Способ изготовления углеродистого анода для электролитического получения алюминия

Способ изготовления углеродистого анода для электролитического получения алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретени е относится к области цветной металлургии, в частности к производству анодных материалов для электролиза алюминия. Цель изобретения повышение прочности, электропроводности и уменьшение расхода анода при электролитическом получении алюминия . Определяют плотность пека при температуре 140-180 С и рассчитывают необходимое количество связующего по формуле, учитывающей действительную и насьтную плотность прокаленного коксового материала и плотность связующего. Путем введения в формулу эмпирических коэффициентов учитывают недопропитку кокса пеком, изменение объема шихты за счет образования пековых прослоек между зернами кокса и. за счет .усиления прессования. Даны величины этих коэффициентов при изготовлении анодной массы самообжигающихся анодов и при изготовлении обожженных анодов, 2 з.п. ф-лы, 2 табл. i (Л to -J со со ел 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛф14 ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3866089/22-02 (22) 1.0.12.84 (46) 30 ° 12.86. Бюл. 1(- 48 (71) Всесоюзный ордена Октябрьской

Революции научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (72) Е.В. Литвинов, Л.П. Ласукова, A.Ô. Гребенкин и А,Ф. Товстенко (53) 669.713.72(088.8) (56) Янко 3.А., Воробьев Д.Н. Производство анодной массы. M.: Металлургия, 1975, с. 78-81.

Авторское свидетельство СССР

Н 1059931, кл. С 25 С 3/12, 1981, публ. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОГО АНОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ (5?) Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к (51)4 С 01 В 31/02 С 25 С 3/06 производству анодных материалов для электролиза алюминия. Цель изобретения повышение прочности, электропроводности и уменьшение расхода анода при электролитическом получении алюминия. Определяют плотность пека при температуре 140-180 С и рассчитывают необходимое количество связующего по формуле, учитывающей действительную и насыпную плотность прокаленного коксового материала и плотность связующего. Путем введения в формулу эмпирических коэффициентов учитывают недопропитку кокса пеком, изменение объема шихты за счет образования пековых прослоек между зернами кокса и. за счет .усиления прессования. Даны величины этих коэффициентов при изготовлении анодной массы самообжигающихся анодов и при изготовлении обожженных анодов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1279958 1 и отн. ед.

Ч 1и С1 н

{" н а г/смз

100, (1) 1

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству анодных материалов, включающих анодную массу и предварительно обожженные аноды, используемые соответственно на электролизерах с самообжигающимися и обожженными анодами для получения электрического алюминия, Целью изобретения является повы- 10 шение прочности, электропроводности и уменьшение расхода анода.

Сущность изобретения заключается в том, что необходимое количество связующего, зависящее от свойств про" 15 каленного коксового материала (действительной и насыпной плотности шихты) и плотности связующего при температуре смешения, определяют по формуле 20

Пористость шихты может быть рассчитана по формуле

Масса единицы объема, заполненного пеком, при этом составит

Суммарная масса пека и кокса в единице объема составит 1и н

-d +d„, г/см .

Ч

При этом содержание связующего (в процентах) может быть рассчитано по формуле где А — количество пека-связующего, мас.Х;

d4 — действительная плотность кок" сового прокаленного материала, г/см

d„ — насыйная плотность шчхты 30 коксового прокаленного материала, г/см ;

d, — плотность пека-связующего при 140-180"С (1,25-1,30 г/см )

k и k» — коэффициенты, указывающие па недопропитку кокса пеком и на увеличение объема шихты . эа счет пековых прослоек между зернами кокса, соответственно равны 0,95 и 0,901, 15.

Плотность связующего определяют при 140-180 С.

Подбор связующего с учетом пористой структуры кокса и пористости его насыпки, а также плотности связующего позволяет получать анодные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками (прочность, электро-! проводность и химическая стойкость) при использовании коксового материала различного происхождения и определенного гранулометрического сос" тава.

Количество связующего рассчитывается исходя из необходимости заполнения пеком пор в зернах кокса и пространства между ними в коксовой шихте.

При смешении пека с коксом не все поры кокса заполняются пеком, это в формуле учтено коэффициентом

k=0,95.

Кроме того, при смешении анодной массы за счет образования пековых прослоек .происходит увеличение объема коксовой шихты и, таким образом, снижения плотности, что учтено коэффициентом k,=0,90. При прессовании за счет воздействия давления происходит сжатие коксовой шихты, что учитывает коэффициент 1с„1,1 (для вибралцинного формования) и k,=1,15 (для гидравлического прессования).

