Ванна для хранения и рафинирования расплава алюминия

 

Изобретение относится к конструкции ванны для хранения и рафинирования расплава алюминия. Сущность: введение небольшого количества фторида металла или фторсиликата в огнеупорную волокнистую изоляционную футеровочную панель для футеровки ванны препятствует инфильтрации во внутренние полости, имеющиеся в футеровке, расплавленного алюминия. 11 з.п.ф-лы.

Bзобретение относится к металлургии, а более точно, к ванне для хранения и рафинирования расплава алюминия.

При рафинировании алюминия было обнаружено, что использование футерованных литых чугунных труб, имеющих внешний подогрев, в качестве емкостей для рафинирования имеет недостатки, связанные с ограниченным и неизвестным заранее сроком их службы. Это является следствием выхода из строя литых чугунных труб из-за появления трещин в стенках труб, их деформации, хлорной коррозии или вымывания материала стенок. Кроме того, форма этих труб не обеспечивает их легкую очистку, что вызывает существенные трудности при их промышленной эксплуатации.

В попытках преодолеть такие недостатки были предложены различные варианты, среди которых следует отметить систему рафинирования, содержащую футерованную емкость, в которой имеются вертикальные трубчатые погружные нагреватели, например, трубы из карбида кремния, внутри которых расположены спиральные нагревательные элементы электросопротивления, причем эти трубы подвешены на крышке этой емкости. Однако такие нагреватели имеют ограниченный срок службы, причем их замена очень трудоемка. Если нагреватель вышел из строя вследствие повреждения трубы из карбида кремния, то куски разломанной трубы могут часть забивать сопло, через которое подается газовая среда в расплавленный алюминий, находящийся в емкости. Вдобавок к этому, такую систему очень трудно очищать из-за наличия множества выемок между соседними нагревательными трубами, а также из-за малых промежутков между трубчатыми нагревателями и стенками емкости, в которых будет накапливаться шлак, удаление которого затруднительно обычным способом.

Известна ванна для хранения и рафинирования расплава алюминия, содержащая корпус, футерованный огнеупорный футеровкой, выполненной из двух слоев, внутренний из которых содержит фторид щелочного или щелочноземельного металла или фторсиликат. В корпусе футеровка двух противоположных боковых стенок имеет графитовые блоки, снабженные электрическими нагревательными элементами, расположенными в вертикальных отверстиях, проходящих в графитовых блоках, причем эти отверстия открыты вверху и заглушены снизу. Это позволило получить внутренний источник нагрева, лишенный недостаток, присущих погружены нагревателям. Срок службы нагревателя был увеличен, была уменьшена его эрозия, снижена трудоемкость ремонтных работ. Известная ванна также содержит по крайней мере одно вращательное газораспределительное устройство, расположенное внутри корпуса, а также входное и выходное устройство для расплавленного металла и для газов.

Все огнеупорные системы, использующие графитовые блочные нагреватели, оказались достаточно эффективными при промышленной очистке алюминия. Тем не менее, потребовались дополнительные усовершенствования таких систем, в результате которых были преодолены определенные эксплуатационные проблемы, возникающие при промышленной эксплуатации таких систем. Одна из таких систем относится к огнеупорной футеровке и изоляции, которые применяются в таких системах.

В обычных полностью футерованных алюминиевых плавильных печах или в ваннах для хранения алюминия их стеки футеруют плотным литым огнеупором или плотными огнеупорными кирпичами. Инфильтрация расплавленного алюминия в этот материал исключена, поскольку материал достаточно плотный, его пористость выражается лишь в наличии небольшого количества замкнутых полостей или пузырей и т.п. Плотная футеровка кладется на теплоизоляционный материал малой плотности, который, в свою очередь, примыкает к стальному корпусу. Очень трудно сохранить внутреннюю плотную огнеупорную футеровку, обеспечив в ней отсутствие протечек. Для предотвращения протечки расплавленного металла через трещины или стыки, имеющиеся во внутренней огнеупорной футеровке, в теплоизоляцию, имеющую малую плотность, на практике выполняют такую конструктивную систему, в которой температура наружной части плотной футеровки ниже точки плавления алюминиевого сплава, подлежащего обработке, причем в расчете на максимальную температуру расплава.

