PL106979B1

PL106979B1 - Pasta spoinowa uszczelniajaca komory elektrolizerow do produkcji aluminium

Info

Publication number: PL106979B1
Application number: PL1975178571A
Authority: PL
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-06
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DE2509550B2; DE2509550C3; GB1466053A; BR7501322A; FR2264107B1; JPS5615470B2; RO67674A; US4167419A; AU7842675A; HU172750B; CH603822A5; CA1055687A; NO144392B; NO144392C; SE404037B; JPS50123015A; FR2264107A1; NO750562L; SU995704A3; DE2509550A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest pasta spoinowa uszczelniajaca komory elektrolizerów do produkcji aluminium, zawierajaca kruszywo weglowe i le¬ piszcze. Pasta spoinowa wedlug wynalazku stoso¬ wana jest do wytwarzania plynoszczelnych i prze¬ wodzacych prad spoin miedzy blokami elektrod weglowych w dnie elektrolizera HalUa-Heroulta do produkcji metalicznego aluminium droga elek¬ trolizy AI2O3.Podstawowe dane na temat zastosowan past spo¬ inowych przy budowie elektrolizerów Halla-Hero- ulta omówione sa w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2378142, dotyczacym sposobu wytwarzania pieców do produkcji alumi¬ nium na drodze elektrolizy, natomiast z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 35767000 i 381386 znane sa pasty spoinowo usz¬ czelniajace przestrzenie miedzy blokami weglowy¬ mi.Znana z opisu patentowego Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki nr 3576700 pasta spoinowa zawiera 14P/o wagowych spoiwa ze smoly weglowej, korzy¬ stnie o temperaturze mieknienia 40°C oraz kru¬ szywo, którym jest prazony antracyt o ziarnach przechodzacych przez sito o boku 0,47 mm. iZnana z opisu patentowego Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki nr 3871966 pasta spoinowa sklada sie z sortowanego, prazonego kruszywa antracy- towego i spoiwa ze smoly weglowej albo z kru¬ szywa i lepiku naftowego. W tym drugim przy¬ padku kruszywem moze byc prazony antracyt, koks metalurgiczny lub inne materialy weglowe, na przyklad grafit. Korzystnym kruszywem jest antracyt w 30% w postaci ziarn przechodzacych 5 przez sito z boku 9,5 mm, a w pozostalej czesci w postaci proszku przechodzacego przez sito o bo¬ ku 0,074 mm.Dotychczas w celu wykonania gladkiej wykla¬ dziny elektrolizera do produkcji aluminium przy 10 uzyciu znanych past spoinowych wstepnie wypra¬ zone bloki weglowe rozmieszcza sie na dnie ele¬ ktrolizera, ogrzewa sie je do temperatury 60— 130°C i do szczelin miedzy nimi oraz do szczelin pomiedzy blokami i scianami elektrolizera wpro- 45 wadza sie ubijajac ogrzana do temperatury 130°C paste spoinowa. Sposób ten wykazuje szereg wad.Ogrzewanie pasty powoduje wydzielanie sie dy¬ mów. Wlasciwe rozmieszczenie goracej pasty spo¬ inowej miedzy nagrzanymi blokami, zanim zda- 20 zy ona zastygnac wymaga znacznych nakladów pracy ludzkiej i jej koordynacji. Podwyzszona temperatura zwieksza uciazliwosc wykonywanej pracy. Podgrzewanie bloków i pasty spoinowej wiaze sie równiez ze znacznymi kosztami inwesty- 25 cyjnymi i eksploatacyjnymi.Celem wynalazku bylo unikniecie niedogodnosci wynikajacych ze stosowania past spoinowych pod¬ czas uzycia ogrzewania do wysokiej temperatury.Cel osiagnieto przez opracowanie pasty, która 30 mozna stosowac bez podgrzewania. Temperatura 1069793 106979 pasty wedlug wynalazku w czasie uszczelniania odpowiada temperaturze pomieszczenia, w którym znajduje sie elektrolizer do produkcji aluminium lub inne urzadzenia podobnego typu.Pasta spoinowa wedlug wynalazku uszczelniaja¬ ca komory elektrolizerów do produkcji aluminium zawiera kruszywo weglowe i s(poiwo, które ogrze¬ wa sie w celu uzyskania obrabialnosci wlasciwej do otrzymania spoin plynoszczelnych i przewodza- "cjfch prajd, zawiera dodatkowo taka ilosc rozpusz¬ czalnika cf" temperaturze wrzenia 150—sfóO°C zlo¬ zonego praktycznie z co najmniej jednego weglo- wodoru aromatycznego posiadajacego wylacznie nasycone lancuchy