RU2037566C1

RU2037566C1 - Method for mounting bottom of aluminium electrolyzer

Info

Publication number: RU2037566C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Евменов; Б.И. Аюшин; Ф.К. Тепляков; В.Л. Кучер; С.А. Занин; Г.Д. Козьмин; В.Н. Щетинин
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: length of current leads in anode heat intensive zone is reduced and distance between end faces of opposite bars equals 0.1-0.25 of charge width. Bottom of carbon block not occupied by bar is filled to leave gap between end faces of cathode bars and rammed bottom lining. Value of gap is not less than value of absolute linear thermal expansion of bar. Carbon block bottom is filled simultaneously with ramming of central interblock seam. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при монтаже электролизеров для производства алюминия. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the installation of electrolyzers for the production of aluminum.

Широко используются в промышленности электролизеры, в которых подина выполнена из угольных блоков разной длины с набойкой межблочных швов углеродистой подовой массой. В пазах угольных блоков закреплены с помощью чугунной заливки катодные токоподводящие стержни блюмсы. Причем длина блюмсов соразмерна с длиной блоков: для длинных блоков используют длинные стержни, для коротких короткие. Блюмсы закрепляют так, чтобы при монтаже подины один конец блюмса выступал за пределы блока, а другой не доходил до конца блока на 10-15 см. Незанятая блюмсом часть паза блока (потай) при монтаже подины (набойка подины) забивается подовой массой. Electrolyzers are widely used in industry, in which the hearth is made of coal blocks of different lengths with heel-to-block seams with carbon hearth mass. In the grooves of the coal blocks, the cathode current-carrying rods of the blooms are fixed using cast iron. Moreover, the length of blooms is commensurate with the length of the blocks: for long blocks use long rods, for short ones. The blooms are fixed so that when installing the hearth, one end of the bloom protrudes beyond the block, and the other does not reach the end of the block by 10-15 cm.The part that is not occupied by the bloom of the groove of the block (sweat) during the installation of the hearth (heel packing) is clogged by the hearth mass.

Известная конструкция имеет следующие недостатки:
при нагревании твердых тел их абсолютное термическое линейное расширение прямо пропорционально их длине. В данном случае за счет различной длины блюмсов возникают различные термические напряжения, приводящие к появлению поперечных трещин в подине. Кроме того, при полной забивке потая подовой массой (после ее коксования) возникают разрушающие термические напряжения в блоках, при расширении блюмсов в сторону центрального шва подины возможен изгиб блока вверх с раскрытием центрального шва;
значительная часть катодного токоподводящего стержня находится под центральной частью анода в зоне высоких температур (≈ 850^оС), в то же время второй конец стержня находится при температуре 300-350^оС. Вследствие возникающего в стержнях линейного расширения возрастает разрушающее их действие на блоки в центральной части подины.The known design has the following disadvantages:
when heating solids, their absolute thermal linear expansion is directly proportional to their length. In this case, due to the different lengths of blooms, various thermal stresses arise, leading to the appearance of transverse cracks in the hearth. In addition, with complete driving by sweating with a hearth mass (after coking), destructive thermal stresses occur in the blocks; when the blooms expand towards the central seam of the hearth, it is possible to bend the block upwards with the central seam opening;
a significant part of the cathode current-supplying rod is located under the central part of the anode in the high temperature zone (≈ 850 ^о С), at the same time, the second end of the rod is at a temperature of 300-350 ^о С. Due to the linear expansion arising in the rods, their destructive effect on the blocks increases the central part of the hearth.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение, в котором вредное влияние термического расширения блюмса по длине снижается за счет компенсационных поперечных пазов в блюмсе, выполненных на противоположных плоскостях блюмсов. Closest to the proposed technical solution is the invention, in which the harmful effect of thermal expansion of the blooms along the length is reduced due to compensation transverse grooves in the blooms made on opposite planes of blooms.

