Способ защиты углеграфитовой подины алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу защиты углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера при производстве алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. Способ включает формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство "борт-анод" и включение тока серии. Слой электрического сопротивления формируют из шихты, содержащей кокс, карбонат лития и кристаллический кремний, после формирования слоя проводят обжиг подины при температуре от 950 до 970°С. Обеспечивается снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку на стадии пуска электролизера, повышение стойкости и прочности углеграфитовой футеровки, увеличить срок службы и производительности электролизера, улучшение сортности получаемого алюминия и снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки. 3 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию.

Известен способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера (патент РФ №2401885, опубл. 20.10.2010 г.), где защита углеграфитовых блоков достигается за счет нанесения плазменным напылением расплавленного кремния толщиной не более 2 мм снизу и сбоку.

Недостатком данного способа является то, что для качественного напыления необходим нагрев до высоких температур.

Известен способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера (патент РФ №2401886, опубл. 20.10.2010 г.), в котором верхнюю поверхность угольных подовых блоков предварительно пропитывают водными растворами чистых солей алюминия или смесью солей алюминия с солями натрия, выдерживают 20-30 минут, при этом чередуют пропитку и сушку углеграфитовых блоков 2-4 раза, чтобы увеличить глубину пропитки и уменьшить сечение пор.

Недостатком данного способа является пропитка угольных подовых блоков солями натрия во время процесса электролиза, которые приводят к натриевому расширению и разрушению подины, а также при взаимодействии во время сушки с парами воды возможно образование цианидов натрия.

Известен способ обжига алюминиевого электролизера после капитального ремонта (патент РФ №2101393, опубл. 10.01.1998 г.), в котором срок службы электролизера повышается за счет того, что обжиг проводят при постоянном токе через электросопротивление из слоя 60-100 мм порошкообразного алюминия крупностью 150-350 мкм при постепенном повышении токовой нагрузки.

Недостатком данного способа является полное расплавление алюминия при температуре 700°С и дальнейшее повышение температуры для осуществления обжига прекращается из-за высокой электропроводности расплавленного алюминия.

Известен способ защиты угольной футеровки алюминиевого электролизера (патент РФ №2164556, опубл. 27.03.2001), принятый за прототип, в котором для повышения стойкости угольной футеровки перед включением алюминиевого электролизера в цепь электрического тока на подине проекции анода формируют слой электрического сопротивления из шихты, содержащей борный ангидрид или борную кислоту, диоксид титана и кокс.

Недостатком данного способа является то, что добавление борного ангидрида или борной кислоты в шихту для формирования электрического слоя сопротивления приводит к выделению бора в слое алюминия, что ухудшает литейные свойства алюминия.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости углеграфитовой футеровки для повышения срока службы и производительности электролизера, улучшения сортности алюминия, снижения расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки.

Технический результат достигается тем, что слой формируют из шихты, содержащей кокс, карбонат лития и кристаллический кремний, после формирования слоя проводят обжиг подины при температуре от 950 до 970°С

Способ реализуется следующим образом. На подине электролизера с обожженными анодами для формирования защитного покрытия последовательно засыпается слой сопротивления толщиной 45 мм, состоящий из кокса, порошка карбоната лития и дробленного кристаллического кремния в отношении 65:21:14 мас. %. Данное соотношение компонентов обеспечивает протекание реакций восстановления лития при образовании устойчивых соединений LiC6. Предварительно шихту разравнивают уровневой линейкой и прокатывают ручным катком, затем на слой сопротивления опускают анодный массив. В пространство борт-анод последовательно загружают пусковое сырье в составе мас. %: кальций фтористый - 6; криолит - 25; электролит оборотный - 45; криолит флотационный - 6 и глинозем - остальное. После замыкания системы включают ток с использованием шунтов-реостатов, и начинают обжиг на сопротивлении при постепенном росте температуры от 950 до 970°С в температурном режиме 20°С/ч. При выходе электролизера на полную нагрузку тока, соответствующего току серии электролиза, продолжительность обжига составляет по времени от 48 часов и больше, и зависит от размера и параметров шахты электролизера, электрического сопротивления на участке электрический слой сопротивления - катодные блоки, а также количества теплоизоляционных материалов, применяемых на обжиге.

