Электролизер для получения бор-титанового полуфабриката

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к устройствам для получения электролитического осадка бора на твердом катоде, и может быть использовано при получении бор-титанового полуфабриката, предназначенного для переработки в алюминиевую лигатуру, содержащую титан и бор. Сущность: электролизер содержит корпус, токопроводящую ванну, аноды и катоды, соединенные с источником постоянного и переменного тока через ошиновку и токоподводы, причем аноды попарно расположены вдоль противоположных бортов ванны, соединенной с источником переменного тока, а катоды выполнены плоскими из титана и установлены в промежутках между парными анодами под углом 0 - 60° к продольной оси ванны. 3 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к устройствам для получения электролитического осадка бора на твердом катоде, и может быть использовано при получении бор-титанового полуфабриката, предназначенного для переработки в алюминиевую лигатуру, содержащую титан и бор.

Известен электролизер для получения электролитического осадка бора на катоде, содержащий токопроводящую ванну, которая служит анодом, и водоохлаждающий катод, выполненный из монель-металла [1] Недостатком данного электролизера является разрушение токопроводящей графитовой ванны в результате анодного процесса, ведущего к окислению материала ванны, и невозможность получения бор-титанового полуфабриката из-за использования в его конструкции катодов из монель-металла.

Наиболее близким к предлагаемому является электролизер для получения электролитического осадка тугоплавких металлов в открытой среде, содержащий токопроводящую ванну в виде охлаждаемого стального котла, аноды и катоды, соединенные с источниками переменного и постоянного тока. Применение дополнительной подпитки электролизера переменным током, подаваемым на пару анодов, обусловлено необходимостью поддержания заданной температуры электролизера.

Недостатками данного электролизера являются необходимость монтажа на анодных токоподводах ошиновки постоянного и переменного тока. Срабатывание анодов в процессе электролиза обуславливает их периодическую замену, что вызывает необходимость демонтажа ошиновки переменного тока и периодического отключения электролизера от питания переменным током. Кроме того это приводит к нарушению теплового баланса, падению температуры электролита. Вследствие возрастания вязкости электролита возникают кинетические затруднения разряду ионов бора на катоде. Процесс становится нестабильным. При использовании катодов в виде стержней непрерывное увеличение поверхности при образовании осадка приводит к уменьшению катодной плотности тока, что ведет к растворению бора в электролите, снижая выход по току (нестабильность процесса). Для предотвращения снижения катодной плотности тока необходимо либо проведение дополнительной операции по обжатию осадка на катоде, либо повышение силы тока, а это приводит к дополнительному выделению тепла в электролите, нарушая тепловой баланс, обуславливая нестабильность процесса и повышенную летучесть электролита. Использование стальных катодов обуславливает загрязнение полуфабриката, а следовательно, лигатуры примесями железа, что ухудшает качество осадка.

Целью изобретения является обеспечение удобства монтажа и обслуживания электролизера, стабильности процесса получения полуфабриката и повышение качества полуфабриката.

Цель достигается тем, что в электролизере, содержащем корпус, токопроводящую ванну, аноды и катоды, соединенные с источниками постоянного и переменного тока через ошиновку и токоподводы, аноды попарно расположены вдоль противоположных бортов ванны, соединенной с источником переменного тока, а катоды выполнены плоскими из титана и установлены в промежутках между парными анодами под углом α 0-60^о к продольной оси ванны.

Расположение анодов вдоль бортов токопроводящей ванны и соединение ванны и анодов с источником переменного тока не требует монтажа дополнительных токоподводов и ошиновки для соединения анодов с источником переменного тока, что упрощает монтаж электролизера. Одновременная подача переменного тока на все аноды позволяет производить периодическую замену сработанных анодов без демонтажа ошиновки и отключения электролизера от питания переменным током. Это обеспечивает стабильный тепловой режим электролизера, а отсюда процесса получения полуфабриката. Использование плоских катодов не изменяет площадь катодов по мере образования осадка бора, что обеспечивает удобство обслуживания электролизера, устраняя дополнительную операцию по обжатию осадка, и не вызывает необходимости регулирования силы постоянного тока. Использование катодов из титана предотвращает загрязнение полуфабриката и лигатуры примесями железа, обеспечивая высокое качество полуфабриката.

