СПОСОБ ПОДГОТОВКИ БЛЮМСА К МОНТАЖУ В КАТОДНОЙ СЕКЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1995 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при монтаже подины алюминиевых электролизеров.

Известен способ монтажа катодных секций, при котором соединение блюмса с угольным блоком обеспечивается за счет линейного расширения блюмса, нагретого до 800^оС, размеры которого точно совпадают с размерами отверстия в угольном блоке [1] Недостатком данного способа является сложность технического осуществления соединения нагретого до 800^оС блюмса с угольным блоком, так как при некотором перегреве блюмса, перекосах, изгибах запрессовки блюмса в блок ведет к появлению трещин в блоке и разрушению блока.

Другим известным является способ, при котором предусматривают нагрев секции в целом перед заливкой на 120-150^оС. Однако указанная температура нагрева не может способствовать снижению термических напряжений в блоке, так как пластичность стали (блюмса) наступает лишь при температуре более 500^оС. В процессе эксплуатации катодных секций, изготовленных таким образом, термические нагрузки от воздействия блюмса и чугунной заливки на угольный блок приводят к его разрушению.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором производят нагрев до 650-800^оС, заформованного в пазу угольного блока, производят выдержку в течение нескольких минут, а затем производят заливку чугуном. Недостатком данного способа подготовки к монтажу является низкая производительность труда, связанная с длительностью нагрева отдельной секции 10-12 мин, значительные капитальные затраты на оснащение монтажного участка специальными индукционными нагревателями с коммуникациями подвода воды и электроснабжения, изготовления механической линии перемещения катодных секций к нагревателям и далее в зону заливки чугуном.

Целью изобретения является повышение производительности труда снижение капитальных затрат на оборудование монтажного участка и повышение срока службы.

Цель достигается тем, что нагрев блюмса осуществляют путем погружения в расплав металла, находящегося в индукционной печи, на глубину 2/3 1,0 длины части блюмса, подлежащего заливке чугуном в пазу угольного блока при монтаже секции.

Кроме того способ позволяет производить нагрев ранее использованного до полного ее расплавления и нагрева блюмса до необходимой температуры (750^оС).

По известной технологии нагрев блюмса, заформованного в пазу угольного блока, производят индукционным нагревателем. В связи с тем, что прогрев блюмса производится только сверху, длительность прогрева составляет 10-12 мин.

По предложенной технологии блюмс прогревают путем погружения его в расплав чугуна перед установкой его в угольный блок. При этом интенсивность прогрева повышается в 5-6 раз в связи с тем, что блюмс прогревается одновременно во всех четырех сторон, а также за счет наведения индуктивного тока в самом блюмсе при включении индуктора.

Кроме того использование известной технологии требует оснащения участка специальными индукционными нагревателями, т.е. требует дополнительных капитальных затрат. Предложенная технология позволяет использовать для нагрева блюмсов имеющееся оборудование индукционную печь для плавки чугуна. При этом отпадает необходимость в капитальных затратах на специальные индукционные нагреватели.

Таким образом данное предложение отвечает критерию изобретения "Новизна".

Сравнение предложенной технологии с другими известными решениями показывает следующее. Сходными признаками предложенной технологии и известной (1) является то, что блюмс нагревают перед установкой его в паз угольного блока. Отличие предложенной технологии заключается в том, что после установки нагретого блюмса в угольный блок зазоры между блюмсом и стенками в блоке расплавом чугуна. Тогда как по известной технологии зазоры между блюмсом и стенками паза в блоке выбирают за счет теплового расширения блюмса, т.е. заливка расплавом чугуна не требуется. Однако такая технология является недостаточно надежной, так как требует сверхточного выполнения паза и не допускает искривления блюмса. Кроме того, в случае перегрева блюмса свыше 800^оС во время эксплуатации на электролизере, например горячий ход ванны, за счет чрезмерного расширения блюмса произойдет разрушение блока.

Сходными признаками предложенной технологии и другого известного решения является то, что пазы между блюмсом и стенками блока заливают чугуном, а также то, что перед заливкой чугуном производят нагрев блюмса. Отличие предложенной технологии заключается в том, что нагрев блюмса перед заливкой чугуном производят до температуры 700-750^оС, т.е. доводят материал блюмса до пластичного состояния и тем самым снимают в нем термические напряжения, возникающие при заливке чугуна. Тогда как по известной технологии предварительный нагрев (120-150^оС) не обеспечивает пластичности материала блюмса и не снимает термических напряжений в блюмсе. Это влечет за собой появление микротрещин в блоке и растрескивание угольного блюмса как в процессе монтажа, так и при эксплуатации.

Таким образом данное предложение отвечает критерию изобретения "Существенные отличия".

Для испытаний в промышленных условиях катодные угольные блоки, предназначенные для монтажа подины, укладывали горизонтально на металлические подставки. Блюмс с приваренным алюминиевым спуском с помощью крана и чалочного приспособления транспортировали к индукционной печи, заполненной расплавом чугуна и вертикально алюминиевым спуском вверх, опускали в расплав чугуна. После установки блюмса в печи подавали ток в индуктор. Нагретый до 750^оС блюмс заформовывали в паз угольного блока, затем производили заливку чугуна.

