavný prísun vzduchu do zariadenia 20 môže byť variabilný, napríklad prehradením alebo zmenou dodávania vzduchu prostriedkom 25 na vháňanie vzduchu. Prisun vzduchu z jedného alebo z viacerých prostriedkov na lokalizované fúkanie môže byt tiež variabilný, pripadne individuálne variabilný, aj s možnosťou znížiť prívod vzduchu z vybraných prostriedkov na fúkaníe vzduchu na nulu. Vzduch môže byt V niektorých prípadoch aj pulzovaný.Chladiace prostriedky alebo chladiace zariadenie podľa vynálezu sú v pripade potreby v celku alebo po častiach snímateľné, Konkrétne potrubia môžu byt jednoducho demontované a transportované hlavne vďaka konštrukcii pozostávajúcej z viacerých montážnych dielcov a vhodných spojovacích článkov.Vzduch je vháňaný do rozvodného systému a fúkaný na stanovené miesta na stenách plášťa pomocou prostriedkov 27 na lokalizované fúkanie, ktoré sú vhodne rozmiestnené pozdĺž rozvodného systému. Prostriedky na lokalizované fúkanie nemusia byť rozmiestnené na povrchu plášťa rovnomeme, niekedy je výhodnejšie zoskupit ich do špecializovaných zón.Prostriedky 27 na lokalizované fúkanie umožňujú nasmerovať prúd vzduchu na presne určené miesta plášťa,napríklad podľa úrovne hladiny elektrolytu 7. .le výhodou,ked jeden alebo viaceré z týchto prostriedkov 27 môžu byt rôzne nasmerované. Prostriedky na lokalizované fúkanie dodávajú vzduch s rýchlosťou nazývanou výtoková rýchlosť. Najvýhodnejšie hodnoty tejto rýchlosti sa pohybujú v rozmedzí 10 až 100 m/s alebo ešte lepšie medzi 20 a 70 m/s.Počet, poloha a rozmery prostriedkov 27 na lokalizované fúkaníe, výkon prostriedku 25 na vháňanie vzduchu ausporiadanie a rozmery rozvodného systému sú zvolené tak, aby bol prísun vzduchu dostatočný a umožnil účinne chladenie a aby bol zabezpečený stanovený chladiaci výkon vo vybraných zónach, so zreteľom na prevzdušnenie celého systému.Prostriedkom 25 na vháňanie vzduchu môže byt ventilátor, ktorý vháňa okolitý vzduch alebo dúchadlo na stlačený vzduch (napríklad ventilačná výveva), ďalej systém na stlačený expandovaný vzduch, alebo siet vzduchu pod vysokým tlakom.V záujme bezpečnosti pri práci s elektrickou energiou,je vhodné elektricky izolovat prostriedok 25 na vháňanie vzduchu od zvyšku zariadenia pomocou elektrickej izolácie 26 vo fomie úseku potrubia z elektroizolačného materiálu.Potrubía môžu byt vyrobené z kovových materiálov najlepšie nemagnetických (napríklad z nemagnetickej nehrdzavejúcej ocele prípadne z hliníka) alebo z izolačných materiálov (ako sú sklenené vlákna), alebo z ich kombinácie (napríklad kovové potrubie vybavené izolačnou vrstvou).Chladiace zariadenia 20 môžu byt prípadne ovládané systémom hlavnej regulácie elektrolyzéra, čim sa zaručí účinnejšía centralizovaná a globálna regulácia.Elektrolytická vaňa môže byt takisto vybavená doplnkovými chladiacimi prostriedkami konkrétne statickýmí,ako sú napríklad chladiace rebrá alebo podobné zariadenia. Na to, aby sa zvýšila celková účinnost chladiacich prostriedkov (alebo chladiaceho zariadenia), je V niektorých situáciách a/alebo na niektorých miestach vane výhodné kombinovat účinok prostriedkov na fúkanie vzduchu s účinkom doplnkových zariadeni.Podľa variantu predloženého vo vynáleze, (na ilustráciu slúži obrázok l až 3), rozvodný systém vytvára vetvy. Je zostavený tak, že hlavný rozvodový kanál 2 sa pod vaňou rozvetvuje na horizontálne ramená 22, po bokoch a predných stranách vane na vertikálne ramená 23 a horizontálne vetvy 24. Táto konfigurácia zaisťuje dostatočne vyvážené prevzdušnenie siete potrubí a uľahčuje montáž chladiaceho zariadenia. Vertikálne ramená môžu byt napríklad umiestnené medzi katódové tyče 9.Podľa iného variantu uvedenej na obrázku 4, sa rozvodný systém 28 rozprestiera okolo plášťa 2 elektrolytickej vane a čiastočne alebo úplne ho obopína.Podľa variantov vynálezu ktoré ilustrujú obrázky 5 a 6,je jeden prostriedok 25 na vháňanie vzduchu spoločný viacerým vaniam, či presnejšie dvom a viacerým vaniam jednej