Подина электролизера для получения алюминия

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам, используемым при производстве алюминия электролитическим способом. Подина электролизера для получения алюминия содержит подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни, межблочное соединение в виде огнеупорных элементов из карбида кремния, соединенных межблочным швом из подовой массы и имеющих длину, равную длине подового блока, и высоту, равную 0,35-1 высоты межблочного шва. Обеспечивается возможность увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера за счет увеличения стойкости межблочного шва к проникновению натрия, увеличения стойкости к разрушению подины с компенсацией ее выгорания, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии. 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам, как правило, технологического назначения, используемым при производстве алюминия электролитическим способом.

Известна «Подина электролизера», содержащая углеродистые блоки с пазами и межблочные швы, отличающаяся тем, что боковые стенки углеродистых блоков выполнены со скосами, плавно переходящими в пазы, например цилиндрические, в которые помещены сопрягаемые с ними уплотнители, выполненные, например, в виде стальных труб (патент RU №2068035, опубл. 20.10.1996). В уплотнителях выполнены термокомпенсаторы в виде винтовой канавки вдоль трубы.

Недостатком данного устройства является сложная конфигурация пазов. Применение стальных труб в качестве уплотнителя увеличивает затраты при монтаже, а также нарушает токораспределение в ванне. В случае разрушения подины повышается вероятность более существенного снижения сортности алюминия, при этом вызывает затруднение диагностирование причины ухудшения качества металла.

Известна «Подина алюминиевого электролизера», в которой уровень углеродсодержащего межблочного шва расположен ниже уровня рабочей поверхности подобного блока (патент RU №2085619, опубл. 27.07.1997). Уровень шва может совпадать с уровнем нижнего (большего) основания трапецеидальной части подового блока. Высота уровня углеродсодержащего межблочного шва составляет 1,0-2,0 высоты паза нижней части подового блока. Образующаяся трапецеидальная полость в верхней части шва заполняется неэлектропроводящим материалом (глиноземом).

Недостатком данного устройства является ухудшение токораспределения и увеличение падения напряжения в результате использования неэлектропроводящего материала подине. Появление объемного расширения подовых блоков при эксплуатации электролизера приводит к нарушению структуры глиноземного участка шва, пропитанного смолистыми возгонами при коксовании нижнего углеродистого слоя шва, выполненного из подовой массы. При этом снижается качество обжига межблочного шва в целом и появляется вероятность проникновения расплава в подину. Также возможно вымывание глиноземного осадка в результате движения расплава или при проведении технологической обработки.

Известна «Подина электролизера для получения алюминия и способ ее монтажа» (патент RU №2037565, опубл. 19.06.1995), в которой подовые угольные блоки с блюмсами укладываются на цоколь, а межблочные швы заполняются послойно. Один из промежуточных слоев выполняется из смеси борида титана, титана и связующего толщиной 0,05-0,1 высоты блока и располагается на уровне 0,25-10 этой высоты от верхнего основания.

Недостатком данной подины является применение дорогостоящих материалов, которые малоэффективны к проникающему воздействию расплава.

Известна «Подина электролизера для получения алюминия» (патент SU №1477786, опубл. 07.05.1989), принятая за прототип. Подина содержит углеграфитовые подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни и межблочные соединения. В качестве межблочного соединения использованы углеграфитовые элементы с высотой, равной 0,2-1,0 высоты межблочного соединения, введенных между углеграфитовыми блоками и заполненных углеродистой массой.

Недостатком известного устройства является, во-первых, низкая стойкость к деформации, в результате чего образуются микротрещины, и, во-вторых, недостаточная стойкость к проникающему воздействию компонентов расплава, что приводит к преждевременному выходу из строя катодного устройства электролизера.

Стойкость к деформации подовых блоков и межблочных соединений в данной конструкции обеспечивается за счет введения углеграфитовых элементов между подовыми блоками. Так как во время обжига происходит увеличение линейных размеров всех элементов подины, а углеграфитовые элементы вводятся небольшими отдельными элементами, происходит неравномерное распределение напряжения по длине подового блока. Это приводит к искривлению межблочного шва в местах, заполненных углеродистой массой, с максимальным изгибом по углам углеграфитовых элементов, что является причиной образования трещин в подовом блоке и шве.

