Анодное устройство электролизера для электролитического рафинирования алюминия

 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к получению алюминия электролитическим рафинированием, и касается конструкции электролизеров для рафинирования алюминия по трехслойному способу. Цель изобретения - сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты, уменьшение расхода электроэнергии, увеличение срока службы бортовой футеровки и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера. Анодное устройство включает дополнительный слой толщиной 0,35-0,46 толщины теплоизоляционной футеровки, выполненный из двух частей по высоте и расположенный между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины от верхнего уровня бортовой футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижняя высотой 0,15-0,25 глубины шахты из магнезита , а облицовочный слой толщиной 0.9- 1.4 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича. 1 табл., 1 ил, ел с

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) С 25 С 3/10

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766706/02 (22) 18,12.89 (46) 15.01,92. Бюл. № 2 (71) Братский алюминиевый завод (72) А. Н. Маленьких, А, H. Матвеичев, В. А, Горбунов и В. И. Никитин (53) 669. 713(088,8) (56) Производство алюминия: Справочник металлурга по цветным металлам, М,: Металлургия. 1971, с. 441.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1186705, кл. С 25 С 3/10, 1985.. (54) АНОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИ3ЕРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ (57) Изобретение относится к цветной ме- ° таллургии, конкретно к получению алюминия электролитическим рафинированием, и касается конструкции электролизеров для рафинирования алюминия по трехслойному

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролитическим рафинированием, и ка сается конструкции электролизеров для рафинирования алюминия по трехслойному способу.

Целью изобретения является сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты и уменьшение расхода электроэнергии за счет улучшения технологического режима процесса электролитического рафинирования, увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышения термостойкости облицовочного слоя и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера за счет умень„„ЯЦ „, 1705414 А1 способу. Цель изобретения — сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты, уменьшение расхода электроэнергии, увеличение срока службы бортовой футеровки и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера. Анодное устройство включает дополнительный слой толщиной 0,35 — 0,46 толщины теплоизоляционной футеровки, выполненный из двух частей по высоте и расположенный между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины от верхнего уровня бортовой футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижняя высотой 0,15 — 0,25 глубины шахты из магнезита, а облицовочный слой толщиной 0,91,4 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича. 1 табл., 1 ил, шения толщины гарнисажа в зоне катодно о металла, В анодном устройстве электролизера для электролитического рафинирования алюминия, включающем кожух, подину, бортовую теплоизоляционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, дополнительный слой толщиной 0,35 — 0,46 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из двух частей по высоте и расположен между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой теплоизоляционной футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты, нижняя — высотой 0,15 — 0,25 глубины шахты из

1705414 магнезита, а облицовочный слой толщиной

0,9-1,4 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен иэ термостойкого корундового кирпича.

Наличие дополнительного слоя между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой футеровки, состоящего из двух частей по высоте, верхняя часть которого выполнена из теплоизоляционной каолиновой ваты или вермикулита, а нижняя — из магнезита, а также выполнение облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича обеспечивает сокращение потерь меди, повышение качества алюминия высокой чистоты и сокращение расхода электроэнергии за счет улучшения технологического режима процесса электролитического рафинирования, увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышения термостойкости облицовочного слоя и снижения трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшения толщины гарнисажа в зоне катодного металла.

Увеличение теплового сопротивления бортовой футеровки в зоне анодного сплава ведет к снижению теплопотерь на этом участке и повышению за счет этого температуры анодного сплава, в результате чего уменьшается количество выделяемых анодных осадков, что ведет к снижению потерь меди. Плотность анодного сплава повышается.

С повышением температуры электролита за счет повышения теплового сопротивления (снижения теплопотерь) в этой зоне снижается плотность электролита, в результате (с учетом повышения плотности анодного сплава) предотвращается всплытие анодного сплава, а значит, и загрязнение катодного металла компонентами анодного сплава.

Кроме того, повышение температуры процесса рафинирования предотвращает выпадание осадков, состоящих из тугоплавких компонентов электролита, на поверхность анодного сплава, а значит, и местную пассивацию анода, в результате чего напряжение на злектролизере снижается, а растворимость более электроположительных, чем алюминий, компонентов анодного сплава уменьшается, Расход электроэнергии сокращается, а качество алюминия высокой чистоты улучшается, 3а счет повышения теплового сопротивления (снижение теплопотерь) в верхней части бортовой футеровки на внутренней поверхности облицовочного слоя в области катодного металла уменьшается толщина гарнисажа, что позволяет снизить частоту

55 его обрубки. а значит, уменьшить трудовые затраты на обслуживание электролизера.

