Способ производства бортовых блоков алюминиевого электролизера Советский патент 1985 года по МПК C25C3/06 

01

м

со ko Изобретение относится к цветной металлургии, в частности касается электролитическо1о получения алюминия . На алюминиевых электролизерах бортовую футеровку катодн111х устройств вьпюлняют теплоизоляционным и огнеупорным слоями, причем огнеупорный слой выполнен из угольных блоков, полученных в результате смешения углеродсодержащей шихты со связующим, с последую1цим формованием и обжигом , Однако согласно этому способу блоки в процессе предварительного прогрева игихты ванны, например, газовыми горелками перед его подкл чением в период пуска на электролиз и при эксплуатации электролизера, быстро окисляются, осыпаются и разрушаются (особенно торцовые угольные блоки, которые в период работы электролизера не защищены о воздействия рдсплава на гарнисажем ни настылями) . Анал.з статистическ даниь Х технологических нарушений указывает на то, что 60-70% этих нарушений приходится на прорывы расплава через бортовую торцовую футеровку вследствие ее разрушения на втором-третьем годах работы эле тролизера. Особенно интенсивно подвергаютс окислению, осыпаемости и разрушени угольные блоки в период предварительного прогрева подины, а также в течение нескольких суток в пуско вой период, когда незащищенная бок вая поверхность блоков находится под воздействием высоких тe fflepaтy и агрессивного расплава. В этот период идет быстрое окисление блоков кислородом воздуха, частички кокса осыпаются, прочность блоков снижается. Снижению стойкости блок в это время также способствует про : питка их натрием, находящимся в ра гшавлениом электролите. Взаимодействие всего этого комплекса отрицательных факторов приводит к преждевременномувыходу из строя катодного устройства и снижению технИко-экономически-к пок зателей процесса электролизаНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае мому результату является способ пр изводства бортовых блоков алгоминие го электролизера, включающий смешение измельченной углеродсодержащей 1Ш1ХТЫ со связуюпщм, формование смеси, обжиг и обработку блоков раствором. Обожженные блоки в известном способе обрабатывают раствором этилсиликата, содержащего до 45% SiOj 2JНедостатком известного способа является то, что в процессе электролиза кремний, находящийся в растворе этилсиликата, будет переходить в алюминий, загрязняя его. Поэтому в промыишенньк условиях использование таких блоков невозможно для получения алюминия марок А8, А7, в которых содержание примеси кремния не. должно превышать 0,10 и 0,16%. Особенно заметно этот отрицательный фактор проявляется в первоначальньй период (3-4 мес.) работы ванны, когда бортовые блоки не защищены гарнисажем. Именно в этот период расплав интенсивно воздействует на боковую футеровку, окисляя и разрушая ее боковые грани. Все примеси, содержащиеся в углеродистых частичках блоков, будут переходить в металл (в частности, при использовании блоков, пропитанных. этилсиликатом, будет поступать.в металл примесь кремния). С другой стороны, важно иметь наибольшую прочность бортовых блоков, так как в этот же первоначальный период работы ванны происходит интенсивная пропитка катода фторсолями, приводящая к деформациям стального катодного кожуха, который, в свою очередь, оказывает механическое воздействие на угольные, блоки. При недостаточной механической прочности в торцовых бортовых блоках образуются трещины, расплав проникает в цоколь, разъедает блюмсы, железо попадает в алюминий и ухудшает его сортность. Цель изобретения - повьш1ение срока службы бортовых блоков и качества получаемого в электролизере металла. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства бортовых блоков алюминиевого электролизера, включающему смешение измельченной углеродсодержащей шихты со связующим, формование смеси, обжиг и обработку блоков раствором, в качестве раствора используют насыщенный бopсодержащий раствор н обработку осуществляют в вакууме .

Кроме того, блоки обрабатывают в течение 40-120 мин при поддержании разрежения 0,4-0,7 мм рт.ст.

Как известно, бор является акцептором неспаренных электронов, проявляя себя как ингибитор или ловушка свободных радикалов, и снижает их концентрацию в углеродистом материале Снижение концентрации центров кристаллизации приводит к укрупнению микрокристаллов, поэтому, угольные материалы, содержащие бор, обладают резко возрастающей способностью к графитации. Все это способствует снижению окисляемости блоков, делает их более прочными, блоки не осыпаются в процессе предварительного прогрева подины и в пусковой период. Обработка блоков борсодержащим раствором в вакууме позволяет ускорить процесс пропитки получить лучшие прочностные характеристики блоков.

Качество пропитки углеродистых материалов в вакууме борсодержащим веществом зависит от величины остаточного давления (разрежения), создаваемого в вакуумной камере, наполненной борсодержащим раствором с помещенными в него угольными блок ми, длительности воздействия этого фактора, а также от геометрических размеров и угольных блоков и их физического состояния (например, температуры, пористости).

Для футеровки бортов шахты элект ролизеров используются стандартные блоки заданных размеров, имеющие пористость, определенную согласно техническим условиям.

Эффект увеличения механической прочности, снижения разрушаемости, увеличения срока службы начинает

проявляться после создания вакуума величиной 0,4 мм рт.ст. при продолжительности 40 мин. При этом 1/3 объема пор заполняется ингибитором. В дальнейшем при создании ;

более глубокого вакуума О,7 мм рт.ст. и увеличения времени вьщержки до 120 мин происходит полная пропигка бортовых угольных блоков. Дальнейшее понижение давления и увеличение времени вьщержки (опыт б У1) не улучшают достигнутого эффекта. Применение подогретого до 7090 С раствора позволяет добиться

5 полной пропитки блоков более качественно за минимальный срок, т.е. интенсифицирует процесс. Пример. Твердые углеродаютые материалы поступают на дробление, прокалку и размол. После их классификации производят дозировку и смешение со связукмцим. Полученную углеродистую массу подают на формование и обжиг. Изготовленные

5 таким образом торцовые бортовые

угольнйе блоки помещают в вакуумную камеру, заполненную подогретым до 70-90 0 насыщенным борсодержащим водным раствором. Уровень раствора

поддерживают таким, чтобы блоки полностью находилась в растворе. Затем включают вакуум, создавая разрежение 0,4-0,7 мм рт.ст. и вьщерживают блоки 40-120 мин, затем их извлекают из раствора, подсушивают и устанавливают на подину.

В таблице приведены сравнительные характеристики стойкости бортовых блоков и качества получаемого металла в пусковой период работы электролизеров.

Таким образом, предлагаемый.спбсоб позволяет за счет улучшения физико-механических характеристик повысить их стойкость в расплаве и . улучшить качество получаемого алюминия.

227

39,2

Известный

52

13,1 52,3

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БОРТОВЫХ БЛОКОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий смешивание измельченной углеродсодержащей шихты . со связующим, формирование смеси., обжиг и обработку блоков раствором, отличающийся тем, что, с целью повьпаения срока службы бортовых блоков и качества получаемого в электролизере металла, в качестве раствора используют насыщенный борсодержащий раствор и обработку осуществляют в вакууме. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что блоки обрабатывают в течение 40-120 мин при поддержании разрежения 0,4(Л 0,7 мм рт.ст. с