Электролизер для получения легких металлов

Электролизер для получения легких металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналнстнчесинх .Респубпни

<» 723004 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21,03.78 (2t) 2593025/22 02 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 25.03.80. Бюллетень РЙ 11

Дата опубликования описания 28.03.80 (51)м. Кд.

С 25 С 3/00

С 25 С 3/04

Гесударстаенный нватет

СССР па делам нзабретеннй и етнритнй (53) УДК 669.721..372 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. В, Ю. М, В. Н.

A. Н.

Бондаренко, А. А. Рогаткин, А. П, Егоров, С. А. Иванов, Железнов, В. В. Журов, Н. М. Кирьянов, В. В. Клюкин, Калмыков, Э. H. Осадчий, М. И. Колесник, В. П Ч--mapauKg

Семченко, A. Е. Изумрудов, К. К. Сказка и "В. Т. Соловьев1

Запорожскии титано-магниевый комбинат (7I) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ

1!зобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическо-му способу производства легких ме аллов и направлено на совершенствование конструкции электролизера.

В настояшее время в магниевой промьппленности эксплуатируются электроли:.вры, футеровка которых состоит из oI неупорного и теплоизоляционного слоев.

Как правило, огнеупорный слой состоит из

3 шамотного кирпича, теплоизоляционный-из диатомитового.

Одним из сушественных недостатков этих электролизеров является высокая теплопроводность подины, что приводит к образованию настылей, накапливанию шлама, а в конечном итоге к уменьшению выхода по току, увеличению расхода электроэнергии, снижению производительности электролизера и т.п. Причиной высокой теплопроводности футеровки подины сушествуюших электролизеров являются не достаточно высокие теплоизолируюшие свойства применяемых материалов и несовершенство ее конструктивного исполнен ия.

Известен электролизер, в котором внутренняя поверхность футеровки облицована металлическими листами в виде соединенных между собой панелей, что позволяет всю футеровку выполнить из диатомитового кирпича, обладающего более высокими теплоизоляционными свойствами (1) .

Однако применить это техническое решение в производстве затруднительно так как непосредственный контакт облицовки < с электролитом и хлором приводит к быстрому ее выходу из строя и загрязнению электролита железом, неизбежно коробление облицовки в результате различия коэффициентов термического расширения облицовки и футеровки, а также значительной плошади- облицовки, подовая часть облицовки связана с катодами, что снизит выход по току в результате увеличения потерь магния со шламом.

Наиболее близким по технической сушности и достигаемому эффекту предлага7230 емому является электропизер для получения легких металлов (например, алюминия), содержащий заключенную в металлический кожух футерованную огнеупорным материалом ванну с установленными в 5 ней электродами и имеющий теплоизоляцию в виде воздушного слоя. Дпл теплового регулирования воздух подают в ко— робчатые секции, обрамляющие днище Кожуха стены электролизера, причем каждая 1ц секция имеет окно с заслонкой для регулирования количества приточного воздуха f2).

Однако указанный электролизер обладает рядом недостатков. Во — первых, коробчатые секции электролизера не только непосредственно связаны с окружающей средой, но и предполагают организацию принудительной циркуляции воздуха, для чего каждая секция снабжена окном с заспон— кой, Это предопределяет интенсивную кон.векцию воздуха в секции и теплообмен с окружающей средой, что не только не улучшает теплоизоляцию нодины, но и ухудшает ее. Во-вторых, конструктивное 25 исполнение теплоизоляции пре дполагает значителыцчо поверхность контакта между ограпичиваю цими воздушную прослойку плоскостями, так как коробчатые секции образованы днищем. металлического 30 кожуха„, металлическими двутавровыми балками и горизонтальной плоскостью, которал также может быть изготовлена из стали. Это неизбежно приведет к значительным потерям тепла через конструктив- у пые элементы электролизера, минуя воздушный зезор, что снизит эффективность теплоизоляции. В-третьих, теплоизоляция только днища ко>куха е решает вопросов повышения технологических показатЕлей 40 применительно к получению магния, так как зоной наиболее интенсивного настылеобразованил являются углы рабочего объеме электролизера. Образование настылей в углах приводит к охлаждению близ- 45 лежащих участков подины и дальнейшему распространению настылей. Указанные процессы обусловлены тем, что основной теплоотдаюшей поверхностью подины является нижняя часть вертикальных стен. 50

Цепь изобретения — повышение механическОй прОчности конструкции и увеличение выхода магния по току.