Теплопроводность плотной футеровки относительно высока по сравнению с теплоизоляционными материалами. Теплопроводность измеряется в единицах ккал/м², при температурном градиенте 1^oC на м при заданной температуре. Теплопроводность такого твердого и плотного огнеупора обычно составляет 38 54 ккал/м² ч при температуре 815^oC. Например, теплопроводность высокоглиноземистого огнеупора, такого как Alfrax 66, который обычно используют для изготовления прочной и плотной внутренней футеровки, составляет приблизительно 38 ккал/м²ч при температуре 815^oC и 51,0 ккал/м² ч при температуре 538^oC. Плотность этого материала составляет 2560 кг/м³.

Внутренняя футеровка, которая используется в обычных системах, описанных выше, должна быть достаточно толстой, или системы должны позволять большие теплопотери, если теплоизоляционный огнеупор выполнен тонким. Однако, как правило, теплопотери должны быть достаточно низкими. В таких случаях желательно размещать нагревательные элементы в одной стенке корпуса ванны, обеспечивая при этом практические преимущества, такие как простота очистки корпуса и повышение надежности работы. Однако, увеличение толщины изолирующего огнеупора для снижения теплопотерь требует соответствующего пропорционального увеличения толщины внутреннего плотного огнеупора для поддержания заданного температурного профиля по толщине стенки, как было указано выше. В результате чего стенки получаются очень толстыми для снижения теплопотерь в заданной степени, если заданное ограничение вообще можно обеспечить. При увеличении суммарной толщины стенки корпуса также происходит быстрый рост площади наружной поверхности для малоразмерных систем рафинирования, причем положительные результаты, полученные от увеличения толщины стенки, в некоторой степени снижаются соответствующим увеличением эффективной площади стенки. В некоторых случаях ванны для очистки необходимо размещать на настолько тесных промышленных площадях, когда большая толщина стенки не может быть реализована. Из вышесказанного следует, что действительно имеется необходимость в создании футерованных ванн, обеспечивающих работы при небольших теплопотерях и при умеренных толщинах стенок.

Одно из решений этой проблемы включает использование изоляционную огнеупорную футеровку в качестве преграды для расплавленного алюминия. В такой постановке задачи рафинирующая ванна футеруется твердыми плотными материалами, такими как графит, карбид кремния и также плотный глинозем, эти материалы можно легко очищать при обслуживании рафинирующей ванны. Однако такие футерованные поверхности не имеют герметичных стыков, поэтому жидкий металл, например, расплавленный алюминий может проходить через эти стыки. Такие твердые футеровочные материалы, например, графитовые нагревательные блоки, из которых может быть выполнена стенка или несколько стенок корпуса ванны, необходимо покрывать с обратной стороны панелью из относительно высокоплотного огнеупорного волокнистого материала, например, обладающего плотностью 961 кг/м³, по сравнению с относительно менее плотной панелью, например, 160 320 кг/м³, которая чаще всего используется в футеровочных работах. Такие относительно высокоплотные панели из волокнистого материала плотно стыкуются между собой, но стыки между панелями, конечно, не являются герметичными. Однако, относительно малая толщина этой плотной панели, 75 100 мм, совместно с размещенной позади относительно менее плотной например, с плотностью 320 кг/м³ огнеупорной волокнистой изоляцией с низкой теплопроводностью способны существенно снизить теплопотери системы и одновременно поддержать температуру на наружной поверхности более плотной панели ниже точки плавления алюминия.

Можно представить, что теплопроводность огнеупорной изоляционной волокнистой панели, упомянутой выше, значительно меньше, например, на порядок относительно твердой и плотной внутренней футеровки, указанный выше. Так, волокнистая панель имеющая плотность 961 кг/м³, обладает теплопроводностью 4,34 ккал/м²ч при температуре 815^oC и 2,72 ккал/м²ч при температуре 399^oC. Волокнистая теплоизоляционная панель, имеющая плотность 32 кг/м³, а именно так называемая панель А1-3, обладает теплопроводностью 3,25 ккал/м²ч при температуре 879^oC, 2,44 ккал/м²ч при температуре 694^oC и 13,6 ккал/м² ч при температуре 93^oC. Указанные значения являются типичными для такой огнеупорной волокнистой панели, теплопроводность которой в основном ниже 4,9 ккал/м²ч при температуре 815^oC, составляя, главным образом, приблизительно 2,7 4,3 ккал/м² при указанной температуре.

