УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ ШЛАМО-ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ СМЕСИ Российский патент 2023 года по МПК B01D21/00 F27B14/00 C22B26/22 C25C3/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к устройству для рафинирования шламо-электролитной смеси, извлекаемой из электролизера при электролитическом получении магния.

Извлекаемую с помощью вакуумного ковша из электролизеров смесь шлама с электролитом, обычно содержащую до 5-6% твердых шламообразующих компонентов (MgO, Fe₂O₃, SiO₂ и т.д.), пропускают через систему последовательно расположенных емкостей-ячеек. При протекании через ячейки происходит разделение твердых

шламообразующих частиц и солевой составляющей электролита: твердые частицы оседают на дно ячеек, а осветленный электролит декантируется в следующую ячейку. Из последней ячейки электролит возвращается в электролизеры (Авторское свидетельство СССР №213355, опубл. 12.11.1968, бюл. №10). Недостатком этих агрегатов является то, что они не обеспечивают достаточно глубокую очистку электролита от примесей.

Известен агрегат для рафинирования расплава от твердых взвесей (Авторское свидетельство СССР №881496, опубл. 15.11.1981, бюл. №42), включающий отстоянные камеры, перегородки с выполненными в них переточными каналами, устройство для ввода и удаления расплава, переточные каналы в перегородках выполнены расширяющимися в сторону направления движения расплава, причем нижняя образующая переточных каналов размещена горизонтально или с отклонениями от горизонтали в сторону движения расплава до ±15°, а верхняя образующая - под углом возвышения, составляющим 30-45°.

Недостатком известного агрегата является низкий срок службы и низкий межремонтный пробег из-за преждевременного разрушения перекрытий в результате температурного расширения.

Известно устройство для подготовки сырья к электролитическому получению магния и хлора (Патент РФ №2332526, опубл. 27.08.2008, бюл. 24), по количеству общих признаков принятая за ближайший аналог-прототип, и представляющее собой миксер, выполненных в виде укрытой перекрытием футерованной емкости, разделенной перегородкой на две камеры с переточными окнами в разделительной перегородке, с выносным заливочным устройством для заливки расплава с входным горизонтально выполненным патрубком, в перекрытиях камер выполнены проемы с крышкам для удаления шлама грейфером и откачки готового расплава. Камеры снабжены электродами.

Недостатком известного устройства является то, что устройство по своему функциональному назначению предназначено для получения смеси расплавленных солей хлоридов металлов, пригодной для электролитического получения магния, и не предназначено для рафинирования шламо-электролитной смеси. Кроме того, к недостаткам относится то, что перекрытие камер не имеет достаточной тепловой изоляции, что приводит к перегреву и быстрому разрушению перекрытия. Кроме того, при высоких температурах шламо-электролитной смеси происходит повышенное образование возгонов, что приводит к забиванию коллекторов санитарно-технического отсоса. Чистка коллекторов санитарно-технического отсоса затруднена, во время проведения технологических операций постоянно происходит загазованность рабочей зоны.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить срок службы перекрытия в устройстве для рафинирования шламоэлектролитной смеси, а также его герметичность, и снизить загазованность воздуха рабочей зоны.

Задачей изобретения является повышение надежности конструкции устройства для рафинирования шламо-электролитной смеси, улучшение условий труда.

Технический результат достигается тем, что предложено устройство для рафинирования шламо-электролитной смеси, включающее коллектор санитарно-технического отсоса, соединенный с миксером, выполненным в виде футерованной емкости, разделенной перегородкой на отделение отстоя шламо-электролитной смеси и отделение накопления осветленного расплава, закрытые сверху перекрытиями с проемами для подачи шламо-электролитной смеси, для удаления шлама и для выборки расплава, и выполненные с возможностью обогрева подогревными электродами, установленными сверху через перекрытие, шинопроводы подогревных электродов, новым является то, что перекрытие отделений выполнено многослойным, причем перекрытие отделения накопления осветленного расплава выполнено съемным и по периметру герметизировано песочным затвором, а коллектор санитарно-технического отсоса соединен с миксером патрубками отсоса газов, установленными в перекрытии по одному в каждом отделении, при этом на горизонтальных и вертикальных торцах сборных коллекторов санитарно-технического отсоса установлены ревизионные патрубки с крышками и уплотнителем.

Кроме того, перекрытие отделений выполнено многослойным последовательно снизу вверх из слоев: жаростойкий бетон - огнеупорный теплоизоляционный материал - стальной лист.

Кроме того, в качестве огнеупорного теплоизоляционного материала использована минеральная плита.

Кроме того, шинопроводы подогревных электродов на вертикальных участках выполнены разъемными.

