Анодное устройство электролизера для электролитического рафинирования алюминия Советский патент 1992 года по МПК C25C3/10 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролитическим рафинированием, и касается конструкции электролизеров для рафинирования алюминия по трехслойному способу.

Целью изобретения является сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты и уменьшение расхода электроэнергии за счет улучшения технологического режима процесса электролитического рафинирования, увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышения термостойкости облицовочного слоя и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшения толщины гарнисажа в зоне катодною металла.

В анодном устройстве электролизера для электролитического рафинирования алюминия, включающем кожух, подину, бортовую теплоизоляционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, дополнительный слой толщиной 0,35-0.46 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из двух частей по высоте и расположен между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой теплоизоляционной футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0.4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты, нижняя - высотой 0,15-0.25 глубины шахты из

XI

О

ел

4

магнезита, а облицовочный слой толщиной 0,9-1,4 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича.

Наличие дополнительного слоя между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой футеровки, состоящего из двух частей по высоте, верхняя часть которого выполнена из теплоизоляционной каолиновой ваты или вермикулита, а нижняя - из магнезита, а также выполнение облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича обеспечивает сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты и сокращение расхода электроэнергии за счет улучшения технологического режима процесса электролитического рафинирования, увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышения термостойкости облицовочного слоя и снижения трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшения толщины гарнисажа в зоне катодного металла.

Увеличение теплового сопротивления бортовой футеровки в зоне анодного сплава ведет к снижению теплопотерь на этом участке и повышению за счет этого температуры анодного сплава, в результате чего уменьшается количество выделяемых анодных осадков, что ведет к снижению потерь меди. Плотность анодного сплава повышается.

С повышением температуры электролита за счет повышения теплового сопротивления (снижения теплопотерь) в этой зоне снижается плотность электролита, в результате (с учетом повышения плотности анодного сплава) предотвращается всплытие анодного сплава, а значит, и загрязнение катодного металла компонентами анодного сплава.

Кроме того, повышение температуры процесса рафинирования предотвращает выпэдание осадков, состоящих из тугоплавких компонентов электролита, на поверхность анодного сплава, а значит, и местную пассивацию анода, в результате чего напряжение на электролизере снижается, а растворимость более электроположительных, чем алюминий, компонентов анодного сплава уменьшается. Расход электроэнергии сокращается, а качество алюминия высокой чистоты улучшается.

За счет повышения теплового сопротивления (снижение теплопотерь) в верхней части бортовой футеровки на внутренней поверхности облицовочного слоя в области катодного металла уменьшается толщина гарнисажа, что позволяет снизить частоту

его обрубки, а значит, уменьшить трудовые затраты на обслуживание электролизера.

Высокая термостойкости облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича ведет к предотвращению образования в нем термических трещин при обжиге и пуске злектролизера вследствие колебаний температуры и местных перегревов, что предупреждает проникновение расплавов в

0 теплоизоляционную бортовую футеровку, что ведет к уменьшению загрязнения катодного металла примесью кремния. Облицовочный слой, не содержащий соединений магния, перестает быть источником загряз5 нения катодного металла примесью магния. Нижняя часть дополнительного слоя из магнезита защищена термостойким облицовочным слоем.

Выбранные интервалы лимитируются

0 следующими факторами.

Уменьшение толщины дополнительного слоя менее 0,35 толщины теплоизоляционной футеровки ведет к увеличению толщины гарнисажа на внутренней поверхности об5 лицовочного слоя в области катодного металла и уменьшению его в области электролита (менее оптимального размера для защиты облицовки, а значит, и бортовой теплоизоляционной футеровки от проник0 новения расплавов), а увеличение более 0,46 - к переохлаждению электролита, что приводит к сближению плотностей анодного сплава и электролита, выпаданию осадков, содержащих тугоплавкие компоненты.

5 на поверхность анодного сплава, что ведет к частичной механической пассивации анода и за счет этого к повышению напряжения на электролизере.

Уменьшение высоты верхней части до0 полнительного слоя менее 0,26 глубины шахты ведет к увеличению толщины гарнисажа в области катодного металла, а увеличение боле 0,40 - к уменьшению его в области электролита (менее оптимального

5 размера),

Уменьшение высоты нижней части дополнительного слоя менее 0,15глубины шахты ведет к уменьшению толщины гарнисажа в области электролита, а увеличение

0 более 0,25 - к появлению осадков из тугоплавких компонентов электролита, а значит, к пассивации анода, связанной с повышением напряжения и ухудшением качества катодного металла.

5 Уменьшение толщины облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича менее 0.9 толщины теплоизоляционной футеровки ведет к снижению надежности защиты бортовой теплоизоляционной футеровки от проникновения расплавов, а

увеличение более 1.4 к уменьшению полезного объема шахты электролизера при сохранении толщины бортовой теплоизоляционной футеровки и нерациональному использованию термостойкого материала.

На чертеже изображено анодное устройство, поперечный разрез.

Устройство содержит металлический кожух 1, к которому наклеен слой асбеста 2, бортовую теплоизоляционную футеровку 3 из шамота, облицовочный слой 4 из термостойкого корундового кирпича на фосфатной связке (марки КПФ-8), дополнительный слой, расположенный между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем и состоящий из двух частей по высоте: верхней части 5, выполненной из каолиновой ваты или вермикулита, и нижней 6, выполненной из магнезита, и подину 7.