Пример 1. Технологическое опробование анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых элек" тролизеров заключалось в следующем.

Предварительно определяли действительную плотность коксовой шихты, насыпную плотность кокса взвешиванием уплотненного объема и плотность пека-связующего при 140-160 С методом гидростатического взвешивания стального шарика в расплавленном пеке, затем по формуле рассчитывали необходимое количество связующего, принимая значение k=0,95 и

k,=0,90. Анодную массу, составленную из кокса-наполнителя и пекасвязующего в количестве, рассчитанном выше, смешивали при 140-160 С и загружали в металлические кожухи.

1279958

А и 1 н л

d„)dn.100, н где А

d„

kHk, Обжиг проводили в шахтной печи до максимальной температуры 1000+20 С со скоростью 100 град/ч и выдержкой при конечной температуре 2 ч ° Характеристики качества кокса-наполнителя необожженной и обожженной анодной массы приводятся в табл. 1. Для более детального исследования анодных м0сс в качестве кокса-наполнителя были взяты коксы трех видов (с различной термообработкой).

Проводили сравнение образца с расчетным (оптимальным) количеством пека-связующего с образцами, имеющими количество связующего, отличное от расчетного, а также с прототипом.

Расчетное количество пека-связующего приводит к улучшению показателей качества обожженной анодной массы (табл. 1) по сравнению с прототипом. Уменьшение или увеличение количества пека-связующего по сравнению с расчетным приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик: понижению прочности, увеличению удельного электросопротивления и общей разрушаемости в токе воздуха.

При использовании данного способа в производстве анодной массы для самообжигающихся анодов достигается стабильность пластических свойств массы и высокая эксплуатационная стойкость анодов при электролизе.

Кроме того, данный способ позволяет получить при любом виде коксового сырья анодную массу повышенного качества (см. табл. 1).

Пример 2. Проводили технологическое опробование обожженных анодных блоков. Предварительно определяли действительную и насыпную плотности кокса и плотность пекасвязующего при 160-180 С, затем рассчитывали необходимое количество связующего материала, приняв k=.0,95, 1с, =1,1.

Йихту коксового материала смешивали с пеком. Загружали в матрицу, разогревали до 140-160 С и прессовали образцы при максимальной нагрузке

40 MIIa в течение 2 мин. Прессованные анодные блоки обжигали в камерных печах открытого типа в заводских условиях при 1050-1100 С в течение

168 ч и охлаждали 252 ч.

Результаты технологического опробования приведены в табл. 2.

Для более детального и глубокого исследования обожженных анодных блоков в качестве кокса-наполнителя использовали коксы различного происхождения и разной степени термообработки.

Из приведенных данных следует, что образцы с расчетным (оптимальным) количеством пека-связующего превосходят образцы, изготовленные по способу-прототипу, по пористости, проч10 ности на сжатие и удельному электросопротивлению.

Данный способ может быть использован для любого вида коксового сырья, в том числе и для коксов раз15 личного происхождения. Отклонение количества пека-связующего от расчетной величины приводит к ухудшению качества анодных блоков.

Таким образом, способ изготовле20 ния углеродистых изделий обеспечивает стабильность свойств и повышение эксплуатационных характеристик анодов. Повышение прочности, электропроводности и химической стойкости анодных материалов приведет к уменьшению расхода анодов при электролизе алюминия.

Формула и з обретения

i. Способ изготовления углеродистого анода для электролитического получения алюминия, включающий измельчение и классификацию коксовых материалов, определения действительной и насыпной плотности коксовых материалов, дозировку и смешение их со связующим пеком, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повы40 шения прочности, электропроводности и уменьшения расхода анода, дополнительно определяют плотность пека при температуре 140-180 С и рассчитывают необходимое количество связующе45 го по формуле количество пека-связующего, мас. ; действительная плотность коксового прокаленного материала, г/см ; насыпная плотность шихты коксового прокаленного материала, г/см ; плотность связующего, г/см ; коэффициенты, указывающие на недопропитку кокса пеком

Таблица 1

Образцы

Показатели (-) . Пек расчетный

Пек расчетный

30,4 . 31,7 32,7 27,6 28,,9 30, 1

Содержание пекасвяэующего, Действительная плотность прокаленного кокса, г/см

2,03 2,03 2,03 2,035 2,035 2,035

Насыпная плотность шихты прокаленного кокса

1,249 1,249 1,249 1,318 1,318 1,3IS

Плотность пека-свяо зу ощего при 140-160 С, г/см

1,250 1,250 1,250 1,250 1,250 1,250

Пористость обожженной анодной массы, 25,9 24,,7 26,2 26,4 25,4 27,2

Предел прочности на сжатие, ИПа

38,2 45,2 42,1 36,1 45,6 40,8

Удельное электросопротивление, мкОм м ?2, 4 67,3 74„2 70, 63,7 76,2

Окисляемость в токе воздуха, 26,8

Осыпаемость в токе воз- 0,82 духа, Ж

Коэффициент текучести анодной массы, отн. ед.

