Способ футеровки катодного устройства электролизера



Способ футеровки катодного устройства электролизера
Способ футеровки катодного устройства электролизера

 


Владельцы патента RU 2606374:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к способу футеровки катодного устройства электролизера для производства первичного алюминия электролизом. Способ включает загрузку теплоизоляционного слоя, состоящего из неграфитированного углерода, в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя засыпкой порошка алюмосиликатного состава и его уплотнение вибропрессованием, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой. Теплоизоляционный материал, состоящий из неграфитированного углерода, помещают в кассетные модули и укладывают в цоколь электролизера по меньшей мере в один слой, а швы между ними пересыпают неграфитированным углеродом. Обеспечивается сокращение пылевыделения при монтаже катодного устройства, снижение энергозатрат при работе электролизера за счет оптимизации теплофизических характеристик футеровочных материалов цоколя электролизера. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологическому оборудованию для производства первичного алюминия электролизом.

Известен способ футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий кладку из формованного огнеупорного и теплоизоляционного кирпича, монтаж подовой и бортовой футеровки. Для предотвращения проникновения расплава алюминия и электролита, ведущего к разрушению катодного устройства и сокращению срока службы электролизера, кирпичи укладывают с перевязкой швов по горизонтали и вертикали на величину 0,25-0,5 длины кирпича. Швы между кирпичами заполняют материалом на основе оксидов материалов, например глиноземом и/или оксидом кремния, крупностью 20-30 мкм (Патент RU №2149923, МПК C25C 3/08, 2000).

Недостатком такого способа футеровки является высокая стоимость материалов футеровки, высокие трудозатраты при монтаже электролизеров, отсутствие возможности повторного их использования, большая масса отработанных материалов, подлежащих утилизации или захоронению после службы в электролизерах.

Неудовлетворительные защитные свойства межкирпичных швов обусловлены тем, что тонкодисперсный неуплотненный материал между кирпичами имеет высокую открытую пористость, благодаря которой жидкофазные фторсодержащие компоненты за счет капиллярных сил быстро проникают через швы и взаимодействуют с материалом шва по всей его высоте. При этом оксид кремния не является барьером ни для алюминия, которым он легко восстанавливается, ни для фторидных расплавов, поскольку образующийся силикат натрия имеет низкую температуру солидуса и малую вязкость. Оксиды алюминия, в частности глинозем, устойчивы к расплавленному алюминию, но они взаимодействуют с фтористым натрием с увеличением объема (до 6,5 об.%), но в силу недостаточного уплотнения слоя из Al2O3 этого увеличения для герметизации межкирпичного шва недостаточно, тем более что в отсутствие кремния вязкость проникающих жидкофазных компонентов будет низка. Поэтому недостатком такого способа также является продвижение фронта пропитки вглубь цоколя с повреждением теплоизоляционных слоев.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающий засыпку теплоизоляционного слоя, состоящего из неграфитированного углерода или порошка алюмосиликатного или глиноземистого состава, предварительно перемешанного с неграфитированным углеродом, в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя засыпкой порошка алюмосиликатного состава и его уплотнением вибропрессованием до получения кажущейся пористости не более 17%, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой (патент RU 2385972, МПК C25C 3/08, опубл. 10.04.2010 г.).

Недостатками такого способа футеровки являются пыление при монтаже электролизера неформованными материалами и высокая степень усадки теплоизоляционного материала, что обуславливает высокий коэффициент теплопроводности и тепловые потери через днище.

В основу изобретения положена задача разработки способа футеровки, снижающего пылевыделение при монтаже электролизеров для производства первичного алюминия и сокращающего энергозатраты при работе электролизера.

Техническим результатом изобретения является оптимизация теплофизических характеристик футеровочных материалов цоколя электролизера, сокращение массы образующихся отходов футеровочных материалов, подлежащих утилизации после демонтажа, минимизация пыления и повышение производительности монтажа цоколя электролизера.