Использование компонентов шихты электрического слоя объясняется следующим образом. Под действием электрического тока и роста температуры при использовании данного состава шихты, на поверхности углеграфитовой футеровки образуется защитный антидиффузионный слой. Углеграфитовые материалы имеют свойство образовывать фазы внедрения при постепенном нагреве благодаря их слоистой структуре и протеканию реакции взаимодействия (интеркаляции) в межслоевых пространствах углерода и графита с высокой скоростью. Применение карбоната лития совместно с кристаллическим кремнием обеспечивает снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку на стадии пуска электролизера, поскольку атомы лития из-за своего маленького радиуса, в отличие от других щелочных металлов, способны внедряться в слои и поры угольного материла без искажения кристаллической структуры углерода. Эффективность процесса интеркаляции лития в углеграфитовом материале зависит от его структуры и состава, которые определяют кинетические и количественные характеристики процесса внедрения лития.

Под действием роста температур карбонат лития при 750-800°С переходит в форму оксида лития по реакции 1, который в дальнейшем при температуре 950°С и выше взаимодействует с кристаллическим кремнием, образуя оксид кремния и свободный литий по реакции 2. После проникновения в поверхностные слои углеграфитовой подины под действием постоянного тока и температуры 950°С и выше атомы лития взаимодействуют с узлами решетки графита с образованием устойчивых соединений LiC6, при котором изменяются структура и свойства катодных блоков. Также происходит упрочнение поверхности катодных блоков подины с увеличением удельного веса материала за счет металлизации внутренних слоев.

Испытания предлагаемого способа по созданию защитного антидиффузионного слоя проводили на лабораторной установке с параметрами пускового режима, приближенными к промышленным условиям. Лабораторная установка выполнена в виде электролитической ячейки. В качестве анода использовался стандартный образец обожженного анода, в качестве катода - образец стандартного катодного блока ПБ-40 и ПБ-35 МЭ. Для формирования защитного покрытия на катод насыпали и выравнивали слой сопротивления толщиной 30 мм из шихты кокса, карбоната лития и кристаллического кремния в пропорциях 65:21:14 мас. %. После замыкания системы включают ток и проводят обжиг при температуре от 950 до 970°С. Показания температуры регистрируют по поверхности углеграфитового блока при помощи контактной термопары ТХА. При достижении температуры от 950 до 970°С обжиг прекращают, а образцы обожженного катода отправляют на аналитическое исследование для определения свойств катодных блоков.

При проведении атомно-эмиссионного исследования образцов, отобранных от блоков после обжига, доказано, что на первом этапе обжига углеграфитового блока происходит внедрение лития и поверхностная металлизация пор, при этом в структуре образуются соединения внедрения различного стехиометрического состава типа LixCy, которые накапливаются в поверхностных слоях, с течением времени при повышении температуры по высоте катодного блока подины, и между слоями графита на стадии интеркаляции формируется устойчивая фаза LiC6.

Изменение свойств катодных блоков при реализации способа поясняются примерами.

Пример 1. При недостаточной температуре обжига (менее 950°С) для катодного блока ПБ-35 МЭ по сравнению со стандартным образцом удельное электросопротивление снизилось с 35 мкОм⋅м до 34 мкОм⋅м, кажущаяся плотность уменьшилась с 1,54 г/см3 до 1,53 г/см3, кажущаяся плотность уменьшилась с 1,94 г/см3 до 1,92 г/см3, прочность при сжатии, прочность при изгибе и модуль упругости не изменились. Изменения свойств катодного блока ПБ-35 МЭ при недостаточной температуре обжига (менее 950°С) отображены в таблице 1. Также при визуальном исследовании поверхности образца катодного блока остались непрореагировавшие компоненты шихты.

Пример 2. При обжиге от 950 до 970°С для катодного блока ПБ-40 по сравнению со стандартным образцом удельное электросопротивление снизилось с 40 мкОм⋅м до 32-36 мкОм⋅м, кажущаяся плотность увеличилась с 1,54 г/см3 до 1,59-1,69 г/см3, кажущаяся плотность увеличилась с 1,85 г/см3 до 1,86-1,91 г/см3, прочность при сжатии увеличилась с 30 МПа до 39-45 МПа, прочность при изгибе повысилась с 7 МПа до 8 МПа, а модуль упругости вырос с 13 ГПа до 14 ГПа. Изменения свойств катодного блока ПБ-40 при обжиге от 950 до 970°С отображены в таблице 2.

