Подина алюминиевого электролизера Советский патент 1986 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к электрометаллургии алюминия, в частности к оборудованию для получения алюминия электролизом, к устройству подины алюминиевого электролизера.

Целью изобретения является повышение срока службы подины.

Изобретение заключается в том,, что на боковых гранях углеграфитовых блоков выполнены углубления в шахматном порядке с шагом (2-4)d,гд d - диаметр углубления.

На фиг.1 изображена предлагаемая подина алюминиевого электролизера; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - установка для нанесения углублений на боковые поверхности углеграфитовых блоков.

Подина содержит углеграфитовые блоки 1, которые на боковой поверхности имеют углубления 2, токоподвоцящие стержни 3, межблочные швы 4 и теплоизоляционный цоколь 5.

Получение прочного шва и надежного сцепления его с блоком является одной из основных задач при монтаже обжиге и пуске алюминиевых электролизеров. Из практики обжига и пуска электролизеров известно, что центральные участки поверхности подины длительное время обжигаются при 750800°С. Температурные условия обжига и разогрева периферийных участков подины, расположенных между анодом и боковой футеровкой, существенно отличаются от условий обжига центральных участков подины.

Известные способы обжига периферии шахты не обеспечивают достижени устойчивой температуры 400-500С. Коксование подовой массы периферийных швов и периферийных участков шво между блоками в период обжига электролизера не происходит. Масса этих участков подины скоксовывается з пе вые часы пуска ванн на электролиз при скорости роста температуры несколько сот градусов в 1 ч. Кроме того известно, что с увеличением единичной мощности электролизера во растает неравномерность распределен тока по катодным секциям. Как показывают результаты измерения, в процессе пуска мош;ных электролизеров с верхним токоподводом на отдельных катодных стержнях величина тока достигает 19 кА, что выше номинальной нагрузки почти в 3,5 раза.

Вследствие прохождения тока серии через подину во всем ее объеме интенсивно вьщеляется тепло. При обьемном характере тепловьщеления тепловой поток к необожженному межблочному шву периферийных участков подины подводится через боковую поверхность подового блока. В шовном соединении выделение газовых продуктов разложения происходит в тонком слое, прилегающем к боковой поверхности блока. Интенсивное выделение летучих по всей поверхности раздела приводит к тому, что подовая масса, находящаяся в вязкопластическом состоянии, отжимается от поверхности подового блока фильтрующими газами. В результате такого характера движения газов структура раздела шов-блок получается пористой, а адгезионная связь низкой, особенно на тех участках подиныр где имеет место превьш1ение плотности тока в катодных стержнях выше номинальной. Ослаблени коэффициента связи приводит к образованию и раскрытию трещин. Следует отметить, что значительная доля прорывов металла отмечается в районах тех катодных секций, которые характеризуются повышенной токовой нагрузкой при обжиге и пуске электролизера. Наличие углублений на боковых поверхностях угольных блоков напряжения среза, которые имеют место в шовных выступах, позволяет при формировании структуры кокса в углеродистой шахте подовой массы уменьшить продольные силы, равномерно рассредоточить усадочную деформацию шовного соединения по их длине (вдоль блока) и тем самым устранить образование и раскрытие трещин.

Изучение силового взаимодействия системы блок-шов показывает, что углубления на боковых поверхностях блока в виде сквозных вертикальных пазов обеспечивают равномерное рассредоточение усадочных деформапий шовного соединения тогда, когда между шириной паза и выступом (расстояние между кромками углублений на поверхности блока) выдержано соотношение 0,5. Для подовой массы со средним гранулометрическим составом это соотношение обеспечивает выступ размером 5-10 мм. Однако усилия, которые возникают от действия усадочных и температурных деформаций, разрушают такие

312

выступы, с увеличением выступа нарушается равномерность рассредоточения усадочных деформаций и возрастает вероятность образования трещин в массиве обжигаемой углеродистой массы шовного соединения.

Углубления в виде глухих отверстий с шагом (2-4)d позволяют при шахматном их расположении обеспечить прочность боковой поверхности блока, равномерно рассредоточить усадочную деформацию швов и достичь монолитности подины на стадии обжига электролизеров.

Пример. В лабораторных уелоВИЯХ монтируют подину, состоящую из углеграфитовых блоков и межблочных швов, которые готовят из антрацитовой подовой массы. Антрацитовую подовую массу 6, предварительно разогретую до 15С°С, загружают в бункер 7 и методом прошивания прессуют блок 8 размером 55x40x200 мм (фиг.З). На боковых гранях зеленого блока набором зубчатых колес 9 наносят углубления диаметром 6 мм и глубиной 3 мм с шагом (1,5-5)d. Блоки обжигают в электропечи со скоростью 400 С/ч, с последующей выдержкой в течение 4 ч. Для ликвидации окислительной среды блоки обсыпают измельченным коксиком Обожженные блоки укладывают в ванну и в межблочный зазор шириной 40 мм забивают пневмотрамбовкой антрацитовую подовую массу. Обжиг подины проводят в условиях, приближенных к обжигу электролизера.

Влияние углублений на монолитность подины приведено в таблице. Шаг углублений менее 2d увеличивает вероятность разрушения боковых поверхностей углеграфитового блока. При шаге более 4d не обеспечивается минимальное количество углублений, необходимое для прочной связи блока и шва.

44

Наличие углублений на боковых поверхностях блоков в виде глухих отверстий повышает сцепление блока со швом и за счет напряжений среза,которые имеют место в шовных выступах, позволяет при формировании структуры кокса в углеродистой шихте шва уменьшить продольные силы, равромерно рассредоточить усадочную деформацию шва по длине (вдоль блока) и тем самым предотвратить образование и раскрытие трещин. Отсутствие трещин уменьшает вероятность попадания алюминия под блоки в процессе эксплуатации электролизера, тем самым способствует повышению срока службы подины.

Формула изобретения

Подина алюминиевого электролизера включающая подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями и межблочные швы, отличающаяся тем, что. с целью повышения срока службы подины, на боковых гранях подовых углеграфитовых блоков в шахматном порядке выполнены углубления с шагом (2-4)d, где d - диамет углубления. Блоки с глухими отвер0,05 не обнаружены 0,08 стиями

Изобретение может быть использовано в цветной металлургии при производстве алюминия электролизом расплавленных солей. Целью изобретения является повышение срока службы резины. Подина алюминиевого электролизера содержит углеграфитовые блоки, которые на боковой поверхности выполнены с углублениями в шахматном порядке с шагом

6 7

9 8