RU2068035C1

RU2068035C1 - Electrolyzer bottom

Info

Publication number: RU2068035C1
Application number: RU94016509A
Authority: RU
Inventors: Леонид Васильевич Даниленко
Original assignee: Леонид Васильевич Даниленко
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1994-05-05
Publication date: 1996-10-20
Also published as: RU94016509A

Abstract

FIELD: aluminum electrolysis. SUBSTANCE: as compared with known apparatuses the bottom has stronger interblock seams, that prevents through cracks formation in them. EFFECT: new thing is configuration of interblock connections grooves. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электролиза алюминия, в частности, к устройствам подин электролизеров. Известно устройство подины электролизера, содержащее углеродистые блоки с пазами и межблочные соединения, выполненные с использованием углеграфитовых элементов, введенных между углеродистыми блоками и заполненных углеродистой массой [1]
Недостатком известного устройства является то, что при выходе на рабочие температуры, большая часть межблочного соединения, выполненного из углеродистой массы (набивки), получает перемещение (выдавливание) вдоль стенок углеродистых блоков и тем самым теряется первоначальное сцепление, улучшаемое в начале процесса набивки швов за счет промазывания боковых поверхностей блоков активирующей смесью. Поэтому при возникновении, например, микроколебаний подины образуются трещины, в которые протекает расплавленный алюминий, причем введенные между углеродистыми блоками углеграфитовые элементы не препятствуют такому протеканию.The invention relates to the field of aluminum electrolysis, in particular, to bottom electrolysis devices. A device is known for the bottom of the electrolyzer containing carbon blocks with grooves and interblock connections made using carbon-graphite elements inserted between the carbon blocks and filled with carbon mass [1]
A disadvantage of the known device is that when it reaches operating temperatures, most of the interblock connection made of carbon mass (stuffing) receives displacement (extrusion) along the walls of the carbon blocks and thereby the initial adhesion is improved, which is improved at the beginning of the jointing process due to smearing the side surfaces of the blocks with an activating mixture. Therefore, when, for example, micro-vibrations of the hearth occur, cracks form in which molten aluminum flows, and carbon-graphite elements introduced between the carbon blocks do not interfere with such a flow.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является подина электролизера, включающая углеродистые блоки и межблочные швы, которые выполнены из двух составляющих нижнего из подовой массы и верхнего - защитного, обладающего адгезией к ним [2] Описанное устройство частично защищает от утечки алюминия через трещины в межблочных швах. The closest in technical essence to the proposed device is the bottom of the cell, including carbon blocks and interblock seams, which are made of two components of the lower of the hearth and the upper - protective, with adhesion to them [2] The described device partially protects from aluminum leakage through cracks in interblock seams.

К недостаткам известного устройства следует отнести экранирование подины защитным слоем, а также неравномерность токораспределения в подине (до 16%). Кроме того, наличие защитного шва в области верхнего угла углеродистого блока будет способствовать появлению в нем микротрещин, как в концентраторе механических и тепловых напряжений, а перпендикулярность боковых стенок основаниям углеродистого блока позволяет проникать по этим микротрещинам расплавленному металлу, что, в итоге, ухудшает качество выплавляемого металла и уменьшает срок службы в целом. The disadvantages of the known device include shielding the hearth protective layer, as well as the uneven distribution of the hearth (up to 16%). In addition, the presence of a protective seam in the upper corner of the carbon block will contribute to the appearance of microcracks in it, as in a concentrator of mechanical and thermal stresses, and the perpendicularity of the side walls to the bases of the carbon block allows molten metal to penetrate these microcracks, which, as a result, affects the quality of the melted metal and reduces the service life as a whole.

Указанные недостатки устраняются в предложенном изобретении за счет того, что боковые стенки углеродистых блоков выполнены со скосами (относительно оснований), плавнопереходящими в пазы, например, цилиндрические, в которые помещены повторяющие их конфигурацию уплотнители, выполненные, например, в виде труб. Трубы при этом снабжаются термокомпенсационными пазами, например, в виде винтовой канавки. These disadvantages are eliminated in the proposed invention due to the fact that the side walls of the carbon blocks are made with bevels (relative to the bases) that smoothly transition into grooves, for example, cylindrical, in which seals repeating their configuration are made, for example, in the form of pipes. The pipes are provided with thermal expansion slots, for example, in the form of a helical groove.

