Футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера

Футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ФУТЕРОВКА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА с.катодным кожухом и угольными подовыми блоками, включающая огнеупорный и теплоизоляционный слой, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы и стабилизации теплового режима электролизера , снижения расхода фтористых солей на пропитку футеровки, теплоизоляционный слой выполнен из двух слоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности - верхнего с плотностью 1,2-1,8 т/м, нижнего ,1 т/м, общая высота теплоизоляционного слоя составляет 0,5-1,0 сл высоты подового блока, причем соотношение высот верхнего и нижнего слоев составляет

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)e С 25 С 3/08.Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /" ."

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3669658/22-02 (22) .Об. 12.83 (46) 07.10.85. Бюл. Ф 37 (72) В.Е. Прутцков, B.Ê. Никитенко, И.М. Бастрыга, Е.П. Концур, В.Я. Никитин и С.А. Артеменко (71) Днепровский ордена Ленина алюминиевый завод им. С,М. Кирова и

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промьппленности (53) 669.71.472(088.8) (56) Производство алюминия. Справочник металлурга по цветным металлам.

М.: Металлургия, 1976, с. 187,.

Авторское свидетельство СССР

9 619547, кл. С 25 С 3/08, 1971.

Беляев А.И. и др. Электрометаллургия алюминия. М.: Иеталлургиздат, 1953, с. 37-40.

Кайнарский И.С. и др. Корундовые огнеупоры и керамика. М.: Металлургия, 1981, с. 11.

„„Я0„„1183564 А (54) (57) ФУТЕРОВКА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА с.катодным кожухом и угольными подовыми блоками, включающая огнеупорный и теплоизоляционный слой, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения срока службы и стабилизации теплового режима электролизера, снижения расхода фтористых солей на пропитку футеровки, теплоизоляционный слой выполнен из двух слоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности — верхнего с плотностью 1,2-1,8 т/м, нижнего

0,8-1,1 т/м, общая высота теплоизоляционного слоя составляет 0,5- l,0 высоты подового блока, причем соотношение высот верхнего и нижнего слоев составляет (1:1)-(1:2).

1183564

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом криолитглиноземного расплава.

Цель изобретения — повышение сро- 5 ка службы и стабилизация теплового режима электролизера, снижение расхода фтористых солей на пропитку футеровки.

Для этого теплоизоляционная часть 1О .футеровки, расположенная между огнеупорным кирпичем и днищем катодного кожуха, выполнена из двух слоев хорошо уплотняющего насыпного материала с различной степенью уплотнения: 15 верхнего — максимально уплотненного и нижнего — уплотненного в меньшей степени, выполняющего роль теплоизоляционного компенсационного слоя.

В качестве насыпного материала может "ыть использован глубокопрокаленный глинозем с содержанием Al О 852 3

95/., а так как Аl, О, входит в состав криолитглиноземного расплава, то пос-25 ле использования в качестве футеровки он может применяться как компонент при электролизе (утилизация). Кроме того, глубокопрокаленный глинозем имеет значительные отличия от. других gg разновидностей глинозема. Высокая тем пература кальцинации (более 1200 С) при участии минерализаторов приводит к резкому изменению формы зерен глинозема. Межкристальные промежутки исчезают, а поверхность зерен в результате перекристаллизации, превращения г -в eL-фазу становится шероховатой. Такой глинозем не течет, как жидкость. имеет угол естественного 4О

) оТКоср 48-50 и высокую сцепляемость.

При глубокой прокалке поверхность глинозема снижается до 0;6-0,8 м /г.

Снижается его химическая активность, способность адсорбировать фторсоли

«и растворимость в электролитах промышленных электролизеров. Глубокопро" каленный глинозем значительно уплотняется под действием статических нагрузок. При изменении нагрузки от

1 до 100 кг/см плотность его изменяется с 0,55 до 1,55 г/см, т.е. способность компенсировать усилия, развивающиеся в катоде электролизера, значительно выше, чем у других разновидностей глинозема. Под воздействием вибрации глубокопрокаленный глинозем уплотняется до 1,39-1,87 r/ñì .

Пористость уплотненного образца менее 657..

Уплотненный до 1,2-1,8 г/см глубокопрокаленный глинозем в верхнем слое,, имея низкую удельную поверхность и малую пористость, является надежной защитой днища катодного кожуха от воздействия жидкого алюминия и значительно снижает скорость пропитки расплавом фтористых солей нижнего слоя по сравнению с металлургическим глиноземом. Поэтому этот слой размещают в непосредственной близости от катодных угольных блоков или отделяют от блоков 1-2 рядами кирпича (выравнивающим слоем).

Уплотненный до 0,8-1,2 г/см глубокопрокаленный глинозем в нижнем слое под.действием значительных вертикальных усилий, развивающихся в катоде электролизера, может уплотняться далее и компенсировать эти усилия, предотвращая разрушение катода. За счет более высокой пористости он обладает низкой теплопроводностью. Теплопроводность нижнего слоя вследствие надежной защиты от пропитки верхним уплотненным слоем при эксплуатации не только не повышается, а наоборот уменьшается вследствие аномально сильного снижения теп I лопроводности глубокопрокаленного глинозема с повышением температуры.

Этот слой размещают между днищем и слоем, уплотенным до 1,2-1,8 г/смэ.

На чертеже показана схема размещения слоев.