boczne, która umozliwia ubija¬ nie pasty bez ogrzewania.Korzystny jest rozpuszczalnik o temperaturze wrzenia 2OO^M30OaC.Uzywanym w. dfdszym tekscie terminem -,,spqi- wo" okresla js&a palfc Uzyskiwany ze smoly weglo¬ wejoraz, podolbn* ¥r wej. Pojejcie„nasycone lancuchy boczne" obejmu¬ je oprócz rodników okreslanych zazwyczaj tym terminem, takich Jak rodniki metyjowe i etylo¬ we, równiez atomy wodoru. , Rozpuszczalnik moze zawierac zanieczyszczenia charakterystyczne dla produktu otrzymanego dro¬ ga destylacji smoly weglowej. Do tego rodzaju za¬ nieczyszczen naleza zwiazki siarki, takie jak tio¬ fen, zwiazki tlenowe, takie jak fenole oraz zwiazki azotowe, które moga zawierac atom azotu zarów¬ no^ w pierscieniu, jak i w lancuchu bocznym, ta- kie jak pirydyna i anilina.Wynalazek oparty Jest na nieoczekiwanym stwierdzeniu, ze paste spoinowa o bardzo korzys¬ tnych wlasciwosciach, która mozna, stosowac w temperaturze pokojowej, mozna wytwarzac z pasty spoinowej wykazujacej korzystne wlasciwosci przy obróbce w podwyzszonej temperaturze przez mo¬ dyfikacje jej skladu polegajaca na wprowadzeniu ' surowego rozpuszczalnika metylonoiftalenowego w ilosci umozliwiajacej ubijanie pasty w temperatu¬ rze pokojowej.Termin „murowy rozpuszczalnik metylonaftaleno- wy" oznacza, o ile nie jest zaznaczone inaczej, ze rozpuszczalnik ten zawiera: 12± 5P/§ naftalenu, 5i5± 5*/« aMa^eta^Tmetylonaftalenu oraz 33± 5§/t dwumetyflónairtalenu, przy czym suma udzialów naftaleny, afbfa- i beta-metyiloriaftalenu oraz dwu- metylonairtalenu wynosi w zasadzie 1009/*. TaM ki¬ rowy rozpuszczalnik raetyktaatftalenowy otrzymuje sie przez. zmieszanie odmierzonych ilosci okreslo¬ nych wyzej skladnikowi; ale najtanszym zródlem takiego rozpuszczalnika jest frakcja oddestylowa¬ na z oleju otrzymanego w procesie chemicznej przeróbki smoly koksowniczej. Przykladowo pro¬ dukty omówione sa w rozdziale V zatytulowanym: „Odzysk produktów chemicznej przeróbki wegla" w pracy pod tytulem „Wyrób, ksztaltowanie i ob¬ róbka stali" opublikowanej przez Korporacje Prze¬ myslu Stadowego Stanów Zjednoczonych, Wydanie VII z 1067 r. hib w rozdziale XII pt.: „Smola weglowa" ksiazki: „Wegiel, koks i produkty che¬ micznego przerobu wegla" P. J. Wilson i in,, Wyd.^ Mc. GrawnHHl Book Co., Inc., Wydanie J (1060).W celu otrzymania pasty wedlug wynalazku na- 10 15 45 lezy przede wszystkim zgromadzic skladniki stoso¬ wane do wytwarzania znanej pasty, która obrabia sie w podwyzszonej tempera/turze. ' Glównymi skladnikami takiej pasty sa jak wspomniano kru¬ szywo weglowe oraz spoiwo. W charakterze spoi¬ wa stosuje sie zazwyczaj smole koksownicza, lecz moze to byc równiez lepik naftowy.Nastepnym etapem jest zmieszanie spoiwa z su¬ rowym . rozpuszczalnikiem metylenaftalenówym.Mieszanine spoiwa z rozpuszczalnikiem wlewa sie nastepnie do nieogrzewanego mieszalnika, w któ¬ rym znajduje sie mieszane, wprowadzone wczes¬ niej kruszywo weglowe. Mieszanie kontynuuje sie do czasu uzyskania równomiernego pokrycia kru¬ szywa weglowego miejszanina spoiwa z rozpusz¬ czalnikiemT Skladnikiem spoiwowym, zawartym w zrianych, stosowanych w podwyzszonej temperaturze pastach spoinowych jest na przyklad pozostalosc (okresla¬ na jako „smola") po .^destylacji smoly weglowejv Technologia jej produkcji omówiona jest w przy¬ toczonych wzej .Rozdzialach prac: „Wyrób, ksztal¬ towanie i obróbka stali" oraz „Wegiel, koks i pro¬ dukty chemicznego przerobu wegla". Parametr" ten mierzy/sie metoda „kostki w powietrzu" opisana a ASTMDH23A9. „Temperatura mieknienia smól".W charakterze. typowego kruszywa weglo\5pego stosuje sie antracyt wyzarzony w celu odpedzenia zawartych w iiim* sutótancji lotnych. \ . Korzystne-' wlasciwosci ma pasta spoinowa we¬ dlug wynalazku, zawierajaca w przeMczenioi na ciezar spoiwa 1^A1*I* wagowych spoiwa o tempe¬ raturze mieknienia 48—54aC, 93-=-^3§/o wagowych kruszywa weglowego i 8—.l6P/oi, korzystnie l0—44°/t wagowych surowego rozpuszczalnika metyionatfta- lehowego. i