Плотность такой огнеупорной теплоизоляционной волокнистой панели в основном менее 1280 кг/м³, обычно 240 1120 кг/м³. Из вышесказанного следует, что теплоизоляционная волокнистая огнеупорная панель имеет плотность, которая значительно меньше плотности огнеупора, представляющего собой преграду для алюминия в системах рафинирования, это же относится и к теплопроводности.

Применение относительно более плотного огнеупора в качестве преграды от утечки металла зависит от его способности противостоять фильтрации или проникновению в него металла, в частности, расплавленного алюминия. Используемые в промышленности огнеупорные волокнистые теплоизоляционные материалы, которые могут служить преградой для жидкого металла, имеют относительно высокую плотность 961 кг/м³. Такой материал под индексом РС-45 выпускается фирмой Рекс-Рото корпорейшн. При погружении в расплавленный алюминий на период времени до 11 недель не было обнаружено какого-либо значительного проникновения алюминия в панель.

При эксплуатации систем рафинирования алюминия, выполненных с использованием относительно высокоплотных волокнистых теплоизоляционных панелей в качестве преграды для жидкого алюминия, например, материала РС-45, неожиданно было обнаружено наличие горячих пятен вблизи графитового нагревательного блока. Эти системы были выведены из рабочего состояния, поскольку теплопотери при рабочей температуре превышали мощность подогревателя. Такие системы были частично разобраны, и было обнаружено, что материал РС-45 полностью насыщен алюминием. Часть относительно менее плотного теплоизоляционного материала, расположенного за панелью РС-45, также была пропитана алюминием. Если имеет место насыщение металлом панели из материала РС-45, то под действием капиллярного эффекта в смоченной теплоизоляционной панели уровень алюминия несколько превышал уровень расплавленного алюминия в емкости для его рафинирования.

Неожиданное проникновение алюминия в плотную теплоизоляционную панель существенно и отрицательно влияет на работоспособность системы рафинирования. Инфильтрация или проникновение означают заполнение внутренних полостей в огнеупорной теплоизоляционной панели расплавленным алюминием. В результате чего меняются характеристики упомянутой панели, причем низкая теплопроводность панели повышается до теплопроводности расплавленного алюминия, проникающего в упомянутые внутренние полости, которые имеются в относительно менее плотной теплоизоляционной панели. Таким образом, расплавленный алюминий будет проникать и пропитывать волокнистую футеровку, в результате чего будет иметь место незначительно падение температуры в зоне инфильтрации. В таком случае расплавленный алюминий может полностью проходить через футеровку, повреждая наружный стальной корпус ванны для рафинирования алюминия. Такая инфильтрация расплавленного металла до стального корпуса недопустима.

Специалистам понятно, что данная проблема, связанная с инфильтрацией расплавленного алюминия в волокнистую огнеупорную футеровку, которая используется в рафинирующих системах, отличается в значительной степени от обработки более твердых и плотных материалов, обладающих значительно более высокой плотностью и на порядок большей теплопроводностью. Такой твердый и плотный материал обычно подвергается поверхностному воздействию как в результате мелкого или неглубокого проникновения расплавленного алюминия, так и в результате химической реакции. В патенте США 4 174 972 описано добавление щелочи или фторида щелочноземельного металла для предотвращения проникновения расплавленного металла, такого как алюминия, в поверхность твердого и плотного огнеупорного материала, в результате чего имеет место набухание, растрескивание и откалывание частиц футеровочного огнеупора, которые попадают в получаемый алюминий. Твердый и плотный материал, о котором говорится в указанном патенте США, представляет собой огнеупор, предназначенный для выдерживания расплавленного алюминия, т.е. это литой бетон, имеющий высокое содержание оксидов алюминия и кремния, причем этот твердый и плотный материал не подвергается инфильтрации расплавленным алюминием. Как было указано выше, такой материал, который используют для внутренней футеровки, обладает высокой плотностью и высокой теплопроводностью по сравнению с менее плотным и значительно менее теплопроводным материалом, который обычно используют для изготовления теплоизолятора, а не для преграды для расплавленного алюминия.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности работы ванны для хранения и рафинирования алюминия за счет сокращения ее габаритов, излишних теплопотерь и обеспечения ее обслуживания в течение длительного периода времени.

