КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1998 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия.

Известное катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее подину, выполненную из предварительно изготовленных углеродистых подовых блоков с вмонтированными в них катодными стержнями, нижняя часть которых залита слоем жаропроточного и химически стойкого цемента высотой 200-300 мм (Авторское свидетельство СССР N 248239, C 22 D 3/02, C 22 D 3/12, опубл. 10.07.69 г.).

Недостатком такого катодного устройства является то, что при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы слой жаропрочного и химически стойкого цемента отслаивается от углеродистых подовых блоков из-за разности коэффициентов теплового расширения, в результате чего в нем образуются трещины и разрывы, через которые жидкий алюминий и криолито-глиноземный расплав легко проникает к катодным стержням и под подовые блоки к теплоизоляционным материалам, разъедая катодные стержни и вызывая физико-химические превращения в теплоизоляционных материалах, приводящие к возникновению значительных деформирующих напряжений. Это отрицательно сказывается как на сроке службы алюминиевого электролизера, так и на сортности получаемого алюминия.

Следует также отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с нанесением слоя жаропрочного и химически стойкого цемента на углеродистые подовые блоки и с последующими операциями по его сушке и отверждению.

Наиболее близким является катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями, расположенный под подовыми блоками защитный слой жаропрочного и химически стойкого бетона, периферийные и межблочные швы, нижняя часть которых заполнена жаропрочным и химически стойким бетоном, а верхняя - подовой массой (Авторское свидетельство СССР N 1261973, C 25 C 3/06, опубл. 07.10.86 г.).

Наличие защитного слоя под подовыми блоками препятствуют проникновению жидкого и криолитоглиноземного расплава к теплоизоляционным материалам при нарушении целостности подины, способствуя тем самым повышению срока службы алюминиевого электролизера. Выполнение нижней части периферийных швов из жаропрочного и химически стойкого бетона, а верхней - из подовой массы позволяет повысить качество периферийных швов, что способствует повышению срока службы алюминиевого электролизера и улучшению сортности получаемого алюминия.

Однако недостатком такого катодного устройства является заполнение межблочных швов различными по свойствам материалами: нижней части - жаропрочным и химически стойким бетоном, а верхней - подовой массой. Это приводит к тому, что при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы из-за разности коэффициентов теплового расширения подовых блоков и заполняющих межблочные швы материалов возникают значительные усилия, способные вызвать образование трещин как в межблочных швах, так и в подовых блоках. Наличие трещин в межблочных швах и подовых блоках позволяет жидкому алюминию и криолитоглиноземному расплаву проникать к катодным стержням и под подовые блоки, разъедая катодные стержни и приводя к возникновению значительных деформирующих напряжений, вызывающих деформацию подины электролизера. Появление трещины в межблочных швах способствует развитию трещин и в расположенном под подовыми блоками защитном слое, выполненном из жаропрочного и химически стойкого бетона. Это отрицательно сказывается как на сроке службы алюминиевого электролизера, так и на сортности получаемого алюминия.

Заполнение нижней и верхней частей межблочных швов материалами с различными электропроводящими свойствами приводит к ухудшению токораспределения в подине из-за различия электропроводящих свойств подины на различных ее участках, что отрицательно сказывается на производительности алюминиевого электролизера. Кроме того, при выполнении монтажных работ возможно неравномерное заполнение бетоном межблочных швов как по их высоте, так и по длине, что влияет на электропроводящие свойства подины и ухудшает токораспределение в подине.

В основу изобретения положена задача создания такой конструкции катодного устройства алюминиевого электролизера, при монтаже которого исключалось бы проникновение в межблочные швы самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, а также материала защитного слоя и при этом исключалось бы вытекание из межблочных швов жидкого связующего подовой массы как во время осуществления набойки межблочных швов, так и в период обжига подины и пуска алюминиевого электролизера, что обеспечивало бы получение монолитной плотной подины электролизера с одинаковыми механическими и электропроводящими свойствами на всех ее участках и позволяло бы тем самым повысить срок службы и производительность алюминиевого электролизера, а также улучшить сортность получаемого алюминия.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями и выполненную с межблочными швами, заполненными подовой массой, и периферийными швами, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, а верхняя - подовой массой, и расположенный под подовыми блоками защитный слой, межблочные швы снизу перекрыты металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва.

Металлические пластины могут быть объединены в сплошной, расположенный под подовыми блоками лист.

Перекрытие межблочных швов снизу металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва, исключает при проведении монтажных футеровочных работ проникновение в межблочные швы жаропрочного самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, и материала защитного слоя, а также препятствует вытеканию из межблочных швов жидкого связующего подовой массы как во время осуществления набойки межблочных швов, так и в период обжига и пуска алюминиевого электролизера, обеспечивая тем самым получение монолитной плотной подины электролизера с одинаковыми механическими и электропроводящими свойствами на всех ее участках.