В процессе эксплуатации электролизе- ра за счет повышенного теплового сопротивления бортовой футеровки R зоне катодного металла 10, а значит, в результате снижения теплопотерь на этом участке на внутренней поверхности облицовочного слоя 4 в области катодного металла по всему периметру образуется гарнисзж уменьшенной толщины, что облегчает обслуживание электролизера. В области электролизера 9 по этой же причине образуется гарнисаж небольшой толщины, но достаточной для защиты облицовочного слоя, обладающего повышенной термостойкостью, что ведет к повышению температуры электролита и предупреждению выпадания тугоплавких компонентов электролита на поверхность анодного сплава, что предотвращает частичную пассивацию анода. Снижение теплопотерь через нижнюю часть бортовой футеровки (в зоне анодного сплава) за счет повышения теп лово- го сопротивления ее на этом участке ведет к повышению температуры анодного сплава 8 и уменьшению количества выделяемых анодных осадков. Трещинообразование в облицовоином слое 4 отсутствует, что пред- отвращает проникновение расплавов в бортовую теплоизоляционную футеровку 3.

Пример 1. После установки металлического анодного кожуха, кладки цоколя и укладки подовых секций выполняют борто- вую футеровку. Толщина дополнительного слоя, расположенного между теплоизоляцией и облицовкой, составляет 50 мм или 0,35 толщины теплоизоляционной футеровки, выполненной из шамота (132 мм) и асбе- стового листа (10 мм).

Высота верхней части дополнительного слоя, выполненной из каолиновой ваты или вермикулита, равна 195 мм или 0,26 глубины шахты (750 мм)

Высота нижней части дополниrcm слоя, выполненной из магнезию, гопаплп- ет 113 мм или 0,15 глубины шахты.

Облицовочный слой выполнен и.) стойкого корундового кирпича марки КИФ 8, изготовленного на фосфатной связке (не содержит соединений магния), и составляет 195 мм или 1,4 толщины теплоизоляционной футеровки.

Выполненное анодное устройство использовано при промышленной эксплуатации рафинировочного электролизера. Для рафинирования используют алюминий-сырец, получаемый электролизом криолит-глиноземных расплавов, марки А5 с содержанием примесей железа, кремния и магния соотвег ственно 0.27: 0,20 и 0,012%.

На рафинировочном электролизере по результатам тепловых измерений определено тепловое сопротивление бортовой футеровки (теплоизоляции совместно с облицовкой) на различных участках: в зоне анодного сплава, электролита и катодного металла. Производят замеры толщины гар- нисажа, температуры анодного сплава.

Пример 2. Анодное устройство выполняют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного слоя 56 мм или 0.4 толщины теплоизоляционной футеровки. Высота верхней части дополнительного слоя 240 мм или 0,32 глубины шахты. Вмсота нижней части дополнительного слоя 150 мм 0,20 глубины шахты. Толщина облицовочного слоя 170 мм или 1,2 толщины теплоизоляционной футеровки.

Пример 3. Анодное устройство выполняют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного слоя 65 мм или 0.46толщи- ны теплоизоляционной футеровки. Высота верхней части дополнительного слоя 300 мм или 0,4 глубины шахты. Высота нижней части дополнительного слоя 188 мм или 0,25 глубины шахты. Толщина облицовочного слоя 130 мм или 0,9 толщины теплоизоляционной футеровки.

Для сравнения выполняют анодное устройство по известному решению.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, использование изобретения позволяет сократить потери меди (на 6%), повысить качество алюминия высокой чистоты от снижения в нем примесей железа, кремния и магния и снизить напряжение на электролизере (на 0,2 В), а значит, уменьшить расход электроэнергии в результате улучшения температурного режима процесса рафинирования, достигнутого за счет дифференциации теплевого сопротивления бортовой футеровки по ее высоте.

Предотвращение образования трещин в облицовочном слое позволяет предохранить бортовую футеровку от проникновения в нее расплавов, тем самым повысить ее срок службы и качество катодного металла.

За счет уменьшения толщины гарнисажа в области катодного металла уменьшается частота обрубки гарнисажа, что ведет к снижению трудозатрат на обслуживание электролизера.

За счет высокой термостойкости облицовочного слоя из корундового кирпича предотвращается образование трещин и проникновение через них в бортовую тепло- изоляционную футеровку расплавов. Срок службы бортовой футеровки увеличивается, а загрязнение катодного металла примесями из футеровки уменьшается.

На внутренней поверхности облицовоч- ного слоя в области катодного металла уменьшается толщина гарнисажа за счет повышения теплового сопротивления бортовой футеровки на данном участке, что позволяет уменьшить трудовые затраты на удаление гарнисажа.

Формула изобретения Анодное устройство электролизера для электролитического рафинирования алюми- ния, включающее кожух, подину, бортовую теплоизоляционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, отличающееся тем, что, с целью сокращения потерь меди, повышения качества алюминия высокой чистоты и уменьшения расхода электроэнергии, увеличения срока службы бортовой футеровки и снижения трудозатрат на обслуживание электролизера, дополнительный слой толщиной 0,35-0,46 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из двух частей по высоте и расположен между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижняя - высотой 0.15-0,25 глубины шахты из магнезита, а облицовочный слой толщиной 0,9-0,14 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича.

Изобретение относится к цветной ме- таллургии, конкретно к получению алюминия электролитическим рафинированием, и касается конструкции электролизеров для рафинирования алюминия по трехслойному способу. Цель изобретения - сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты, уменьшение расхода электроэнергии, увеличение срока службы бортовой футеровки и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера. Анодное устройство включает дополнительный слой толщиной 0,35-0,46 толщины теплоизоляционной футеровки, выполненный из двух частей по высоте и расположенный между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины от верхнего уровня бортовой футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижняя высотой 0,15-0,25 глубины шахты из магнезита, а облицовочный слой толщиной 0.9- 1.4 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича. 1 табл., 1 ил, ел с

За единиц : прщкмо в зоне анодного nrwn

тепловое сопротивление известной бортовой футеровки () - да,(-)- нет.

Продолжение таблицы

10