Укаэанная цель достигается тем, что теплоиэоляция электролизера вьгполнена в виде одного ипи нескольких воздушных слоев, каждый из которых изолирован от .Окружа1ощей среды и расположен вдоль

0 4

1внутренней поверхности днища кожуха и части стен выше подошвы электродов на

0,5 — 1,5 расстояния электрод-подина, а по крайней мере одной Ограничивающей

его поверхностью является огнеупорный блок, противополо>кные поверхности которого, расположенные вдоль кожуха, снабжены соосно размещенными опорами, предпочтительно пятачкового типа, с обшей

l плошадью их не более 1/35 поверхностей блоков, на которых расположены опоры, При этом каждый воздушный слой изолирован друг от друга. Футеровка электролизера может быть выполнена из блоков, поверхность которых покрыта непропитывающимся материалом, предпочтительно кремнийорганическим лаком.

Необходимость изоляции каждой из воздушных просаоек друг от друга и от окружающей среды обусловлена различием температуры. При наличии связи между воздушными. прослойками и окружающей средой неизбежно возникновение конвекции воздуха и непосредственный теплообмен. Это приведет к снижению теплоизолируюших свойств воздушных прослоек.

Влияние указанных процессов на настылеобразование проверено на практике. Температура воздуха в воздушной прослойке электролизера при отсутствии связи с окружающей средой составляет 70

110 С при температуре окружающей среды 20 С. В этих условиях настыль на

О подине электролизера отсутствовала. При наличии связи с окружающей средой средний уровень настылей на подине электролизера составил 30 мм.

Наличие воздушных прослоек на части вертикальных стен выше подошвы электродов на 0,5-1,5 расстояния электрод-подина необходимо для снижения настылеобразования в углах рабочего объема ванны.

В этом случае резко возрастает количество тепла, аккумулированное футеровкой подины, увеличивается температура ее верхнего слоя и снижается настылеобразование, так как основной теплоотдаюшей поверхностью подины является нижняя часть вертикальных стен. Если теплоиэоляция стен выше подошвы электродов больше 1,5 расстояния электрод-подина, то возможно нарушение теплового режима работы электролиэера, так как основной теплоотдающей поверхностью кожуха являются его вертикальные стены, имеющие непосредственный контакт с рабочим объемом ванны. Теплопотери в окружаю— шую среду днищем кожуха в данном случае снижаются в 2 раза, а соответству7230

5 ющими участками стен — в 3 раза. Повышение эффективности извлечения шлама обеспечивает нормальный тепловой режим работы электролизера, что связано с уменьшением истинной плотности тока в результате снижения пассивации катодов.

Расположение воздушных прослоек внутри футеровки позволяет также снизить расход огнеупорных материалов и уменьшить простои электролизера при капиталь- 10 ных ремонтах. Использованием менее теплопроводных в сравнении с известными техническими решениями материалов, например блоков из огнеупорного бетона, снабженных опорами пятачкового типа, до- .15 стигается минимальная поверхность контакта между блоками, а также блоками и кожухом, что в значительной мере сокращает приток. тепла к кожуху, а значит потери в окружающую среду, минуя воз- „20 душный зазор. Количество опор пятачкового типа выбирается из соображений механической прочности и обеспечения. необходимой теплоизоляции подины. Экспериментально установлено, то суммарная плошадь опор должна составлять не более

1/35 общей плошади поверхностей блоков, на которых они расположены. Опоры рас-положенных на противоположных плоскостях блоков желательно размешать соосно, что обеспечивает механическую прочность конструкции и необходимую теплоизоляцию по дины.