Zaleznosci miedzy zawartosciami skladników tej korzystnej pasty wedlug wynalazku mozna wyra¬ zic przy pomocy nastepujacych wzorów: Jezeli X oznacza ciezar spoiwa, a Y ^oznacza X ciezar kruszywa, to ilosc • 100 moze wahac X+Y sie w granicach 7—tlT*/*, a procentowa zawartosc kruszywa moze wahac sie w zakresie 100 |1— ¦—I, natomiast ilosc rozpuszczalnika \ X+Y / 55 65 X+Y moze stanowic 8—Ii6i/«X.Wynalazek zaljustrowany Jest nastepujacymi przy¬ kladami. , Pzyklad I. Paste wedlug wynalazku stosuje sie do wypelniania otworów erozyjnych w elektro- lizerze Halla^Herourta, po osiagnieciu koncowego okresu eksploatacji, w którym nalezy dokonac wy¬ miany wykladziny. OtwóTy erozyjne miedzy blo¬ kami weglowymi, w miejscu w którym oryginalna spoina ulegala erozji, moga powodowac wycie¬ kanie metalu z eOektrolizera. W przypadku wysta¬ pienia takich uszkodzen nalezy elektrolizer opróz¬ nic z cieklej zawartosci i ostiudzic. . v # Metal zestalony w otworze erozyjnym wydlubuje sie a otwór zapelnia sie pasta spoinowa wedlug Wynalazku. Pasta ta zawiera 88M wagowych kru¬ szywa i^ l'2*/t wagowych smoly o temperaturze mieknienia okolo 50°C. Smole te uzyskuje sie przez106979 6 zmieszanie 13,5^/a wagowych smoly o temperaturze mieknienia 110°C i 86y5°/« wagowych smoly o tem¬ peraturze mieknienia 40°C. W charakterze kruszy¬ wa stosuje sie wyzarzony antracyt, na przyklad o uziarmiendu podanym w talblicy 1. Uzyte w tab¬ licy oznaczenia, na przyklad „—;52 mm+4,70 mm" oznaczaja, ze czastki przechodza przez sito o wy¬ miarze oczek 9,5£ mm, a sa zatrzymywane na siebie 4,76 mm.Tablica 1 Rozklad wielkosci ziaren wyzarzonego antracytu Wielkosc ziarna, mm ( +0,52 -^5&+4,76 —4,7(6—a^3i8 % -H2,38+il,10 ^1,19+0,59 ^0,50+0,297 —0,207—0,149 —0,140+0,074 , 1 pyl" Zawartosc, f/e wag. / ¦ ¦ » . * 2,7 10,7 13,4 J 10,2 "¦ 1B.6 " ¦ f 15,« 11,9 10,0 1,2,2 | 10 15 Smole ogrzewa sie do temperatury 75°C, a nas-, tepnie dodaje do niej 10*/o wagowych, w przeli¬ czeniu na mase smoly, surowego rozpuszczalnika metylonaiftalenowego, na przyklad produktu okres¬ lanego jako „frakcja metylonaftailenowa" (produk¬ cji firmy Koppers Company, Inc., Pittsburgh, Pen- nsylvania) j. zawierajacego 12^/i naftalenu, 55°/o alfa- i beta-metylonaftalenu oraz 33P/o dwumety-r lonaftalenu. Dodatkowo dane charakterystyczne tego produktu zestawione w tablicy 2. r Tablica 2 Dodatkowe parametry przykladowego rozpuszczalnika 35 Parametr zawartosc frakcji de¬ stylujacych 5°/o zawartosc frakcji de¬ stylujacych 95P/o Ciezar wlasciwy w tem¬ peraturze 15,5/15,5°C Zawartosc\ kwasów smolowych Woda Temperatura zaplonu zamkniete naczynie Cleveland Wartosc N i w temperaturze nie. nizszej od 232°C w temperaturze nie i nizszej od 285^C 1,010—.1,030 najwyzej 2?/o najwyzej 0,5*/ó 95,5°C Kruszywo umieszcza sie w mieszalniku, mieszal¬ nik uruchamia sie i nastepnie dodaje rozpuszczal¬ nik. Mieszanie kontynuuje sie az do równomier¬ nego rozprowadzenia mieszaniny smoly z rozpusz- czallniikiem, przy czym inie podgrzewa sie ani mie¬ szalnika ani kruszywa. Otrzymana paste przenosi sie do remontowanego elektroMzera Halla-Heroul- 1» 50 55 60 65 ta. Ptrzed rozpoczeciem wprowadzania i ubijania pasty w otworze erozyjnym krawedzie otworu po¬ krywa sie wstepnie warstwa goracej smoly o tem¬ peraturze mieiknienia 130°C. \ ^ Paste spoinowa umieszcza si# kolejnyiiai war¬ stwami w wyzlobionym otworze, stosujac najpierw ubijak podwieszony na ramie, a nastepnie ubijak reczny w celu wykonczenia wierzchniej warstwy.Po dokladnym ubiciu pasty spoinowej w otworze erozyjnym elektrolizer podgrzewa sie wstepnie W ciagu 8,5 godzin dwupattnikowym grzejnikiem plo¬ mieniowym. Temperatura pasty w koncowym okresie tego etapu wynosi 125°C; temperature - te osiaga sie po okolo 4—5 godzinach podgrzewania.Elektrolize AI4O3 rozpoczyna sie po uplywie okolo 9 godzin od momentu zakonczenia ogrzewania.Kontrola stanu elektralkara przeprowadza sie po uplywie okolo 30 drii od momentu ^rozpoczecia