Высокая вероятность образования глубоких трещин по углам углеграфитовых элементов способствует проникновению компонентов расплава вглубь подины и разрушению футеровки. Так как углеграфитовые элементы располагаются отдельными элементами вдоль подового блока, это не может предотвратить проникновение расплава по всей длине межблочного соединения. Так как места контакта подового блока с углеграфитовой вставкой испытывают большие напряжения сжатия из-за отсутствия на границе достаточного количества подовой массы, что может привести к вспучиванию подины вблизи углеграфитовой вставки и, как следствие, вызвать нарушение токораспределения и образованию микротрещин, в которые проникает расплав и в свою очередь вызывает разрушение подины.

В основу изобретения положена задача разработать подину алюминиевого электролизера, конструкция которого обеспечивала бы высокую стойкость подовых блоков к деформации во время обжига и низкую вероятность проникновения расплава внутрь подины, что позволит увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в подине электролизера для получения алюминия, содержащей подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни, межблочное соединение в виде элементов, соединенных межблочным швом из подовой массой, элементы межблочного соединения выполнены в виде огнеупорных элементов из карбида кремния с длиной, равной длине подового блока, и высотой 0,35-1,00 от высоты межблочного соединения, а высота межблочного шва из подовой массы составляет 0,3-0,5 от высоты межблочного соединения.

Использование в межблочных соединениях подовых блоков огнеупорных элементов из карбида кремния, имеющих длину, равную длине подового блока, и высоту, равную 0,35-1,0 высоте подового блока, использование в качестве межблочного соединения подовой массы обеспечивает плотное сцепление элементов подины, предотвращение растрескивания в результате расширения подовых блоков за счет выдавливания подовой массы, повышение барьерной защиты от проникающего воздействия натрия и расплава в зоны токоотводящих штырей. Выполнение огнеупорных элементов высотой 0,35-1,0 от высоты межблочного соединения и межблочного шва из подовой массы высотой 0,3-0,5 от высоты межблочного соединения исключает образование неровностей в подине при обжиге и пуске, что позволит снизить нарушение токораспределения. Это позволяет увеличить срок службы подины, повысить сортность производимого алюминия, снизить удельный расход электроэнергии.

На фигуре 1 показана подина алюминиевого электролизера в продольном разрезе. Подина содержит межблочные огнеупорные элементы 1, подовую массу 2, подовые блоки 3, боковые карбидокремниевые или углеграфитовые блоки 4, токоотводящие стержни 5, теплоизоляционную футеровку 6.

Подина является составной частью алюминиевого электролизера. Рабочая среда - расплавленный алюминий и фтористые соли при температуре 930÷1100°C.

Пример. Подина выполнена из 24 катодных секций с монолитным полуграфитовым подовым блоком и составными токопроводящими стержнями, закрепленными в подовом блоке посредством чугуна. В межблочные швы вмонтированы карбидокремниевые элементы размером 3100×35×270. Верхняя часть межблочного шва выполнена из подовой массы. Обжиг проводят с помощью газопламенных горелок до температуры 970-990°C. Сравнительные испытания проводят для двух вариантов выполнения подины - когда межблочные швы заполняются подовой массой, и предлагаемого, когда в межблочные швы монтируются огнеупорные элементы на всю длину межблочного шва и сверху уплотняются подовой массой. Электролизер с предлагаемой подиной был отключен через 2217 суток после пуска. В среднем срок службы электролизеров данного типа со стандартной подиной составляет 1800 суток. Сухая выбойка подины показала, что разрушения блюмса были не критичны и ванна могла бы еще работать.

Изобретение обеспечивает высокую стойкость подовых блоков к деформации во время обжига и низкую вероятность проникновения расплава внутрь подины, что позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии.

Подина электролизера для получения алюминия, содержащая подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни, межблочное соединение в виде элементов, соединенных межблочным швом из подовой массы, отличающаяся тем, что элементы межблочного соединения выполнены в виде огнеупорных элементов из карбида кремния длиной, равной длине подового блока, и высотой 0,35-1,00 высоты межблочного соединения, а высота межблочного шва из подовой массы составляет 0,3-0,5 высоты межблочного соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции электролизера для производства алюминия. .