Этот технический результат достигается тем, что в ванне для хранения и рафинирования расплава алюминия, содержащей корпус, футерованный огнеупорной футеровкой, выполненной из двух слоев, внутренний из которых содержит фторид щелочного или щелочноземельного металла или фторсиликат согласно изобретению внутренний слой огнеупорной футеровки, прилегающий к корпусу выполнен из волокнистого огнеупорного материала, плотность которого менее 1281 кг/м³, теплопроводность менее 4,88 ккал/м²ч при температурном градиенте 0,22^oC (см. при температуре 815^oC).

Использование огнеупорных теплоизоляционных волокнистых материалов в ванне для хранения и рафинирования алюминия обеспечивает преграду для алюминия и одновременно теплоизоляцию. В этот волокнистый материал вводят галиды металлов, которые препятствуют инфильтрации алюминия во внутренние полости, имеющиеся в материале, что в противном случае имеет место при рабочих условиях в таких емкостях. Хотя такие огнеупорные волокнистые материалы, обладающие малой плотностью и низкой теплопроводностью, обычно не подвергаются инфильтрации алюминия, что подтверждено лабораторными испытаниями, при которых такие образцы погружались в расплавленный алюминий в течение длительного периода времени, указанного выше, но было обнаружено, что такая инфильтрация имеет место в ваннах для хранения и рафинирования алюминия, не содержащих конструктивные элементы настоящего изобретения.

На внутренней поверхности волокнистой огнеупорной футеровки расположен слой из огнеупорного материала с плотностью 2570 2880 кг/м³, теплопроводностью 38 х 54 ккал/²ч м² при температурном градиенте 0,22^oC/см при температуре 815^oC. Этот слой выполняет роль дополнительной теплоизоляции для ванн.

По меньшей мере одна боковая стенка корпуса может быть покрыта внутренней футеровкой из графитового блока. Электронагреватель размещается в отверстиях, выполненных в блоке. Другие внутренние боковые стенки и дно футеруются относительно более тонким слоем соответствующего твердого и плотного огнеупора, который можно очищать без повреждения подложки. Очень затруднительно создать герметичность в этом внутреннем огнеупорном слое футеровки, чтобы этот слой выполнял роль преграды для алюминия в ванне.

При реализации настоящего изобретения обработанный огнеупорный изоляционный материал, с вышеуказанными характеристиками, т.е. огнеупорную волокнистую изоляционную панель или огнеупорный волокнистый материал в отливаемом виде, которые можно использовать в качестве внутреннего изоляционного слоя и преграды для алюминия, обрабатывают небольшим количеством фторидом металлов или фторосиликатами, которые предназначены для предотвращения существенной инфильтрации алюминия во внутренние полости, которые имеются в упомянутой панели или в отливаемой теплоизоляции, в процессе очистки алюминия в ванне. Механизм, позволяющий огнеупорной волокнистой теплоизоляционной панели или литому волокнистому материалу, которые не содержат такие галиды металлов, противостоят инфильтрации алюминия при обычном погружении во время опытов, не полностью выяснен. Однако, имеются предположения о том, что причиной, по которой инфильтрация в таком материале, обладающим малой плотностью и волокнистом, не проявляется при обычных тестах и при обычном использовании, состоят в том, что заранее в изоляцию проникло достаточное количество кислорода на воздухе, препятствующего материала РС-45, из которого была изготовлена изоляционная панель, была полностью погружена в расплавленный алюминий и удерживалась в нем твердым стержнем, в котором отсутствовали поры, то инфильтрация алюминия в материал не была обнаружена. По-видимому, небольшое количество кислорода, содержащегося в порах упомянутого волокнистого изоляционного материала оказалось достаточным для образования преграды из оксидной пленки на поверхности панели, которая эффективно препятствует инфильтрации алюминия внутрь нее.