Выполнение перекрытия отделений многослойным последовательно снизу вверх из слоев: жаростойкий бетон - огнеупорный теплоизоляционный материал - стальной лист, позволяет снизить тепловые потери, обеспечить возможность термического расширения отдельных элементов перекрытия при повышении его температуры без возникновения разрушающих напряжений, это способствует устранению деформации, увеличению срока службы перекрытия. А выполнение перекрытия отделения накопления осветленного расплава съемным и герметизация по периметру песочным затвором позволяет обеспечить возможность его замены в ходе текущего ремонта, сократить тепловые потери, повысить срок службы перекрытия.

Выполнение коллектора санитарно-технического отсоса, соединенного с миксером патрубками отсоса газов, установленными в перекрытии по одному в каждом отделении, позволяет увеличить разряжение в коллекторе санитарно-технического отсоса и снизить загазованность воздуха рабочей зоны, тем самым улучшить условия труда.

Установление на горизонтальных и вертикальных торцах сборных коллекторов санитарно-технического отсоса ревизионных патрубков с крышками и уплотнителем, обеспечивает возможность чистки внутренней поверхности коллектора от осажденных возгонов, и исключает подсос воздуха в коллектор санитарно-технического отсоса, снижает загазованность воздуха рабочей зоны, тем самым улучшает условия труда.

Выполнение шинопроводов подогревных электродов на вертикальных участках разъемными обеспечивает возможность замены перекрытия без необходимости длительной остановки устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве для рафинирования шламо-электролитной смеси.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна"

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для рафинирования шламо-электролитной смеси, на фиг. 2 показан поперечный разрез устройства рафинирования шламо-электролитной смеси через отделение отстоя шламо-электролитной смеси, на фиг. 3 - поперечный разрез устройства рафинирования шламо-электролитной смеси через отделение накопления осветленного расплава.

Устройство для рафинирования шламо-электролитной смеси включает коллектор 1 санитарно-технического отсоса, соединенный с миксером 2, выполненным в виде футерованной емкости 3, разделенной перегородкой 4 на отделение отстоя 5 шламо-электролитной смеси и отделение накопления 6 осветленного расплава, закрытые сверху перекрытиями 7 с проемом 8 для подачи шламо-электролитной смеси, проемом 9 для удаления шлама, проемом для выборки осветленного расплава 10, и выполненные с возможностью обогрева подогревными электродами 11, шинопроводы 12 подогревных электродов. Перекрытие 7 выполнено многослойным последовательно снизу вверх из слоев: бетон 13 - огнеупорный теплоизоляционный материал (минеральная плита) 14 -стальной лист 15. Причем перекрытие 7 отделения накопления 6 осветленного расплава выполнено съемным, и по периметру герметизировано песочным затвором 16. Коллектор 1 санитарно-технического отсоса соединен с миксером 2 патрубками 17 отсоса газов, расположенными в перекрытии 7 по одному в каждом отделении (отделении отстоя 5 шламо-электролитной смеси и отделении накопления 6 осветленного расплава), при этом на горизонтальных 18 и вертикальных 19 торцах сборных коллекторов санитарно-технического отсоса установлены ревизионные патрубки 20 с крышками 21 и уплотнителем 22. Шинопроводы 12 подогревных электродов на вертикальных участках 23 выполнены разъемными. Пример работы устройства.

Предварительно перед проведением процесса рафинирования шламо-электролитной смеси осуществляют монтаж устройства для рафинирования шламо-электролитной смеси. В миксер 2 устанавливают разделительную перегородку 4, которая разделяет футерованную емкость 3 на отделение отстоя 5 шламо-электролитной смеси и отделение накопления 6 осветленного расплава. Футеровку выполняют из огнеупорного шамотного кирпича и теплоизоляционного материала. Все перекрытия 7 отделений выполнены в виде сварных каркасов прямоугольной формы, многослойными последовательно снизу вверх состоящие из слоев: бетон 13 (жаростойкий бетон марки BRS В 12, 8U8 ТУ05785388.5746.012 «Изделия и монолитные футеровки из жаростойкого бетона для титано-магниевого производства») - огнеупорный теплоизоляционный материал 14 (минеральная плита марки БВТМ-ПМ-20 ТУ 95.2691-98 «Материал базальтоволокнистый теплоизоляционный») - стальной лист 15. На отделении накопления 6 осветленного расплава устанавливают съемное перекрытие 7, и герметизируют песочным затвором 16. В перекрытие 7 через отверстие для установки электродов устанавливают подогревные электроды 11 с шинопроводами 12. Шинопроводы 12 подогревных электродов на вертикальных участках 23 выполнены разъемными Коллектор 1 санитарно-технического отсоса подсоединяют к миксеру 2 через патрубки 17 отсоса газов, которые установлены по одному в каждом отделении. На горизонтальных 18 и вертикальных 19 торцах сборных коллекторов санитарно-технического отсоса устанавливают ревизионные патрубки 20 с крышками 21 и уплотнителем 22.. В дальнейшем производят разогрев устройства для рафинирования шламо-электролитной смеси и запуск его в рабочее состояние.