Изобретение относится к электролизеру для производства алюминия. .
Изобретение относится к производству алюминия электролизом оксида алюминия в расплаве электролита. .

Изобретение относится к электролизной ванне для получения алюминия. .
Изобретение относится к области цветной металлургии и, в частности, к технологии производства алюминия методом электролиза криолит-глиноземных расплавов, а именно к материалу смачиваемого катода алюминиевого электролизера.

Изобретение относится к технологии электролитического производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов, в частности к материалу для смачиваемого катода алюминиевого электролизера.

Изобретение относится к катоду для алюминиевых электролизеров. .

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано для реконструкции катодных устройств действующих и проектирования новых электролизеров.
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплава солей и оксидов с обожженными и самоспекающимися анодами, и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих электролизеров.
Изобретение относится к производству алюминия, а именно к способу защиты катодного устройства алюминиевого электролизера. .

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия

Изобретение относится к спеченным изделиям, изготовленным из циркона и диоксида циркония, для использования в стекловаренной печи, в частности в изделиях, применяемых в качестве опорных блоков для электродов, или в электролизере в контакте с расплавом криолита

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера

Изобретение относится к производству металлов и сплавов электролизом расплавленных солей

Изобретение относится к конструкции катодного устройства электролизера в электролизерах Содерберга или электролизерах с обожженными анодами

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера и способу его ремонта

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия

Изобретение относится к электролизеру для получения алюминия. Электролизер включает катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной тиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, на угольной подине под каждым из анодов расположены поплавки с более высокой удельной электропроводностью, чем электролит, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, причем верхняя поверхность поплавка выступает выше уровня катодного алюминия и поплавки можно перемещать и/или заменять для уменьшения межполюсного зазора между анодом и катодом. Поплавки выполнены из углерода или из карбида кремния, или из смеси диборида титана и углерода на высокотемпературной связке и покрыты диборидом титана. Верхняя поверхность поплавка выполнена плоской или выпуклой, или вогнутой, или наклонной к горизонту и имеет капилляры и/или каналы, и/или полости, соединяющие верхнюю поверхность тумбы с катодным металлом. Обеспечивается уменьшение удельного расхода энергии. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. На поверхности подины размещены перегородки и/или решетки, и/или смачиваемые алюминием открытопористые ячеистые структуры из материала, менее электропроводного, чем алюминий, перпендикулярно и/или под углом 45°-90° к плоскости подины, перпендикулярно и/или под углом 45°-90° к продольной оси катодных стержней, полностью или частично препятствующие протеканию вдоль подины горизонтальных составляющих катодного тока в слое алюминия. Электролизер может работать с расходуемыми или нерасходуемыми -«инертными» анодами. Обеспечивается уменьшение горизонтальных составляющих токов в слое расплава, особенно в алюминиевой части катода, равномерное распределение тока, уменьшение межполюсного расстояния (МПР) и, следовательно, уменьшение расхода электроэнергии на получение алюминия и/или увеличение выхода по току. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкции катодной секции алюминиевого электролизера. Катодная секция содержит катодный углеродный блок, катодный токоведущий стержень с электропроводной частью из материала с высокой удельной электропроводностью, установленный во внутренней полости катодного углеродного блока и закрепленный в нем с помощью чугунной заливки. Электропроводная часть стержня выполнена в виде вставки из отдельных элементов, скрепленных между собой с зазором, установленной на одну внешнюю поверхность или несколько внешних поверхностей катодного токоведущего стержня через слой чугунной заливки. Отдельные элементы вставки могут быть выполнены круглого или прямоугольного или другого типа сечения. Вставки могут быть установлены по длине от 10% до 100% длины катодного токоведущего стержня. Обеспечивается уменьшение перепада напряжения в катодном блоке и низкое электрическое контактное сопротивление между катодным токоведущим стержнем и электропроводным вкладышем с высокой удельной электропроводностью по всей длине катодного токоведущего стержня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам, используемым при производстве алюминия электролитическим способом

Наверх