Способ монтажа и пуска магниевых электролизеров

 

Использование: производство цветных металлов, а именно - производство магния электролитическим способом. Сущность: способ монтажа и пуска магниевых электролизеров, объединенных в поточную линию и соединенных каналами, включающий монтаж футеровки, ее сушку, заливку в них электролита и организацию транзитного потока электролита. В способ внесены следующие изменения: при монтаже расположенных между электролизерами каналов в их футеровке создают компенсационный пояс (разрыв), который заполняют материалом, сохраняющим пластичность до температуры 300 - 600^oС, а поступление расплава в канал организуют после окончания температурного расширения футеровки включаемого в поток электролизера. Технический результат: сокращение трудозатрат и периода футеровочных работ, при этом монтаж каналов выполняется одновременно с монтажом самого электролизера, а при пуске электролизера исключаются нарушения их герметичности. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к производству цветных металлов, а именно - к производству магния электролитическим способом.

По известной технологии пуск магниевых электролизеров после их монтажа выполняют по специальному графику, постепенно повышая температуру в электролизере до 350-380^oC. После выдержки при такой температуре в течение 3-4 сут в электролизер заливают расплавленные соли и подключают к источнику переменного тока. Температуру электролита повышают до 700-720^oC. Через 2 сут электролизер включают в цепь постоянного тока, после чего принимаются меры для оптимизации работы электролизера.

Недостатком этого способа является большой расход переменного тока на разогрев электролизера, его длительная работа (двое суток) без выдачи металла. В заводских условиях такой способ применяется редко.

Известен также способ пуска магниевых электролизеров, при котором после сушки и разогрева футеровки при 380-400^oC электролизер включает в цепь постоянного тока при погружении катодных листов в расплав на 300-500 мм. Вследствие высокого электрического сопротивления электролизера залитый расплав быстро нагревается до 720-740^oC. Последующими добавками электролита уровень расплава в электролизере повышают до нормального, а напряжение снижают до рабочего. В пусковом состоянии на постоянном токе электролизер находится в течение 1,5-2 сут, после чего приступают к оптимизации его режима. Этот способ пуска магниевых электролизеров принят за прототип, поскольку он предусматривает сушку и разогрев футеровки первоначально нагревателями переменного тока, а потом постоянным током, что обеспечивает получение магния уже в пусковой период.

Известный способ пуска магниевых электролизеров разрабатывался применительно к электролизерам, эксплуатируемым в индивидуальном режиме, когда температурные расширения футеровки не оказывают влияния на работу всей совокупности агрегатов. При объединении электролизеров в поточные линии температурные расширения становятся проблемой, т.к. удлинение каждого электролизера ограничено соседними.

Выполненные исследования показали, что футеровка современного электролизера в результате ее разогрева удлиняется на 2-4 см. Наиболее интенсивно расширение футеровки происходит после заливки в электролизер расплава и продолжается в течение 5-7 сут. В дальнейшем температурные поля в футеровке стабилизируются и ее расширение прекращается. При ограничении расширения футеровки соседними электролизерами возможно смещение электролизера вместе с кожухом и разрушение системы каналов или же деформация перекрытий рабочих отделений с нарушением их герметичности. Из-за подсоса воздуха концентрация хлора в анодных газах может понизиться с 89-98% до 70-75%. Радикальных приемов борьбы с такими подсосами нет.

Для предупреждения смещения электролизеров или деформации каналов и перекрытий рекомендуется соединение электролизеров каналами производить после пуска всех электролизеров, когда их температурное расширение прекратится. Недостатками такой технологии является удлинение периода футеровочных работ, дополнительные трудозатраты вблизи расплавленного электролита.

Целью настоящего изобретения является способ монтажа и пуска электролизеров, при котором монтаж каналов выполняется одновременно с монтажом самого электролизера, а при пуске электролизера исключаются нарушения его герметичности. Разработанная технология упрощает монтажные работы, сокращает трудозатраты при их выполнении, обеспечивает высокое качество хлоргаза и увеличивает срок службы электролизеров.