prevádzky. Prostriedok 25 na vháňanie vzduchu rozvádza prúd vzduchu sieťou 29, ktorá pozostáva z hlavného spoločného potrubia 30 a spojovacieho článku 31 pre každú vaňu. Spojovacie články sú prípadne vybavené uzávermi na oddelenie jednotlivých vaní a vetracími otvormi, pomocou ktorých sa dosiahne rovnovážne rozdelenie prúdov vzduchu.Uzávery a Vetracie otvory sú užitočné pri individuálnej manipulácii s vaňou alebo s vybranými vaňami, pretože umožňujú oddeliť danú vaňu alebo vane od zvyšku zostavy a zároveň zachovat dostatočný prísun vzduchu pre ostatne vane zapojené do siete.Chladiace zariadenia sa dajú v rámci prevádzky výhodne kontrolovať alebo riadiť pomocou regulačného systému spoločného pre viaceré vane. Obvykle každá vaňa vybavená vlastným chladiacim zariadením, alebo každá skupina vaní vybavených chladiacimi zariadeniami so spoločnými prvkami (hlavne s vháňacím mechanizmom), môže byt ovládaná systémom takzvanej prvej úrovne a vane ako cclok, alebo skupina vaní jednej elektrolytickej haly danejprevádzky, môžu byt navyše ovládzmé globálne systémom regulácie takzvanej druhej úrovne.Testy na elektrolytických vaníach na 300 kA boli realizované s chladiacim zariadením, ktoré sa zhoduje so zariadením opísaným vo vynáleze a má nasledovné špecifické charakteristikyAko je vyznačené na obrázkoch l až 3, hlavné potrubie 21 vedie pozdĺžne pod plášťom 2 až ku stredu vane, kde sa delí na tri navzájom kolmé ramená 22 a, 22 b, 22 c s menším priemerom ako na hlavnom potrubí pozdĺžne rameno 22 a sa ťahá pod plášťom až na jeho protiľahlý koniec, kde prechádza do vertikálneho ramena 23 a, ktoré stúpa pozdĺž prednej strany vane približne na výšku bočných uhlíkových blokov, potom sa vidlicovito rozchádza na dve horizontálne vetvy 24 a, 24 a, ktoré vedú až ku bočným okrajom vane druhé dve ramená 22 b, 22 c sú priečne a vedú ku bočným stenám plášťa, kde prechádzajú do vertikálnych ramien 23 b, 23 c, ktore stúpajú pozdĺž plášťa až na výšku bočných uhlíkových blokov a potom sa vidlicovito rozdeľujú na dve horizontálne vetvy 24 b, 24 b, 24, 24 c, na každom boku vane a idú až ku jej predným stranám. Jedno vertikálne rameno 23 crovnocenne s ramenom 23 a je priamo pripojené na hlavné potrubie a takisto sa delí na dve horizontálne vetv 24 c, 24 c. Dýzy 27 boli rozmiestnené rovnomerne pozd ž ramien. V testoch bolo použitých 5 až 8 dýz pozdlž každej prednej strany vane a 15 až 20 dýz na každom boku vane. Dýzy boli vo väčšine testov vedené približne V smere teoretického rozhrania elektrolyt - kov. V niektorých testoch boli vybrané dýzy vedené ku zosilňovacim štruktúrnym častiam plášťa a slúžili ako chladiace rebrá. Potrubia a dýzy boli z ocele a čiastočne z nehrdzavejúcej ocele.Prostriedkom 25 na vháňanie vzduchu bol v niektorýchtestoch mechanický ventilátor a inokedy ventilačná výveva. Chladiace zariadenia boli vybavené prostriedkami umožňujúcimi meniť množstvo dodávaného vzduchu. Testy dokázali, že chladiace zariadenie si zachovávalo účinnost pri rýchlosti prúdenia vzduchu z vyústenia dýz medzi lO a 100 m/s. Pri rýchlostiach nižších ako 10 m/s sa účinnost zariadenia výrazne znižovala až dosiahla bezvýznamné hodnoty. Rýchlosti vyššie ako 100 m/s viedli ku veľmi výrazným stratám náplne, čo by vyžadovalo ďalšie prostriedky na vháňanie vzduchu s redhibičným výkonom a /alebo nákladmi. Najlepšie výsledky boli dosiahnuté pri výtokovej rýchlosti medzi 20 a 70 m/s.Merania teploty pomocou termoelektrického článku a pyrometra ukázali, že zariadenie umožňovalo dosiahnut vo výške bočných stien zníženie priememej teploty od 50 do 100 °C. Regulácia chladenia sa dosiahla jednoduchou zmenou prísunu dodávaného vzduchu.Prihlasovateľ teda konštatoval, že je prekvapivo možné dosiahnut dostatočný stupeň chladenia fúkaním vzduchu tak, ako je to navrhnuté vo vynáleze, bez použitia prostriedkov na vháňanie a fúkanie vzduchu alebo potrubí,ktoré by boli nadmemé či disproporčné a/alebo by vyžadovali príliš vysoké investície, a/alebo