Катодное устройство алюминиевого электролизера

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера. Катодное устройство алюминиевого электролизера содержит кожух, подовые блоки с катодными стержнями, огнеупорную футеровку под подовыми блоками, боковую футеровку, установленные вплотную к боковой футеровке вставные блоки из карбидокремниевого материала. Сверху боковая футеровка снабжена фланцевым листом, установленным горизонтально, а между верхней поверхностью вставного карбидокремниевого блока и фланцевым листом установлена комбинированная огнеупорная вставка, которая снабжена засыпкой и огнеупорными диэлектрическими элементами, и выполнена высотой, равной 0,10-0,20 высоты вставного блока. Обеспечивается возможность увеличения стойкости боковой футеровки к разрушению в верхней части при возможном взаимодействии с глиноземом и фтористыми солями во время проникновения расплава, увеличения срока службы катодного устройства алюминиевого электролизера, снижения удельного расхода электроэнергии и трудозатрат. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции катодного устройства алюминиевого электролизера.

Катодное устройство алюминиевого электролизера включает стальной кожух, подовые блоки с катодными стержнями, огнеупорную футеровку под подовыми блоками, боковую футеровку. Боковая футеровка является элементом катодного устройства, расположена в пространстве между подовыми блоками и стенками кожуха под фланцевым листом, состоящая из двух частей, из которых ее верхняя часть монтируется из углеграфитовых плит, расположенных вдоль стенок кожуха, а периферийный шов выполняется с подъемом к боковой футеровке. Вплотную между фланцевым листом и боковыми блоками в верхней части устанавливают вставные элементы различной конструкции.

Известен «Электролизер для получения алюминия» (заявка на пат. RU 94009828, опубл. 10.04.1996), содержащий катодное устройство с наклонной бортовой футеровкой по всему периметру, где угол наклона составляет 120°. В качестве засыпки между верхним торцом бокового блока предлагается глинозем со вставками из огнеупорного кирпича.

Недостатком является то, что при таком выполнении боковой футеровки имеет место окисление и разрушение угольных плит при воздействии на них кислорода воздуха, поступающего через неплотности в корке электролита и катодном кожухе. В конечном счете, это приводит к проникновению расплава электролита в футеровку и изменению ее теплоизоляционных свойств. Возникают усилия, отжимающие угольные плиты от катодного кожуха и, как правило, разрушающие боковую футеровку. Кроме того, имеет место разрушение угольных плит в зоне расплава электролита в результате избирательного действия на них компонентов криолитоглиноземного расплава.

Известна «Футеровка кожуха катодного алюминиевого электролизера» (Пат. RU 2125621, опубл. 27.01.1999). В футеровке электролизера, имеющей углеродные блоки и теплоизоляционный слой, верхний защитный слой выполнен из утрамбованного кварцевого песка толщиной 10-60 мм. Кварцевый песок имеет крупность частиц 0,4-0,15 мм. Нижний защитный слой состоит или из двух стальных листов, уложенных горизонтально один над другим с зазором в 1-3 мм, заполненным глиноземом, или из слоя керамического материала. В качестве керамического материала может быть использован красный кирпич.

Недостатком является воздействие фтористых солей расплава на силикатные материалы такого типа, при пропитке, вызывает их разрушение с увеличением размеров.

Известна «Футеровка катодного кожуха алюминиевого электролизера» (пат. RU 2191223, опубл. 20.10.2002), которая содержит углеродные блоки, два защитных слоя с размещенным между ними слоем огнеупорного материала и теплоизоляционный слой. При этом нижний защитный слой выполнен из горизонтально уложенного стального листа, помещенного между слоями кварцевого песка, а толщина каждого слоя кварцевого песка составляет 10-15 мм, кроме этого, верхний защитный слой выполнен из кварцевого песка.

Недостатком является то, что использование в качестве засыпки кварцевого песка вызывает спекание частиц и проникновение в образовавшиеся поры расплава в район незащищенной поверхности металлической части катодного кожуха.

Известна «Боковая футеровка алюминиевого электролизера» (Пат. RU 2072398, опубл. 27.01.1997), в которой выполнен пояс из непроводящего керамического материала на основе нитрида алюминия. Пояс выполнен из отдельных плит, которые соединены торцевыми гранями с помощью обратносимметричных выступов и углублений при помощи клея с добавками тугоплавких металлоподобных соединений.

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

Известна «Боковая футеровка алюминиевого электролизера» (Пат. RU 2186880, опубл. 10.08.2002), состоящая из двух частей, выполненных из материалов с различной стойкостью к содержащемуся в шахте электролизера расплаву, из которых ее верхняя часть выполнена из плит из неметаллических тугоплавких соединений, имеющих повышенную стойкость, а нижняя часть - из соединенных между собой блоков из углеродсодержащего материала, имеющего пониженную стойкость, плиты из неметаллических тугоплавких соединений установлены в паз, выполненный в верхних гранях блоков из углеродсодержащего материала, и соединены с блоками из углеродсодержащего материала клеящим или цементирующим составом или заделкой указанного паза углеродсодержащим материалом.

