КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к металлургии, в частности к электролитическому способу получения алюминия, и касается катодных устройств алюминиевых электролизеров.

Известно катодное устройство алюминиевого электролизера для получения алюминия по авт. св. СССР N 619547, кл. С 25 С 3/08, 1976 г, в котором с целью обеспечения утилизации фтористых солей электролита цоколь выполнен в виде корыта с двумя вертикальными продольными перемычками по линии межблочных швов угольной футеровки, заполненных сыпучим материалом, выбранным из компонентов шихты для электролиза алюминия. В качестве таких материалов могут быть использованы окислы алюминия, магния, кальция или их смеси с фтористыми солями.

К недостаткам данной конструкции следует отнести то, что пространство между перемычками и бортами заполнено дорогим сыпучим теплоизоляционным материалом, выбранным из компонентов шихты, которая используется в основном в электролитическом производстве.

Известна футеровка алюминиевого электролизера по авт. св. 918335 СССР, кл. С 25 С 3/08, в котором с целью увеличения срока службы и сокращения затрат на перефутеровку за счет повторного использования теплоизоляционного слоя защитный слой выполнен из нефелина.

К недостаткам известной футеровки относится высокая себестоимость изготовления комбинированной футеровки за счет большого объема использования дефицитного огнеупорного кирпича.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является катодное устройство алюминиевого электролизера по авт. св. СССР N 1527324, кл. С 25 С 3/08, 1989.

Это устройство содержит металлический кожух, футерованный боковыми углеграфитовыми блоками, цоколь из уплотненного сыпучего глинозема, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями, межблочные швы.

К недостаткам данной конструкции относится высокая стоимость цоколя из сыпучего глинозема, используемого в основном технологическом процессе.

Целью изобретения является расширение сырьевой базы за счет утилизации отходов, образующихся на алюминиевых заводах, а также повышения срока службы катодного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в катодном устройстве электролизера для получения алюминия, содержащем металлический кожух, футерованный боковыми углеграфитовыми блоками, цоколь из сыпучего материала, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями, межблочные швы, цоколь выполнен из отсева кварцита фракции 2 20 мм продукта отхода производства кристаллического кремния.

Кроме того, внутренняя боковая поверхность металлического кожуха по периметру снабжена бровкой, выполненной из огнеупорного кирпича, на которую установлены боковые углеграфитовые блоки, причем бровка может быть смонтирована либо на поверхности цоколя, либо на днище металлического кожуха, а само днище металлического кожуха может быть футеровано, по крайней мере, двумя рядами огнеупорных кирпичей.

Техническая сущность поясняется следующим. В настоящее время на многих алюминиевых заводах России (Братский, Иркутский) организовано производство кремния. Одним из основных видов сырья для его производства является кварцит, который поставляется на заводе в виде глыб различных размеров. Эти глыбы проходят стадию дробления. После дробления кварцит поступает на классификацию в процессе которой фракция до 20 мм выбрасывается в отвал, а остальная кондиционная продукция идет на производство кремния.

При значительных объемах производства кремния на этих заводах скопилось огромное количество отходов кварцита, которые занимают полезную площадь и, кроме того, загрязняют окружающую среду.

С 1984 года на Иркутском алюминиевом заводе проходили опытно-промышленные испытания использования отсева кварцита-отходов производства кремния в качестве материала для выполнения теплоизоляционного цоколя.

Всего было смонтировано 20 катодных устройств. Испытания показали полную пригодность отсева кварцита-отходов в качестве материала для выполнения теплоизоляционного цоколя. При среднем сроке службы катодных устройств в 3 - 3,5 года средний срок службы катодных устройств, смонтированных с использованием теплоизоляционного цоколя из отсева кварцита-отходов, составил 4,2 года или 50,4 месяца.

Если учесть что огнеупорный кирпич из которого выполняют теплоизоляционные цоколи на БрАЗе и ИркАЗе является дефицитным и дорогим, то эффективность использования отсевов кварцита-отходов для катодных устройств очевидная.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается:
выполнением теплоизоляционного цоколя из отсева кварцита-продукта отхода от производства кристаллического кремния;
выполнением бровки, смонтированной непосредственно на днище металлического кожуха;
выполнением футеровки на днище металлического кожуха по крайней мере из двух рядов огнеупорных кирпичей.

Сравнение заявляемого объекта не только с прототипом, но и другими решениями в данной области техники и смежных областях позволило выявить признаки, сходные с отличительными признаками в заявляемом техническом решении, а именно:
выполнением бровки на днище металлического кожуха;
выполнением футеровки на днище металлического кожуха по крайней мере из двух рядов огнеупорных кирпичей.