В тестовой процедуре, которая повторяет наиболее реально условия, которые имеют место вблизи графитового блока футерованной ванны для хранения, т. е. условия, определяющие вредную инфильтрацию металла, небольшой кусок панели из материала РС-45 был помещен в вертикальную графитовую трубу, которая имела открытые концы сверху и снизу, причем эта труба имеет подвод газа сверху. При подаче азота в трубу она была погружена в расплавленный алюминий. Подача азота позволяла препятствовать проникновению металла в трубу. Это устройство оставили в таком положении на 3 часа при температуре металла 750 780^oC, тем самым стимулируя обычное время выдерживания, которое имеет место в системе очистки металла, т.е. время прогрева до заполнения системы металлом. В течение этого промежутка времени весь кислород, содержащийся в порах волокнистой изоляционной панели, имеет достаточно времени для дифундирования из панели, причем другие летучие вещества, включая воду, имеют также достаточно времени для испарения и удаления из материала под действием упомянутого азота. Следует отметить, что в реальной системе рафинирования, азот, который используется для создания инертной среды в верхней части ванны для рафинирования металла, вводится в зону расположения нагревателя для создания инертной среды в этой зоне ванны, и, тем самым, уменьшить окисление нагревателя.

В тестовой процедуре после этого снижают давление азота, благодаря чему жидкий металл может подняться внутри графитовой трубы и достичь нижнего торца образца изоляционной панели, подвергающейся испытаниям. Некоторое количество газа, которое продолжает втекать в графитовую трубу, выходит через поры в графите. Тестовая система поддерживалась на таком режиме в течение от двух до трех дней, после чего давление газа увеличивали для выдавливания металла из трубы, а испытываемый узел извлекали для осмотра.

Было обнаружено, что имелась возможность смачивать расплавленным алюминием изоляционную панель РС-45, причем в нее проник или инфильтрировался расплавленный алюминий, который был использован при тестировании, т.е. алюминий, содержащий около 0,2% магния, причем с чистым алюминием было принято, что имеет место такой же эффект. Такая инфильтрация имела место, даже если продувочный азот содержал 20 ч/млн кислорода и 100 ч/млн воды. Таким образом, пропитка алюминием на глубину 9,5 мм имела место за 1 день. Последующие испытания с использованием более чистой азотной атмосферы показали, что пропитывание происходит при скоростях инфильтрации приблизительно 12,7 мм в сутки в течение трех суток. Также было обнаружено, что при использовании аргона в качестве инертного газа взамен азота только пятнистое смачивание поверхности и только очень небольшая инфильтрация во внутренние полости изоляционной панели имеют место, причем это было обнаружено при испытаниях с использованием очень агрессивного сплава, содержащего алюминий и магний в количестве 2% Таким образом, использование аргона в качестве продувочного газа может быть одним из средств, решающих проблему инфильтрации алюминия. Такое решение, как должно быть понятно специалистам, является очень дорогим с точки зрения эксплуатационных затрат. Поэтому требуется более экономически эффективное решение, такое, какое предложено в настоящем изобретении, для реализации его в промышленных масштабах.

Наличие галидов является другим средством для предотвращения или, по крайней мере, снижения смачивания и инфильтрации алюминия в огнеупорную теплоизоляцию, например, путем ввода хлора с продувочным азотом. Такое использование хлора, тем не менее, является опасным, при этом также возникает опасность коррозии металлических элементов системы рафинирования металла. Если хлориды были введены в изоляционную панель в виде водных растворов, то их хорошая испаряемость при обычных температурах рафинирования и их контакт с алюминием приведут к образованию очень летучего хлористого алюминия. Это также приведет к быстрому снижению эффективности и сокращению времени работы. Кроме того, многие из таких хлорных соединений являются гигроскопичными, они будут способствовать коррозии стальных элементов даже при комнатной температуре.

