Способ подготовки подины электролизера для получения алюминия к эксплуатации

Способ подготовки подины электролизера для получения алюминия к эксплуатации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПОДИНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДПЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ, включающий разогрев подины, заливку расплава солей, выбранных из группы, содержащей фториды и хлориды алюминия, кальция, магния, и подключение электролизера в цепь постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы электролизера за счет уменьшения прогиба подины в пусковой период в расплав солей дополнительно вводят натрийсодержащие соединения, предпочтительно фтористый натрий, соду, криолит, повышая постепенно их содержание в интервале от 5 до 20 мас.%.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что натрийсодержащие соединения вводят в несколько приемов с выдержкой между вводом каждой порции 4-10 ч.§(Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,.,SU„„24 90 (51)4 С 25 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Жся ур

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY С

ВИДЕТЕЛЬСТВУ Йфдя(, ур . (21) 2817050/22-02 (22) 14.09.79 (46) 23.09.85, Бюл. t> 35 (72) M.Ë.Блюштейн, М.Е.,Цынкин, В.Я.Никитин, В.В.Славин и Т.К.Федорова (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промьппленности (53) 669. 713. 7? (088.8) (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛГОТОВКИ ПОЛИНЫ

ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

К ЭКСПЛУАТАЦИИ, включающий разогрев подины, заливку расплава солей, выбранных иэ группы, содержащей Аториды и хлориды алюминия кальция, магния, и подключение электролизера в цепь постоянного тока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения срока службы электролизера за счет уменьшения прогиба подины в пусковой период в расглав солей дополнительно вводят натрийсодержащие соединения, предпочтительно Атористый натрий, соду, криолит, повышая постепенно их содержание в интервале от 5 до 20 мас.X.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что натрийсодержащие соединения вводят в несколько приемов с выдержкой между вводом каждой.порции 4- 10 ч.

Я24690

Изобретение относится к области получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава и может быть использовано на электролизерах всех типов при подготовке к эксплуатации после нового строительства или капитального ремонта.

Известный способ подготовки подины электролизера к эксплуатации включает в себя нагрев катодного уст-1О ройства за счет тепла, вьделяющегося либо при сжигании топлива, либо при прохождении электрического тока через электролизер.

Одной из основных целей нагрева

4 (обжига) подины является снижение интенсивности взаимодействия углеродистых материалов подины с натрием, вьделяющимся наряду с алюминием при электролизе.криолито-глиноземногорас"20 плава. Вьделение натрия начинается в мом нт пуска электролизера, т.е.

l в момент заливки на подину эксплуатационного электролита и подключения электролизера в цепь серии. Чем выше температура нагрева подины перед пуском, тем меньше пусковая деформация подины, вызванная взаимодействием с натрием.

Известен способ обжига наиболее близкий к данному техническому решению, обеспечивающий нагрев подины практически до эксплуатационных температур за счет использования в качестве дополнительного электро-. сопротивления обжигового солевого

33 расплава, состоящего из солей, выбранных из группы фторидов и хлоридов алюминия, .кальция, магния f2), В составе такого расплава отсутст40 вуют со.:и натрия и других металлов, способных взаимодействовать с угольными материалами.

Однако при заливке в электролизер эксплуатационного электролита 45 вместо обжигового расплава при пуске на электролиз взаимодействие угольной подины с натрием имеет место, причем в первую бчередь деформируются верхние слои подины и только 50 затем, по мере проникновения натрия вглубь, начинают деформироваться нижележащие слои. Неравномерность деформации подины по высоте приводит к выгибу подины вверх и к повы- Ы шению вероятности образования трещин, что, в конечном итоге, сокращает срок службы электролизеров.

Разница в величине деформации верхних и нижних слоев подины для данной температуры нагрева подины будет тем больше, чем выше активность (концентрация) фтористого натрия в электролите, и, соответственна, с целью уменьшения деформации подины под действием металлического натрия в электролит, как правило, вводят фтористый кальций и фтористый магний в количестве 5-10 масХ.

Однако разница в величинах деформаций верхних и нижних слоев подины остается значительной, что приводит к изгибу подины и повышенйю вероятности образования трещин.

Целью изобретения является снижение прогиба подины в пусковой период под воздействием натрия, уменьшение вероятности образования трещин и повышение срока службы электролизера.

Поставленная цель достигается тем, что после разогрева подины злектролизера, заливки расплава солей, выбранных из группы, содержащей фториды и хлориды алюминия, кальция, магния, и подключения электролизера в цепь постоянного тока, в расплав солей дополнительно вводят натрийсодержащие соединения, например фтористый натрий, соду, криолит, повышая постепенно содержание фтористого натрия в интервале от 5 до 20 мас.7, при этом натрийсодержащие,соединения вводят в несколько приемов, например 3-4, с вьдержкой между вводом каждой порции 4-10 ч.

Сравнительно небольшое разовое изменение концентрации (активности) натрийсодержащего соединения в солевом расплаве вызывает также небольшое увеличение деформациИ подины, в первую очередь ее верхних слоев, а выдержка между вводом натрийсодержащего соединения способствует выравниванию концентрации натрия по высоте подины, и, следовательно,выравни ванию деформаций различных слоев подины

После заливки в электролизер эксплуатационного электролита при пуске на электролиз суммарная величина деформации подины будет определяться величиной активности фтористого натрия (концентрацией фтористого натрия) в эксплуатационном элект» ролите, однако прогиб подины будет

824690 значительно снижен за счет более равномерного распределения внедрившегося натрия по высоте подины, Солевой расплав для реализации данного способа подготовки подины электролизера к эксплуатации должен готовиться на основе соединений, не ухудшающих и не осложняющих нормальный процесс электролиза, преимущественно на основе фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных элементов. В частности, могут быть использованы компоненты эксплуатационного электролита, такие как фториды кальция, алюминия, магния, натрия.

