БОКОВАЯ ФУТЕРОВКА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, и может найти применение в указанной области возможно на электролизерах всех известных типов, а также при разработке новых конструкций электролизеров.

Известна боковая футеровка, выполненная целиком из различных высокотермостойких материалов.

В качестве футеровочных материалов в первом случае использован диборид титана на керамической основе.

Главным недостатком этого решения является высокая электропроводность боковой футеровки, что приводит к большим утечкам тока через борта ванны, и, как следствие, к снижению выхода по току.

Во втором случае применяется порошок глинозема различной крупности, где в качестве связующего вещества используется аморфная фракция глинозема.

Такая футеровка имеет достаточно низкую электропроводность, но не обладает достаточной механической прочностью для эксплуатации в условиях промышленного электролиза, что приводит к снижению срока службы всего катодного узла.

Известен также вариант устройства боковой футеровки, собранной из двух слоев (наружный керамика низкой электропроводности, но высокой теплопроводности; внутренний углеродсодержащий материал со связующим). Решающим положительным фактором этого решения является снижение магнитодинамического эффекта и снижение утечек тока через боковую футеровку.

Недостатком приведенного технического решения следует считать низкую стойкость угольной части боковой футеровки, соприкасающейся с металлом и электролитом, что приведет к снижению срока службы боковой футеровки. При разрушении внутреннего углеродсодержащего слоя, особенно в зоне линии раздела металл-электролит, возможно загрязнение катодного металла кремнием, входящим в состав наружного керамического слоя. Это явление значительно снизит сортность выпускаемого металла.

Кроме того, следует отметить, что керамические материалы с указанными выше свойствами очень дороги и закрытие боковой футеровки по всей внутренней поверхности неоправданно увеличивает капитальные затраты.

Более рациональной представляется защита боковой футеровки в зоне контакта слоя расплавленного металла с электролитом как наиболее коррозионно напряженной.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является конструкция боковой футеровки, когда в боковой стенке ванны между слоем углеродистой футеровки и металлическим кожухом расположен слой плиток из карбида кремния размером 15 х 15 х 1,25 см.

В этом случае создаются благоприятные условия для отвода тепла, уменьшаются горизонтальные токи в электролизной ванне.

Однако рабочая часть футеровки, соприкасающаяся с металлом и электролитом, подвергается сильному коррозионному растрескиванию и разрушению, что в значительной степени влияет на срок службы боковой футеровки.

Расположение керамических плит между угольной частью и кожухом снижает горизонтальные токи, но не уменьшает утечек тока через основание блоков боковой футеровки, что оказывает влияние на выход по току.

Цель изобретения увеличение выхода по току, срока службы электролизера и повышение сортности алюминия.

Цель достигается тем, что боковая футеровка алюминиевого электролизера, состоящая из токопроводящих углеродных материалов и пояса из непроводящего керамического материала, отличающаяся тем, что керамический материал на основе нитрида алюминия расположена рабочей стороне футеровки на 0,3 0,7 ее высоты.

Пояс выполнен из отдельных плит, которые соединены между собой торцовыми гранями с помощью обратно симметричных выступов и углублений.

На боковых гранях плит выполнены выступы, проникающие в угольную часть и рассекающие ее в горизонтальной плоскости.

Плиты соединены между собой и углеродным материалом клеящим состав и включающим металлоподобные тугоплавкие соединения.

Рабочая сторона футеровки вместе с поясом или отдельно пояс могут быть повернуты на угол от 3 до 45^o вокруг ребра основания футеровки.

Сущность изобретения заключается в том, что на рабочей стороне боковой футеровки электролизера выполнен пояс из керамических плит, стойких к высокотемпературному воздействию электролита и расплавленного металла.

С целью защиты наиболее коррозионно опасного участка боковой футеровки в зоне контакта расплавленного металла с электролитом на рабочей стороне футеровки выполнен пояс из керамических плит, высота расположения которого обусловлена уровнем расплавленного металла в электролизной ванне. В зависимости от технологических параметров работы электролизной ванны уровень металла после выливки может находиться не ниже, чем на 30 глубины шахты, считая от подины (или на 70 глубины, считая от верхней кромки шахты).

После наработки максимально возможного количества металла в ванне уровень не должен превышать 70 от глубины шахты, считая от подины (30 от глубины шахты, считая от верхней кромки).

Для удобства сборки боковой футеровки, уменьшения термических напряжений в ней, а следовательно, увеличения срока службы пояс выполнен из отдельных плит. Для предотвращения проникновения электролита между плитами, что может вызвать отслоение плит и снизить срок их службы, каждая плита имеет на торцевых гранях выступы и углубления, причем для двух соседних плит эти выступы и углубления имеют обратно симметричную конфигурацию.

Аналогичную цепь преследует применение специального клеящего состава с металлоподобными тугоплавкими соединениями для крепления плит в пазу боковой футеровки и между собой.

При наличии пояса плит на боковой футеровке уже в первые минуты пускового периода создают условия для образования гарниссажа. Это в значительной степени способствует увеличению срока службы боковой футеровки, концентрации всех возможных примесей в гарниссаже, т. е. увеличению сортности выпускаемого металла, а также уменьшению горизонтальных токов в ванне, т.е. увеличению выхода по току.

Для усиления последнего эффекта, а также для устранения возможности утечек тока через основание боковой футеровки на плитах предусмотрены выступы, которые проникают в угольную футеровку и рассекают ее в горизонтальной плоскости.

Для более надежного крепления плит на боковой футеровке можно предусмотреть наклон этой футеровки вместе с керамическим поясом во внешнюю сторону, т. е. так, чтобы шахта электролизера имела расширение в верхней части. В этом случае создаются условия не только для быстрого демонтажа электролизера [5] но и создается мощный слой гарниссажа, защищающий боковую футеровку от разрушения, концентрирующий в себе возможные примеси из электролита, уменьшающий магнитогидродинамический эффект. Таким образом, повышается срок службы боковой футеровки, сортность металла и вход по току.

Можно также выполнить отклонение одного только керамического пояса на угол от 3 до 45^o при сохранении вертикального положения угольной основе. Этим достигается надежность крепления плит в пазу боковой футеровки.

Нижняя граница величины угла отклонения обусловлена минимально выполнимым параметров в технологическом смысле.

Верхняя граница определяется также технологической целесообразностью в противном случае слишком увеличатся габариты шахты электролизера.

Сопоставительный c прототипом анализ показывает, что заявляемая боковая футеровка электролизера для получения алюминия отличается тем, что керамический материал расположен на рабочей стороне футеровки, тем самым боковая часть футеровки защищена от воздействия агрессивной расплавленной среды, наиболее уязвимом коррозионно напряженном участке на уровне контакта металла с электролитом. Создаются условия для образования гарниссажа, защищающего боковую футеровку и концентрирующего в себе примеси.

Отличается также тем, что керамический пояс выполнен из плит, имеющих на торцевых гранях обратносимметричные выступы и углубления и укрепленных в пазу боковой футеровки при помощи клеящего состава с металлоподобными тугоплавкими компонентами. Эти мероприятия необходимы для увеличения срока службы созданного защитного пояса, путем устранения протечек электролита за керамический пояс. Отличие состоит также в том, что на боковых гранях плит, выполнены выступы, проникающие в угольную часть и рассекающие ее в горизонтальной плоскости. Этим достигается уменьшение утечек тока через боковую футеровку.

Таким образом, предлагаемая боковая футеровка соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что использование керамических материалов для защиты боковой футеровки известно, но в данном случае защита осуществляется только на уровне границы металла с расплавленным электролитом, т. е. наиболее коррозионном опасном участке. Это позволяет создать механическую прочную зафутерованную поверхность, которая позволяет организовать мощный гарниссажный слой, защищающий поверхность футеровки от агрессивной расплавленной среды, позволяющий снизить магнитогидродинамический эффект в электролизной ванне.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает признаками, позволяющими сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 3 представлены разрезы шахт электролизных ванн с усовершенствованной боковой футеровкой по поперечной оси.

На фиг. 1 представлен вариант решения боковой футеровки с поясом из плоских керамических плит 2 на уровне, соответствующем границе раздела металл-электролит. В этом случае стенки кожуха 4 и бортовая футеровка 1 остаются вертикальными. Подобные блоки 3 и блюмс 5 выполнены в соответствии с обычной конструкцией электролизера.

На фиг. 2 представлен вариант решения боковой футеровки 1 с поясом из керамических плит 2, имеющих выступ на боковой грани, который рассекает боковую угольную футеровку 1 в горизонтальной плоскости. Кожух 4, подина 3, блюмс 5 выполнены без отклонений от обычной конструкции.

На фиг. 3 представлена боковая футеровка 1 выполненная с отклонением от вертикального положения на угол 15^°(α).. При этом пояс из керамических плит 2 расположен в пазу боковой футеровки 1. Металлический кожух 4 выполнен с тем же углом отклонения от вертикали.

Монтаж и обслуживание электролизеров производятся известными способами.

Защита боковой футеровки поясом из керамики на основе нитрида алюминия позволяет повысить выход по току на 0,5% и увеличить срок службы боковой футеровки на 0,5 г.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения данного изобретения составляет 390 тыс. руб.

Использование: цветная металлургия, электролитическое производство алюминия. Сущность изобретения: на угольной основе боковых футеровочных блоков выполнен пояс из непроводящего керамического материала на основе нитрида алюминия. Высота пояса составляет 0,3 - 0,7 глубины шахты. Пояс может быть выполнен из отдельных плит, которые соединены торцевыми гранями с помощью обратносимметричных выступов и углублений при помощи клея с добавками тугоплавких металлоподобных соединений. Плиты из непроводящего керамического материала выполнены Т-образной формы, перемычка которой горизонтально расположена в угольной части футеровки. Рабочая сторона футеровки с вертикальной осью составляет угол от 3 до 45^o во внешнюю сторону. Изобретение позволяет увеличить выход по току при производстве алюминия, увеличить срок службы электролизера и улучшить сущность получаемого металла. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Боковая футеровка алюминиевого электролизера, состоящая из токопроводящего угольного материала и пояса из плит непроводящего керамического материала, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода по току, срока службы и сортности алюминия, керамический материал на основе нитрида алюминия размещен в пазу боковой футеровки на 0,3 0,7 ее высоты заподлицо с ней. 2. Боковая футеровка по п.1, отличающаяся тем, что пояс выполнен из отдельных плит, которые соединены торцевыми гранями с помощью обратно симметричных выступов и углублений. 3. Боковая футеровка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что плиты из непроводящего керамического материала выполнены Т-образной формы, перемычка которой горизонтально расположена в угольной части футеровки. 4. Боковая футеровка по пп.1 3, отличающаяся тем, что плиты соединены между собой и с угольным материалом клеящим составом с металлоподобными тугоплавкими соединениями. 5. Боковая футеровка по пп.1 4, отличающаяся тем, что рабочая сторона футеровки с вертикальной осью составляет угол 3 45^o во внешнюю сторону.