Суть изобретения сводится к тому, что в боковых стенках углеродистых блоков выполняются пазы, например, цилиндрические, с таким расчетом, чтобы при монтаже углеродистых блоков и сохранения необходимого для набивки швов подовой массой зазоров между ними, можно было с минимальным технологическим зазором поместить трубу, а боковые стенки соседних стыкуемых углеродистых блоков, расположенные выше горизонтального диаметра трубы выполняют плавно переходящими от стенок паза на уровне диаметра трубы к сечению минимального зазора между блоками, образуя клиновую плоскую "крышу" над трубой, причем вершина такой крыши не доходит до верхнего основания блоков на величину, примерно равную зазору между блоками и определяемую технологическими параметрами, исключающими сколы стыкуемых оснований. В этом случае набиваемая в пространство зазора между блоками подовая масса заполняет его и принимает форму клина, острым концом направленного вверх, а более широким концом опирающегося на уплотнитель трубу. The essence of the invention boils down to the fact that grooves are made in the side walls of the carbon blocks, for example, cylindrical, so that when installing the carbon blocks and maintaining the gap between them necessary for filling the joints, the pipe can be placed with a minimum technological gap, and the side walls of adjacent mating carbon blocks located above the horizontal diameter of the pipe are smoothly passing from the walls of the groove at the level of the diameter of the pipe to the cross section of the minimum gap between the block and, forming a flat wedge "roof" over the pipe, wherein a vertex of the roof does not reach the upper base unit by an amount approximately equal to the gap between the blocks and the determined process parameters, excluding chipped abutting bases. In this case, the hearth mass stuffed into the gap space between the blocks fills it and takes the form of a wedge, with the sharp end pointing upward and the wider end of the pipe resting on the seal.

В результате такой набивки швов труба, предварительно, перед установкой промазанная, как и ее посадочное место, углеродистой пастой, плотно контактирует со стенками соседних углеродистых блоков и набивкой шва. При дальнейшем обжиге швов выводе подины на рабочие режимы (температурные) углеродистая подовая масса расширяется, что приводит к увеличению давления внутри шва и выдавливанию массы в щели между трубой и стенками углеродистых блоков, а также, главное к образованию плотного клина углеродистой массы плотносцепленного с боковыми плоскостями углеродистых блоков. Так как спекание массы начинается сверху, т. е. в узком конце шва, то происходит эффект "закупоренной бутылки" вначале процесса сцепляется узкая полоса углеродистой массы, причем из-за наличия обратного конуса ее трудно выдавить из зазора, а далее спекается основная масса и при этом ее расширение уплотняет те места, которые недостаточно уплотнены трамбовками. Газы при этом фильтруются свободно через углеродистые блоки. Происходит процесс аналогичный заполнению фигурных форм пенопластом при нагревании. As a result of such jointing, the pipe, previously, prior to installation, coated with carbon paste, like its seat, tightly contacts the walls of adjacent carbon blocks and the joint. With further firing of the seams, the output of the hearth to the operating modes (temperature), the carbon bottom mass expands, which leads to an increase in pressure inside the seam and squeezing out the mass in the gap between the pipe and the walls of the carbon blocks, and also, most importantly, the formation of a tight wedge of carbon mass that is tightly linked with the lateral planes carbon blocks. Since the sintering of the mass begins from the top, that is, at the narrow end of the seam, the effect of a “clogged bottle” occurs at the beginning of the process a narrow strip of carbon mass is attached, and due to the presence of the inverse cone, it is difficult to squeeze it out of the gap, and then the bulk is sintered and however, its expansion compacts those places that are not densely packed with rammers. In this case, gases are filtered freely through carbon blocks. A process similar to filling shaped shapes with foam occurs when heated.