Высокая термостойкость облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича ведет к предотвращению образования в нем термических трещин при обжиге и пуске электролиэера вследствие колебаний т мпературы и местных перегревов, что предупреждает проникновение расплавов в теплоиэоляционную бортовую футеровку, что ведет к уменьшению загрязнения катодного металла примесью кремния, Облицовочный слой, не содержащий соединений магния, перестает быть источником загрязнения катодного металла примесью магния.

Нижняя часть дополнительного слоя из магнезита защищена термостойким облицовочным слоем.

Выбранные интервалы лимитируются следующими факторами, Уменьшение толщины дополнительного слоя менее 0,35 толщины теплоизоляционной футеровки ведет к увеличению толщины гарнисажа на внутренней поверхности облицовочного слоя в области катодного металла и уменьшению его в области электролита (менее оптимального размера для защиты облицовки, а значит, и бортовой теплоизоляционной футеровки от проникновения расплавов), а увеличение более

0,46 — к переохлаждению электролита, что приводит к сближению плотностей анодного сплава и электролита, выпаданию осадков, содержащих тугоплавкие компоненты. на поверхность анодного сплава, что ведет к частичной механической пассивации анода и эа счет этого к повышению напряжения на электролизере.

Уменьшение высоты верхней части дополнительного слоя менее 0,26 глубины шахты ведет к увеличению толщины гарнисажа в области катодного металла, а увеличение боле 0.40 — к уменьшению его в области электролита (менее оптимального размера), Уменьшение высоты нижней части дополнительного слоя менее 0,15глубины шахты ведет к уменьшению толщины гарнисажа в области электролита, а увеличение более 0.25 — к появлению осадков из тугоплавких компонентов электролита, а значит, к пассивации анода. связанной с повышением напряжения и ухудшением качества катодного металла.

Уменьшение толщины облицовочного слоя из термостойкого корундового кирпича менее 0,9 толщины теплоизоляционной футеровки ведет к снижению надежности защиты бортовой теплоизоляционной футеровки от проникновения расплавов, а

55 увеличение более 1.4 к уменьшению полезного объема шахты электролизера при сохранении толщины бортовой теплоизоляционной футеровки и нерациональному использованию термостойкого материала.

На чертеже изображено анодное устройство, поперечный разрез.

Устройство содержит металлический кожух 1, к которому наклеен слой асбеста 2. бортовую теплоизоляционную футеровку 3 из шамота, облицовочный слой 4 из термостойкого корундового кирпича на фосфатной связке(марки КПФ-8), дополнительный слой, расположенный между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем и состоящий из двух частей по высоте: верхней части 5, выполненной из каолиновой ваты или вермикулита, и нижней 6, выполненной из магнезита, и подину Т, В процессе эксплуатации электролизера за счет повышенного теплового сопротивления бортовой футеровки R зоне катодного металла 10, а значит, в результате снижения теплопотерь на этом участке на внутренней поверхности облицовочногс слоя 4 а области катодного металла по всему периметру образуется гарнисаж уменьшенной толщины, что облегчает обслуживание электролиэера. В области электролизера 9 по этои же причине образуется гарнисаж небольшой толщины. но достаточной для защиты облицовочного слоя, обладающего повышенной термостойкостью, что ведет к повышению температуры электролита и предупреждению выпадания тугоппэвких компонентов электролита нэ поверхность анодного сплава, что предотврашэет частичную пассивэцию анода. Снижение теплопотерь через нижнюю часть бортовой футеровки (в зоне анодного сплава) эа счет повышения те,лового сопротивления ее на этом участке ведет к повышению температуры анодного сплава

8 и уменьшению количества выделяемых анодных осадков. Трещинообразовэние в облицовочном слое 4 отсутствует, что предотвращает проникновение расплэвов в бортовую теплоизоляционную футеровку 3.

Пример 1. После установки металлического анодного кожуха, кладки цоколя и укладки подовых секций выполняют бортовую футеровку. Толщина дополнительного слоя, расположенного между теплоиэоляцией и облицовкой, составляет 50 мм или

0,35 толщины теплоизоляционной футеровки, выполненной иэ шамота (132 мм) и асбестового листа (10 мм).

Высота верхней части дополнительного слоя, выполненной из каолиновой ваты или вермикулита. равна 195 мм или 0,26 глубины шахты (750 мм).

Высота нижней час и «опо;он Ir r» ri > слоя, выполненной из магнезита, < ос валет 113 мм или 0,15 глубины шахты.

Облицовочный слой выполнен из рмо стоикого корундового кирпича марки К11Ф

8, изготовленного на фосфатной связке (не содержит соединений магния), и состанлче

195 мм или 1,4 толщины теплоизоляционной футеровки.

Выполненное анодное устройство использовано при промышленной эксплуатации рафинировочного электролизера. Для рафинирования используют алюминий-сырец. получаемый электролизом криолит-глиноземных расплавов, марки А5 с содержанием примесей железа, кремния и магния соотвс ственно 0,27: 0,20 и 0,012 .