prevádzkové náklady,ktoré by boli navyše redhibičné.Tieto testy tiež ukázali, že vzduch fúkaný na steny vane, ktorý sa ohrial pri kontakte s nimi, sa rýchlo zriedi v okolitom vzduchu a nevyvolá tak výrazné zvýšenie teploty v okolitom prostredí. Presnejšie povedané, testy nepreukázali také hodnoty okolitej teploty, ktoré by sa výrazne líšili od hodnôt obvykle nameraných v blízkosti vani skoršej výroby. Platilo to aj pri extrémnych lemých teplotách.Navyše sa ukázalo, že aj hladina hluku zariadenia bola neobvykle nízka.Ako je uvedené vo vynáleze, chladiace prostriedky umožňujú odčerpat a rozptýliť tepelnú energiu vytvorenú v elektrolytickej vani vhodným ovládaním vybraných tepelných prúdov, ktoré môže byt prispôsobené rôznym klimatickým podmienkam a/alebo rôznym spôsobom prevádzky vane, ak sú výrazne odlišné od štandardných podmienok a bežných spôsobov prevádzky.Chladiace prostriedky umožňujú okrem iného s presnosťou ovládať tvorbu ochrannej vrstvy zo zatuhnutého elektrolytu.Chladiace prostriedky alebo chladiace zariadenia, opísane vo vynáleze, sa ľahko prispôsobia každému typu vane a rôznemu prostrediu. Môžu sa jednoducho inštalovať na existujúce vane, najmä v rámci ich obnovovania, zavádzania tepelnej regulácie a /alebo modifikácie nominálnej intenzity. Presnejšie povedané, vynález uľahčuje zmeny výkonu elektrolyzérov, čo umožňuje napríklad vziať do úvahy technické, ekonomické alebo zmluvné obmedzenia.Vynález umožňuje zvýšenie nominálnej intenzity skôr nainštalovaných elektrolyzérov, a pritom nenavodí ich predčasnú degradáciu.V prevádzke s využitím elektrolýzy podľa vynálezu,možnosť individuálne prispôsobiť chladiace prostriedky alebo chladiace zariadenie danému elektrolyzéru, prináša optimalizáciu riadenia viacerých elektrolyzérov naraz, prípadne kompletnej série elektrolyzérov, čím sa dosiahne zjednotenie ich pracovného chodu. Vynález takisto umožňuje individuálnu tepelnú kontrolu elektrolyzérov daného závodu, čo sa zdá ako veľmi užitočné v prevádzkach s veľkou produktivitou. Je to výhodné napríklad počas prechodných fáz prevádzky, ktore nastanú, ked niektore elektrolyzéry z jednej série majú vzhľadom na ostatné elektrolyzéry nové alebo odlišné vymazanie.Vynález umožňuje tiež modemizáciu skôr vybudovaných prevádzok a nevyžaduje pritom take zásahy do infraštruktúry, ktoré by sa stávali redhibičnými.Vynález umožňuje navyše predĺžiť prevádzku vane s končiacou životnosťou, ktorej oceľový plášť vykazuje abnonnálne teplé oblasti.1. Elektrolytická vaňa na výrobu hliníka HallHeroultovým procesom, ktorá sa skladá z oceľového plášťa(2), z prvkov vnútomého obloženia (3) a katódového bloku(4), vyznačujúca sa tým, že obsahuje prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu v lokalizovaných prúdoch rozmiestnených okolo spomínaného oceľ vého plášťa (2).2. Elektrolytická vaňa podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú upravené tak, že majú variabilný prísun vzduchu.3. Elektrolytické. vaňa podľa nároku 1 alebo 2, v y značujúca sa tým, že uvedenéprostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú riadené regulačným systémom danej vane.4. Elektrolytická vaňa podľa nárokov l až 3, V y značuj úca sa tým, že uvedené prostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú v celku alebo po častiach snimateľné.5. Elektrolytické vaňa podľa niektorého z nárokov l až 4, vyznačujúca sa tým, žeuvedenéprostriedky na chladenie fúkaním vzduchu sú zoskupené vo forme chladiaceho zariadenia.

MPK / Značky

MPK: C25C 3/00

Značky: prostriedkami, vaňa, procesom, hall-heroultovým, hliníka, výrobu, vybavená, termoelektrolytická, chladiacimi

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-285426-termoelektrolyticka-vana-na-vyrobu-hlinika-hall-heroultovym-procesom-vybavena-chladiacimi-prostriedkami.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Termoelektrolytická vaňa na výrobu hliníka Hall-Heroultovým procesom vybavená chladiacimi prostriedkami</a>

Podobne patenty