Недостатком является использование в качестве заполняющего элемента углеграфитовых материалов, что приводит к утечкам тока через фланцевый лист. Недостатком также является то, что после спекания клеящим слоем происходит разрушение вставки за счет деформационных сдвигов в верхних частях катодного кожуха при высокой скорости циркуляции расплава.

Известно катодное устройство алюминиевого электролизера» (пат. RU 2239003, опубл. 27.10.2004), принятое за прототип, включающее кожух, подовые блоки с катодными стержнями, футеровку, расположенную под подовыми блоками, футеровку, расположенную в пространстве между подовыми блоками и стенками кожуха, боковую футеровку, расположенную вдоль стенок кожуха и изготовленную по высоте из материалов с различной стойкостью к содержащемуся в шахте электролизера расплаву, при этом для выполнения ее верхней части использованы карбидокремниевые плиты, а для нижней части - обожженные угольные блоки, а также периферийный шов, выполненный с подъемом к боковой футеровке на высоту, не превышающую место стыковки плит и блоков боковой футеровки. Вплотную к плитам верхней части боковой футеровки и теплоизоляционным элементам ее нижней части установлены и соединены с ними клеящим или цементирующим составом вставные блоки из углеродсодержащих материалов или из неметаллических тугоплавких соединений.

Недостатком является то, что при выполнении верхней части боковой футеровки из обожженных угольных блоков не обеспечиваются условия для создания необходимой формы рабочего пространства с устойчивой настылью и гарнисажем в зоне электролита. Кроме того, недостатком вставных блоков из углеродосодержащих материалов также является их электропроводность, что приводит к утечкам тока через боковые блоки к фланцевому листу. Неметаллические вставки, расположенные вдоль всей поверхности бортового блока вызывают разрушение верхней части карбидокремниевого блока при нагреве во время эксплуатации. Это приводит к появлению деформаций, как правило, разрушающих боковую футеровку алюминиевого электролизера. Разрушение боковой футеровки приводит к проникновению расплава к металлическому кожуху и к прорыву расплава из шахты алюминиевого электролизера, что снижает его срок службы.

В основу изобретения положена задача, разработать боковую футеровку алюминиевого электролизера, конструкция которой обеспечивала бы высокую стойкость карбидокремниевых блоков к деформации во время эксплуатации и низкую вероятность проникновения расплава к металлической части стального кожуха, что позволит увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем кожух, подовые блоки с катодными стержнями, огнеупорную футеровку под подовыми блоками, боковую футеровку, установленные вплотную к боковой футеровке вставные блоки из углеродсодержащих материалов или из неметаллических тугоплавких соединений, сверху боковая футеровка снабжена фланцевым листом, установленным горизонтально, а между фланцевым листом и верхней поверхностью вставного блока установлена комбинированная огнеупорная вставка, которая снабжена засыпкой и огнеупорными диэлектрическими элементами, и выполнена высотой, равной 0,10-0,20 высоты вставного блока.

Вставной блок может быть выполнен из карбида кремния, а засыпка может быть выполнена из нефелинового порошка.

Огнеупорные диэлектрические элементы могут быть выполнены из клинового огнеупорного кирпича и размещены под углом наклона 30° к верхней поверхности вставного блока.

К широкому торцу и по сторонам клинового огнеупорного кирпича между верхней поверхностью блока и фланцевым листом может быть выполнено уплотнение из огнеупорного материала, например из стеклоткани, пропитанной огнеупорной пастой.

Комбинированная огнеупорная вставка, выполненная высотой, равной 0,10-0,20 высоты вставного блока, позволяет снизить нарушение токораспределения в боковой футеровке катодного устройства и не дает расплаву проникнуть к боковой поверхности стального кожуха. Это увеличивает срок службы боковой футеровки, повышает сортность производимого алюминия, снижает удельный расход электроэнергии

Использование в зазоре между верхней поверхностью вставного блока и фланцевым листом комбинированной огнеупорной вставки из засыпки и огнеупорных диэлектрических элементов обеспечивает плотное сцепление верхней поверхности вставных блоков и поверхности фланцевого листа, предотвращает растрескивание в результате расширения блоков из карбида кремния и деформационных сдвигов в районе фланцевого листа катодного кожуха за счет циркуляции расплава.

Применение фланцевого листа, установленного горизонтально, обеспечивает надежное крепление боковой части катодной футеровки к стальному кожуху.

Использование в комбинированной огнеупорной вставке засыпки в виде нефелинового порошка K·Na3(Al·SiO4)4, которая заполняет всю высоту зазора между верхней поверхностью вставного блока из карбида кремния и фланцевым листом, способствует повышению барьерной защиты от проникающего воздействия натрия и расплава к металлическому кожуху и амортизирует механический изгиб фланцевого листа.

Использование в комбинированной огнеупорной вставки огнеупорных диэлектрических элементов, выполненных из клинового огнеупорного кирпича и размещенных под углом наклона 30° к верхней поверхности вставного блока, обеспечивает прочное фиксированное положение засыпки из нефелинового порошка.

Использование уплотнения из огнеупорного материала, например из стеклоткани, пропитанной огнеупорной пастой, исключает разрушение клинового кирпича и снижает поверхность контакта с поверхностью вставного блока по всей толщине.