В свою очередь труба, расширяясь, способствует сохранению давления в зазоре до полного отвердевания углеродистой подовой массы швов, после чего давление в швах постепенно падает, но прочное сцепление набивки швов с углеродистыми блоками остается. In turn, the pipe, expanding, helps to maintain the pressure in the gap until the carbon bottom mass of the joints solidifies completely, after which the pressure in the joints gradually decreases, but the strong adhesion of the joint packing to the carbon blocks remains.

Преимущество по сравнению с прототипом и аналогом, предлагаемого изобретения заключается в том, что плоско-параллельные швы между соседними углеродистыми блоками при обжиге выдавливаются из них, так как расстояние между швами ≈40 мм меньше глубины шва, а потому, из-за большой вязкости набивочной углеродистой подовой массы, основная концентрация напряжений приходится на границу подовой массы и стенки углеродистого блока, где собственно и происходит в дальнейшем трещинообразование. В нашем же случае выдавливания не происходит, так как запекаемой массе, жидкости явно ненъютоновской, для выхода из зазора между блоками наружу, необходимо преодолеть не только сцепление с углеродистыми блоками, но и сопротивление пробки с обратным конусом, которая образуется в начале спекания, а также то, что из-за уменьшения зазора в верхней части (по сравнению с прототипом) увеличивается сопротивление выдавливанию углеродистой подовой массы. Кроме уплотнения углеродистой подовой массы из-за ее расширения, она подвергается уплотнению из-за расширения в сечении трубы, что в сумме способствует исключению трещин в швах. Преимуществом является и использование уплотнителя металлической трубы для дополнительного подвода катодного напряжения дополнительно подводимому к блюмсам (токоподводам), что улучшает работу электролизера в целом. The advantage compared with the prototype and analogue of the invention is that plane-parallel seams between adjacent carbon blocks are pressed out during firing, since the distance between the seams is ≈40 mm less than the depth of the seam, and therefore, because of the high viscosity of the packing carbon hearth mass, the main concentration of stress falls on the boundary of the hearth mass and the wall of the carbon block, where in fact further crack formation occurs. In our case, extrusion does not occur, since the baked mass, the liquid is clearly non-Newtonian, in order to exit the gap between the blocks to the outside, it is necessary to overcome not only adhesion to the carbon blocks, but also the resistance of the cork with the reverse cone, which is formed at the beginning of sintering, as well as that due to the reduction of the gap in the upper part (compared with the prototype), the extrusion resistance of the carbon bottom mass increases. In addition to compaction of the carbon bottom mass due to its expansion, it undergoes compaction due to expansion in the pipe section, which in total contributes to the elimination of cracks in the joints. An advantage is the use of a metal pipe sealant for additional supply of cathode voltage additionally supplied to the blooms (current leads), which improves the operation of the electrolyzer as a whole.

Следует особо остановиться на том, что рассчитанная на тепловые напряжения тонкостенная труба не создает сверхрасчетных усилий, расталкивающих углеродистые блоки из-за малого объема металла, а для подстраховки и избежания неприятностей продольных деформаций, уплотнители из труб снабжаются термокомпенсационными пазами, например, в виде винтовой канавки. Такие пазы могут быть как сквозными, так и глухими (непрорезными). В последнем случае оставляемый тонкий слой металла при тепловых деформациях будет просто смят. It should be emphasized that a thin-walled pipe designed for thermal stresses does not create over-calculated forces pushing carbon blocks out due to the small volume of metal, and to insure and avoid the troubles of longitudinal deformations, pipe gaskets are equipped with thermal expansion grooves, for example, in the form of a helical groove . Such grooves can be both through and deaf (not cut). In the latter case, the left thin metal layer due to thermal deformations will simply be wrinkled.