Однако наличие у заявляемого решения новой совокупности признаков, известных и неизвестных в их взаимосвязи друг с другом позволило:
расширить сырьевую базу за счет утилизации отходов; повысить срок службы катодных устройств;
улучшить тепловые характеристики катодных устройств.

Используемые пределы отсева кварцита фракции 2 20 мм, выбраны из условия: фракция выше 20 мм используется в основном производстве как исходное сырье для получения кремния, а фракция ниже 2 мм при транспортировке и укладке в цоколь вызывает значительные пылеобразования, загрязняя окружающую среду.

На фиг. 1 показано катодное устройство электролизера с бровкой, смонтированной на цоколе, поперечный разрез; на фиг. 2 катодное устройство с бровкой, смонтированной на днище металлического кожуха, поперечный разрез.

Катодное устройство включает металлический кожух 1, футерованный боковыми углеродистыми блоками 2 и подовыми углеродистыми блоками 3 со стальными токоподводящими блюмсами 4, центральной межблочный шов 5, периферийный шов 6 из подовой массы бровку 7 из огнеупорного кирпича, футеровку 8 днища металлического кожуха, теплоизоляционный цоколь 9, выполненный из отсева кварцита-отходов производства кремния.

Монтаж катодного устройства (фиг. 1) ведут следующим образом.

Днище металлического кожуха 1 футеруют двумя рядами кирпичей, после чего кожух 1 до высоты цоколя 9 заполняют отсевом кварцита фракции 2 20 мм. Уплотнение отсева кварцита ведут либо катками, либо виброплитой.

Затем на поверхность цоколя устанавливают подовые блоки 3 с токоподводящими блюмсами 4, после чего по периметру кожуха 1 монтируют из огнеупорного кирпича бровку 7 и далее на нее устанавливают боковые углеродистые блоки. После всего этого в пространство кожух-торец подовых блоков и межблочные швы наносят слоями подовую массу, которую уплотняют известными способами. В другом исполнении (фиг. 2) монтаж катодного устройства ведут следующим образом. Сначала по периферии катодного кожуха 1 выкладывают бровку 7 на проектную высоту установки подовых блоков 3. Затем пространство цоколя 9 засыпают отсевом кварцита и уплотняют, после чего устанавливают подовые блоки 3 с токоподводящими блюмсами 4. После этого бровку 7 окончательно выкладывают на проектную высоту, остальные операции ведут как это описано для фиг. 1.

Средний срок службы предлагаемого катодного устройства составляет 50,4 мес. в то время как по прототипу (авт. св. N 1527324) 48,1 мес.

Более высокий срок службы объясняется тем, что кварцит, вступая во взаимодействие с фтористыми солями пропитки превращается в стекловидное вещество, которое при температуре 850 900^oС под угольными блоками находится в пластичном состоянии, и гасит вертикальные усилия, направленные на деформацию подины. В процессе эксплуатации тепловое сопротивление в результате пропитки фторсолями снижается с 1,82 до 1,4 м² град/т, в то время как тепловое сопротивление цоколя по прототипу снижается с 1,45 до 0,64м² град/Вт.

Таким образом тепловое сопротивление кварцитового цоколя даже после пропитки осями находится на уровне исходного по прототипу, что позволяет снизить энергозатраты на производство алюминия.

Применение: изобретение относится к металлургии, в частности к катодным устройствам электролизера для получения алюминия. Сущность: катодное устройство по изобретению включает в себя металлический кожух, футерованный боковыми углеграфитовыми блоками, теплоизоляционный цоколь из сыпучего материала, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями, межблочные швы. В качестве сыпучего материала для теплоизоляционного цоколя использован отсев кварцита фракции 2 - 20 мм - продукта отхода от производства кремния. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Катодное устройство электролизера для получения алюминия, содержащее металлический кожух, футерованный боковыми углеграфитовыми блоками, цоколь из сыпучего материала, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями, межблочные швы, отличающееся тем, что цоколь выполнен из отсева кварцита фракции 2 20 мм продукта отхода от производства кристаллического кремния. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя боковая поверхность металлического кожуха по периметру снабжена бровкой, выполненной из огнеупорного кирпича, на которую установлены боковые углеграфитовые блоки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что бровка установлена на поверхности цоколя. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что бровка установлена на днище металлического кожуха. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что днище металлического кожуха футеровано по крайней мере двумя рядами огнеупорных кирпичей.