ФУТЕРОВКА КАТОДНОЙ ЧАСТИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом расплавленных солей и может быть использовано при монтаже катодных устройств алюминиевого электролизера.

Известна футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера, включающая огнеупорный и теплоизоляционный слой. Последний выполнен из двух слоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности [1]
Недостатком данной футеровки является то, что из-за текучести глинозема усложняется ее монтаж, не устраняется кладка верхнего выравнивающего огнеупорного слоя из шамотного кирпича, глубокая прокалка глинозема ведет к дополнительному удорожанию монтажа футеровки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является футеровка катодной части алюминиевого электролизера, включающая катодный цоколь, выполненный из слоев огнеупорного и теплоизоляционного материалов [2]
Недостатком известной футеровки является повышение затрат на ее монтаж из кирпичей и увеличение расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия из-за снижения теплового сопротивления футеровки в процессе эксплуатации электролизера в результате проникновения алюминия в теплоизоляционный слой и пропитки верхних слоев компонентами электролита.

Целью изобретения является снижение затрат на монтаж катодной футеровки и уменьшение расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия.

Поставленная цель достигается тем, что теплоизоляционный слой выполнен из смеси керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов, а огнеупорный из смеси шамота и кремнеземсодержащих материалов. Соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев 1 /0,4^oC1/. Соотношение объемов керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов в теплоизоляционном слое составляет 1 /0,1^oC0,3/, а шамота и кремнеземсодержащих материалов - 1 /0,2^oC0,4/. В качестве порошкообразных теплоизоляционных материалов в смеси с керамзитом использованы диатом, вермикулит, а в качестве кремнеземсодержащих материалов в смеси с шамотом кварцит, высокодисперсная пыль кремнезема.

Снижение затрат обеспечивается за счет сокращения времени на монтаж катодной футеровки путем засыпки и уплотнения слоев из смесей, содержащих более дешевые материалы, в том числе и отходы, например, производства кристаллического кремния /высокодисперсная пыль кремнезема продукт газоочистки, кварцит мелкий отсев при приготовлении шихты/. Теплоизоляционный слой, полученный из смеси керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов, повышает теплоизоляционные свойства цоколя, Огнеупорный слой, полученный из смеси шамота и кремнеземсодержащих материалов, препятствует проникновению расплавленного алюминия в теплоизоляционный слой и обеспечивает снижение степени пропитки самого огнеупорного слоя и верхней части теплоизоляционного слоя. В итоге обеспечивается более высокое тепловое сопротивление цоколя и катодной футеровки в целом как в исходном состоянии /перед пуском электролизера/, так и в процессе эксплуатации электролизера в сравнении с известной футеровкой.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами.

Уменьшение соотношения толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев цоколя менее 1 1 ведет к уменьшению теплового сопротивления футеровки и увеличению за счет этого расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия, а увеличение более 1 0,4 нецелесообразно из-за отсутствия дополнительного эффекта по повышению теплового сопротивления футеровки.

Увеличение соотношений объемов керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов более 1 0,1 и объемов шамота и кремнеземсодержащих материалов более 1 0,2 ведет к снижению теплового сопротивления футеровки из-за повышения степени пропитки огнеупорного слоя и верхней части теплоизоляционного слоя, а уменьшение соответственно менее 1 0,3 и менее 1 0,4 нецелесообразно, т.к. дополнительный эффект по уменьшению расхода электроэнергии отсутствует, а затраты на монтаж футеровки начинают возрастать.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый объект изобретение от прототипа, а именно: позволяющими обеспечить ускоренный монтаж катодной футеровки с одновременным повышением теплоизоляционных свойств цоколя и футеровки в целом как в исходном состоянии, так и в процессе эксплуатации электролизера.

Пример исполнения футеровки катодной части алюминиевого электролизера проиллюстрирован на чертеже, разрез.

Футеровка содержит бортовой угольный блок 1, расположенный на шамотной бровке 2, огнеупорную засыпку 3, подовые блоки 4, межблочные швы 5, токоподводящие стержни 6, угольную подушку 7, теплоизоляционный слой 8 из смеси керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов /диатома/ и огнеупорный слой 9 из смеси шамота и кремнеземсодержащих материалов /кварцита/.

Для приготовления смесей использованы
керамзит в виде гранул размером 10 25 мм, плотностью 400 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности 0,2 Ккал/м•ч•град;
диатомовый порошок и вермикулит;
высокодисперсная пыль кремнезема продукт газоочистки при производстве кристаллического кремния, содержащая, мас. кремнезем 92; углерод 3; железо 0,6; окись железа и алюминия остальное;
кварцит мелкий отсев при приготовлении шихты для плавки кремния.

Исполнение предложенной футеровки осуществляется следующим образом.

Пример 1. На металлическое днище в полном объеме засыпают смесь керамзита и порошкообразного диатома при соотношении их объемов, равном 1 0,1. Насыпную смесь уплотняют валиком. Образуется теплоизоляционный слой толщиной 250 мм /общая толщина двух слоев 350 мм/. Далее аналогичным методом создается огнеупорный слой из смеси шамота и кварцита при их объемном соотношении 1 0,2. Толщина данного слоя 100 мм. Соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев составляет 1 0,4. На огнеупорный слой наносится угольная подушка и укладываются подовые блоки с токоподводящими стержнями, после чего набиваются межблочные швы.

В процессе эксплуатации электролизера огнеупорный слой препятствует проникновению расплавленного алюминия в нижележащий теплоизоляционный слой, сохраняя тем самым высокие теплоизоляционные свойства последнего. Пропитка огнеупорного слоя компонентами электролита затормаживается, а верхней части теплоизоляционного слоя предотвращается. В итоге тепловое сопротивление цоколя и футеровки в целом в процессе эксплуатации электролизера сохраняется более высоким, чем у известной.

В примерах 2 и 3 катодную футеровку выполняют и испытывают аналогично примеру 1 при следующих параметрах.

Пример 2.

1. Соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев составляет 205 145 /мм/ или 1 0,7.

2. Соотношение объемов керамзита и вермикулита 1 0,2.

3. Соотношение объемов шамота и высокодисперсной пыли кремнезема 1 0,3.

Пример 3.

1. Соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев составляет 175 175 /мм/ или 1 1.

2. Соотношение объемов керамзита и диатома 1 0,3.

3. Соотношение объемов шамота и кварцита 1 0,4.

В примерах 4 9 футеровку выполняют и испытывают аналогично примерам 1 - 3 за пределами заявленных интервалов.

Выполняют и испытывают футеровку катодной части алюминиевого электролизера по известному решению.

Результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Из данных табл. 1 и 2 видно, что использование футеровки катодной части алюминиевою электролизера /по примерам 1^oC3/обеспечивает уменьшение расхода электроэнергии на 157 кВт•ч/т электролитического алюминия и снижение затрат на монтаж катодной футеровки на 18%

Использование: изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом расплавленных солей, и может быть использовано при монтаже катодных устройств алюминиевого электролизера. Сущность: теплоизоляционный слой цоколя выполнен из смеси керамзита и порошкообразных материалов, а огнеупорный - из смеси шамота и кремнеземсодержащих материалов. Соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев составляет 1 : (0.4^oC1). 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Футеровка катодной части алюминиевого электролизера, содержащая цоколь, выполненный из теплоизоляционного и огнеупорного слоев, отличающаяся тем, что теплоизоляционный слой выполнен из смеси керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов, а огнеупорный из смеси шамота и кремнеземсодержащих материалов. 2. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение толщин теплоизоляционного и огнеупорного слоев составляет 1 (0,4 1). 3. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение объемов керамзита и порошкообразных теплоизоляционных материалов составляет 1 (0,1 0,3). 4. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение объемов шамота и кремнеземсодержащих материалов составляет 1 (0,2 0,4). 5. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразных теплоизоляционных материалов использованы диатом, вермикулит. 6. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве кремнеземсодержащих материалов использованы кварцит, высокодисперсная пыль кремнезема.