Сквозные пазы (или неполнопрорезные) выполняются шириной 2 мм, поэтому углеродистая подовая набивка, из-за большой вязкости, не будет продавливаться через них, а случайно попавшие частицы при выходе на рабочие температуры подины будут разрушены и выдавлены из зазора паза при смыкании последних при расширении. Through grooves (or partially grooved) are made 2 mm wide, therefore, the carbon hearth packing, due to its high viscosity, will not be pressed through them, and particles that accidentally fall upon reaching the working temperatures of the hearth will be destroyed and squeezed out of the groove gap when closing them when expanding .

Кроме перечисленных преимуществ, предлагаемое изобретение дает возможность контроля плотности швов во время работы электролизера путем помещения в трубу и перемещения по ней термометра, фиксирующего, в случае протекания алюминия, увеличение температуры, а также возможности искусственного охлаждения этого места с целью замораживания конвекционных перемещений расплава алюминия в щелях. In addition to these advantages, the present invention makes it possible to control the density of the joints during operation of the electrolyzer by placing a thermometer in the pipe and moving along it, fixing, in case of leakage of aluminum, an increase in temperature, as well as the possibility of artificial cooling of this place in order to freeze convection movements of the aluminum melt in crevices.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена конструктивная схема подины электролизера в разрезе. Подина электролизера включает катодные блоки 1 и 2, размещенные на угольной подушке, 3 (кожух электролизера и кирпичные кладки внутри него не показаны), межблочный уплотнительный шов 4, стальной уплотнитель трубу 5, помещенную в пазах 5 и 6, переходящих в скосы 7 и 8. Предполагается, что углеродистые блоки 1 и 2 выполнены на всю ширину подины, что облегчает пояснение сути изобретения и само по себе является прогрессивным. При этом, пазы 5 и 6 выполнены по всей длине блоков 1 и 2, а скосы 7 и 8 не доходят до края блоков 1 и 2 на техническую длину порядка 50-100мм, корректируемую пристеночной, нерабочей зоной подины. The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of the bottom of the cell in the context. The bottom of the cell includes cathode blocks 1 and 2 placed on a carbon cushion, 3 (the casing of the cell and the brickwork inside it are not shown), an interblock sealing seam 4, a steel gasket pipe 5, placed in grooves 5 and 6, turning into bevels 7 and 8 It is assumed that the carbon blocks 1 and 2 are made over the entire width of the hearth, which facilitates the explanation of the invention and is progressive in itself. At the same time, grooves 5 and 6 are made along the entire length of blocks 1 and 2, and the bevels 7 and 8 do not reach the edge of blocks 1 and 2 for a technical length of about 50-100 mm, corrected by the wall, non-working zone of the hearth.

Уплотнение межблочного пространства осуществляется следующим образом. Пазы 5 и 6 и скосы 7 и 8 на боковых поверхностях углеродистых блоков 1 и 2 и трубу 5 по наружной поверхности промазывают углеродистой пастой и вставляют в пазы 5 и 6, плотно сдвигая до технологического зазора блоки 1 и 2. При этом гарантированный зазор в верхней части шва между блоками составит 40 мм. После этого начинают заполнение межблочного пространства сверху подовой массой, образующей при трамбовке плотный шов 4. При запекании швов и выводе на рабочие режимы подины швов 4 спекается вначале сверху, тем самым предотвращая выдавливания углеродистой массы шва и уплотняя его сцепление со стенками скосов 7 и 8 и пазов 5 и 6. Следует подчеркнуть, что пазы 5 и 6, при рабочем сближении углеродистых блоков 1 и 2, образуют поверхность, сопряженную с уплотнителем, т.е. охватывающую профиль уплотнителя с запланированным зазором, в частности с трубой 5. В трубу 5 можно ввести термометр или устройство локального охлаждения места с повышенной температурой для предотвращения контакта расплава алюминия со сталью трубы. Sealing the interblock space is as follows. The grooves 5 and 6 and the bevels 7 and 8 on the lateral surfaces of the carbon blocks 1 and 2 and the pipe 5 on the outer surface are smeared with carbon paste and inserted into the grooves 5 and 6, tightly moving the blocks 1 and 2 to the technological gap. At the same time, a guaranteed gap in the upper parts of the seam between the blocks will be 40 mm. After that, the filling of the interblock space from above with the hearth mass, which forms a tight seam during tamping 4. When the seams are baked and the seams are brought out to the operating modes, the seams 4 are sintered initially from above, thereby preventing the carbon mass from being squeezed out and sealing its adhesion to the walls of bevels 7 and 8 and grooves 5 and 6. It should be emphasized that the grooves 5 and 6, when the carbon blocks 1 and 2 are working closer together, form a surface mating with the sealant, i.e. covering the profile of the seal with the planned clearance, in particular with the pipe 5. In the pipe 5, you can enter a thermometer or device for local cooling of the place with an elevated temperature to prevent contact of the molten aluminum with steel pipe.