Поставленная цель достигнута тем, что в способе монтажа и пуска магниевых электролизеров, объединенных в поточную линию и соединенных каналами, включающий монтаж футеровки, ее сушку, заливку в них электролита и организацию транзитного потока электролита, внесены следующие изменения: при монтаже расположенных между электролизерами каналов в их футеровке создают компенсационный пояс (разрыв), который заполняют материалом, сохраняющим пластичность до температуры 300-600^oC, а поступление расплава в канал организуют после окончания температурного расширения футеровки включаемого в поток электролизера.

Поскольку температура в зоне компенсационного пояса до поступления в канал расплава сохраняется ниже 300^oC, постольку материал, заполняющий компенсационный пояс, остается пластичным. В результате при расширении футеровки электролизера деформируется только пластичный материал; разрушения стенок и перекрытия электролизера не происходит. При включении электролизера в поточную систему, когда канал заполняется расплавом с температурой примерно 700^oC, пластичный материал твердеет, приобретая необходимую механическую прочность.

Дополнительные отличия заявляемого способа заключаются в том, что - в качестве пластичного материала для заполнения компенсационного пояса используют углеродистые композиции, включающие термоантрацит или пековый кокс, литейный кокс, искусственный графит и связующее; - ширину компенсационного пояса принимают в 2-4 раза больше температурного удлинения футеровки электролизера при нагревании ее до 700^oC; - заполнение компенсационного пояса пластичным материалом производят до уровня электролита в канале, а участки боковых стенок выше уровня электролита заполняют огнеупорным материалом (например, шамотом или жаростойким бетоном) после окончания температурных расширений футеровки; - в период сушки и пуска электролизера в канале располагают временные перегородки, исключающие контакт пластичного материала с расплавленным электролитом, которые убирают при включении электролизера в поточную линию; - гидродинамическое включение электролизера в поточную линию производят при температуре расплава в электролизере, равной 660-730^oC.

При реализации изобретения указанные признаки нового способа могут быть использованы одновременно или раздельно.

Таким образом, в соответствии с заявленным способом футеровку каналов, соединяющих электролизеры, и футеровку самих электролизеров выполняют одновременно. Для компенсации температурного расширения в стенках и подине каналов оставляют разрыв, который должен обеспечить расширение футеровки при пуске электролизера, но исключить течь электролита при последующей эксплуатации электролизера и канала. Для предупреждения течей электролита разрыв заполняют материалом, сохраняющим пластичность в период пуска электролизера, например, подовой массой, используемой для набивки швов в подине алюминиевых электролизеров. При заполнении каналов расплавом с температурой примерно 700^oC происходит коксование такой подовой массы, и футеровка в месте разрыва приобретает необходимую монолитность, что исключает появление течи электролита.

Разработанный способ существенно проще известного способа, при котором разрыв в футеровке канала сохраняют до окончания прогрева электролизера, после чего сохранившийся зазор закладывают шамотным кирпичом. Монтаж новых каналов выполняют одновременно с футеровкой электролизера в значительном удалении от мест интенсивного тепловыделения; он многократно сокращает трудозатраты.

Основные требования к пластичным массам для заполнения компенсационных разрывов следующие: - сохранение пластичности при температурах, наблюдаемых в зонах расположения компенсационных поясов, и твердение при температурах, близких к 600-700^oC; - стойкость при контактах с расплавами хлористых солей, магнием и хлором; - простота применения и транспортировки пластичных масс; - возможность их длительного хранения;
- невысокая стоимость и доступность пластичных масс.

Этим требованиям в достаточной мере отвечают углеродистые массы, применяемые для набивки подовых швов в алюминиевых электролизерах. Возможны и другие композиции, обладающие пластичностью при температурах ниже 300-400^oC, твердеющих при 600-700^oC и сохраняющих работоспособность в присутствии расплавленных солей, магния и хлора.