Пример 3. При обжиге от 950 до 970°С для катодного блока ПБ-35 МЭ по сравнению со стандартным образцом удельное электросопротивление снизилось с 35 мкОм⋅м до 25-30 мкОм⋅м, кажущаяся плотность увеличилась с 1,54 г/см3 до 1,59-1,68 г/см3, кажущаяся плотность увеличилась с 1,94 г/см3 до 2,02-2,06 г/см3, прочность при сжатии увеличилась с 28 МПа до 32-39 МПа, прочность при изгибе повысилась с 9 МПа до 9-11 МПа, а модуль упругости увеличился с 13 ГПа до 13-15 ГПа. Изменения свойств катодного блока ПБ-35 МЭ при обжиге от 950 до 970°С отображены в таблице 3.

Пример 4. При избыточной температуре обжига (более 970°С) на поверхности образцов катодных блоков обнаружено нарушение целостности структуры, пригары прореагировавших компонентов шихты на поверхности катодного блока и подошвы анода.

При изучении образцов установлено, что катодные блоки на основе углеграфитовых материалов после обжига под слоем шихты, состоящей из кокса, карбоната лития и кристаллического кремния, отличаются более высокими физико-техническими характеристиками по сравнению с первичными стандартными образцами.

Использование предлагаемого способа позволит повысить стойкость и прочность углеграфитовой футеровки, увеличить срок службы и производительности электролизера, улучшить сортность получаемого алюминия, снизить расход электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки.

Способ защиты углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера, включающий формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, загрузку пускового сырья в пространство борт-анод и включение тока серии электролиза для обжига подины, отличающийся тем, что упомянутый слой электрического сопротивления формируют из шихты, состоящей из кокса, карбоната лития и кристаллического кремния, и обжиг подины электролизера проводят при температуре от 950 до 970°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу управления подачей глинозема в электролизеры для получения алюминия для поддержания концентрации глинозема в электролите, равной или близкой к концентрации насыщения.

Изобретение относится к способу управления алюминиевым электролизером по минимальной мощности. Способ включает измерение падения напряжения на сопротивлении электролизера, сравнение измеренного значения с заданной величиной падения напряжения на электролизере и устранение рассогласования соответствующим перемещением анода.

Изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия. Технический результат - повышение точности измерений и оперативности определения концентрации глинозема.

Изобретение относится к устройству для определения профиля износа катода и профиля бортовой(ых) настыли(ей) алюминиевого электролизера, заполненного расплавом алюминия и имеющего бортовую(ые) настыль(и).

Изобретение относится к системе, способу и устройству для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки. Система содержит избирательно устанавливаемый элемент, соединенный с устройством для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки, при этом избирательно устанавливаемый элемент сконфигурирован с возможностью перемещения устройства для измерения и передачи рабочих условий электролитической ячейки с физическим соединением с ванной и без него.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к области управления электролизом алюминия. Способ автоматического контроля криолитового отношения электролита алюминиевого электролизера, включающий измерение силы тока, напряжения на электролизере, расчет текущих значений сопротивления электролита и определение криолитового отношения электролита, сравнение криолитового отношения с заданным значением и корректировку криолитового отношения электролита при отклонении от заданного значения.

Изобретение относится к способу защиты углеродной футеровки алюминиевого электролизера при получении алюминия из металлургического глинозема в криолит-глиноземном расплаве и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию.

Изобретение относится к способу производства алюминия в электролизере. Способ включает этапы, при которых задают последовательность периодов управления с длительностью Т, идентифицируют возмущающие операции обслуживания на электролизере, которые могут привносить избыточный глинозем в электролитическую ванну, отмечают выполнение возмущающих операций обслуживания, определяют скорость В(k') подачи при регулировании для каждого периода k' управления и задают установленную скорость SR(k') подачи, равной М(k')×В(k'), где М(k') - заранее определенный коэффициент модуляции, который модулирует скорость В(k') подачи при регулировании так, чтобы учесть уменьшение потребностей электролизера, вызванное избыточным глиноземом.

