Подина алюминиевого электролизёра
Предложение относится к цветной металлургии, к электролитическим процессам получения алюминия из криолит-глиноземных расплавов (метод Эру-Холла) и направлено на совершенствование катодного устройства алюминиевого электролизера. Катодное устройство представляет собой заключенную в металлический кожух шахту, выложенную угольными блоками. Стыковочные межблочные швы заполнены углеграфитовой массой и карбонизированы обжигом. Снизу к угольным блокам прикреплены токоотводящие чугунные катодные стержни. Шахту называют подиной алюминиевого электролизера. Предлагаемое усовершенствование катодного узла позволит защитить межблочные подовые швы от разрушения, улучшить их качество, что приведет к увеличению срока службы электролизера и повышению сортности алюминия; улучшить контакт жидкого алюминия с подиной и снизить скорость циркуляции алюминия, что приведет к более стабильной работе электролизера, снижению числа «анодных вспышек», вследствие чего повысится «выход алюминия по току» и снизится количество вредоносных газообразных отходов. Ил. - 2; форм. - 6 з.п.ф.
Предложение относится к цветной металлургии, к электролитическим процессам получения алюминия из криолит-глиноземных расплавов методом Холла-Эру и направлено на совершенствование катодного устройства алюминиевого электролизера.
В настоящее время известны электролизеры для получения алюминия, из которых наиболее характерными можно считать конструкции электролизеров, содержащих анодное устройство, системы газоулавливания и системы ошиновки и катодное устройство, представляющее собой заключенную в металлический кожух шахту, выложенную углеграфитовыми блоками. Стыковочные швы между блоками заполнены углеграфитовой массой, которую карбонизируют перед пуском электролизера методом обжига. Снизу к угольным блокам прикреплены токоотводящие чугунные катодные стержни. Такая шахта является подиной алюминиевого электролизера [Альфа-Металл » Продукция » Справочники » Металлургия алюминия (И.А. Троицкий, В.А. Железное.) » Глава XV конструкция алюминиевых электролизеров, их монтаж и демонтаж »; Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971; RU 
2239004, C25C 3/00, 2003.].
Существенными и очевидными недостатками известных электролизеров является отсутствие зашиты межблочных швов от разрушения и подовых блоков от оседания на них нерастворенного глинозема, что приводит к ухудшению работы пары анод-катод, вызывает нежелательную циркуляцию металла и отражается, в конечном итоге, на выходе и качестве алюминиевого сырья.
Известно также выполнение межблочных швов подины за счет изменения конфигурации подовых блоков электролизера [RU 2120500, C25C 3/00, 1998.].
Недостатком этой конструкции подины является необходимость изготовления нестандартных индивидуальных блоков, что усложняет конструкцию и монтаж, приводит к удорожанию и не решает проблем осадков на подине и циркуляции металла.
Технической задачей и положительным результатом данного технического решения является устранение отмеченных недостатков аналогов, улучшение защиты межблочных подовых швов, увеличение срока их службы и получение при этом более качественного металла.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что подина алюминиевого электролизера содержит углеграфитовые блоки, межблочные и периферийные швы, с набойкой из подовой массы, при этом швы, в верхней их части, по всей длине снабжены углеграфитовыми вставками-крышками, которые имеют в поперечном сечении форму треугольника или трапеции, закреплены основанием к подовым блокам с помощью пазов и углеграфитовой пасты, а верхняя часть этих вставок-крышек погружена в жидкий алюминий и служит дополнительным токоотводом.
Подина характеризуется тем, что вставки-крышки имеют на разных участках различную высоту.
Подина характеризуется также тем, что вдоль границы раздела жидкого металла и электролита к бортам шахты с помощью пасты и графитовых штифтов прикреплен ряд вставок-крышек, изготовленных из стойкого к эрозии материала.
Подина кроме того, характеризуется тем, что на поверхности дна шахты вдоль боковых бортов, на расстоянии 20-70 см от них установлен сплошной барьер из углеграфитовых вставок, имеющих в поперечном сечении форму треугольника с острым углом у основания, направленным к центру электролизера, которые соединены с подовыми блоками с помощью пазов, графитовых штифтов и углеграфитовой пасты.
Подина имеет барьер установленный вдоль всего периметра шахты.
Подина имеет часть швов закрытых вставками-крышками, которые наиболее подверженные разрушению.
Подина алюминиевого электролизера более подробно раскрывается со ссылкой на чертежи, где:
на фиг. 1 показана конструкция подины - аналога;
на фиг. 2 - конструкция подины, разработанной в рамках данной заявки.
Подина алюминиевого электролизера содержит подовые блоки 1, межблочные швы 2, токоотводящие чугунные или стальные стержни 3, периферийные швы 4, вставки-крышки 5, 6.