В лабораторных условиях исследовалась деформация углеродистых образцов, приготовленных из подовых блоков, при электролизе в расплавах 20 фтористый кальций-ATopHc TSIH алюминий-фтористый натрий, а также в эксплуатационном электролите. Соотношение концентраций фтористого кальция H ATopHcTQI o алюминия B oIIblTHbK 25 расплавах поддерживалось постоянным, равным 1,55,.à концентрация фтористого натрия изменялась. В остальном условия эксперимента поддерживались стандартными, принятыми при опреде- 30 ленин коэффициента стойкости углеродистых материалов при электролизе, Результаты приведены в таблице.

Как следует из таблицы, деформация углеродистого образца в расплаве, содержащем 20 мас.% фтористого

35 натрия, примерно равна деформации образца в эксплуатационном электролите, т.е. количество вводимого натрийсодержащего соединения в пере40 счете на фтористый натрий при использовании расплавов фтористый кальцийфтористый алюминий для реализации данного изобретения не должно евышать 20 ас

Пример 2. В электролизер, обожженный одним из известных методов, загружают смесь солей CaFg и A1F9, взятых в соотношении 1,55:1 и заливают 1 т эксплуатационного электролита, содержащего 85"95 мас.% криолита (3NaF A1F2). Электролизер включают в цепь серии и направляют солевои расплав, поддерживая на электролизере напряжение 20В. Количество сухих солей CaF и A1F загружаемых в электролизер, рассчитывают исхсдя из необходимости обеспечить содержание фтористого натрия в солевом расплаве 5 мас.%. После направления расплава напряжение на электролизере снижают до 4-5 В и ведут предварительный электролиз в тепр м .%.

В качестве натрийсодержащих соеди.. нений могут быть использованы соли, обычно применяемые для корректировки эксплуатационного электролита: фтористый натрий, криолит, сода. 50

Приготовление (наплавление) солевого расплава осуществляют либо в специальной печи, либо непосредственно в электролизере.

Использование данного способа подготовки подины электролизера к эксплуатации возможно после обжига подины любым известным способом, но особенно удобна и целесообразна такая подготовка подины к эксплуатации после обжига, когда при обжиге в качестве дополнительного электросопротивления используют солевой расплав, не содержащий солей щелочных металлов, в том числе и солей натрия.

В этом случае натрийсодержащее соединение вводится непосредственно в обжиговый солевой расплав после окончания обжига (разогрева футеровки электролизера до заданных температур).

-II р и м е р 1. Смесь солей следующего состава,мас.%; NaF 5, A1F 38, СаР— остальное, расплавляют н специальной печи, например в печи для направления электролита, в количестве, необходимом для создания на подине слоя равплава высотой 3-5 см. Вакуум-ковшом переносят расплав в электролизер, обожженный известными способами, например форсунками на жидком топливе, и подключают электролизер в цепь серии. Дпя обеспечения устойчивости протекания анодного процесса в электролизер заливают 0,5-1 т алюминия. Через 4-6 ч после начала электролиза в расплав вводят фтористый натрий или соду в количестве, обеспечивающем повышение концентрации фтористого натрия в расплаве до 1012 мас.%.- После растворения всего загруженного фтористого натрия ведут электролиз в течение 6-8 ч и затем концентрацию фтористого натрия в расплаве повышают до 14-16 мас.%. Через

8-10 ч солевой расплав вакуум-ковшом частично извлекают из электролизера и в электролизер заливают эксплуатационный электролит.

824690 чение 6 ч. Затем концентрацию фтористого натрия в солевом расплаве повьппают до 10 мас. вводя B солевой расплав криолит, Атористый натрий нли соду, через 6 - 8 ч — до 15 мас.%, и еще через 6 - 8 ч — до 18-20 мас. .

Во время предварительного электроли.за в электролиэер может быть залито

0 5-1,0 т алюминия. Предварительный электролиэ заканчивается через 8-10 ч после ввода последней порции натрийсодержащего соединения,. солевой расплав извлекают вакуум-ковшом из электролизера и в электролизер заливают эксплуатационный электролит. дополнительного электросопротивления, помещенного между подиной и анодом, солевого расплава, не содержащего в своем составе солей натрия и других элементов, способных вызвать деформацию подины, например расплава следующего состава, мас. : CaF2 6 1, A1F ЗЭ.

После подогрева электролизера до

1Î эксплуатационных температур (т.пл. 960 С) в расплав вводят натрийсодержащие соединения, аналогично предыдущим примерам. Для многократного использования расплавов с раз1S личным содержанием NaF они последовательно переливаются из уже подготовленного электролизера в электролизер, находящийся на предыдущей стадии подготовки подины.

Пример 3. Электролизер 6бжигают с использованием в качестве

99 п/п

Состав расплава, мас. (1 1 !

Относительная деформация, СаГ А1РЗ NaF МКР А120

37,5 5

35,5 10

0 5

1 57

2 54

3 51

4 48

0,19

0,5

0,42

33

0,60

31 20

36, 7 51,3

0,97

1,04

Редактор П. Горькова Техред М.Надь

Корректор А. Зимокосов

Филиал ПЛП "Патент", г.ужгород, ул. Лроектная, 4

Заказ 5965/3 Тираж 636 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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