Способ упрочнения подины алюминиевого электролизера

 

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПО;ЦИНЫ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий введение в электролит титана или циркония с осалздением iна подине тугоплавких соединений титана и циркония, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью снижения степени загрязнения электролитического алюминия, титан шш цирконий вводят до содержания их в алюминии 0,5-4,0 мас.%, после чего вводят соединение бора в количестве, обеспечивакяцем атомное соотношение бора к титану ипи цирконию в пределах

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И ЛИР

РЕСПУБЛИК

O9} (И) 4(51) С 25 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

И АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3656061/22 "02 (22) 20.10.83 (46) 23.01 85. Бюл, 9 3 (72) В.В.Нерубащенко, В.Я,Никитин, С.А.Артеменко, В.В.Волейник, A.Â,Ôèëèïïåíêî, Г.И.Ваталин и Е.А.Белобородова (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности и Институт титана (53) 669.713.7(088.8) (56) 1. Патент Англии В 1068801,. кл, С 07 В, опублик. 1963.

2. Патент США М 3856650, кл. 204-243, опублик. 1971.

3. Патент США }} 3471380, кл. 204-67, опублик. 1969. (54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОЛИНЫ

АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий введение в электролит титана ипи циркония с осаждением 1: на подине тугоплавких соединений титана и циркония, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения степени загрязнения электролитического алюминия, титан или цирконий вводят до содержания их в алюминии

0,5-4,0 мас.Х, после чего вводят соединение бора в количестве, обеспечивающем атомное соотношение бора к титану или цирконию в пределах (2-3):1.

1 11358

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к Футеровке электролизеров для получения алюмииияа

Известен способ футеровки электро- 5 дов, согласно которому катоды, состоящие из графитовых блоков, покрывают сверху и сбоку слоем боридов, нитридов, карбидов или силицидов металлов первых подгрупп 4,5-, или 10

6-ой группы периодической системы элементов. Покрытия ив указанных материалов на блоки наносят горячим прессованием (1) .

Недостатком данного способа яв- 15 ляется его сложность, т.е. требуется создание специального оборудования для обеспечения горячего прессования, которое с увеличением габаритов катодных блоков должно приниу0 мать также увеличивающиеся размеры.

Кроме того, при выполнении монтажных работ из таких блоков между блоками остаются швы, которые сами по себе резко снижают надежность 25 эксплуатации подины, Известен также способ обработки подины электролизера, согласно которому углеродистую подину покрывают слоем боридов титана, карбидов титана или карбидов кремния толщиной

0,1 мм и более путем плазменного напыления P), Недостатками способа являются сложность оборудования, большие зат35 раты труда при нанесении покрытия плазменным способом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му эффекту является способ упроч- 40 нения электродов, согласно которому для получения,защитного слоя на угольном катоде в электролит вводят тугоплавкий металл (титан или цирконий) или его соединения. 45

Защитный слой из карбидов образуется непосредственно в процессе работы электролизера j3), Недостатком известного способа является то, что при введении в 50 электролит электролизной ванны любых соединений, особенно соединений туголлавких металлов (цирконий, титан, кремний), повышающих защитные свойства подины от воздействия метал-55 лического натрия, электролитический алюминий в значительной степени загрязняется. Большое содержание примесей тяжелых металлов в алюминии (более 0,1X) ухудшает электротехнические и литейные свойства алюминия, что делает практически невозможным использование алюминия как товарного продукта.

Цель изобретения — снижение степени загрязнения электролитического алюминия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочне- ния подины алюминиевого электролизера, включающему введение в электролит титана или циркония с осаждением на подине тугоплавких соединений титана и циркония, последние вводят до содержания их в алюминии 0,54,0 мас. Х, после чего вводят соединение бора в количестве, обеспечивающем атомное соотношение бора к титану или цирконию в пределах (2-3):1, Первоначальное введение титана и циркония предотвращает образование карбида алюминия на поверхности подины и позволяет реализовать реакцию взаимодействия углерода с тита-. ном,и цирконием с образование . плотного слоя карбидов.