Для уменьшения пропитки расплавом фторсолей цоколя и. обеспечения оптимального расхода глубокопрокаленного глинозема предлагаются пределы соотношения верхнего и нижнего слоев от

1:1 до 1:2 при общей высоте насыпного цоколя 0 5 — 1,0 высоты катодного блока. Эти пределы учитывают особенности конструкции катодных кожухов, применяемых в алюминиевой промышленности, а также расширяют воэможности в направлении снижения энергетических затрат.

Пример. В условиях действующего электролизного цеха смонтированы два электролизера: один опытный, футеровка катодного устройства которого выполнена из глубопрокаленного глинозема с c(,-А1 О, 85-95Х, уложенная двумя слоями в соотношении 1:1, др гой — типовой в качестве свидете4

Продолжение. табл.l

1183564 ща

219 . 345

219 345

218 346

80

210-218 342-352

10

195 238

200 275

204 289

206 297

211 319

20

40

211

331 ля. Верхний слой на опытной ванне уплотнен до 1,6 г/см, нижний 2до 1 05 г/см . Суммарная толщина слоев составляет 260 мм. Поверх слоев глинозема укладывают два ряда 5 шамотного кирпича 3 (выравнивающий слой), на который устанавливают катодные угольные блоки 4. Второй электролизер типовой, футеровка состоит из диатомового кирпича — 3 слоя, ша- 10 мотного кирпича — 2 слоя, угольной подушки толщиной 50 мм и угольных катодных блоков. Расчетное тепловое сопротивление футеровки для опытного электролиэера составляет 15 м2ч C м2ч С

1,16, для типового 2,18 ккал ккал

Оба электролизера вводят в эксплуатацию в одинаковых условиях Объективным показателем, характеризующим 20 изменения, происходящие в футеровке, является изменение температуры днища кожуха электролизера при его эксплуатации.

Изменение температуры днища для 25 опытного и типового электролизеров приведены в табл. 1.

Та блица 1

Время, прошедшее Температура днища о после пуска элек- С тролиэеров в эксплуатацию, Опытный Типовой сут

+* — стабильная температура днищ в течение 14 мес, со дня пуска

Из приведенных данных видно, что опытная футеровка, имея гораздо меньшее начальное тепловое сопротивление, в значительно меньшей степе..ни подвергаясь физико-химическим превращениям, медленнее пропитывается расплавом и поэтому ее тепловое сопротивление в процессе эксплуатации становится значительно большим, чем у типовой, уже на 10-й день после пуска.

Через 42,/ мес. эксплуатации опытный электролизер специально отключен для обследования состояния футеровки. Перед отключением электролиэер давал алюминий высших сортов .А8. Демонтаж электролизера производят "всухую", т.е. без заливки водой.

В центральной части подины в верхнем уплотненном слое и нижнем не уплотненном отбирают по 3 пробы для исследования химическим и рентгеноструктурными анализами.

Результаты представлены в табл.2, из которых следует, что защитный уплотненный слой практически не пропитывается фторсолями, а в нижнем менее уплотненном слое лишь на границе с кожухом найден сконденси ровавшийся А1Р, содержание которого 8-10Х.

1183564

Таблица 2

Химический аналз, Ж

Место отбора

Проба

Рентгеноструктурный анализ

a(,-А1 О, Верхний уплотненный до 1,6 г/смз слой

Не обнаружен 0,30

Оъ28 с А1гОз

0,22 с(-А1,03

A1ã Оз

Не обнаружен

Нижний уплотненный

Не обнаружен до 1,05 г/смз слой

5,32/7,82*

6,56/9,64

О, 22 о -Аlг Оз AIF3

0Ä 20 g-А1г Оз AIF

* — в знаменателе содержание AIF

Футеровку типового электролизера, отключенного через 42 мес., также подвергают исследованию. В центральной части подины из каждого ряда диатомитовой кладки отбирают 3 пробы (по высоте) . Результаты представле-. ны в табл. 3, из которых следует, что диатомитовая футеровка пропитывается практически на всю высоту фтористым натрием и фтористым алюминием, общее содержание которых

30

Таблица 3

1 т

Фазовый анализ

Проба

Сумма фторсолей, Ж

NaF

A1Fç

А1г Оз

22,94

22,9

14,66 39,5 43,0

31,0

10,0 74,0

11,64 39,9 41,9

31,0

3,1

72,9

22,9

14, 01

37,6

41,9

27,5

69,4

9,77

Футеровка из глубокопрокаленного глинозема полностью использована для второй кампании электролизера.

Таким образом, внедрение изобретения позволяет экономить дорогостоящие фтористые соли, защитить днище катодного кожуха электролизе1 !

Химический анализ,, % составляет 69-74Х. Таким образом, используя защитный уплотненный слой из хорошр уплотняющего малоактивного по отношению к расплаву материала можно практически полностью защитить нижний слой теплоизоляции из того же материала (в данном случае из гпубокопрокаленного глинозема).

Степень пропитки опытной футеровки на порядок ниже, чем обычной из .диатомита. ра от воздействия жицкого алюминия и расплава фторидов, повысить технико-экономические показатели электролиза за счет стабилизации теплоизо55 .ляционных своиств футеровки во времени, Зкономический эффект составляет более 2 тыс. руб. на электролизер.

1183564

Составитель Н. Харлампиева

Редактор H. Яцола Техред М.Кузьма Корректор В. Бутяга

Заказ 6232/28 Тираж 636 По -.писное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4