В другом случае для испытаний брали блюмс, извлеченный из подины при демонтаже катода, вместе с застывшей на нем чугунной заливкой, не подвергшийся воздействию расплава. Блюмс опускали в расплав чугуна. После оплавления чугунной заливки и нагрева блюмса его заформовывали в паз угольного блока, после чего заливали чугуном.

Нагрев блюмсов путем их погружения в расплав чугуна с одновременной подачей тока в индуктор печи дает возможность сократить время нагрева и повысить производительность труда при монтаже секций. Отпадает необходимость проектировать и устанавливать специальное нагревательное устройство, коммуникации и т.д. Способ позволяет комплексно использовать имеющиеся печи для плавки чугуна и снизить капитальные затраты при изготовлении катодных секций с предварительным нагревом блюмсов. Повторное использование блюмсов, извлеченных из катода, при демонтаже катодов дает значительную экономию стали и чугуна.

При нагреве нового блюмса, т.е. без чугунной обечайки на нем, его подвешивают на крюк крана с помощью специального захвата или троса-удавки и транспортируют к индукционной печи для плавки чугуна. Перед погружением блюмса в расплав отключают подачу тока в индуктор печи, после установки блюмса подают ток в индуктор.

Подача тока в индуктор не дает остывать чугуну в печи, кроме того в блюмсе индуктируются токи, что также способствует его нагреву. Циркуляция чугуна в печи при включении тока не позволяет прилипанию шлака к поверхности блюмса. Для контроля температуры нагрева блюмса на его боковой поверхности просверливают отверстие глубиной на 1/2 толщины блюмса и вставляют термопару, которая должна находиться выше расплава чугуна. По секундомеру засекают время нагрева до 750^оС и в дальнейшей работе контролируют нагрев блюмсов только по времени прибывания блюмса в расплаве. В случае нагрева старого блюмса с чугунной обечайкой в принципе все технологические операции остаются теми же, что и в первом случае. Однако время нагрева увеличивается вдвое за счет того, что нагpеваемая масса больше и к тому же надо расплавить чугунную обечайку. Здесь нагрев блюмса определяют по времени. Если блюмс перегрет, его укладывают на металлические подставки для охлаждения до нужной температуры.

Уровень расплава в печи должен быть в пределах 2/3-1,0 длины заливаемой части блюмса чугуном при монтаже секций. Держать уровень чугуна ниже 2/3 длины заливаемой части блюмса не рационально, так как значительно снижается качество нагрева, увеличивается время нагрева. При нагреве блюмса с чугунной обечайкой расплав должен покрывать всю чугунную обечайку. Дальнейшее увеличение уровня чугуна может привести к перегреву наружного блюмса и разрушению сварного соединения блюмс алюминиевый спуск.

При монтаже опытной ванны использовали блоки l 1600 и l 2200 мм, сечением 400хх550 мм, стальные блюмсы l 2150 мм сечением 215х230 мм, участок блюмса, подвергаемой заливке, составил l 1500 мм. Блюмсы нагревали до Т 750^оС. Температуру блюмса контролировали термопарой, устанавливая ее на конце блюмса, где приварен спуск и на расстоянии 10 см выше уровня чугуна.

В таблице представлены результаты испытаний.

Температуру чугуна в печи поддерживали в пределах 1300 ± 50^оС.

Из таблицы видно, что при уровне чугуна в печи менее 70% от длины заливаемого в блоке участка наблюдается высокая неравномерность нагрева и возрастает его продолжительность.

При уровне чугуна, превышающего зону заливаемого в блоке участка, происходит нарушение сварного контакта блюмс-спуск.

Нагретые до 750^оС блюмсы укладывали в блок паза, укрывали утепляющим материалом и выдерживали 15-20 мин, после чего заливали чугуном в два приема. Охлаждали секции под утеплителем.

Всего было изготовлено таким способом 30 секций. Опытный электролизер пущен на электролиз, нарушений и замечаний нет.

Таким образом осуществление предложенного способа подготовки к монтажу катодных секций с использованием нагрева путем погружения блюмса в расплав чугуна повышает производительность труда при монтаже катодного узла, сокращает капитальные затраты при нагреве блюмсов и повышает срок службы блюмсов.

Использование: цветная металлургия, при монтаже подины алюминевых электролизеров. Сущность: блюмс нагревают погружением его в расплав металла на глубину 2/3 - 1,0 длины части блюмса, подлежащего заливке чугуном в пазу угольного блока. Способ позволяет повысить производительность монтажа катодной секции алюминиевого электролизера, снизить капитальные затраты и повысить срок службы электролизера. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ БЛЮМСА К МОНТАЖУ В КАТОДНОЙ СЕКЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий нагрев блюмса, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, снижения капитальных затрат на оборудование и повышения срока службы, блюмс нагревают погружением его в расплав металла. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что погружение блюмса в расплав производят на глубину 2/3 1,0 длины части блюмса, подлежащей заливке чугуном в пазу угольного блока.