produkcjL. Stan elektroOizera w wyremontowanym miejscu jest dobry. Elektroliraer moze pracowac ws ciagu przynajmniej 10 miesiecy, przy czym w cia¬ gu tego okresu nie obserwuje ^e wysokiej zawar¬ tosci zelaza w produkowanym , aluminium, która swiadczylaby o przeciekach w wyremontowanym miejscu.Przyklad II. W temperaturze "pokojowej wytwarza sie paste, z 13*/* wagowych smoly o, temperaturze mieknienia 92°C i &1*k wagowych kruszywa i li2f/§ wagowych, w przeliczeniu na ciezar smoly, surowego rozpuszczalnika (metylo¬ naiftalenowego. Paste te stosuje sie w charakterze pasty spoinowej przy budowie nowego elektroli- zera do produkcji aluminium. Bloków elektrod weglowych nie pokrywa sie wstepnie.Temperatura bloków wezowych równa jest temperaturze otoczenia, a paste ubija sie równiez w temperaturze pokojowej, to znaczy w tempera¬ turze 25°C. Podczas, gdy w przypadku omówionym w przykladzie I, ze wzgledu na uprzednia dlugo¬ trwala eksploatacje eaektrolizefa wystarcza ;zwy- \ kle wygrzewanie wstepne, to w przypadku nowe¬ go elektrolizera zarówno bloki elektrod weglo¬ wych, jak i ubita miedzy nimi pasta spoinowa musza byc stopniowo powoli podgrzewane, w obo¬ jetnej praktycznie atmosferze w ciagu szeregu go¬ dzin, do temperatury 9O0-h10O0°C.Wyniki pomiarów wartosci skurczów wskutek spiekania wykazuja, ze w odróznieniu od pasty omówionej w przykladzie I, w której stosuje sie 10,12^/i wagowych rozpuszczalnika^ korzystne wlasciwosci maja pasty spoinowe wedlug wyna¬ lazku zawierajace 8^1^/t wagowych rozpuszczal¬ nika W przeliczeniu na czesci smoly.Szczególna zadeta past wedlug wynalazku sta¬ nowi to,, ze umozliwiaja one stosowanie smól o wyzszej temperaturze miejknienia niz smoly stosowane dotychczas. powszechnie w znanych pa¬ stach spoinowych, gdyz stosujac pasty wedlug wy¬ nalazku mozna prowadzic ubijanie w temperatu¬ rze pokojowej. Wyzsza temperatura mieknienia i zwiazana z nia wyzsza# koksowaflnoisc decyduje o lepszej jakosci elementów weglowych.Oprócz mozliwosci stosowania pasty wedlug wy¬ nalazku jako pasty do wytwarzania spoin, ma ona szersze zastosowanie jako pasta obrzezna, to106979 6 znaczy do wypelniania przestrzeni wokól ukladu elektrodowych bloków weglowych w eilektrolizerze do produkcji aluminium, a takze jako pasta do wytwarzania monolitycznego dna elektrolizera, w przypadku gdy nie stosuje sie ibloków weglowych.Pasta wedlug wynalazku moze byc uzywana za¬ równo do budowy nowych, jak i naprawy starych elektrolizeirów. Zastosowanie jej nie jest ograni¬ czone do dziedziny przemyslu produkcji alumi¬ nium; w szerszym aspekcie moze ona znajdowac zastosowanie wszedzie tam, gdzie wystepuje po¬ trzeba wytwarzania spoin weglowych o wysokiej gestosci miedzy tworzacymi strukture blokami weglowymi.Zastrzezenia patentowe 1. Pasta spoinowa uszczelniajaca komory elek- trolizerów do produkcji aluminium zawierajaca kruszywo weglowe i spoiwo, takie jak smola 10 15 20 weglowa wzglednie lepik naftowy, znamienna tym, ze zawiera dodatkowo rozpuszczalnik o tempera¬ turze wrzenia 150—3t50°C zlozony praktycznie z co najmniej jednego weglowodoru aromatycznego po¬ siadajacego wylacznie nasycone lancuchy boczne. 2. Pasta wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera rozpuszczalnik o temperaturze wrzenia 200^300°C. 3. Pasta wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze zawiera surowy rozpuszczalnik metyilonaftale- nowy. 4. Pasta wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze za¬ wiera 7—<17°/o wagowych spoiwa o temperaturze mieknienia 48—54°C, kruszywo weglowe w ilosci wyrazajacej sie róznica miedzy 100 i procentowa wagowa zawartoscia spoiwa oraz 8—16°/o wago¬ wych rozpuszczalnika metyilonatftalenowego, w przeliczeniu na czesci spoiwa. 5. Pasta wedlug zastrz. 4, znamienna tym, ze zawiera rozpuszczalnik w ilosci odpowiadajacej 10—14% wagowych ciezaru spoiwa.CZYTELNIA Urzedu Pat^towfcgo Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, zam. 28/80 Cena 45 zl PL PL PL