Установка катодов в промежутках между парными анодами обеспечивает равномерность выделения тепла за счет прохождения постоянного и переменного тока по всему объему электролита, что обуславливает стабильность процесса получения полуфабриката. Установка катодов под углом 0-60^о к продольной оси ванны обеспечивает равномерность образования осадка бора по всей поверхности катодов, чем достигается стабильность процесса получения полуфабриката. Разворот катодов на угол более 60^о локализует процесс образования осадка на кромках катодов, что приводит к прекращению выделения бора на катодах. Стабильность процесса получения полуфабриката нарушается.

На фиг.1 показан электролизер, вид сверху; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Электролизер для получения бор-титанового полуфабриката состоит из токопроводящей ванны 1, помещенной в корпус 2. Корпус 2 изнутри футерован огнеупорным кирпичом. Вдоль противоположных бортов ванны 1 попарно расположены угольные аноды 3. Катоды 4 из титана установлены в промежутках между парными анодами 3 под углом, равным 0-60^о, к продольной оси ванны 1. Катоды 4 через токоподводы 5 и катодную ошиновку 6 соединены с источником 7 постоянного тока. Аноды 3 через токоподводы 8 и анодную ошиновку 9 соединены с источником 7 постоянного тока и источником 10 переменного тока. Токопроводящая ванна 1 через ошиновку 11 соединена с источником 10, переменного тока.

Электролизер работает следующим образом.

В токопроводящую ванну 1, предварительно нагретую до 800-850^оС, устанавливают угольные аноды 3 с токоподводами 8, крепящимися на анодную ошиновку 9. Затем устанавливают катодом 4 из титана с токоподводами 5, крепящимися на катодную ошиновку 6. Угол разворота катодов 4 к продольной оси ванны 1 составляет 0-60^о. После некоторой выдержки, необходимой для прогрева анодов 3 и катодов 4, производят заливку электролита, нагретого на 100-150^оС выше точки плавления и подают напряжение от источника 7 постоянного тока и источника 10 переменного тока, которое составляет соответственно 8 и 12 В. Сила постоянного тока составляет при этом 1; 5 кА, а переменного 4 кА. Электролиз ведут в течение 6 ч, при этом при необходимости производят корректировку состава электролита по содержанию бора и летучих компонентов. По окончании электролиза отключают аноды 3 и катоды 4 от источника 7 постоянного тока, производят выемку катодов 4 с токоподводами 5, а в ванну 1 устанавливают новую партию катодов 4 с токоподводами 5, и процесс электролиза повторяется. Снятые катоды 4 с образовавшимся осадком бора (бор-титановый полуфабрикат) отделяют от токоподводов 5 и используют в дальнейшем для переработки в алюминиевую лигатуру, содержащую титан и бор.

Проведены опытно-промышленные испытания электролизера по получению бор-титанового полуфабриката. Полуфабрикат, полученный по приведенным выше параметрам электролизера при различном угле разворота катодов относительно продольной оси ванны, использовали для приготовления лигатуры с расчетным содержанием титана и бора 5,0 и 1,0 мас. соответственно. Полученные результаты представлены в таблице.

Полученные при установке катода под углом 0-60^о к продольной оси ванны лигатура содержала 4,7-4,9 мас. титана и 0,90-0,95 мас. бора, что свидетельствует о стабильности процесса получения полуфабриката. Содержание железа в нем составляло 0,21-0,22 мас. при содержании его в алюминии, использованном для приготовления лигатуры, 0,18-0,20 мас. Это характеризует высокое качество полуфабриката по содержанию примесей.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БОР-ТИТАНОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА, содержащий корпус, токопроводящую ванну, аноды и катоды, соединенные с источниками постоянного и переменного тока через ошиновку и токоподводы, отличающийся тем, что аноды попарно расположены вдоль противоположных бортов ванны, соединенной с источником переменного тока, а катоды выполнены плоскими из титана и установлены в промежутках между парными анодами под углом 0 60^o к продольной оси ванны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4