Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия Советский патент 1993 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом расплавленных солей, и касается футеровки катодных устройств алюминиевого электролизера.

Цель изобретения - снижение расхода электроэнергии, улучшение сортности электролитического алюминия, увеличение срока службы электролизера и снижение стоимости монтажа подины.

Набивка подушки и нижней части межблочных и периферийных швов на высоту 0,2-0,4 высоты подового блока шихтой из подовой массы и кремниевой пыли при их соотношении в шихте 1:(0,1-0,4) обеспечивает снижение расхода электроэнергии, улучшение сортности электролитического алюминия, увеличение срока службы электролизера и снижение стоимости монтажа подины.

Достигается это тем, что с нагревом подины при обжиге и пуске электролизера в подушке и нижней части межблочных и периферийных швов происходит окисление пылевидного кремния, в результате чего осуществляется прирост массы подушки и швов и за счет этого - уплотнение их с одновременным повышением прочности связи швов с блоками. Кроме того, с выделением значительного количества тепла от окисления кремния повышается температура в подушке и нижней части швов, в результате чего снижается разность температур верха и низа швов и блоков, что способствует предотвращению образования в них трещин. В итоге повышается качество получаемых при обжиге подушки, межблочных и периферийных швов, за счет чего предотвращается проникновение расплавов под угольные подовые блоки и далее через по00

Ю

о

Ю Ю

ч

СА

душку в цоколь катода, тем самым устраняются недостатки известного способа.

Новизна заключается в том, что подушку и нижнюю часть межблочных и периферийных швов набивают шихтой из подовой массы и кремниевой пыли при определенном их соотношении в шихте, что обеспечивает повышение качества подушки, межблочных и периферийных швов в процессе обжига и пуска электролизера.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обна- ружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый способ футеровки катода электролизера для получения алюминия от прототипа, а именно: позволяющими за счет окисления пылевидного кремния в процессе обжига и пуска электролизера осуществить разогрев и самоуплотнение подушки и нижней части швов,

Выбранные условия лимитируются следующими факторами.

Увеличение соотношения подовой массы и кремниевой пыли в шихте более 1:0,1 не обеспечивает эффективного уплотнения швов и подушки и снижения разности температур верха и низа швов и блоков, что ведет к проникновению расплавов под угольные подовые блоки в катодный цоколь, а уменьшение менее 1 : 0,4 ведет к снижению коэффициента связи и проникновению алюминия под угольные блоки. Уменьшение высоты нижней части швов менее 0,1 высоты подового блока и увеличение более 0,4 высоты подового блока не обеспечивает необходимого снижения разности температур верха и низа швов для предотвращения образования в них трещин.

Для определения свойств межблочных и периферийных швов и подушки из шихты, состоящей из подовой массы и кремниевой пыли, готовили образцы в лабораторных условиях. На металлическое днище укладывали цоколь из диатомового и шамотного кирпича, на который набивали подушку толщиной 5 мм из шихты, приготовленной из подовой массы и кремниевой пыли при их соотношении в шихте, равном 1 : 0,1. Для этого использовали холоднонабивную подовую массу состава, мас.%: связующее каменноугольный пек и поглотительное масло) 16-17; твердый углерод остальное, и кремниевую пыль- отсев мельчайшей фракции от дробления кускового кристаллического кремния при производстве алюминиево-кремниевых сплавов. На подушку устанавливали угольные подовые

блоки размерами 40 X 55 X 220 (мм) с зазо ром 5 мм. Предварительно под блоки размещали железную полосу толщиной 4 MV (ширина 25 мм и длина 250 мм). Шихтой

указанного состава набивали межблочные швы и промежутки между блоками и боко вой футеровкой (последняя выступает на,с поверхностью блоков) на ВЫСОТУ 8 мм лт 0,2 высоты подового блока (40 мм). Верхнюк

часть зазоров набивали холоднонабивной подовой массой указанного состава. На образованную подину насыпали оборотные электролит (взят из промышленного электролизера) и алюминиевые опилки с содержанием 0,10 мас.% железа (для моделирования проникновения расплавов под угольные подовые блоки и в цоколь катода при обжиге подины). Образец заключали в специальную матрицу и помещали Е электрическую печь сопротивления. НагреЕ осуществляли со скоростью 80°С/ч. При достижении температуры расплавленногс алюминия 960°С измеряли температуру низа швов (блоков) с помощью хромельалюме- левых термопар, установленных пор угольные блоки при монтаже образца. Температура верха швов (блоков) равна температуре алюминия. После 8-часовой

выдержки отбирали пробу алюминия на определение в нем содержания железа и печь отключали, Проводили испытания остывшего образца на уплотняемость подушки i/ швов и на прочность связи соследних с блоками. Определяли суммарное термическое сопротивление футеровки катода (цоколь подушка и угольный блок) до и после термообработки. Швы и блоки исследовали нг предмет трещинообразования, а цоколь на наличие (отсутствие) в нем алюминия. Пример 1 приведен в таблице. В примерах 2 и 3 испытания проводила аналогично примеру 1 при следующих параметрах.

П р и м е р 2. Соотношение подовой массы и кремниевой пыли в шихте составляет 1:0,25.

Высота нижней части швов равна 12 мм или 0,3 высоты подового блока.

П р и м е р 3. Соотношение подовой массы и кремниевой пыли в шихте составляет 1:0,4.

Высота нижней части швов равна 16 мм

или 0,4 высоты подового блока.

В примерах 4-7 испытания осуществляли аналогично примерам 1-3 за пределами заявленных интервалов. Осуществляли испытания и по известному решению.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из табличных данных, способ футеровки катода электролизера для получения алюминия, выполненный по примерам 1-3, обеспечивает получение подушки, межблочных и периферийных швов при обжиге и пуске электролизера более высокого качества (повышается степень уплотнения и коэффициент связи швов с блоками, предотвращается образование трещин в швах и блоках), что позволяет предотвратить проникновение расплавов под угольные подовые блоки и далее в катодный цоколь, о чем свидетельствует отсутствие в последнем алюминия. В результате повышается термическое сопротивление футеровки катода (на 5,2%), что ведет к снижению расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия (на 46 кВт- ч/тн). Сохранение целостности подины способствует улучшению сортности электролитического алюминия (уменьшается содержание примеси

0

5

0

железа) и увеличение срока службы электролизера не менее, чем на 3 месяца. Стоимость монтажа подины за счет сокращения расхода подовой массы снижается на 164 руб. на один электролизер.

Формула изобретения

Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия, включающий набивку подушки, установку угольных подовых блоков и набивку межблочных и периферийных швов из подовой массы, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии, улучшение сортности электролитического алюминия, увеличе- ния срока службы электролизера и снижения стоимости монтажа подины, набивку подушки и нижней части межблочных и периферийных швов на высоту 0,2-0,4 высоты подового блока осуществляют смесью из подовой массы и кремниевой пыли при их соотношении 1:(0,1-0,4).

Использование: цветная металлургия, в частности производство алюминия электролизом расплавленных солей. Сущность, набивку подушки и нижней части межблочных и периферийных швов на высоту 0,2-0,4 высоты подового блока осуществляют смесью из подовой массы и кремниевой пыли при их соотношении 1:(0,1-0,4). Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия позволяет снизить расход электроэнергии, улучшить сортность электролитического алюминия, увеличить срок службы электролизера и снизить стоимость монтажа подины. 1 табл.

За единицу принято суммарное термическое.- сопротивление футеровки в исходном состоянии по известному решению.