Недостатком данного технического решения является то, что в данном случае при монтаже подины предусматривается установка секций разной длины при монтаже подины. Хотя компенсирующие пазы и снижают разрушающее воздействие блюмсов, однако абсолютное их удлинение составляет 0,7-1,0 см, что ведет к неодинаковому растягиванию угольных блоков и появлению продольных трещин в швах и поперечных трещин в блоках. Кроме того, забивка оставшейся части паза в блоке (потая) подовой массой обеспечивает лишь одностороннее расширение блюмса в сторону конца блюмса со спуском, выходящего за пределы катодного кожуха. The disadvantage of this technical solution is that in this case, when installing the hearth provides for the installation of sections of different lengths when installing the hearth. Although compensating grooves reduce the destructive effect of blooms, their absolute elongation is 0.7-1.0 cm, which leads to unequal stretching of the coal blocks and the appearance of longitudinal cracks in the joints and transverse cracks in the blocks. In addition, driving the remaining part of the groove in the block (sweating) with the hearth mass provides only one-sided expansion of the bloom towards the end of the bloom with a descent extending beyond the cathode casing.

В зоне центрального продольного шва подины короткие и длинные блюмсы стыкуются посредством межблочной набивки. При расширении блюмса в сторону центрального шва (в случае невозможности удлинения блюмса в обе стороны, например, при наличии кривизны паза) расширение блюмса встречает реакцию недеформируемой углеродистой набивки потая, в результате чего происходит изгиб блюмса вверх с раскрытием центрального шва и разрушением катода. In the zone of the central longitudinal seam of the hearth, short and long blooms are joined by means of interblock packing. When the bloom expands towards the central seam (if it is not possible to extend the bloom on both sides, for example, if the groove is curved), the bloom expands with a nondeformable carbon sweat packing reaction, as a result of which the bloom bends upward with the central seam opening and the cathode breaking.

Цель изобретения повышение срока службы электролизера и снижение трудозатрат и расхода материалов при монтаже подины. The purpose of the invention is to increase the service life of the cell and reduce labor and material consumption during installation of the hearth.

Поставленная цель достигается тем, что по способу монтажа подины алюминиевого электролизера, включающему закрепление токоподводящих катодных стержней в пазах угольных блоков, кладку цоколя, накатку угольной подушки, установку катодных секций и набойку межблочных и периферийных швов, уменьшают длину токоподводящих стержней в термически напряженной зоне катода, устанавливая расстояние между торцами противолежащих стержней равное 0,1-0,25 ширины шахты ванны, а заполнение паза угольного блока, не занятого стержнем, производят оставляя зазор между торцом катодного стержня и набойкой паза не менее величины абсолютного температурного линейного расширения стержня, причем заполнение паза угольного блока производят одновременно с набойкой центрального межблочного шва. This goal is achieved by the fact that by the method of mounting the bottom of the aluminum electrolyzer, including fixing the current-conducting cathode rods in the grooves of the coal blocks, laying the base, rolling the carbon cushion, installing the cathode sections and packing the interblock and peripheral joints, reduce the length of the current-conducting rods in the thermally stressed cathode zone, by setting the distance between the ends of the opposite rods equal to 0.1-0.25 of the width of the shaft of the bath, and filling the groove of the coal block not occupied by the rod, leaving a gap p between the end face of the cathode rod and the groove heel is not less than the absolute temperature linear expansion of the rod, and the groove of the coal block is filled simultaneously with the heel of the central interblock weld.

От прототипа предлагаемое решение отличается тем, что уменьшают длину катодных стержней, устанавливают расстояние между торцами противолежащих стержней, равное 0,1-0,25 ширины шахты ванны, заполнение свободной части паза угольного блока производят, оставляя зазор между торцом катодного стержня и набойкой не менее величины абсолютного температурного линейного расширения стержня, и, кроме того, заполнение паза угольного блока производят одновременно с набойкой центрального межблочного шва подины. The proposed solution differs from the prototype in that it reduces the length of the cathode rods, sets the distance between the ends of the opposing rods equal to 0.1-0.25 of the width of the shaft of the bath, the free part of the groove of the coal block is filled, leaving a gap between the end of the cathode rod and the heel at least the magnitude of the absolute temperature linear expansion of the rod, and, in addition, the filling of the groove of the coal block is carried out simultaneously with the tapping of the central interblock seam of the hearth.