Галиды металлов, внедренные в огнеупорную волокнистую теплоизоляционную панель или в теплоизоляцию, накладывающуюся отливкой, в соответствии с настоящим изобретением представляют собой фториды металлов, многие из которых имеют высокие значения точек плавления и кипения. Введение малых количеств фтора в твердую плотную неволокнистую панель из огнеупорного бетона, имеющего высокую температуру деформации и хорошие прочностные свойства при работе на сжатие. Наличие фтора в виде щелочи или фторида щелочи редкоземельного металла, препятствует химическому воздействию или физикохимическому воздействию на материал, содержащий Al₂O₃ и SiO₂ алюминия, тем самым снижая это отрицательное воздействие на бетон. Со ссылкой на этот патент Б. Гнира из фирмы Алкон Инт. опубликовал статью "Способы восстановления цельных силикатных огнеупоров и литых чугунных элементов от воздействия алюминиевых сплавов" в журнале "Легкие металлы", 1986 г. в которой говорится о том, что огнеупоры, которые используются при литье алюминия, а именно, алюмосиликаты, силикаты кальция и т.п. подвержены значительному поверхностному воздействию расплавленного алюминия, и особенно его более агрессивных сплавов. В этой статье приведена технология обработки, включающая использование фтористого соляного раствора для приготовления огнеупорного порошка, обозначенного как силикатно-фтористая обработка. Фтористый раствор приготавливается из кристаллов. Огнеупорный порошок применяется в виде шлама, его можно не использовать при обработке гладких огнеупорных поверхностей. Было также определено, что муллит (алюмосиликат), т. е. высокоплотный литой материал, например DRI-LIFE 423-Е по Дайер-Тейлору оказывается высокостойким к поверхностному воздействию магний-алюминиевого сплава, содержащего около 1,24% фтора в нерастворимом виде.

При реализации изобретения введение малого количества фтористого кальция в волокнистую огнеупорную панель малой плотности или в аналогичную литую теплоизоляцию оказывается в основном положительным. Такой фтористый кальций оказывается малотоксичным, причем он выпускается промышленностью и имеет умеренную цену. Однако понятно, что другие соответствующие фториды металлов или фторосиликаты можно также использовать для этой цели. Например, фтористый алюминий, фтористый магний, а также другие фториды можно вводить в теплоизоляцию.

Огнеупорная волокнистая теплоизоляция, обработанная в соответствии с вышеописанной технологией, является показательным примером относительно изоляционной панели РС-45, она состоит в основном из керамического волокнистого огнеупорного изоляционного материала, содержащего глинозем и кремнезем. Весовое отношение в таком материале конечно меняется в зависимости от плотности различных выпускаемых промышленностью сортов таких изоляционных панелей. Плотности менее 1281 кг/м³, обычно от 240 320 кг/м³ до 880 1120 кг/м³ и более, и предпочтительно от 320 кг/м³ до 961 кг/м³ можно эффективно использовать при реализации настоящего изобретения. Как было указано выше упомянутая волокнистая изоляционная панель имеет относительно низкую теплопроводность, а именно, менее 4,9 ккал/м²ч, обычно от 2,7 до 4,3 ккал/м²ч при температуре 815^oC, что отличается от значений теплопроводности от 38 до 54 ккал/м²ч, свойственных твердым плотным огнеупорным материалом, плотность которых составляет 2570 2880 кг/м³. Фторосиликат металла можно использовать с любыми составами волокнистого огнеупорного изоляционного материала. Однако, если используются только фториды металлов, то наилучшие результаты получаются при реализации изобретения, когда в волокнистой изоляционной панели используется кремнеземное связующее.

В рамках настоящего изобретения вводится приблизительно от 0,5 до 5,0% по массе или более фторида металла или фторидсиликата, а именно, щелочи или галида щелочи редкоземельного металла в огнеупорную волокнистую изоляцию малой плотности, которая применяется в усовершенствованной емкости для выдерживании и очистки расплавленного алюминия, как это приведено в формуле изобретения. Хотя толщина обработанной волокнистой изоляции, применяемой на практике, может меняться в зависимости от рабочих условий процесса обработки алюминия, понятно, что снаружи, т. е. на холодной стороне преграждающая протечке алюминия футеровка, а именно, со стороны, обращенной к наружному стальному корпусу ванны, должна работать при температуре ниже точки плавления алюминия, препятствуя повреждению наружного корпуса вследствие инфильтрации расплавленного алюминия через всю футеровку ванны. В рамках настоящего изобретения для использования обработанной волокнистой изоляционной панели по всей толщине изолирующей футеровки или для использования достаточного количества упомянутого обработанного волокнистого изоляционного материала или для использования этого материала в литом виде с целью предотвращения в значительной степени нежелательной инфильтрации алюминия совместно с дополнительным внешним слоем из необработанного огнеупорного изоляционного материала необходимо, чтобы температура наружной части упомянутой обработанной изоляционной футеровки была ниже точки плавления алюминия. Специалистам должно быть понятно, что относительно более плотная футеровка более теплопроводная по сравнению с менее плотным материалом, например, с необработанной теплоизоляции малой плотности, которую, как правило, используют в качестве изоляционного слоя ванны для рафинирования.