04 кет быТь достигнуто покрытием поверхности огнеупорных блоков непропитываюшимся материалом, например кремнийорганическим лаком.

На чертеже изображен предлагаемый электролизер.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2 из огнеупорного материала, электродов 3, бетонных блоков 4, один из которых снабжен соосно размещенными опорами 5, воздушных прослоек 6.

В процессе электролиза между электродами 3 выделяется тепло. Тепловой поток, пронизывая огнеупорный слой футеровки 2, встречает на своем пути воздушные прослойки 6, ограниченные кожухом

1, бетонными блоками 4, которые благодаря отсутствию связи с окружающей средой и друг с другом обладают большим тепловым сопротивлением, что способствует аккумулированию футеровкой подины значительного количества тепла и снижает настылеобразование.

Использование данной конструкции электролизера позволит повысить эффективность извлечения шлама и выход магния по току, экономить огнеупорные материалы, снизить трудозатраты и простои электролизера при капитальных ремонтах, эффективнее использовать объем электролизера, что создает условия для наращивания его мощности.

Предлагаемая конструкция элек-.роли зера создает благоприятные условия д и внедрения блочных методов ремонта н монтажа магниевых электролизеров. Устраняется повышенная теплопроводчость футеровки подины блочных электролизе-ров, обусловленная недостаточно высокими теплоизолируюшими свойствами огнеупорных бетонов, а также сложность, емонтажа блочных электролизеров, связанная с пропиткой огнеупорных блоков электролитом и значительной поверхностью контакта, между огнеупорным и т-lTJIoviç.— ляционным слоями футеровки. Использование бетонных блоков, снабженных опорами пятачкового типа, резко сокращает поверхность контакта и облегчает де.монтаж электролизера.

Учитывая повышенную пористость огнеупорного бетона, а также необходимость использования многослойной воздушной теплоизоляции, может возникнуть потребность в предотвращении возможности ог,неупорных блоков электролитом. Это моФормула изобр етения

1. Электролизер для получения легких металлов, содержащий заключенную в металлический кожух футерованную огнеупорным материалом ванну с установленными в ней электродами и имеющий теплоизоляцию в виде воздушного слоя, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения настылеобразования, повышения механической прочности конструкции и увеличения выхода магния по току, теплоизоляция выполнена в виде одйого или нескольких воздушных- слоев, каждый из которых изолирован от окружающей среды и расположен вдоль внутренней поверхности днища кожуха и части стен вы— ше подошвы электродов на 0,5-1,5 расстояния электрод-подина, а по крайней мере одной ограничивающей его поверх- ностью является огнеупорный блок, противоположные поверхности которого, расположенные вдоль кожуха, снабжены соосно. размещенными опорами, предпочтитель7 723004 8 но пятачкового типа, с обшей плошадью которых покрыта непропитываюшимся млих не более 1/35 поверхностей блоков, териалом, предпочтительно кремнийоргана которых расположены опоры. ническим лаком. 2. Электролизер по и. 1, о т л и ч а- Источники информации, ю ш и и с я тем, что каждый воздушный 5 принятые Во внимание при экспертизе слой изолирован друг от друга. 1. Авторское свидетельство СССР

3. Электролизер по пп. 1, 2, о т— № 520419, кл. С 25 С 3/04, 1975. л и.ч а ю ш и и с я тем, что его футе- 2. Авторское свидетельство СССР ровка выполнена из блоков, поверхность № 576355,,кл. С 25 С 3/08, 1975.

Составитель Г. Титова

Редактор А. Кравченко Техред М. Петко Корректор В. Byò ã

Заказ 534/7 Тираж 698 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

rio делам изобретений и открытий

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

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