На фигуре 1 показана часть катодного устройства, боковая футеровка и часть подины алюминиевого электролизера, в продольном разрезе. Катодное устройство в боковой футеровке содержит: 1 - фланцевый лист; 2 - засыпку из нефелинового порошка K·Na3(Al·SiO4)4; 3 - клиновой огнеупорный кирпич; 4 - стеклоткань с пропиткой; 5 - межблочные швы; 6 - боковую футеровку; 7 - вставной блок из карбида кремния; 8 - подовый блок с катодными стержнями; 9 - огнеупорную футеровку; 10 - кожух.

Боковая футеровка является составной частью катодного устройства алюминиевого электролизера. Рабочая среда - расплавленный алюминий и фтористые соли при температуре 920÷980°С.

Пример. Катодное устройство алюминиевого электролизера, в котором вплотную к боковой футеровке установлены вставные блоки из углеродсодержащих материалов или из неметаллических тугоплавких соединений, в частности из карбида кремния, с примыкающими подовыми блоками с катодными стержнями, закрепленными в подовом блоке посредством чугуна. В зазор между верхней поверхностью вставного блока из карбида кремния и фланцевым листом установлена комбинированная огнеупорная вставка из засыпки из нефелинового порошка и клинового огнеупорного кирпича высотой 50 мм, закрепленного при помощи уплотнения из стеклоткани, предварительно пропитанной огнеупорной пастой. Эксплуатацию электролизера проводят при температуре 955-970°C. Сравнительные испытания проводят для двух вариантов выполнения боковой футеровки, когда зазор между фланцевым листом и верхней поверхностью вставного блока заполняется подовой массой, и предлагаемого, когда в зазор монтируется засыпка из нефелинового порошка K·Na3(Al·SiO4)4 на всю высоту зазора, а сбоку уплотняется клиновым огнеупорным кирпичом. Электролизер с предлагаемым катодным устройством был отключен через 2298 суток после пуска. В средний срок службы электролизеров с катодным устройством с конструкцией прототипа составляет 1935 суток. Сухая выбойка подины показала, что разрушения боковой футеровки в верхней части карбидокремниевого блока в предлагаемом катодном устройстве были не критичны, деформации фланцевого листа не наблюдалось, и электролизер мог бы еще работать.

Таким образом, конструкция катодного устройства алюминиевого электролизера обеспечивает высокую стойкость вставных блоков из карбида кремния, предотвращает деформацию фланцевого листа во время обжига и имеет низкую вероятность проникновения расплава к стенкам стального кожуха, что позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла.

1. Катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее кожух, подовые блоки с катодными стержнями, огнеупорную футеровку под подовыми блоками, боковую футеровку, установленные вплотную к боковой футеровке вставные блоки из углеродсодержащих материалов или из неметаллических тугоплавких соединений, отличающееся тем, что оно снабжено фланцевым листом, установленным горизонтально сверху боковой футеровки, а между фланцевым листом и верхней поверхностью вставного блока установлена комбинированная огнеупорная вставка, которая выполнена из засыпки и огнеупорных диэлектрических элементов и высотой, равной 0,10-0,20 высоты вставного блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вставной блок выполнен из карбида кремния, а засыпка выполнена из нефелинового порошка.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что огнеупорные диэлектрические элементы выполнены из клинового огнеупорного кирпича и размещены с наклоном под углом 30° к верхней поверхности вставного карбидокремниевого блока.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что к широкому торцу и по сторонам клинового огнеупорного кирпича между верхней поверхностью вставного блока и фланцевым листом выполнено уплотнение из огнеупорного материала, например из стеклоткани, пропитанной огнеупорной пастой.



 

Похожие патенты:

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 конструкции электролизеров для получения алюминия. .

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 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.

Изобретение относится к определению степени износа в среде алюминиевых электролизеров образцов карбидокремниевых блоков, используемых для боковой футеровки кожуха алюминиевых электролизеров. Способ включает погружение закрепленных образцов карбидокремниевых блоков в электролит при температуре электролиза алюминия и барботирование электролита углекислым газом, воздухом или их смесью, перемещение образцов и сравнение полученных образцов с исходными. После погружения образцы выдерживают в электролите, находящемся при температуре электролиза в контакте с алюминием, с расположением контролируемой зоны образца в электролите. Затем образцы поднимают и выдерживают с расположением контролируемой зоны образца в газовой фазе не более 20 минут. После этого перемещают образцы в вертикальной плоскости с попеременной выдержкой контролируемой зоны в электролите и газовой фазе не более 10 минут и затем по изменению объема образцов определяют степень их износа. Обеспечивается сокращение времени испытания образцов блоков и получение видимого уменьшения поперечных размеров образцов этих блоков за счет интенсификации процесса износа путем увеличения скорости износа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр., 2 табл.

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Под каждым анодом 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. Обеспечивается уменьшение горизонтальных составляющих токов в слое расплава, равномерное распределение тока, уменьшение межполюсного расстояния (МПР) и уменьшение расхода электроэнергии на получение алюминия и/или увеличение выхода по току. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера

Наверх