Технический результат достигается тем, что в способе футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающем загрузку теплоизоляционного слоя, состоящего из неграфитированного углерода, в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя засыпкой порошка алюмосиликатного состава и его уплотнение вибропрессованием, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой, теплоизоляционный материал, состоящий из неграфитированного углерода, помещают в кассетные модули и укладывают в цоколь электролизера по меньшей мере в один слой, а швы между ними пересыпают неграфитированным углеродом.

Предлагаемый способ дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению указанного технического результата.

Длина кассетных модулей может составлять половину ширины катодного устройства, а ширина - половину длины кассетных модулей. В качестве материала для кассетных модулей могут использовать полипропилен. Для укладки кассетных модулей могут использовать траверсу с шестью точками подвеса кассетного модуля.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».

Уплотнение огнеупорного слоя неизбежно приводит к уплотнению всего массива, что отрицательно сказывается на теплофизических свойствах нижнего теплоизоляционного слоя - его коэффициент теплопроводности повышается. При этом верхние слои огнеупорного (барьерного) материала уплотняются недостаточно, что снижает их химическую стойкость. Укладка теплоизоляционного материала в кассетные модули способствует повышению жесткости теплоизоляционных слоев, снижению относительной усадки этих слоев при сохранении высокой пористости и, как следствие, низкого коэффициента теплопроводности.

Предлагаемые параметры являются оптимальными. Если длина кассетных модулей будет больше половины ширины катодного устройства без ширины бровки, то возникают проблемы транспортировки слишком длинных кассет с рисками их повреждений. Если длина кассетных модулей будет меньше заявленной, то растут трудозатраты на их монтаж и стоимость затрат на оболочки кассет. Если ширина кассетных модулей будет больше заявленной, то возникают проблемы неравномерного распределения теплоизоляционного материала (неграфитированного углерода). Если ширина кассетных модулей будет меньше заявленной, то растут трудозатраты и снижается эффективность применения кассетных модулей.

Основные преимущества полипропилена заключаются в том, что он имеет высокую прочность, высокую экологичность (не имеет запаха, не токсичен при нагревании), а специализированная стабилизирующая УФ-добавка помогает сохранять все физико-химические показатели упаковки при хранении продукции под открытым небом.

Экспериментальные исследования процесса уплотнения и поведение уплотняемого материала проводились с использованием лабораторного стенда, который состоял из емкости прямоугольного сечения для размещения материала и вибрационного устройства для его уплотнения. В ходе проведения экспериментов теплоизоляционный материал - полукокс бурого угля (ПБУ) засыпался в кассетные модули и укладывался в шахту стенда при помощи траверсы с шестью точками подвеса кассетного модуля. Швы между ними пересыпали неграфитированным углеродом. Поверх теплоизоляционного слоя производилась засыпка и выравнивание огнеупорного слоя, представленного сухой барьерной смесью (СБС). Поверх выровненного слоя СБС укладывалась полиэтиленовая пленка, на которой размещался замыкающий упругий элемент, состоящий из стальной пластины толщиной 2.5 мм в сочетании с резиновой конвейерной лентой толщиной 14 мм. Далее на упругий замыкающий элемент устанавливался локальный блок вибрационной установки ВПУ и осуществлялось уплотнение подготовленного массива. После уплотнения производился демонтаж стенда и измерение коэффициентов теплопроводности прибором МИТ-1 футеровочных слоев. В таблице представлены полученные результаты.

Как видно из представленных результатов, коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, упакованного в кассеты, ниже, чем соответствующая величина для засыпного материала, на 16%. Применение кассетных модулей обеспечивает не только отсутствие пыления, но повышает жесткость теплоизоляционного слоя при более низких значениях коэффициента теплопроводности.

Таким образом, наличие кассетных модулей из полипропилена способствовало достижению заявленного технического результата.

Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом. На фиг. 1 представлены результаты измерений коэффициентов теплопроводности материалов в различных по высоте местах элемента цоколя электролизера. Видно, что использование кассетных модулей для теплоизоляционного материала обеспечивает более низкий коэффициент теплопроводности нижних теплоизоляционных слоев.