В известных устройствах рабочие поверхности блоков (верхние, на которых располагается расплав) имеют большую температуру и при спекании швов и при работе, поэтому в верхних частях блоков происходит большее уменьшение толщины швов, чем в нижних, что приводит к образованию "клина" с более широкой частью снизу и, естественно, выдавливанию запекаемой сверху подовой массы шва преимущественно вниз по расходящимся плоскостям "клина", что ведет к существенному уменьшению сцепления между набивочной массой шва и стенками блоков. В предлагаемом устройстве широкая сторона "клина" заперта трубой 5, а потому выдавливание годовой массы происходит в сторону узкой части "клина" вверх, причем запекание подовой массы происходит при прижатии ее к стенкам блоков 1 и 2. In known devices, the working surfaces of the blocks (the upper ones on which the melt is located) have a higher temperature both during sintering and during operation, therefore, in the upper parts of the blocks there is a greater decrease in the thickness of the joints than in the lower ones, which leads to the formation of a “wedge” with a wider part from the bottom and, naturally, squeezing the hearth of the seam baked from above mainly down the diverging planes of the "wedge", which leads to a significant reduction in adhesion between the stuffed mass of the seam and the walls of the blocks. In the proposed device, the wide side of the "wedge" is locked with a pipe 5, and therefore the annual mass is extruded towards the narrow part of the "wedge" upward, and the hearth is baked when it is pressed against the walls of blocks 1 and 2.

Таким образом, наличие скосов на боковых поверхностях смежностыкуемых углеродистых блоков, в сочетании с расположенной в нижней части стыка уплотнителя (трубы), образующих клиновой шов уплотнительной подовой углеродистой массы, позволяет частично "запереть" последнюю в клиновом пространстве и за счет ее естественного расширения получить качественно уплотненные швы, что существенно уменьшает вероятность образования трещин в стыках блоков. Наличие же термокомпенсационных пазов способствует этому еще в большей степени за счет исключения подвижки трубы 3 вдоль шва при тепловых деформациях. Thus, the presence of bevels on the lateral surfaces of adjacent abutting carbon blocks, in combination with the gasket (pipe) located at the bottom of the joint, forming a wedge seam of the sealing carbon bottom, allows you to partially “lock” the latter in the wedge space and, due to its natural expansion, obtain high-quality sealed joints, which significantly reduces the likelihood of cracking at the joints of the blocks. The presence of thermal compensation grooves contributes to this even more due to the exclusion of the movement of the pipe 3 along the weld during thermal deformation.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1477786, кл. С 25 С 3/08, 1989, Бюл. N 17.Information sources
1. Copyright certificate of the USSR N 1477786, cl. S 25 S 3/08, 1989, Bull. N 17.

2. Авторское свидетельство СССР N 1258878, кл& С 25 С 3/08 1987 г. Бюл. N 35. 2. USSR author's certificate N 1258878, cl & C 25 C 3/08 1987 Bull. N 35.

Claims

1. The bottom of the electrolyzer containing carbon blocks with grooves and interblock seams, characterized in that the side walls of the carbon blocks are made with bevels that smoothly turn into grooves, for example cylindrical, in which are placed mating seals made of, for example, in the form of steel pipes .

2. The hearth according to claim 1, characterized in that temperature compensators are made in the seals, for example, in the form of a helical groove along the pipe.