В типовой иллюстративной ванне обычно используют 151 176,5 мм толщины изоляции, например, использует приблизительно 101 мм толщины волокнистую панель РС-45, обработанную вышеуказанным образом, на которой расположен необработанный изоляционный материал малой плотности толщиной 76 мм. В вариантах выполнения, в которых волокнистая изоляционная панель малой плотности, например около 480 кг/м³ используется в обработанном виде, обычная футеровка ванны может содержать 76 мм толщины обработанного материала и 101 мм толщины необработанного материала малой плотности. Хотя в основном желательно использовать только обработанный волокнистый изоляционный материал для определенной ванны, тем не менее, с точки зрения уменьшения стоимости и т.п. следует снова подчеркнуть, что вся толщина футеровки ванны может состоять из упомянутого обработанного волокнистого материала в виде панели или в литом виде, причем на внешней холодной стороне, примыкая к корпусу, может размещаться необработанный изоляционный материал.

Специалистам понятно, что различные изменения и модификации возможны в рамках настоящего изобретения или при изготовлении обработанной волокнистой изоляционной панели или такого материала в отливаемом виде для использования при реализации настоящего изобретения. Так, известно, что выпускаемые промышленностью волокнистые изоляционные панели или упомянутый материал в отливаемом виде могут изготовляться по различным технологиям с использованием разнообразных огнеупорных материалов и связующих. Для реализации настоящего изобретения металлоголидную добавку можно вводить в состав, тщательно перемешивая, как это принято при производстве огнеупорной теплоизоляции. Также понятно, что, хотя слой обработанной огнеупорной изоляции может представлять собой внутреннюю поверхность ванны для хранения и рафинирования, тем не менее внутреннюю поверхность обычно и преимущественно футеруют твердым плотным и относительно теплопроводным материалом, который легко очищать скребком и т.п. Глинозем, карбид кремния и графит являются показательными примерами для использования в качестве внутренней футеровки, которую легко чистить и обслуживать. Как было указано выше, используют блочную футеровку из графита для внутренней стенки или стенок корпуса рафинирующих ванн, в которых размещают электронагреватели. Поскольку потенциал окисления графита при рабочих условиях, которые имеют место в ваннах для хранения и рафинирования алюминия, то такие ванны имеют внутреннюю графитовую футеровку только в боковой стенке корпуса, в которой требуется разместить такие электронагреватели.

Специалистам также известно, что при конструировании футеровки из волокнистых изоляционных панелей или аналогичного материала в литьевом виде обычно, но не обязательно, заполняют стыки соответствующим огнеупорным цементом для уменьшения размеров открытых полостей между изоляционными элементами. Также, как правило, но не обязательно, волокнистые изоляционные панели или аналогичный литьевой материал покрывают со всех сторон защитным покрытием. Например, было признано желательным использование выпускаемого фирмой Рекс-Рото корпорейшн материала РС Еxtender в качестве заполняющего цементного раствора с небольшим количеством галида металла, например, 2,5% по массе CaF₂. Для защитного покрытия эта фирма выпускает PC-Sealer с добавкой галида металла, например 5% по массе CaF₂.

В процессе работы ванн для хранения и рафинирования алюминия, к которым применимо настоящее изобретение, осуществляют продувку инертным газом верхней части ванны, используя азот, аргон или другой инертный газ. Это обычно выполняется путем подачи инертного газа в зону нагревательного блока для создания инертной среды в этой зоне, а значит для уменьшения окисления нагревательного блока. Эта процедура предназначена для удаления из пор в изоляции кислорода, который способствует нежелательной инфильтрации алюминия в футеровку. Понятно, что другие условия, возникающие в ванне, могут явиться причиной возникновения проблем, преодолеть которые можно, используя волокнистые обработанные огнеупорные панели или используя аналогичный материал в литом виде, при реализации настоящего изобретения. Хотя нежелательная инфильтрация алюминия во внутренние полости волокнистой панели с относительно низкой плотностью в литой материал возникает быстрее всего в волокнистом огнеупорном материале, размещенном непосредственно вокруг графитового нагревательного блока, понятно, что упомянутая инфильтрация также может иметь место, хотя и с меньшей скоростью, и в других частях футеровки ванны. Настоящее изобретение, как оно описано и формулировано, позволяет эффективно подавлять такую инфильтрацию алюминия во всех частях футеровки ванны, в которых был использован волокнистый теплоизоляционный материал.