Изобретение относится к устройству для контроля силы тока в анодных штырях, анодах и катодных блюмсах электролизеров с самообжигающимися и с обожженными анодами. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля состава расплавленного электролита в алюминиевом электролизере. .

Изобретение относится к способу автоматического контроля нарушений работы системы АПГ алюминиевого электролизера. Способ включает измерение напряжения на анодной шине электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине. Рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают абсолютный прирост фильтрованного тока по каждому аноду на конец режима недостаточного питания глиноземом, сравнивают его с заданным интервалом значений приращения тока для нарушений в системе АПГ, определяют ближайшую точку АПГ к аноду с наибольшим значением по заданному критерию, перераспределяют дозу глинозема равномерно с данной точки питания на остальные и сообщают о нарушении работы системы АПГ. Обеспечивается возможность оперативно и точно определять нарушения работы системы АПГ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу автоматической стабилизации положения анодного кожуха относительно катода алюминиевого электролизера. Способ включает периодическое перемещение анодного кожуха относительно анода, закрепленного на анодной раме вверх в автоматическом режиме. При этом измеряют текущее значение положения анодного кожуха и сравнивают текущее значение положения анодного кожуха с требуемым по технологии значением положения анодного кожуха, определяя отклонение от требуемого по технологии значением положения анодного кожуха. На основе полученного сравнения постоянно рассчитывают коэффициент фактического положения анодного кожуха, разделив результат отклонения на скорость перемещения анодного кожуха и анодной рамы и суммируя к полученному значению время всех перемещений анодного кожуха и анодной рамы. С заданной по технологии периодичностью определяют необходимость перемещения анодного кожуха. При полученном отрицательном значении коэффициента фактического положения анодного кожуха перемещают анодный кожух на уставку перемещения анодного кожуха или до достижения коэффициента фактического положения анодного кожуха, равного нулю. Обеспечивается повышение эффективности работы систем АПГ, увеличение срока службы газоходного колокола, снижение частоты анодных эффектов и повышение качества алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. , 2 табл.

Изобретение относится к способу автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера с обожженными анодами, закрепленными на анодной шине. Способ включает измерение напряжения в нескольких точках по длине анодной шины электролизера и определение токов по анодам путем решения обратной задачи для уравнения распределения напряжения по анодной шине, рассчитанные значения тока по анодам фильтруют, рассчитывают шум тока по анодам с последующей фильтрацией, рассчитывают среднесуточный абсолютный прирост фильтрованного шума по анодам, сравнивают значения тока по аноду и абсолютного приращения среднесуточного шума по аноду с заданным значением и выявляют технологические нарушения на аноде. Обеспечивается возможность снижения количества технологических нарушений и повышения качества управления технологическим процессом в целом. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области автоматизированного управления технологическими процессами производства алюминия и диагностики проблем на анодах, в частности, к устройству для определения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера. Устройство установлено на анодной штанге, закрепленной на анодной шине, и содержит не менее одного датчика измерения магнитного поля, соединенного с вычислительным блоком. Датчики измерения магнитного поля расположены внутри тела анодной штанги, электрически соединенной с анодом, или жестко закреплены непосредственно на ее поверхности. Датчики соединены между собой проводами и с вычислительным блоком, размещенным на безопасном расстоянии от воздействия высоких температур, посредством кабеля и/или беспроводной связью. Обеспечивается повышение точности измерения токораспределения по анодам алюминиевого электролизера. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу защиты углеграфитовой футеровки алюминиевого электролизера при производстве алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. Способ включает формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство борт-анод и включение тока серии. Слой электрического сопротивления формируют из шихты, содержащей кокс, карбонат лития и кристаллический кремний, после формирования слоя проводят обжиг подины при температуре от 950 до 970°С. Обеспечивается снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку на стадии пуска электролизера, повышение стойкости и прочности углеграфитовой футеровки, увеличить срок службы и производительности электролизера, улучшение сортности получаемого алюминия и снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электрического сопротивления углеграфитовой футеровки. 3 табл.

Наверх