Claims

1. Zastrzezenia patentowe 1. Pasta spoinowa uszczelniajaca komory elek- trolizerów do produkcji aluminium zawierajaca kruszywo weglowe i spoiwo, takie jak smola 10 15 20 weglowa wzglednie lepik naftowy, znamienna tym, ze zawiera dodatkowo rozpuszczalnik o tempera¬ turze wrzenia 150—3t50°C zlozony praktycznie z co najmniej jednego weglowodoru aromatycznego po¬ siadajacego wylacznie nasycone lancuchy boczne.

2. Pasta wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera rozpuszczalnik o temperaturze wrzenia 200^300°C.

3. Pasta wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze zawiera surowy rozpuszczalnik metyilonaftale- nowy.

4. Pasta wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze za¬ wiera 7—<17°/o wagowych spoiwa o temperaturze mieknienia 48—54°C, kruszywo weglowe w ilosci wyrazajacej sie róznica miedzy 100 i procentowa wagowa zawartoscia spoiwa oraz 8—16°/o wago¬ wych rozpuszczalnika metyilonatftalenowego, w przeliczeniu na czesci spoiwa.

5. Pasta wedlug zastrz. 4, znamienna tym, ze zawiera rozpuszczalnik w ilosci odpowiadajacej 10—14% wagowych ciezaru spoiwa. CZYTELNIA Urzedu Pat^towfcgo Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, zam. 28/80 Cena 45 zl PL PL PL