Для обеспечения работоспособности компенсационного пояса его ширина должна быть не меньше двукратного удлинения футеровки. В то же время ширина более 4-кратного удлинения снижает его работоспособность.

Утечки тока через углеродистый материал исключают керамической изоляцией (метлахская плитка, диабазовые пластины и др.), наклеиваемой на кожух в местах расположения компенсационных поясов.

Вариантом заявленного способа может быть способ, при котором заполняют пластичным материалом только часть компенсационного разрыва - в подине и в стенках до уровня расплава, а выше уровня расплава разрыв закладывают огнеупорным материалом (шамотом, бетоном и пр.), который укладывают после окончания расширения футеровки электролизера.

Заполнение канала расплавом и включение электролизера в поточную линию следует производить через 7-8 дней после достижения температуры, равной 680-700^oC. Для этого достаточно убрать перегородки на входах в канал. Поток расплава с температурой, близкой к 700^oC, обеспечивает коксование пластичной массы и необходимую прочность канала.

Пример осуществления способа. При капитальном ремонте электролизера футеровку каналов выполняют одновременно с футеровкой его стенок. В местах расположения компенсационного пояса в кирпичной кладке оставляют разрыв шириной 75 мм, т.к. удлинение футеровки электролизера ожидается равным 28 мм.

Разрыв в футеровке каналов заполняют углеродистой массой, которую уплотняют тромбованием. На входе в канал выкладывают перегородку, исключающую попадание в канал электролита.

Сушку электролизера, его заполнение расплавом и последующую наладку режима выполняют с использованием обычных технологических режимов и приемов. В течение 8 дней электролизер эксплуатируют в индивидуальном режиме. За это время его кладка достаточно прогревается и расширяется, а компенсационные разрывы уменьшаются. Заполняющая их пластическая масса уплотняется. Температура в зоне расположения компенсационного пояса соответствует 270^oC. Свою пластичность масса сохраняет.

Для включения электролизера в поточную линию разбирают перегородки на входе в каналы. Протекающий расплав прогревает футеровку канала до 680-700^oC. При такой температуре пластичная масса коксуется и приобретает прочность. В дальнейшем электролизер работает в режиме поточной линии.

Заявленный способ монтажа и пуска магниевых электролизеров, объединенных в поточную линию, позволяет избежать нарушений герметичности электролизеров и обеспечить получение анодного хлоргаза с высоким содержанием хлора (до 98%). Он позволяет выполнить все футеровочные работы на ремонтируемом электролизере и его каналах одновременно, до заливки расплава в электролизер. Это существенно сокращает трудозатраты, улучшает условия труда и организацию ремонтных работ.

Формула изобретения

1. Способ монтажа и пуска магниевых электролизеров, объединенных в поточную линию и соединенных каналами, включающий монтаж футеровки, ее сушку, заливку в них электролита и организацию транзитного потока электролита, отличающийся тем, что при монтаже каналов в их футеровке выполняют компенсационный пояс, который заполняют материалом, сохраняющим пластичность до 300 - 600^oС, а поступление расплава в канал организуют после окончания температурного расширения футеровки включаемого в поток электролизера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластичного материала для заполнения компенсационного пояса используют углеродистые композиции, содержащие термоантрацит или пековый кокс, литейный кокс, искусственный графит и связующее.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширину компенсационного пояса выполняют в 2 - 4 раза больше температурного удлинения футеровки электролизера при нагревании ее до 700^oС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при монтаже каналов компенсационный пояс заполняют пластичным материалом до уровня электролита, а участки боковых стенок выше уровня электролита после окончания температурного расширения футеровки заполняют огнеупорным материалом (например, шамотом или жаростойким бетоном).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период сушки и пуска электролизера в канале располагают временные перегородки, исключающие контакт пластичного материала с расплавленным электролитом, которые убирают при организации транзитного потока электролита.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что включение электролизера в поточную линию производят при температуре расплава в электролизере 660 - 730^oС.