28,3 24,3 19,0 31,8

0,96 0,98 0,52 1,26

19,5

0,60! в 72 1,98 2, 35 1,21 1,68 2, 12

5 t2?9958 6 и на изменение объема шихты определяют при 140-160 С, а коэффиза счет образования пековых циенты k u k соответственно равны

1 прослоек между зернами кокса 0,95 и 0,90. и за счет усилия прессования, 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— равные соответственно 0,95 5 шийся тем, что при изготовлеи О, 90-1, 15. нии углеродистого анода для алюминие2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю — вых электролизеров с обожженными ано- шийся тем, что при изготовле- дами, плотность связующего определянии углеродистого анода для самооб- ют при 160-180 С, а коэффициенты жигающихся анодов алюминиевых элек- !0 k и k„ соответственно равны 0,95 тролиэеров, плотность связующего и 1, 10-1, 15.

1279958

Продолжение табл. 1

Ту 48-5

80-76

Показатели

Образцы

Известный способ (-) Пек расчетный!

27,2 . 28,3

Содержание пекасвяэушщего, Е

29,3 26,0 28,0 30,0

Действительная плотность прокаленного кокса, г/см

Насыпная плотность ,шихты прокаленного кокса

Плотность пека-связующего при 140-160 С, г/@M3 1, 250 1, 250 1, 150

Пористость обожженной анодной массы, 28,5 28,0 28,7 29,0 28,9 30,0 Не более

Предел прочности на сжатие, МПа 30,6 38,5 29,2 30,0 37,0 28,0 Не более 30

Удельное электросопротивление, мкОм м 69,3

29,0 28,0 44,0

0,72 0,68 0,90

29,2 27,8 42,1

0,52 0,32 0,47

Окисляемость в токе воздуха, Ж

Осыпаемость в токе духа, 7

Коэффициент текучести анодной массы, отн. ед.

2,096 2,096 2,096 2,030 2,035 2,096

1,358 1,358 1,358 1,248 1,318 1,358

67,9 78,4 69,0 68,0 78,5 Не более 75

1,67 2,04 2,40 1,65. 2,07 2,30 1,6-2,4

1279958

Таблица 2

Образцы

Показатель (+ ) (-) Пек (+) расчетный

Содержание пека-связующего, Е 17,80 18,97 19,90 16,90 19,03 20,30 18,001

Насыпная плотПористость обожженных анодных блоков, 7 25, 3 24, 9 28,5 27,4 26,0 29,6 27,0

Действительная плотность прокаленного кокса, г/см ность шихты прокаленного кокса, г/см

Плотность пека при 160-180, p/см

Предел прочности на сжатие, ИПа

Удельное электросопротивление, мкОм м

Общая разрушаемость в токе

СО, г/см.ч (-) Пек расчетный

2, 131 2, 131. 2, 131 2,006 2,006 2,006 2,0452

1,334 1,334 1,334 1,275 1,275 1,2?5 1,293

1,248 1,248 1,248 1,248 1,248 1,248 1,48

299 386 266 172 382 159 335

696 572 718 735 598 786 652

0,127 0,116 0,150 0,115 0,108 0,125 0,093

1279958

Продолжение табл. 2

Образцы

Прототип (+) (-) Пек (+) расчетный

2,045 2,045 2,052 2,052 2,0522 2, 131 2,006 2,045

1,293 1,293 1,264 1,264 1,264 1э334 1в265 1 293

25,8 30,0 26,4 25,3 29,8 26,2 27,0 33,0 Не более 26

386 305 360 392 342 300 370 280 Неменее 25

64,3 68,9 63,8 61,2 67,6 68,0 67,0 78,0 Не более 65

0,087 0,1050 0,102 0,084 0,126 0,160 0,110 0,115 Не более

0,130

Составитель А. Арнольд

Редактор М. Циткина Техред В.Кадар Корректор И. Эрдейи

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пек расчетный

9,03 20,101 19,30 20,50 21,70 18,0 18,0 20,0

1,248 1,248 1,248 1,248 1,248

Заказ 7017/21 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

I Òó-485-148-76