СПОСОБ ФУТЕРОВКИ КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2000 года по МПК C25C3/08 

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано при монтаже катодного устройства алюминиевого электролизера.

Важной задачей, которая, в частности, может быть решена при монтаже катодного устройства алюминиевого электролизера, является предотвращение проникновения расплава электролита и жидкого металла в футеровку и через футеровку в цоколь электролизера. Это приводит к серьезным технологическим нарушениям процесса электролиза, нарушению целостности футеровки и выходу электролизера из строя, а следовательно, к крупным капитальным затратам и повышению себестоимости товарного алюминия.

Известна футеровка ванны отражательной печи, содержащая кладку из огнеупора и облицовочный слой со швами, в которой облицовочный слой выполнен из термостойкого кирпича из корунда на фосфатной связке, швы между кирпичами заполнены составом, мас. %: огнеупорный мертель 25-50, алюмохром фосфатный 50-75, а швы между кирпичами облицовочного слоя заполнены огнеупорной засыпкой из глинозема (АС СССР N 1244456, F 27 B 3/14).

Недостатком известной футеровки является ее недостаточная стойкость материалов и трудозатраты на ее выполнение.

Известен способ футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий шамотную кладку трех верхних рядов цоколя со швами 2 - 3 мм на растворе, состоящем из шамотного порошка и огнеупорной глины (Справочник металлурга по цветным металлам, М., Металлургия, 1971 г., с. 239-241).

По назначению, наличию сходных существенных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа.

В известном решении проникновение электролита и металла происходит в месте их непосредственного соприкосновения с футеровкой.

Поскольку при обжиге катода и пуске происходят физико-химические изменения в футеровке, то данный способ не обеспечивает в полной мере сохранность футеровки и не обеспечивает повышение срока службы электролизера.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение стойкости катодной футеровки электролизера для производства алюминия, за счет предотвращения проникновения расплава металла и электролита в футеровку.

Поставленная задача решается тем, что в способе футеровки катодного устройства электролизера для производства алюминия, включающем кирпичную кладку из огнеупорного кирпича внутри катодного кожуха и монтаж блочной подовой и боковой угольной футеровки внутри кирпичной кладки, кирпичи укладывают с перевязкой швов по горизонтали и вертикали на величину 0,25-0,5 длины кирпича, а швы между кирпичами заполняют материалом на основе окислов металлов крупностью 20-30 мкм, кроме того, в качестве материала, на основе окислов металлов, крупностью 20-30 мкм используют глинозем и/или окись кремния.

Сравнительный анализ, проведенный на основании поиска в данной области по патентной документации и научно-технической литературе выявил следующее.

1) Известен способ футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий шамотную кладку трех верхних рядов цоколя со швами 2-3 мм на растворе, состоящем из шамотного порошка и огнеупорной глины (Справочник металлурга по цветным металлам, М. "Металлургия", 1971 г., с. 239).

2) Известна футеровка ванны отражательной печи, содержащая кладку из огнеупора и облицовочный слой со швами, в которой облицовочный слой выполнен из термостойкого кирпича из корунда на фосфатной связке, швы между кирпичами заполнены составом, содержащим, мас.%: огнеупорный мертель 25-50, алюмохромфосфатная связка 50-75, а швы между кирпичами облицовочного слоя заполнены огнеупорной засыпкой из глинозема. (АС СССР N 1244456, F 27 B 3/14).

3) Известен способ монтажа катодной футеровки электролизера для получения алюминия, в котором для набивки межблочных швов используют суспензию глинозема в соляной кислоте. (АС СССР N1397544, С 25 С 31/06, 1988 г.).

4)Известен способ футеровки катода электролизера для получения алюминия, включающий установку угольных блоков, в котором межблочную часть швов на высоту 0,45- 0,75 высоты блока заполняют корундовым материалом с плотностью 0,35-1,0 от истинной (А. С. СССР N 1458435, C 25 C 3/08, 1987 г.).

В процессе анализа не выявлено технических решений, характеризующихся сходными идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым решением. Таким образом, предлагаемое решение соответствует критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень". Предлагаемый способ опробован на Братском алюминиевом заводе, доказал свою эффективность и технико-экономическую целесообразность.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Использование в качестве засыпки между швами кирпичной кладки цоколя материалов на основе окислов металлов крупностью 20-30 мкм (глинозем, окислы других металлов) обеспечивает более надежную защиту металлоконструкций (кожуха) от разрушения за счет проникновения расплавов металла и электролита в футеровку. В предлагаемом способе защитный барьер находится в кирпичной кладке, не разрушается и не нарушается при обжиге и пуске электролизера, когда происходит деформация угольной футеровки из-за термических и электрических напряжений.

Крупность заполнителя 20-30 мкм обеспечивает, даже в случае проникновения расплава металла или электролита через угольную футеровку, образование надежного и эффективного защитного слоя.

Способ осуществляется следующим образом. Производят кирпичную кладку цоколя катодного устройства электролизера для производства алюминия с перевязкой швов по горизонтали и вертикали на величину 0,25-0,5 длины кирпича, а швы между кирпичами заполняют оксидами металла (глинозем и/или окись кремния). Смонтированное таким образом катодное устройство повышает в 1,5-1,8 раза срок службы электролизера.

Преимущества предлагаемого решения перед известными заключаются в следующем.

1) Решается вопрос герметизации электролизера, что повышает срок его службы.

2) Повышается качество (сортность) товарного металла.

3) Снижается себестоимость товарного металла за счет снижения капитальных затрат при увеличении межремонтного срока капитального ремонта электролизера.

В предлагаемом способе футеровки катодного устройства электролизера для производства алюминия, включающем кирпичную кладку из огнеупорного кирпича, монтаж подовой и боковой угольной футеровки, для предотвращения проникновения расплава металла и электролита, ведущего к разрушению катодного устройства и сокращению срока службы электролизера, кирпичи укладывают с перевязкой швов по горизонтали и вертикали на величину 0,25-0,5 длины кирпича. Швы между кирпичами заполняют материалом на основе окислов материалов, например глинозема и/или окиси кремния, крупностью 20-30 мкм. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ футеровки катодного устройства электролизера для производства алюминия, включающий кладку из огнеупорного кирпича внутри катодного кожуха и монтаж блочной подовой и боковой угольной футеровки внутри кирпичной кладки, отличающийся тем, что кирпичи укладывают с перевязкой швов по горизонтали и вертикали на величину 0,25 - 0,5 длины кирпича, а швы между кирпичами заполняют материалом на основе окислов металлов крупностью 20 - 30 мкм. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала для заполнения швов между кирпичами используют глинозем. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала для заполнения швов между кирпичами используют глинозем и/или окись кремния.