На рафинировочном электролизере по результатам тепловых измерений определено тепловое сопротивление бортовой футеровки (теплоизоляции совместно с облицовкой) на различных участках: в зоне анодного сплава, электролита и катодного металла. Производят замеры толщины гэрнисажа, температуры анодного сплава.

Пример 2. Анодное устройство выполняют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного слоя 56 мм или 0,4 толщины теплоизоляционной футеровки. Высота всрхней части дополнительного слоя 240 мм или 0,32 глубины шахты. В. сота нижней части дополнительного слоя 150 мм 0,20 глубины шахты. Толщина облицовочного слоя

170 мм или 1,2 толщины теплоизоляционной футеровки.

Пример 3. Анодное устройство выполняют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного слоя 65 мм или 0.46толщины теплоизоляционной футеровки. Высота верхней части дополнительного слоя 300 мм или 0,4 глубины шахты. Высота нижней части дополнительного слоя 188 мм или 0,25 глубины шахты. Толщина облицовочного слоя 130 мм или 0,9 толщины теплоизоляционной футеровки.

Для сравнения выполняют анодное устройство по известному решению.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, использование изобретения позволяет сократить потери меди (на 67(>), повысить качество алюминия высокой чистоты от снижения в нем примесей железа, кремния и магния и снизить напряжение на электролизере (на

0,2 В), а значит, уменьшить расход электроэнергии в результате улучшения температурного режима процесса рафинирования, достигнутого эа счет дифференциации теп1705414

Пример

Содержание примесей в катодном металле, мас, Температура анодного CflflBва, ОС

Толщина облицовочного слоя, 1/тол щ. теплоиз. еровки

Высота дополнительного слоя

Толщина дополнительного слся, Нижняя часть, 1/глуб. шахты

Верхняя сть, 1/глуб. шахты

М9

Fe

1

0,002

0,001

0,002

0.003

0,002

0.003

0,005

0,004

0,006

840

1,4

1,2

0,9

0,15

0,20

0,25

0,26

0,32

0,40

Алюминий

1.6

0,004

0,006

0,008

800

0,70

0,6

Известный

Продолжение таблицы

Частота обрубки гарнисажа/ раз/год

Напряжение на электролизере,В

Удельный расход меди, кгlтн

Тепловое сопротивление бортовой футеровки в зоне

НалиТолщина гарнисажа в области, мм

Пример чие трещин в облицоВО IHOM слое» катодного металла электролита

ЭНОДНОГО СПЛдва элеккатодного металтролита ла

1,3

1,2

1,1

5,65

5,72

5,85

11,5

11,8

11,9

3,1

3,4

3,8

1,4

1,3

1,2

1,5

1,4

1,3

250 50

200 55

160 1 60

Алюминий

310 BO T (+) 1,5

5.95

12,5

1,3

Известный лового сопротивления бортовой футеровки по ее высоте.

Предотвращение образования трещин в облицовочном слое позволяет предохранить бортовую футеровку от проникновения в 5 нее расплавов, тем самым повысить ее срок службы и качество катодного металла.

3а счет уменьшения толщины гарнисажа в области катодного металла уменьшается частота обрубки гарнисажа, что ведет к снижению 10 трудозатрат на обслуживание электролизера, 3а счет высокой термостойкости облицовочного слоя иэ корундового кирпича предотвращается образование трещин и проникновение через них в бортовую тепло- 15 изоляционную футеровку расплавов. Срок службы бортовой футеровки увеличивается, а загрязнение катодного металла примесями иэ футеровки уменьшается.

На внутренней поверхности облицовоч- 20 ного слоя в области катодного металла уменьшается толщина гарнисажа за счет повышения теплового сопротивления бортовои футеровки на данном участке, что позволяет уменьшить трудовые затраты на 25 удаление гарнисажа.

* За единиц. 1 н:. и г пловое сопротивлен в зоне анодно о .;i. -i * (1- да, (-) — нет.

Формула изобретения

Анодное устройство электролизера для электролитического рафинирования алюми- ния, включающее кожух, подину, бортовую теплоизоляционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что. с целью сокращения потерь меди, повышения качества алюминия высокой чистоты и уменьшения расхода электроэнергии, увеличения срока службы бортовой футеровки и снижения трудозатрат на обслуживание электролизера, дополнительный слой толщиной 0.35 — 0,46 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен иэ двух частей по высоте и расположен между теплоизоляционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровня подины до верхнего уровня бортовой футеровки, причем верхняя часть дополнительного слоя высотой 0,26 — 0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижняя — высотой 0,15-0,25 глубины шахты из магнезита, а облицовочный слой толщиной

0,9-0,14 толщины теплоизоляционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича. ие известной бортовой футеровки

1705414

3 5 6 4

Составитель Л. Чударев

Редактор Т. Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор С. Черни

Заказ И Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101