Опытно-промышленные испытания технологии монтажа кассетными модулями проводились на ОАО «РУСАЛ Саяногорск» в цехе капитального ремонта на участке спецмонтажных и футеровочных работ. Монтаж проводился с использованием полукокса, упакованного в кассетные модули, укладка которых в цоколь электролизера осуществлялась при помощи траверсы в один слой. При этом укладка производилась в два ряда с обеспечением плотного прилегания кассетных модулей друг к другу и к стенкам кирпичной кладки. Образовавшиеся швы между кассетными модулями и пространство между кассетными модулями и кирпичной кладкой венца пересыпались полукоксом бурых углей.

Предлагаемый способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия по сравнению с прототипом позволяет снизить пылевыделение при монтаже электролизеров неформованными материалами, сократить энергозатраты при работе электролизера за счет оптимизации теплофизических характеристик футеровочных материалов цоколя электролизера и сократить массу образующихся отходов футеровочных материалов, подлежащих утилизации после демонтажа.

1. Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающий загрузку в кожух катодного устройства теплоизоляционного слоя цоколя электролизера, состоящего из неграфитированного углерода, формирование огнеупорного слоя засыпкой порошка алюмосиликатного состава и его уплотнение вибропрессованием, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой, отличающийся тем, что упомянутый теплоизоляционный материал помещают в кассетные модули и укладывают цоколь электролизера по меньшей мере из одного слоя упомянутых кассетных модулей, а швы между ними пересыпают неграфитированным углеродом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина кассетных модулей составляет половину ширины катодного устройства, а их ширина составляет половину длины кассетных модулей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала кассетных модулей используют полипропилен.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для укладки кассетных модулей используют траверсу с шестью точками подвеса кассетного модуля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия неформованными материалами. В способе, включающем кладку кирпичной бровки по периметру внутренней боковой поверхности металлического кожуха, засыпку и горизонтальное выравнивание теплоизоляционного материала, состоящего из неграфитированного углерода, в кожух катодного устройства, засыпку и горизонтальное выравнивание огнеупорного слоя, совместное уплотнение огнеупорного и теплоизоляционного слоев вибропрессованием, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой, перед засыпкой теплоизоляционный материал смешивают с мелкодисперсными органическими частицами.

Изобретение относится к катодному блоку и катоду алюминиевого электролизера. Катодный блок имеет базовый слой, содержащий графит, и размещенный на нем покровный слой, выполненный из графитового композитного материала, содержащего от 1 до 50% по весу твердого материала с температурой плавления по меньшей мере 1000°С и имеющего толщину от 50 до 400 мкм.

Изобретение относится к катодному блоку и катоду алюминиевого электролизера. Катодный блок для алюминиевого электролизера содержит основной слой из графита и расположенный на нем верхний слой, выполненный из углеродного композиционного материала, содержащего от 15 до менее чем 50 вес.% твердого материала с температурой плавления по меньшей мере 1000°C и имеющий толщину от 50 до 400 мкм.

Изобретение относится к электролизеру для получения алюминия (варианты) и способу получения алюминия в алюминиевом электролизере. Электролизер содержит анод, катодный узел, имеющий катодный блок с пазом в нем и токоотводящий подузел, по меньшей мере, частично расположенный в упомянутом пазе и выполненный с возможностью расширения в поперечном направлении с обеспечением сопряжения его с пазом посредством устройства осевого сжатия, прилегающего к концу токоотводящего подузла, выполненного с возможностью приложения осевой силы к концу токоотводящего подузла и расположенного полностью вне токоотводящего подузла.

Изобретение относится к укрытиям для улавливания газов, выделяющихся в процессе электролиза, электролизеров с обожженными анодами для производства алюминия. Укрытие содержит горизонтальный настил, выполненный с П-образными проемами для анододержателей, и П-образную раму, установленную по каждому П-образному проему с торцевой и боковых сторон соответственно, жестко закрепленную на торце П-образного проема уплотнительную планку, жестко закрепленные на боковых сторонах П-образного проема направляющие, в которых с возможностью перемещения закреплена П-образная рама.