Работа подины осуществляется следующим образом. Смонтированную подину с набитыми межблочными и периферийными швами 2, 4 и установленными вставками-крышками 5, 6 обжигают в соответствии с принятой на предприятии технологией обжига подины. При этом происходит формирование и карбонизация швов в условиях замкнутого, но проницаемого для пиролитических газов и возгонов пространстве. Сформированные в таких условиях швы получаются более однородными и плотными поскольку не увеличиваются в объеме и не вспучиваются газами, выделяющимися в процессе пиролиза и испарения связующего, входящего в состав набоечной массы.
По окончании обжига подину заполняют необходимым по принятой технологии количеством жидкого алюминия и электролита, погружают в расплав электролита анод(ы) и далее проводится процесс электролиза по существующей на предприятии технологии. Находящийся на дне подины слой жидкого алюминия полностью покрывает крышки-вставки 5 и суммарная площадь соприкосновения жидкого металла с поверхностью подины от этого увеличивается, плотность катодного тока снижается, следовательно, снижается вероятность скачка напряжения между электродами, и образования анодного эффекта, выход металла по току возрастает.
В процессе электролиза в электролитическую ванну, как правило, со стороны боковых бортов, периодически добавляют глинозем (в виде порошка или спекшихся комков). Попадая на дно ванны, глинозем частично остается у бортов в виде гарнисажа, постепенно растворяясь в электролите, а частично дрейфует по поверхности подовых блоков 1 под слой жидкого алюминия и, будучи диэлектриком, изолирует поверхность подины от слоя жидкого алюминия. Выставленные вдоль бортов подины барьеры, выполненные в виде треугольных вставок с острым углом направленным к центру подины и закрепленные с помощью, например, пазов треугольной формы, на расстоянии 20-70 см. от них (на рисунке не показаны), препятствуют распространению глиноземного осадка к центру подины, снижая вероятность возникновения анодного эффекта, а острый угол наклона позволяет скребку беспрепятственно скользить по грани барьера при чистке подины.
Крышки-вставки 5 защищают швы 2, 4 от проникновения жидкого металла и электролита по швам к нижней части подовых блоков 1 и к катодным стержням-токоотводам 3, предотвращая их растворение в алюминии и снижение сортности производимого металла.
Возвышаясь над поверхностью подины на разных участках на высоту от 2 до 20 см. (в зависимости от высоты столба технологического слоя алюминия), крышки-вставки препятствуют циркуляции жидкого металла, что приводит к снижению скорости растворения алюминия в расплаве электролита, следовательно к повышению выхода по току.
Крышка-вставка 6 крепится с помощью, например, пазов графитовых штифтов и углеграфитовой пасты к бортовой футеровке подины вдоль линии раздела алюминия и электролита и защищает боковую футеровку от эрозии. Ее можно изготавливать из материалов с низкой электропроводностью, например, стеклоуглерод с добавкой или покрытием из нитрида бора.
Предлагаемое усовершенствование катодного узла позволит защитить межблочные подовые швы от разрушения, улучшить их качество, что приведет к увеличению срока службы электролизера и повышению сортности алюминия; улучшить контакт жидкого алюминия с подиной и снизить скорость циркуляции алюминия, что приведет к более стабильной работе электролизера, снижению числа анодных вспышек, вследствие чего повысится выход алюминия по току и снизится количество токсичных газообразных отходов.
1. Подина алюминиевого электролизера, содержащая углеграфитовые блоки, межблочные и периферийные швы с набойкой из подовой массы,отличающаяся тем, что подина снабжена углеграфитовыми вставками-крышками, расположенными в верхней части швов по всей их длине, имеющими в поперечном сечении форму треугольника или трапеции и закрепленными основанием к подовым блокам с помощью пазов и углеграфитовой пасты, а верхняя часть этих вставок-крышек расположена в жидком алюминии для дополнительного токоотвода.
2. Подина по п.1, отличающаяся тем, что вставки-крышки имеют на разных участках различную высоту.
3. Подина по п.1, отличающаяся тем, что вдоль границы раздела жидкого металла и электролита к бортам шахты электролизера с помощью пасты и графитовых штифтов прикреплен ряд вставок-крышек, изготовленных из стойкого к эрозии материала.
4. Подина по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности дна шахты электролизера вдоль боковых бортов и на расстоянии 20 - 70 см от них установлены в виде сплошного барьера углеграфитовые вставки, имеющие в поперечном сечении форму треугольника с острым углом у основания, направленным к центру электролизера, которые соединены с подовыми блоками с помощью пазов, графитовых штифтов и углеграфитовой пасты.
5. Подина по п.4, отличающаяся тем, что барьер установлен вдоль всего периметра шахты.