Последующее введение бора приводит к взаимодействию бора с титаном н цирконием в объеме жидкого алюминия и высаждению боридов титана и циркония из этого объема на карбидизированную поверхность углеграфитовой поднны. Кристаллы боридов титана и циркония, имеющие удельный вес значительно превышающий удельный вес алюминия, осаждаются под действием гравитационных снл и .температуры, заполняя все неровности на подине, спекаются с карбидным слоем, и, таким образом,формируется смешанный защитный карбидно-боридный слой покрытия на углегра. фитовой подине. После снижения содержания титана и циркония в сплаве до 0,01/ за счет выделения боридов получают товарный алюминий. ри содержании титана или циркония в алюминии ниже 0,57. образование карбидов титана и циркония на поверхности затруднено из-за пониженной активности титана и циркония, а. при содержании выше 4Х интенсивно,; выпадают соединения

Al T i А1 Ег, что вызывает загрязнение электролитического алюминия.!

358!!

Температура опыта, С

Расплав, содержащий, Х

Время контакта угольного образца с расплавом,ч

Опыт

0,5 Х Ti !050

4 Х lг 950

0,93 Х Ti 965-971

Лаб ораторный

Лабораторный

Промышленный

Промьппленный (известный электролизер)

З Ф

48

3 1

При атомном отношении бора к титану ипи цирконию менее, чем 2:1, титан и цирконий частично остаются в алюминии, а бориды титана и циркония практически не осаждаются.

При соотношении более, чем 3:I, остается свободный бор в алюминии, что также отрицательно сказывается на свойствах электролитического алюминия.

Пример 1. На лабораторном электролизере при силе тока 40 А выдерживают углеграфитовый образец под катодным металлом (алюминий, содержащий 0,5Х Ti) 2 ч при 1050

В образце сделана прорезь шириной

1 мм и глубиной 2 мм. Масса металла составляет 180 г. Катодная плотность. тока 0,86 A/см,После этого в сплав было введено 73 г алюминия,. содержащего 0,83 Х бора (атомное соотношение Б:ТI составило в образовавшемся сплаве 3:1), После пятичасовой выдержки образец е извлекают из ванны. Поверхностный слой и продукт из йрорези подвергают рентгенофазному анализу, который показал наличие в них Al TiH<, AlgTi, как на поверхности образца, так и в прорези. В катодном металле содержание титана снизилось до

0,008 Х, Пример 2. В этом же электролизере образец выдерживают под катодиым алюминием, содержащим 4,0 X

Zr, 48 ч при 950 . Масса металла

180 г. Катодная плотность тока

0,87 А/см2. После этого в сплав было введено 205 г алюминия, содержащего 0,83 Ж бора (атомное отношение В:Zr в образовавшемся сплаве

2,0:1). После )О-ти часовой выдержки содержание циркония в сплаве снизилось до 0,007 Х. Рентгеноструктурный анализ поверхностного слоя образца и материала из прорези показал наличие в них Al, ZrB>, A1 Zr.

Пример З.В промышленную алюминиевую ванну вводят 30 кг губчатого титана, Через 12 ч после введения титан растворяется в алю-! и минин и его концентрация в сплаве составляет 0,93 мас.X. Ванна работает при 965-970 С 2 сут. Затем в ванну вводят бор в виде В О, загружаемого в смеси с криолитом в электролит по 5-)0 кг в сутки. Всего вводят

61 кг В 0, что обеспечивает атомное отношение бора к титану — 2,8:I

Через 8 сут после начала введения

В О концентрация титана в алюминии

2О снижается до 0,008 мас.X. Ванна с упрочненной таким способом подиной проработает 6,2 года.

Результаты опытов приведены в таблице. д Таким образом из примеров видно; что предлагаемый способ позволяет упростить нанесение покрытия и заполнить им швы. Промышленный электролизер с обработанной предлагаемым способом подиной проработал длительное время — на ),2 года дольше, чем ванны с необработанной подиной.

Использование предлагаемого способа упрочнения поверхностного слоя углеграфитовой подииы алюминиевых электролизеров,по сравнению: с известными обеспечивает снижение материальных, энергетических и трудовых

40 затрат возможность повьппения каФ чества алюминия и срока службы алюминиевых электролизеров .

l1358l 1

Продолжение таблицы

0,008

0,007

0,008

192

6,2

5,0

Составитель В.Бадовский

Редактор И.Дербак Техред С.Легеза Корректор А.Обручар

Заказ 10252/19 Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Филиал ШП! "Патент", r. Ужгррод, ул,Проектная, 4

Соотношение бора к титану (или цирконив) в смешанном расплаве, ат. мас.

Лабораторный 3/1

Лабораторный 2/1

Промышленный 2,8/1

Промышленный (известный электропнзер) Время Содержание контакта титана (или угольного циркония) образца со после выдерж смешанным ки, Ж расплавом,ч

Срок службы электролизера, годы