В этом заключается новизна предлагаемого технического решения. This is the novelty of the proposed technical solution.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом и другими известными решениями в данной области показывает, что:
известно предотвращение деформации или разрушения элементов конструкции организацией температурного шва внутри расширяющейся детали, ширина которого достаточна для компенсации расширения;
известно использование для монтажа подины алюминиевого электролизера катодных секций, в которых катодный стержень выполнен переменного сечения, а остальная часть паза в углеродистом блоке заполнена углеродистой массой, причем площади вертикального сечения стержней в центральной части монтируемой подины меньше, чем в периферийной.Comparison of the proposed technical solution with the prototype and other known solutions in this field shows that:
it is known to prevent deformation or destruction of structural elements by organizing a temperature seam inside the expanding part, the width of which is sufficient to compensate for the expansion;
It is known to use cathode sections for mounting the hearth of an aluminum electrolyzer in which the cathode rod is made of variable cross-section and the rest of the groove in the carbon block is filled with carbon mass, and the vertical cross-sectional area of the rods in the central part of the mounted hearth is smaller than in the peripheral one.

Сравнительный анализ не выявил в данной области технических решений, в которых расстояние между противолежащими токоподводящими стержнями катодных секций устанавливали бы равным 0,1-0,25 ширины шахты ванны, а заполнение паза угольного блока, не занятого стержнем, производили бы одновременно с набойкой центрального межблочного шва, оставляя при этом температурный зазор между набойкой и торцами катодных стержней. A comparative analysis did not reveal technical solutions in this area in which the distance between the opposite current-conducting rods of the cathode sections would be set equal to 0.1-0.25 of the width of the bath shaft, and the groove of the coal block not occupied by the rod would be filled simultaneously with the central interblock the seam, while leaving a temperature gap between the heel and the ends of the cathode rods.

Совокупность известных и неизвестных признаков предлагаемого технического решения позволяет уменьшить термические напряжения в сборно-блочной подине и повысить срок службы электролизера, снизить расход блюмсов на изготовление катодных стержней, сократить расход подовой массы и трудозатраты на монтаж подины. Таким образом, предлагаемое решение отвечает критерию изобретения "существенные отличия". The combination of known and unknown features of the proposed technical solution allows to reduce thermal stresses in the prefabricated block hearth and increase the service life of the electrolyzer, reduce the consumption of blooms for the manufacture of cathode rods, reduce the consumption of hearth mass and labor for installation of the hearth. Thus, the proposed solution meets the criteria of the invention "significant differences".

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. The technical essence of the proposed solution is as follows.

Сокращение длины токоподводящих катодных стержней позволяет в значительной мере снизить термические напряжения в центральной части подины за счет смещения концов стержней из высокотемпературной поданодной зоны подины. Сокращение длины катодных стержней в зоне под анодом не влияет существенно на увеличение электрических потерь в подине, т.к. часть стержней, находящихся вблизи центра подины,несет ≈ 5% общей токовой нагрузки. В то же время снижается расход блюмсов и чугуна для заливки, снижаются трудозатраты на монтаж катодных секций. Reducing the length of the current-conducting cathode rods can significantly reduce thermal stresses in the central part of the hearth due to the displacement of the ends of the rods from the high-temperature subanode zone of the hearth. Reducing the length of the cathode rods in the area under the anode does not significantly affect the increase in electrical losses in the hearth, because part of the rods located near the center of the hearth carries ≈ 5% of the total current load. At the same time, the consumption of blooms and cast iron for pouring is reduced, the labor costs for the installation of cathode sections are reduced.

Для снижения напряжений на угольные блоки и межблочные швы со стороны расширяющихся под действием температуры катодных стержней между торцами стержней и набойкой из подовой массы в пазу блока устанавливают темпеpатурный зазор, компенсирующий абсолютное линейное расширение стержня. To reduce stresses on the coal blocks and interblock seams from the side of the cathode rods expanding under the influence of temperature, between the ends of the rods and the heel from the hearth mass, a temperature gap is established in the groove of the block to compensate for the absolute linear expansion of the rod.