Исключение при проведении монтажных футеровочных работ проникновения в межблочные швы жаропрочного самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, и материала защитного слоя обеспечивает заполнение межблочных швов однородным материалом, а именно только подовой массой, что исключает возникновение усилий, вызываемых разностью коэффициентов теплового расширения подовых блоков и заполняющего межблочные швы материала. Это в свою очередь исключает образование трещин в межблочных швах и подовых блоков, сохраняя целостность подины. Отсутствие трещин исключает проникновение расплавленного алюминия и криолитоглиноземного расплава к катодным стержням и под подовые блоки, тем самым способствуя повышению срока службы алюминиевого электролизера и сортности получаемого алюминия.

Получение монолитной плотной подины с одинаковыми электропроводящими свойствами на различных ее участках способствует улучшению токораспределения в подине, что положительно сказывается на производительности электролизера.

Устранение вытекания из межблочных швов жидкого связующего подовой массы способствует повышению качества межблочных швов поскольку к началу обжига подины и во время его проведения сохраняются все составляющие подовой массы.

Объединение металлических пластин в сплошной, расположенный под подовыми блоками металлический лист позволяет снизить трудозатраты и продолжительность монтажных работ, связанных с размещением металлических пластин перед установкой подовых блоков в местах, соответствующих расположению межблочных швов, так как в этом случае вместо установки множества металлических пластин устанавливается один сплошной металлический лист.

Таким образом, предложенное катодное устройство алюминиевого электролизера позволяет повысить срок службы и производительность алюминиевого электролизера и улучшить сортность получаемого алюминия.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображено катодное устройство алюминиевого электролизера, поперечный разрез на плоскости межблочного шва; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Катодное устройство алюминиевого электролизера включает подину, состоящую из подовых блоков 1 с катодными стержнями 2, расположенный под подовыми блоками 1 защитный слой 3, межблочные швы 4, заполненные подовой массой, и периферийные швы 5, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, например, шамотным плотным бетоном, а верхняя - подовой массой. Межблочные швы 4 перекрыты металлическими пластинами 6, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков 1. Пластины 6 могут быть объединены в сплошной, расположенной под подовыми блоками 1 металлический лист.

Промышленная применимость катодного устройства алюминиевого электролизера подтверждается нижеприведенным примером его практического выполнения.

После сборки и установки катодного кожуха днище внутри кожуха выравнивается слоем шамотного заполнителя, на который затем осуществляется кладка футеровки, состоящей из нескольких нижних рядов пенодиатомитового кирпича и нескольких верхних рядов шамотного кирпича. После чего поверхность кирпичной кладки покрывается защитным слоем, состоящим из 30 вес.% Al₂O₃ и 70 вес.% SiO₂, на который устанавливаются подовые блоки с заделанными в них катодными токоподводящими стержнями. При этом в местах, соответствующих расположению межблочных швов, предварительно устанавливаются стальные или алюминиевые пластины толщиной 1,5-2 мм и шириной 150 мм при ширине межблочных швов 30 - 60 мм. После установки подовых блоков с катодными стержнями, выступающие за пределы подовых блоков концы металлических пластин загибают вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, соответствующую высоте заполняемой жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва. Затем производят кладку так называемой бровки, представляющей собой кладку шамотного кирпича вдоль стенок кожуха, после чего устанавливается бортовая футеровка. Затем осуществляется заполнение периферийного шва жаропрочным самотвердеющим материалом, в качестве которого используется шамотный плотный бетон. Заполнение бетоном осуществляется на высоту, соответствующую уровню расположения верхних граней катодных стержней. При этом давление слоя бетона, заполняющего периферийные швы, на загнутые вверх концы металлических пластин обеспечивает плотное их прижатие к подовым блокам. Завершающей и самой ответственной операцией монтажа катодного устройства является набойка швов между подовыми блоками и верхней части периферийных швов между подовыми блоками и бортовой футеровкой.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия. В катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями и выполненную с межблочными швами, заполненными подовой массой, и периферийными швами, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, а верхняя - подовой массой, и расположенный под подовыми блоками защитный слой, межблочные швы снизу перекрыты металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва. Техническим результатом является повышение срока службы и производительности алюминиевого электролизера, а также улучшение сортности получаемого алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями и выполненную с межблочными швами, заполненными подовой массой, и периферийными швами, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, а верхняя - подовой массой, и расположенный под подовыми блоками защитный слой, отличающееся тем, что межблочные швы снизу перекрыты металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что металлические пластины объединены в сплошной, расположенный под подовыми блоками лист.