В лабораторных опытах, описанных выше, в которых была использована обработанная волокнистая огнеупорная изоляционная панель, содержащая 2% CaF₂ в материале РС-45, инфильтрация алюминия во внутренние поры не была обнаружена после трехсуточного тестирования при температуре 750^oC. В промышленных ваннах для хранения и рафинирования алюминия может оказаться необходимым использовать более высокую концентрацию CaF₂ или другого галида металла, в частности, применительно к сплавам с высоким содержанием магния. Было изготовлено пять систем рафинирования алюминия с использованием обработанной волокнистой изоляции, содержащей 2% фтористого кальция. Они находились в работе в течение нескольких месяцев. Ни в одном из этих систем не были обнаружены перегретые места. В противоположность этому, три системы, ранее изготовленные без использования упомянутой обработанной теплоизоляции, имели перегретые места вследствие инфильтрации алюминия, которая произошла через несколько недель эксплуатации. Одна система, в которой была использована упомянутая обработанная изоляция, была выведена из эксплуатации по причинам, не связанным с изоляцией. Когда эта система была частично разобрана для осмотра, то было обнаружено, что инфильтрация расплавленного алюминия в обработанную волокнистую изоляцию отсутствовала.

Как видно, настоящее изобретение является существенным шагом, в результате которого решается одна из важнейших эксплуатационных проблем. Путем создания средства, препятствующего инфильтрации расплавленного алюминия в изоляционную футеровку ванны, появилась возможность использовать обычные ванны для рафинирования без чрезмерных теплопотерь и обслуживания в течение длительного периода времени, способствуя повышению эффективности работы установок для рафинирования алюминия.

Формула изобретения

1. Ванна для хранения и рафинирования расплава алюминия, содержащая корпус, футерованный огнеупорной футеровкой, выполненной из двух слоев, внутренний из которых содержит фторид щелочного или щелочно-земельного металла или фторсиликат, отличающаяся тем, что внутренний слой огнеупорной футеровки, прилегающий к корпусу, выполнен из волокнистого огнеупорного материала, плотность которого менее 1281 кг/м³, теплопроводность менее 4,88 ккал/(м²ч) при температурном градиенте 0,22 град./см при 815^oС.

2.Ванна по п.1, отличающаяся тем, что фторид металла и фторсиликат содержат фтористый кальций.

3. Ванна по п.2, отличающаяся тем, что содержание фторида кальция составляет 0,5 5% по массе от массы волокнистого огнеупорного материала.

4. Ванна по п.1, отличающаяся тем, что внутренний слой огнеупорной футеровки дополнительно содержит галид металла в количестве 0,5 5% от массы волокнистого огнеупорного материала.

5.Ванна по п.1, отличающаяся тем, что плотность огнеупорного волокнистого материала составляет 240 1121 кг/м³.

6. Ванна по п. 1, отличающаяся тем, что плотность огнеупорного волокнистого материала составляет 320 960 кг/м³.

7.Ванна по п.1, отличающаяся тем, что слой огнеупорного волокнистого материала выполнен в виде панели.

8.Ванна по п.1, отличающаяся тем, что слой огнеупорного волокнистого материала выполнен литым.

9. Ванна по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности волокнистой огнеупорной футеровки расположен слой из огнеупорного материала с плотностью 2570 2880 кг/м³, теплопроводностью 38 54 ккал/(м²ч) при температурном градиенте 0,22 град./см при 815^oС.

10. Ванна по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере на одной боковой стенке корпуса выполнена внутренняя футеровка из графитового блока, внутри которого расположен электронагреватель.

11. Ванна по п. 1, отличающаяся тем, что слой волокнистой огнеупорной футеровки размещен по крайней мере на внутренней части боковой стенки вокруг графитового блока.

12.Ванна по п.1, отличающаяся тем, что слой волокнистой огнеупорной футеровки размещен на всех стенках корпуса.