Заполнение подовой массой паза угольного блока, не занятого катодным стержнем, производят одновременно с набойкой центрального межблочного шва. Это позволяет устранить операцию набойки паза (потая), сократить расход подовой массы. Для получения плотной и прочной набойки, обеспечивающей надежную защиту от проникновения расплава в межблочные швы, в пазы блоков устанавливают вставки, упирающиеся одним концом в торец катодного стержня, а другим препятствующие расползанию подовой массы, проникающей через шов в паз. Обеспечиваются надежное уплотнение набойки паза и межблочного шва, установка зазора между торцом стержня и набойкой паза (минимальный зазор устанавливают равным величине абсолютного температурного линейного расширения стержня). Filling the bottom mass of the groove of the coal block, not occupied by the cathode rod, is carried out simultaneously with the filling of the central interblock seam. This allows you to eliminate the operation of grooving the groove (sweating), to reduce the consumption of hearth mass. In order to obtain a dense and durable heelplate that provides reliable protection against penetration of the melt into interblock seams, inserts are installed in the grooves of the blocks, abutting at one end of the end of the cathode rod, and the other preventing the creep mass from penetrating through the seam into the groove. Reliable compaction of the grooves of the groove and the interlock seam, the installation of a gap between the end of the rod and the groove of the groove (the minimum clearance is set equal to the absolute temperature linear expansion of the rod).

Минимальное расстояние между торцами противолежащих катодных стержней устанавливают равным 0,1 ширины шахты ванны. Центральная часть подины является наиболее термически напряженной зоной и составляет примерно 0,1 ширины шахты. В этой зоне происходит наибольшее удлинение стержней, которое в значительной степени способствует "вспучиванию" подины, особенно в том случае, если происходит заклинивание стержня в пазу (например, на изгибе паза или при керновке паза), при этом торец стержня упирается в набойку потая и начинает изгибаться вверх, приподнимая блок, что ведет к раскрытию межблочного центрального шва. При увеличении расстояния между торцами противолежащих стержней более 0,25 ширины шахты ванны возрастают токовые потери в подине, т. к. повышается плотность тока в блюмсах, повышается электросопротивление катодных стержней, особенно в случае увеличения подовой настыли, сокращается площадь контакта стержень-блок. The minimum distance between the ends of the opposite cathode rods is set equal to 0.1 of the width of the shaft of the bath. The central part of the hearth is the most thermally stressed zone and is approximately 0.1 shaft width. In this zone, the greatest elongation of the rods occurs, which greatly contributes to the "swelling" of the hearth, especially if the rod is jammed into the groove (for example, on the bend of the groove or when the groove is grooved), while the end of the rod abuts against the heel by sweating and begins to bend upward, lifting the block, which leads to the disclosure of the interblock central seam. With an increase in the distance between the ends of the opposite rods over 0.25 of the width of the bath shaft, current losses in the hearth increase, since the current density in blooms increases, the electrical resistance of the cathode rods increases, especially in the case of an increase in hearth flooring, the contact area of the rod-block decreases.

На фиг. 1 показан поперечный разрез катода, подина которого смонтирована предлагаемым способом; на фиг. 2 и 3 разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a cross section of a cathode, the bottom of which is mounted by the proposed method; in FIG. 2 and 3, section AA in FIG. 1.

На чертежах обозначены токоподводящий катодный стержень 1, подовый блок 2, набойка 3 межблочного шва, набойка 4 паза блока, температурный зазор 5, цоколь 6, ограничительная вставка 7. In the drawings, a current-conducting cathode rod 1, a hearth block 2, an interlock block heel 3, a block groove 4, a temperature gap 5, a base 6, a restrictive insert 7 are indicated.