Изобретение относится к способу изготовления катодного блока алюминиевого электролизера. Способ включает приготовление исходных материалов, содержащих два сорта кокса с различными характеристиками изменения объема, формование катодного блока, карбонизацию, графитизацию и охлаждение, во время которых в одном и том же температурном диапазоне первый сорт кокса имеет более сильные усадку и/или расширение, чем второй сорт кокса.

Изобретение относится к катодной подине, способу ее изготовления и применения в электролитической ячейке для производства алюминия. Катодная подина содержит по крайней мере два катодных блока и/или по крайней мере катодный блок и боковой облицовочный блок, размещенные на заданном расстоянии с образованием по крайней мере одного зазора, материал для межблочного соединения, представляющий собой по крайней мере одну предварительно уплотненную пластину из расширенного графита, заполняющий зазор с возможностью присоединения по крайней мере к одному катодному блоку.
Изобретение относится к способу получения катодного блока электролизера для получения алюминия. Способ включает заготовку исходных материалов, содержащих кокс и порошок твердого материала, как, например TiB2, а также, при необходимости, углеродсодержащего материала, перемешивание исходных материалов, формование катодного блока, карбонизацию, графитизацию и охлаждение, при этом графитизацию проводят при температурах от 2300 до 3000°C, в частности от 2400 до 2900°, причем второй слой получают с толщиной, составляющей от 10 до 50%, в частности от 15 до 45%, от общей толщины катодного блока.

Изобретение относится к способу футеровки катодного устройства при монтаже катодных устройств электролизеров для производства первичного алюминия. Способ включает засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, укрытие засыпанного материала пылеизолирующей пленкой и уплотнение, осуществляемое в два этапа: предварительного статического и окончательного динамического воздействия путем последовательного перемещения рабочих органов статического и динамического уплотнения вдоль продольной оси катода алюминиевого электролизера через упругую прокладку, выполненную из не менее чем двух слоев: нижнего, предотвращающего выдавливание порошкообразного материала вперед по ходу движения и верхнего, обеспечивающего сцепление прокладки с рабочим органом статического уплотнения, при этом динамическое воздействие осуществляют виброблоком, соединенным с блоком статической обработки посредством упругих элементов с возможностью одновременного перемещения относительно горизонтальной и вертикальной осей.

Изобретение относится к конструкциям электролизеров для получения алюминия. Электролизер содержит катодное устройство, имеющее 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 шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, на угольной подине по периметру анода расположены тумбы, или поплавки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, причем верхняя поверхность тумбы или поплавка выступает выше уровня катодного алюминия и тумбы или поплавки можно перемещать и/или заменять при необходимости.
Изобретение относится к гранулам диборида титана, применяемым для нанесения покрытия графитовых катодов в электролизерах при получении алюминия электролизом расплавленной среды и для ремонта отверстий в катодном днище электролизеров. Гранулы диборида титана имеют скругленную форму, размер в соответствии с номером сита между 1 и 10 мм и прочность на сжатие по меньшей мере 5 Н. Гранулы получают смешиванием порошка TiB2 с сырьевыми материалами связующего средства, предпочтительно оксидного, в виде соединения алюминия, получением сырых заготовок и термической обработкой при температурах по меньшей мере 800°C. Технический результат изобретения – повышение устойчивости гранул к истиранию и разрушению и улучшение защиты электролизёра против эрозионного износа. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 пр., 1 табл.

Изобретение относится к футеровке катодного устройства электролизера для производства алюминия. Футеровка катодного устройства содержит подовые и бортовые блоки, соединенные между собой холоднонабивной подовой массой, огнеупорный и теплоизоляционный слои из неформованных материалов. Огнеупорный слой выполнен из алюмосиликатного материала, а теплоизоляционный слой из неграфитированного углерода или его смеси с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава. Теплоизоляционный и огнеупорный слои состоят не менее чем из двух подслоев, при этом пористость теплоизоляционного и огнеупорного слоев увеличивается от верхнего подслоя к нижнему, а соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет 1:(1-3). Обеспечивается снижение содержания цианидов в верхних слоях теплоизоляции и обеспечиваются условия для повторного использования теплоизоляционного материала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх