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 слои. Последний выполнен из двух слоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности. Вверху огнеупорного слоя выполнен слой из шамотного кирпича.

Недостатком данной футеровки является то, что из-за текучести глинозема не устраняется кладка верхнего выравнивающего слоя из шамотного кирпича. Это влияет на снижение теплового сопротивления цоколя, а значит и футеровки в целом. Используется дорогостоящий и дефицитный глинозем, повторное использование которого ведет к ухудшению сортности электролитического алюминия из-за сорения последнего примесью кремния.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является футеровка катодной части алюминиевого электролизера, включающая цоколь, выполненный из слоев огнеупорного и теплоизоляционного материалов в виде кирпичной кладки [1]
Недостатком известной футеровки является снижение суммарного теплового сопротивления футеровки в процессе эксплуатации электролизера и невысокий срок службы электролизера. Кладка цоколя из кирпичей ведет к повышению затрат на монтаж футеровки.

Целью изобретения является уменьшение расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия, увеличение срока службы электролизера и снижение затрат на монтаж катодной футеровки.

Поставленная цель достигается тем, что огнеупорный слой выполнен из смеси измельченных огнеупорных материалов и магнезита. Соотношение объемов измельченных огнеупорных материалов и магнезита в смеси огнеупорного слоя составляет /0,1 0,5/ 1. В качестве измельченных огнеупорных материалов использованы шамот, кварцит, причем получаемых путем дробления и измельчения отходов производства алюминия и кристаллического кремния.

Наличие в смеси с измельченными огнеупорными материалами магнезита обеспечивает повышение химической стойкости огнеупорного слоя от воздействия фторсодержащих компонентов электролита, что ведет к уменьшению толщины образующегося под угольной подиной серо-белого слоя, что в свою очередь положительно отражается на целостности подины. Одновременно огнеупорный слой, состоящий из смеси измельченных огнеупорных материалов и магнезита, в заданных пределах препятствует проникновению расплавленного алюминия в нижележащий теплоизоляционный слой, сохраняя теплоизоляционные свойства последнего. Тепловое сопротивление цоколя и футеровки в целом в процессе эксплуатации электролизера сохраняется более высоким в сравнении с известной футеровкой, что ведет к уменьшению расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия. Повышение химической стойкости огнеупорного слоя способствует увеличению срока службы электролизера.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами.

Уменьшение соотношения объемов измельченных огнеупорных материалов и магнезита менее 0,1:1 ведет к уменьшению суммарного теплового сопротивления футеровки и увеличению за счет этого расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия, а увеличение более 0,5:1 нецелесообразно из-за отсутствия дополнительного эффекта по повышению суммарного теплового сопротивления футеровки при увеличении толщины серо-белого слоя, образующегося под угольной футеровкой, приводящего к нарушению целостности подины.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый объект изобретения от прототипа, а именно позволяющими сохранить суммарное тепловое сопротивление футеровки в процессе эксплуатации электролизера более высоким в сравнении с известной футеровкой при одновременном уменьшении толщины серо-белого слоя, образующегося под угольной подиной.

На чертеже проиллюстрирован пример исполнения футеровки катодной части алюминиевого электролизера показан разрез.

Футеровка содержит 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 и огнеупорный слой 9 из смеси измельченных огнеупорных материалов и магнезита.

Для приготовления смесей использованы дробленый и далее измельченный магнезит; измельченный шамот из отходов алюминиевого производства;
кварцит мелкий отсев при приготовлении шихты для плавки кристаллического кремния.

Исполнение предложенной футеровки осуществляется следующим образом.

Пример 1. На металлическое днище после подсыпки выравнивающего слоя из шамотной крупки /20 мм/ из диатомового кирпича выкладывают теплоизоляционный слой цоколя толщиной 200 мм, на который насыпают смесь измельченного шамота и магнезита и прокатывают валиком. Получают огнеупорный слой толщиной 130 мм. Соотношение объемов измельченного шамота и магнезита составляет 0,1:1. На огнеупорный слой накатывается угольная подушка, на которую устанавливаются угольные блоки и далее набиваются межблочные швы.

В процессе эксплуатации электролизера благодаря наличию магнезита в смеси с шамотом воздействие фторсодержащих компонентов электролита на огнеупорный слой резко ослабляется, что ведет к уменьшению толщины серо-белого слоя, образующегося под угольной подиной, что в свою очередь способствует сохранению целостности угольной подины и за счет этого увеличению срока службы электролизера. Одновременно этот слой препятствует проникновению расплавленного алюминия в теплоизоляционный слой.

Тепловое сопротивление цоколя и футеровки в целом сохраняется более высоким в сравнении с известной футеровкой. Расход электроэнергии на получение электролитического алюминия уменьшается.

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

Пример 2. Соотношение объемов измельченных огнеупорных материалов кварцита и магнезита составляет 0,3:1.

Пример 3. Соотношение объемов измельченных огнеупорных материалов /шамота/ и магнезита составляет 0,5:1.

В примерах 4 и 5 футеровку выполняют и испытывают аналогично примерам /1^oC3/ за пределами заявленных интервалов.

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

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что использование футеровки катодной части алюминиевого электролизера /по примерам 1^oC3/ обеспечивает уменьшение расхода электроэнергии на 137 кВт•ч/т электролитического алюминия и увеличение срока службы электролизера на 1,2 мес. С использованием смеси из отходов производства алюминия и кристаллического кремния /шамота, кварцита, магнезита/ снижаются затраты на монтаж катодной футеровки.

Использование: в цветной металлургии, в частности в производстве алюминия электролизом расплавленных солей, и может быть использовано при монтаже катодных устройств алюминиевого электролизера. Сущность: Огнеупорный слой цоколя выполнен из смеси измельченных огнеупорных материалов и магнезита с соотношением их объема (0,1 - 0,5):1. В качестве измельченных огнеупорных материалов использованы шамот, кварцит. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Футеровка катодной части алюминиевого электролизера, содержащая цоколь, выполненный из теплоизоляционного и огнеупорного слоев, отличающаяся тем, что огнеупорный слой выполнен из смеси измельченных огнеупорных материалов и магнезита. 2. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что соотношение объемов измельченных огнеупорных материалов и магнезита в смеси составляет 0,1 0,5 1. 3. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве измельченных огнеупорных материалов использованы шамот, кварцит.