П р и м е р 1. При изготовлении катодных стержней (фиг. 1 и 2) длиной 1400 и 2000 мм использовали катодные стержни 1 одинаковой длины 2150 мм, которые устанавливали в паз подового блока 2 и заливали чугуном. Затем производили набойку 4 подовой массой части паза, не занятой катодным стержнем. Предварительно перед набойкой в пазу блока на расстоянии 100 мм от торца блока была установлена вставка 7 из дерева толщиной 20 мм. После набойки вставка извлекалась и между торцом катодного стержня 1 и набойкой 4 паза блока оставался температурный зазор 5. Таким образом подготовленные подовые секции при монтаже катода устанавливались на цоколь 6, в кожухе катода электролизера подовой массой набивали межблочный шов. Всего было изготовлено пять опытных электролизеров. Обжиг и пуск электролизеров прошел нормально, ванны эксплуатируются 1,5 г. замечаний по эксплуатации нет. PRI me R 1. In the manufacture of cathode rods (Fig. 1 and 2) with a length of 1400 and 2000 mm used cathode rods 1 of the same length of 2150 mm, which were installed in the groove of the hearth block 2 and filled with cast iron. Then, they were heaped 4 with the hearth mass of the part of the groove not occupied by the cathode rod. Previously, before inserting into the groove of the block at a distance of 100 mm from the end of the block, an insert 7 of wood 20 mm thick was installed. After tapping, the insert was removed and the temperature gap 5 remained between the end face of the cathode rod 1 and the tapping 4 of the block groove. Thus, the prepared hearth sections were installed on the base 6 during the installation of the cathode; In total, five experimental electrolyzers were manufactured. The firing and start-up of the electrolytic cells was normal, the baths are operated for 1.5 g. There are no comments on the operation.

В другом эксперименте при изготовлении катодный секций (фиг. 1 и 3) часть паза в подовом блоке подовой массой не заполнялась и подовые секции с пустотами паза устанавливались при монтаже катода на цоколь. In another experiment, in the manufacture of the cathode sections (Figs. 1 and 3), part of the groove in the hearth block was not filled with a hearth mass and hearth sections with groove voids were installed when the cathode was mounted on the base.

П р и м е р 2. При изготовлении катодных секций (фиг. 3) использовали катодные стержни разной длины (2159 и 2750 мм), которые устанавливали в паз подового блока 2 и заливали чугуном. На расстоянии 100 мм от торцов подового блока в части паза, не занятой катодным стержнем, устанавливали ограничительную вставку 7. Вплотную к торцу катодного стержня 1 в части паза, не занятой катодным стержнем, устанавливали вставку 7, катодные секции переворачивали пазом вниз и устанавливали на стенде, оставляя между торцами подовых секций зазор 40 мм. Затем производили одновременно набойку 3 межблочного шва и пространства в пазу блока. Вставка 7 не извлекалась (деревянная вставка сгорит при эксплуатации электролизера, т.к. температура в этой зоне достигает 850^оС, и между торцом катодного стержня 1 и набойкой 4 паза образуется температурный зазор 5). После кантовки подовых секций вверх пазом было зафиксировано, что набойка паза произведена удовлетворительно.PRI me R 2. In the manufacture of cathode sections (Fig. 3) used cathode rods of different lengths (2159 and 2750 mm), which were installed in the groove of the hearth block 2 and filled with cast iron. At a distance of 100 mm from the ends of the hearth block, a restriction insert 7 was installed in the groove part not occupied by the cathode rod 7. Insert 7 was installed close to the end of the cathode rod 1 in the groove portion not occupied by the cathode rod, the cathode sections were turned upside down and mounted on the stand leaving a gap of 40 mm between the ends of the hearth sections. Then, 3 interblock seam and space in the block groove were simultaneously tamped. Box 7 is not extracted (wooden insert burns during operation of the cell as the temperature in this zone reaches 850 ^{° C,} and between the end of cathode rod 1 and the heel groove 4 formed expansion gap 5). After tilting the hearth sections upward with the groove, it was recorded that the grooving of the groove was done satisfactorily.

Claims

1. METHOD FOR MOUNTING THE BOTTOM OF AN ALUMINUM ELECTROLYZER, including fixing current-conducting cathode rods in grooves of coal blocks, laying a base, knurling a carbon pillow, installing cathode sections and packing inter-unit and peripheral seams, characterized in that, in order to increase the service life and reduce labor materials, reduce the length of the lead-in rods in the thermally stressed zone of the cathode, while the distance between the ends of the opposite rods is set equal to 0.1 - 0.25 of the width of the shaft of the bath, and fill under coal block, not occupied by the rod, with the formation of a gap between the end face of the cathode rod and the groove heel is not less than the absolute temperature linear expansion of the rod.

2. The method according to claim 1, characterized in that under the coal block is filled at the same time as the heel of the Central interblock seam.