Электролизер для производства алюминия


 


Владельцы патента RU 2454490:

Общество с ограниченной ответственностью "Легкие металлы" (RU)

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Электролизер включает катодное устройство, содержащее шахту 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 шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема. На угольной подине под каждым из питателей АПГ установлены блоки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии. Верхнее основание блока расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия, не более чем на 2 см. Блоки могут быть выполнены из углерода или из карбида кремния, или из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке. Внутрь блоков могут быть вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна. Отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков изменяется от 1:1 до 1:2. Величина площади верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема. Блоки могут быть покрыты диборидом титана. Верхнее основание блоков может быть выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым. Обеспечивается повышение полноты растворения глинозема и снижение его количества, попадающего под слой жидкого металла. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции электролизеров для получения алюминия.

Известен электролизер, включающий анодное и катодное устройство, в котором загрузку глинозема вместе с другими необходимыми для процесса компонентами (фтористые соли и другие компоненты) в дозируемом количестве осуществляют через вертикальный проем в аноде, в котором сырье подают одновременно с инертным газом под давлением, на 5-20% превышающем давление анодных газов (Авторское свидетельство СССР №391185, C25D 3/12, 1973).

Известный электролизер имеет следующие недостатки: сложное аппаратурное оформление (проем в аноде, питатель с датчиком, подача инертного газа), нарушение целостности анода, что может привести к неоднородности тела анода, нарушению токораспределения.

Известен электролизер для производства алюминия, принятый за прототип, содержащий катодное устройство и анодное устройство (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. Изд-во «Металлургия», М., 1971, стр.152-158). Катодное устройство содержит шахту, с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух. Между металлическим кожухом и угольными блоками размещены огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Анодное устройство содержит угольные аноды, соединенные с анодной шиной. Аноды размещены в верхней части ванны и погружены в расплавленный электролит. Система автоматической подачи глинозема (АПГ) содержит пробойник электролитной корки, бункер для подачи глинозема и фтористых солей, закрепленный на анодном кожухе, и питатель глинозема.

Недостатком известной конструкции электролизера является то, что при питании ванн с помощью автоматического устройства (АПГ) порции глинозема (обычно 1-2 кг), загружаемые на поверхность электролита, тонут и частично, не успевая раствориться, попадают под металл, образуя осадок. При этом глинозем, находящийся под металлом, растворяется очень медленно, так как лишен контакта с электролитом.

Вышесказанное приводит к различным нарушениям технологии электролиза, в том числе повышению омического сопротивления, усилению горизонтальных токов и интенсивному перемешиванию металла, снижению выхода по току, повышению частоты анодных эффектов и, следовательно, к увеличению выбросов парниковых газов, увеличению трудозатрат, повышению расхода электроэнергии, ухудшению экологии на рабочем месте, уменьшению срока службы электролизера, т.е. к снижению основных технико-экономических показателей (ТЭП).

Задача изобретения - улучшение ТЭП при получении алюминия за счет увеличения полноты и скорости растворения глинозема, подаваемого в электролит с помощью АПГ, и снижения массы осадков (в виде нерастворившегося глинозема) на угольной подине.

Техническим результатом изобретения является создание конструкции алюминиевого электролизера, обеспечивающей увеличение времени нахождения глинозема в междуполюсном пространстве. Тем самым обеспечиваются условия для более полного растворения глинозема и снижения его количества, попадающего под слой жидкого металла, и достигается повышение ТЭП получения алюминия.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в электролизере для производства алюминия, включающем катодное устройство, содержащее шахту 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 шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема, согласно заявляемому изобретению на угольной подине под каждым из питателей АПГ установлены блоки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, для сбора большей части и постепенного растворения подаваемого в электролит глинозема, причем верхнее основание блока расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.

Верхнее основание блока расположено выше уровня жидкого алюминия не более чем на 2 см.

Блоки могут быть выполнены из углеродных блоков.

Блоки могут быть выполнены из карбида кремния.

Блоки могут быть выполнены из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке.

Во внутрь блоков могут быть вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна.

Отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков может изменяться от 1:1 до 1:2.

Площадь верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема.

Блоки могут быть покрыты диборидом титана.

Верхнее основание блоков может быть выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым.

Сущность изобретения поясняется эскизом (см. чертеж).

