Электролизер для получения алюминия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ()) 4 С 25 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

l1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3865144/22-02 (22) 03.01.85 (46) 07.07.86. Бюл. Р 25 (72) В.А. Крюковский, П.В. Поляков, В.Т. Иванов, В.И, Заливной, А.А. Арнольд, В.И. Казанцев и С.А. щербинин (53) 669.713.7(088.8) (56) Патент США В 3723286, кл. 204 243, R 1973. (54)(57) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

АЛЮМИНИЯ, включающий металлический кожух, теплоизоляционную футеровку, углеродистую футеровку подины, состоящую из подовых углеродистых блоков с токоотводящими стержнями и выпол,ненную с межблочными и периферийными швами, боковые углеродистые блоки, насыпной слой из компонентов электролита, расположенный между теплоизоляционной и углеродистой футеровками подины, и анодное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и выхода по току за счет улучшения распределения тока в подине и уменьшения утечек тока через периферийный шов и боковую углеродистую футеровку периферийный шов в нижней его части выполнен из глинозема на высоту, составляющую 1,5-2,0 высоты токоотводящего стержня, между подовыми и боковыми углеродистыми блоками расположен слой огнеупорного электроизоляционного материала высотой 0,50,75 высоты подового блока и ширийой

0,3-0,6 ширины периферийного шва, смежные подовые блоки установлены на металлическую пластину шириной

1,3-2,0 ширины межблочного шва, часть катодных стержней, расположенная в подовом блоке вне площади анода, выполнена со слоем огнеупорного бетона.

1242548

Изобретение относится к облаСтн металлургии, в частности к электройи тическому получению алюминия.

Целью изобретения является повыше ние срока службы электролизера и выхода по току за счет улучшения распределения тока в подине и уменьшения утечек тока через периферийный шов и боковую углеродистую футеровку.

В электролизере для получения алюминия, включающем металлический кожух, теплоизоляционную футеровку, боковые углеродистые блоки, подовые углеродистые блоки с токоотводящими стержнями, межблочные и периферийные швы из углеродистой массы, насыпной слой из компонентов электролита между теплоизоляционной и углеродистой футеровкой подины и анодное устройство, периферийный шов в нижней части на высоту 1,5-2,0 высоты токоотводящего стержня заполнен глиноземом, между подовыми и боковыми углеродистыми блоками установлен слой огнеупорного электроизоляционного материала высотой 0,5-0,75 от высоты подового блока и шириной 0,3-0,6 от ширины периферийного шва, смежные подовые блоки установлены на металлическую пластину шириной 1,3-2,0 от ширины межблочного шва, часть катодных стержней, находящаяся вне проекции анода на подину, покрыта слоем огнеупорной электроизоляции, например огнеупорным бетоном.

На фиг. 1 показан электролизер, поперечный разрез; на фиг. 2 — то же продольный разрез.

Электролизер включает металличес.кий кожух 1, боковые углеродистые блоки .2, периферийный шов из углеродистой массы 3, слой глинозема 4, огнеупорную электроизоляционную вставку 5, подовые углеродистые блоки 6 с токоотводящими стержнями 7, покрытыми вне проекции анода на подину слоем огнеупорного бетона 8 и под проекцией анода чугуном 9, глиноземную засыпку 10, теплоизоляционную футеровку 11, металлическую пластину 12 под смежными подовыми блоками

6 и анодное устройство 13.

Заполнение нижйей части периферийного шва 3 глиноземом.4 исключает контакт между катодным стержнем 7 и углеродистой массой периферийного шва 3, что исключает утечку тока в цепи катодный стержень 7 — углеродис. тая масса периферийного шва 3 — боковая футеровка 2. Наряду с этим наличие глиноземной засыпки в нижней части периферийного шва исключает протеки металла и электролита через

10 окна для катодных стержней, так как глинозем хорошо уплотняется, не смачивается расплавленным алюминием и хорошо впитывает электролит.

Высота засыпки глинозема — 1,5-!

5 2,0 высоты катодного стержня обусловлена следующим.

Слой засыпки глинозема менее 1,5 высоты токоподводящего стержня не обеспечивает покрытие катодного

20 стержня глиноземом и не исключает контакт между катодным стержнем и углеродистой массой периферийного шва. Выполнение слоя засыпки периферийного шва высотой более 2,0 высоты токоподводящего стержня ведет к невозможности уплотнения глинозема из-за начала проявления им свойств .жидкотекучести и ухудшения по этой причине качества набойки периферий30 ного шва, для которого засыпка глинозема служит основанием.

Для сведения к минимуму утечек тока от катодного блока через перифе рийный шов к боковым углеродистым блокам между подовыми 6 и боковыми углеродистыми блоками 2 установлен слой. огнеупорного электроизоляционно го материала 5, например магнезито- вые кирпичи.

40 !

Бирина слоя огнеупорного электроизоляционного материала менее 0,3 ширины периферийного шва не обеспечивает надлежащей электроизоляции при температуре процесса выполнение слоя электроизоляционного материала шириной более 0,6 ширины периферийного шва затрудняет набойку периферийного шва без снижения его качества, 50 что ведет к его разрушению уже в период пуска и к снижению срока службы.

При высоте слоя электроизоляции менее 0,5 высоты углеродистого подоу ваго блока его наличие практически

1242548 не сказывается, поскольку весь ток нижней половины блока собирается катодными стержнями, имеющими высоту

0,5 от высоты блока, а при высоте более 0,75 от высоты подового углеродистого блока резко снижается прочность периферийного шва у подового блока нз-за некачественного уплотнения шва при его малой высоте, что ведет к прорыву металла и электроли- fp та, т.е. к снижению срока службы электролизера.

Установка смежных подовых блоков на металлические пластины шунтирует все подовые блоки, так как сопротивление металлической пластины в несколько раз меньше сопротивления межблочного шва, что исключает горизонтальные токи в электролизере. Установка металлических пластин под 2б смежными подовыми блоками позволяет снизить неравномерность распределения тока, обусловленную различным электросопротивлением жидкого алюми.«ия, блоков, стержней и чугунной за- д ливки. Выполнение металлической пластины шириной менее 1,3 ширины межблочного шва не гарантирует соприкосновение блоков по всей их длине с пластиной с учетом допусков на блоки и их установки в кожухе.

Выполнение металлической пластины шириной более 2,0 ширины межблочного шва не повышает эффект токораспределения, а расход металла возрастает.

Защита части катодных стержней, находящейся в теле подового блока,,слоем огнеупорного бетона позволяет: организовать электрическое поле электролизера таким образом, чтобы электрический ток в электролизере проходил только перпендикулярно от анода к катоду, как это необходимо для исключения горизонтальных токов.

Пример. Смонтировано пять электролизеров в соответствии с предлагаемым техническим решением.

Катодные стержни на длину 250 мм (вне проекции анода) покрыты слоем огнеупорного бетона наоснове жидкого стекла и глинозема . При пуске элект-: ролизера с высотой глиноземистой засыпки 1,5-2,0 от высоты токоотводяще- го стержня и слоем огнеупорного электроизоляционного материала высо- той 0,5-0,75 высоты катодного блока ,протечек металла и электролита в окна блюмсов не было. При пуске электролизера с высотой глиноземистой засыпки 2,2 высоты катодного стержня н высоте слоя электроизоляции между боковыми и. подовыми блоками высотой

3,83 подового блока через окна с 9 по 21 блюмс начались протеки металла, в силу чего один электролизер отключен.

Распределение тока по катоднйм стержням приведено в таблице.

Как видно из таблицы, выполнение металлической полосы шириной 1,32,0 ширины межблочного шва уменьшает разброс токовой нагрузки по катодным стержням максимум до 0,7 кА (примеры

3-5). Увеличение металлической полосы по подовым блокам до 2,2 ширины межблочного шва не улучшает токораспределение (пример 6). Уменьшение горизонтальных токов способствует тому, что через 22 сут после пуска опытных электролизеров на бортовых блоках образовались прочные защитные настыли, ограничивающие подину по проекции анода, профиль которых соответствовал оптимальной форме рабочего пространства., На электролизерах-свидетялх продолжительность формирования настылей составляет 34 сут, а перекос металла — 3 см. На опытных электролизерах перекос металла достигает величины только до 1 см, что свидетельствует о значительном .снижении величины roризонтальных токов.

При пуске предлагаемых электролизеров не было случаев преждевременного отключения их со сроком службы менее года, На электролизерах-свидетелях — один случай.

Выход по току на опытных электролизерах увеличился на 0,3-0,5Х.

Ориентировочный экономический расчет показывает, что за счет ожидаемого повышения срока службы электролизера на 0,4 мес., а также за счет увеличения выхода по току на 0,5Х эффект от внедрения предлагаемого технического решения составит

316 тыс. руб. в год по сравнению с известным.

Т -Г1 !

»» «» . »

Пример атодный тержен

Сила в катодиых стержнях, кА

Злектролиэерсвидетель 4,2 5„0 5,8 4,3 б,0 б, t 4,2 4,8 5,3 5,7 б,О 7,2 8,0 4,Э

5юl 5е7 414 6 9 бвl 4вЭ 4е7 5э0 б 0 бе9 7ю2 8 ° 0 4>3

3 Опытный электролиэер с металлической пластиной шириной

l 3 межблочного

msa 4 ° 8 4,9

4 Опытный электролизер с металли" ческой пластиной шириной

2,0 межблочного шва 4,7

4 5 5,0 5,2 5,4 5,1 5,2 4,9 4,8 4,8 4,9 5,1 5,2 5,3

Опытный электролнэер с металлической пласти.ной шириной

2,0 межблочного шва 4,9 4,9

525351535049

49 52 53 50 50

4„9 4,9

Опытный электролнэер с металлической пластиной шириной !,2 ширины межблочного шва 4,1

Опытный электролнэер с металлической пластиной шириной

2,2 межблочного шва 4,9

5,t 5,2 5,3 5, 4,8 4,9 5,% 5,1 5,4 5,2 5,0 4,9

5вО 5в2 5вЭ 5|0 419 4ю9 5э2 5 ° 5еЭ 513 5еО 4е9

7 1242548 8

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

6,0 4,8 S,2 6,4 6,2 6,8 4,3 4,0 4,2 5,0 5,3 5,4 4.,6 4,4 4 6 5,2

6,0 4,7 5,3 6,3 6,3 6,8 4,3 4,0 4,3 4,9 5,2 5,S 4,5 4,5 4,7 5,3

4,7 4,Ь 5,0 5,2 5,1 5,3 S,О 4,8 5,1 5,0 4,7 4,9 5,1 SJO 4,Ь 5,1

5,1 5,1 4,Ь 5,0 5,! 4,9 4,7 4,8 5,0 5,2 5,1 5,3 5 0 4,Ь 5,1 5 0

4,8 4,8 4,9 5,2 5,1 5,2 5,1 4,9 5,0 5,0 4,8 4,8 5,! 5,0 4,9 5,0

4,8 4,9 4,8 S 1 .5,2 5,2 5,1 4,9 5,0 4,8 5,0 4,8 5,1 4,9 5,0 5,0

1242548

Составитель Н. Черных

Техред Л.Олейник Корректор М. Максимншинец

Редактор Л. Гратнлло

П оиз р изводственно-полиграфическое предприятие, г.

Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3671/28 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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