Процесс электролитического получения магния ведут в электролизерах, заполненных электролитом в количестве 25-30 тонн. Электролит состоит из хлоридов натрия, калия и магния. По мере разложения хлорида магния на магний и хлор в электролизер подгружают расплавленный хлорид магния 6 раз в сутки по 1-1,5 тонны. Магний извлекают из электролизера 6 раз в сутки, хлор непрерывно отводят через систему отсоса, температуру электролита поддерживают в пределах 665-670°С. В процессе электролиза в донной части электролизера оседают оксиды магния, кремния, алюминия, соединения титана и железа, так называемый шлам, накопление которого приводит к снижению показателей процесса. Шлам удаляют один раз в 7 дней с помощью вакуум-ковша совместно с донной частью электролита в количестве 3-3,5 тонн. Шламо-электролитную смесь состава, мас. %: 2-4 MgO, 5-10 MgCl₂, 0,5-1 Mg, 0,5-1,0 SiO₂+Al₂O₃, остальное хлориды калия, натрия, кальция, сливают из вакуум-ковша через проем 8 для подачи шлама-электролитной смеси в отделение отстоя 5 шламо-электролитной смеси порциями массой от 3,0 до 3,4 т, общей массой от 9 до 10 т. После этого производят разогрев расплава до температуры 700-720°С, затем отстой шламо-электролитной смеси при отключенных трансформаторах питания миксера с разделением на осветленный (верхний слой) расплав и шлам (нижний слой расплава). После отстоя в течение от 30 до 50 минут производят откачку в вакуум-ковш осветленного расплава с верхнего слоя, перевозят и используют для корректировки уровней в электролизерах. По мере дальнейшего отстоя шламо-электролитной смеси производят откачку осветленного расплава до минимального уровня. Из миксера 2 расплав может быть откачен до уровня не менее 950 мм от подины, так как для работы подогревных электродов 11 требуется заглубление их в электролит. После этого, осевший на подину шлам, подгребают вручную в зону, доступную для захвата и удаления грейфером в короба. Газы, образующиеся в миксере 2, отсасываются в боров коллектора 1 санитарно-технического отсоса. Чистку коллекторов 1 санитарно-технического отсоса от возгонов производят специальными скребками через ревизионные патрубки 20, установленными на горизонтальных 18 и вертикальных 19 торцах сборных коллекторов.

Таким образом, предложенная конструкция устройства для рафинирования шламо-электролитной смеси позволяет повысить срок службы перекрытия в устройстве, его герметичность, и снизить загазованность воздуха рабочей зоны.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройству для рафинирования шламо-электролитной смеси, извлекаемой из электролизера при электролитическом получении магния. Устройство содержит коллектор сантехнического отсоса, соединенный с миксером, выполненным в виде футерованной емкости, разделенной перегородкой на отделение отстоя шламо-электролитной смеси и отделение накопления осветленного расплава, закрытые сверху перекрытиями с проемами для подачи шламо-электролитной смеси, для удаления шлама и для выборки расплава и выполненные с возможностью обогрева подогревными электродами, установленными сверху через перекрытие, шинопроводы подогревных электродов. Перекрытие отделений выполнено многослойным, причем перекрытие отделения накопления осветленного расплава выполнено съемным и по периметру герметизировано песочным затвором. Коллектор сантехнического отсоса соединен с миксером патрубками отсоса газов, установленными в перекрытии по одному в каждом отделении, при этом на горизонтальных и вертикальных торцах сборных коллекторов сантехнического отсоса установлены ревизионные патрубки с крышками и уплотнителем. Техническим результатом является повышение срока службы перекрытия в устройстве, его герметичности и снижение загазованности воздуха рабочей зоны. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для рафинирования шламо-электролитной смеси, содержащее коллектор сантехнического отсоса, соединенный с миксером, выполненным в виде футерованной емкости, разделенной перегородкой на отделение отстоя шламо-электролитной смеси и отделение накопления осветленного расплава, закрытые сверху перекрытиями с проемами для подачи шламо-электролитной смеси, для удаления шлама и для выборки расплава и выполненные с возможностью обогрева подогревными электродами, установленными сверху через перекрытие, шинопроводы подогревных электродов, отличающееся тем, что перекрытие отделений выполнено многослойным, причем перекрытие отделения накопления осветленного расплава выполнено съемным и по периметру герметизировано песочным затвором, а коллектор сантехнического отсоса соединен с миксером патрубками отсоса газов, установленными в перекрытии по одному в каждом отделении, при этом на горизонтальных и вертикальных торцах сборных коллекторов сантехнического отсоса установлены ревизионные патрубки с крышками и уплотнителем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перекрытие отделений выполнено многослойным последовательно снизу вверх из слоев: жаростойкий бетон - огнеупорный теплоизоляционный материал - стальной лист.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве огнеупорного теплоизоляционного материала использована минеральная плита.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шинопроводы подогревных электродов на вертикальных участках выполнены разъемными.