На угольную подину 1 под слой жидкого алюминия 2 устанавливается блок 3 с чугунным утяжелителем 4 внутри. Во время работы пробойник 5 пробивает в криолитоглиноземной корке 6 отверстие, в которое подается с помощью автоматического питателя 7 глинозем. Верхнее основание блока находится в электролите 8. Часть нерастворившегося за время оседания в электролите глинозема 9 попадает на верхнее основание блока 3, где и происходит его дальнейшее растворение.

Монтаж алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.

Для электролизеров с обожженными анодами установка блоков 3 осуществляется непосредственно под устройство АПГ во время замены соответствующего анодного блока, отключение ванны от питания при этом не требуется. Для электролизеров с самообжигающимися анодами установка блоков осуществляется также непосредственно под устройство АПГ при предварительном поднятии анода, при этом ванна может быть отключена от источника питания током. В обоих случаях в местах установки блоков осуществляется очистка угольной подины 1 от скопившегося осадка.

Если блок выступает над поверхностью жидкого алюминия более чем на 2 см, то блок будет мешать эвакуации анодных газов и может возникнуть опасность забивания канала между блоками глиноземом в случае неисправности системы АПГ.

Блоки 3 могут быть прямоугольными (квадратными), круглыми или иного сечения, причем площадь верхней поверхности обеспечивает попадание на нее большей части глинозема, подаваемого из дозатора.

Блоки 3 могут быть покрыты диборидом титана, что приводит к улучшению смачивания поверхности блоков расплавленным металлом и образованию на верхнем основании блока пленки алюминия, которая непрерывно циркулирует и тем самым облегчает растворение глинозема.

Для обеспечения большей устойчивости блоков отношение площадей верхнего и нижнего оснований может изменяться от 1:1 до 1:2.

При такой конструкции алюминиевого электролизера обеспечивается повышение полноты и скорости растворения глинозема и снижение количества осадков на угольной подине под металлом, а также существенно упрощаются алгоритмы питания ванны глиноземом и упрощается поддерживание выбранной заранее оптимальной концентрации глинозема, что в свою очередь повышает выход по току. При этом происходит улучшение следующих ТЭП электролиза алюминия: увеличение производительности электролизера и его срока службы, снижение расхода электроэнергии, трудозатрат, сжатого воздуха, потерь фтористых соединений, улучшение экологии на рабочем месте.

1. Электролизер для производства алюминия, включающий катодное устройство, содержащее шахту 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 шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема, отличающийся тем, что для сбора и постепенного растворения подаваемого в электролит глинозема на угольной подине под каждым из питателей АПГ установлен блок, стойкий к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, верхнее основание которого расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что верхнее основание блока расположено выше уровня жидкого алюминия не более чем на 2 см.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены углеродными.

4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из карбида кремния.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в блоки вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна.

7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков составляет от 1:1 до 1:2.

8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что величина площади верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема.

9. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки покрыты диборидом титана.

10. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что верхнее основание блоков выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым.



 

Похожие патенты:

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

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 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.

Настоящее изобретение относится к способу производства комбинированных подовых блоков для алюминиевых электролизеров. Способ включает введение материала углеродистой подложки в форму и нанесение на нее слоя композиционного жаростойкого материала, содержащего борид металла, уплотнение содержимого формы в виде катодного блока и обжиг катодного блока, в качестве материала углеродистой подложки и слоя композиционного жаростойкого материала используют материалы, имеющие близкие коэффициенты термического линейного расширения и значения натриевого расширения и следующий гранулометрический состав: содержание фракций в углеродистой подложке (-10+0,071) мм - 76±10 мас.% и (-0,071+0) мм - 24±10 мас.%, содержание фракций в слое композиционного жаростойкого материала (-10+0,071) мм - 50±30 мас.% и (-0,071+0) мм - 30±50 мас.%, при этом материал углеродистой подложки вводят в предварительно нагретую до температуры материала форму. Слой композиционного жаростойкого материала в уплотненном состоянии составляет не более 8,0% от высоты катодного блока и содержит 20,0-80,0 мас.% диборида металла. Уплотнение катодного блока проводят виброформованием, а обжиг - при 1100°С в течение 5 часов. Обеспечивается повышение качества и срока службы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх