RU2112081C1

RU2112081C1 - Lining of electrolyzer for aluminium refining

Info

Publication number: RU2112081C1
Application number: RU96116206A
Authority: RU
Inventors: С.Я. Черепанов; В.Н. Смирнов; А.И. Мурашкин; К.И. Стеблин; В.Г. Бабкин; И.А. Пихутин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красноярский алюминиевый завод"
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: lining of electrolyzer for aluminum refining. SUBSTANCE: the offered lining of electrolyzer has carbon bottom and side heat-insulating and facing lining. Facing lining is made in form of single layer thickness and length of horizontal joint seams of same level does not exceed 0.7 lining perimeter or made monolithic. EFFECT: increased service life of electrolyzer, reduced downtime, higher annual productivity and improved quality of produced aluminum. 2 cl, 5 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия высокой чистоты способом электролитического рафинирования, и касается футеровки анодного кожуха электролизера. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of high-purity aluminum by the method of electrolytic refining, and relates to the lining of the anode casing of the electrolyzer.

Известна футеровка электролизера для рафинирования алюминия, включающая подовые угольные блоки, бортовую кирпичную футеровку, собранную из вертикально установленных в два слоя магнезитовых кирпичей, закрытых сверху стальным листом, и теплоизоляционный слой, прилегающий к стальному кожуху алюминиевого электролизера ([1], технологическая инструкция ОАО "Краз", N 3-4-82). A known lining of an electrolytic cell for refining aluminum, including hearth coal blocks, a side brick lining, assembled from vertically mounted two-layer magnesite bricks, closed on top with a steel sheet, and a heat-insulating layer adjacent to the steel casing of an aluminum electrolyzer ([1], technological instruction of OJSC " Kraz ", N 3-4-82).

Недостатком указанной конструкции футеровки является ее низкий срок службы, обусловленный проникновением расплавов фтористых солей в швы бортовой футеровки, что вызывает ее разбухание и расширение в вертикальном направлении. В результате деформации бортовой футеровки происходят чрезмерный подъем стального листа, деформация анодного кожуха, выпячивание футеровки внутрь шахты и ее разрушение. The disadvantage of this design of the lining is its low service life, due to the penetration of molten fluoride salts into the seams of the side lining, which causes it to swell and expand in the vertical direction. As a result of deformation of the side lining, excessive rise of the steel sheet occurs, deformation of the anode casing, protrusion of the lining inside the shaft and its destruction.

Другой причиной преждевременного выхода из строя электролизера является сквозное растворение в электролите первого слоя облицовочной футеровки толщиной 150 мм, в результате чего после очередной обрубки гарнисажа происходит выпадание кирпичей первого слоя и отключение по этой причине электролизера на ремонт. Another reason for premature failure of the electrolyzer is through dissolution of the first layer of the facing lining in the electrolyte with a thickness of 150 mm, as a result of which, after the next scraping of the skull, the bricks of the first layer fall out and the cell is turned off for repair.

Известна конструкция рафинировочного электролизера, в которой для снижения деформации бортовой футеровки в вертикальном направлении к продольным стенкам анодного кожуха прикреплены балки, опирающиеся одной своей половиной через стальной лист на бортовую футеровку, а другой на пояс жесткости кожуха [2]. A known design of a refining electrolyzer in which, to reduce the deformation of the side lining in the vertical direction, beams are attached to the longitudinal walls of the anode casing, resting one of their half through the steel sheet on the side lining and the other on the casing stiffness belt [2].

Предложенная конструкция электролизера хотя и уменьшает деформацию бортовой футеровки, но не устраняет ее полностью. Это связано с тем, что не устранены причины, вызывающие деформацию бортовой футеровки в вертикальном направлении, а именно не устранены полностью или существенно уменьшены в зоне расплава горизонтальные стыковочные швы, в которые проникает электролит. Недостаточная эффективность предложенного решения объясняется также следующим. Металлическая балка, имеющая более высокий температурный коэффициент линейного расширения, чем огнеупор, будет опережать в деформации облицовку из магнезитового кирпича. В результате произойдет полное или частичное снятие натяга, а следовательно, и снижение обжатия футеровки металлической балкой. Кроме того, выполнение футеровки стандартными кирпичами обуславливает низкую степень механизации труда при монтаже футеровки и требует длительного простоя электролизеров на ремонте, что снижает их годовую производительность. The proposed design of the electrolyzer, although it reduces the deformation of the side lining, but does not completely eliminate it. This is due to the fact that the causes causing the deformation of the side lining in the vertical direction are not eliminated, namely, the horizontal joint seams into which the electrolyte penetrates are completely or substantially reduced in the melt zone. The lack of effectiveness of the proposed solution is also explained by the following. A metal beam having a higher temperature coefficient of linear expansion than the refractory will be ahead of the lining of magnesite brick in deformation. As a result, there will be a complete or partial removal of the interference fit, and, consequently, a reduction in the compression of the lining with a metal beam. In addition, the implementation of the lining with standard bricks causes a low degree of mechanization of labor during the installation of the lining and requires long downtime of the electrolytic cells for repair, which reduces their annual productivity.

Задачей изобретения является увеличение срока службы футеровки и электролизера в целом, снижение простоев электролизеров на ремонте, повышение их годовой производительности и улучшение качества выпускаемого алюминия. The objective of the invention is to increase the service life of the lining and the cell as a whole, reduce downtime of the cells for repair, increase their annual productivity and improve the quality of the produced aluminum.

Для выполнения поставленной задачи в конструкции футеровки электролизера для рафинирования алюминия, содержащей угольную подину и бортовую теплоизоляционную и облицовочную футеровки, облицовочная футеровка выполнена однослойной по толщине и длина горизонтальных стыковочных швов одного уровня в облицовочной футеровке не превышает 0,7 ее периметра. To accomplish the task in the design of the lining of the electrolytic cell for refining aluminum, containing a carbon bottom and side heat-insulating and facing linings, the facing lining is single-layer in thickness and the length of horizontal joint joints of the same level in the facing lining does not exceed 0.7 of its perimeter.

Кроме того, однослойная облицовочная футеровка может быть выполнена монолитной. In addition, a single-layer facing lining can be made monolithic.

Выполнение бортовой облицовочной футеровки однослойной толщиной 225 мм вместо известной, состоящей из двух слоев толщиной 150 и 75 мм, увеличивает время сквозного растворения футеровки с 60 до 90 мес. при существующей скорости ее растворения до 2,5 мм/мес. The implementation of the side facing lining with a single layer 225 mm thick instead of the known one, consisting of two layers 150 and 75 mm thick, increases the time of through dissolution of the lining from 60 to 90 months. at the existing rate of its dissolution up to 2.5 mm / month.

Выполнение футеровки таким образом, что длина горизонтальных стыковочных швов одного уровня в облицовочной футеровке не превышает 0,7 ее периметра, позволяет предотвратить ее разбухание в вертикальном направлении. The execution of the lining in such a way that the length of the horizontal joints of the same level in the facing lining does not exceed 0.7 of its perimeter, helps to prevent its swelling in the vertical direction.

Аналогичный эффект достигается и при выполнении однослойной облицовочной футеровки монолитной. A similar effect is achieved when performing a single-layer facing lining monolithic.

Предлагаемая футеровка электролизера для рафинирования алюминия изображена на фиг. 1 - 4, которые показывают возможные примеры ее практической реализации. The proposed lining of an electrolytic cell for refining aluminum is depicted in FIG. 1 to 4, which show possible examples of its practical implementation.

На фиг. 1 - 4 показан электролизер для рафинирования алюминия (в разрезе) с предлагаемой футеровкой: на фиг. 1 - бортовая однослойная облицовочная футеровка выполнена с наличием горизонтальных стыковочных швов одного уровня, длиной не превышающих 0,7 периметра футеровки; на фиг. 2, 3 - варианты выполнения однослойной облицовочной футеровки из штучных огнеупорных изделий различной толщины (кирпичи и блоки) с величиной отношения длины горизонтальных стыковочных швов одного уровня к периметру футеровки, близкой к нулю; на фиг. 4 - вариант выполнения однослойной облицовочной футеровки монолитной. In FIG. 1 to 4 show an electrolyzer for refining aluminum (sectional view) with the proposed lining: in FIG. 1 - side single-layer facing lining is made with the presence of horizontal connecting seams of the same level, the length of which does not exceed 0.7 perimeter of the lining; in FIG. 2, 3 - embodiments of a single-layer lining of piece refractory products of various thicknesses (bricks and blocks) with a ratio of the length of the horizontal joint joints of one level to the perimeter of the lining, close to zero; in FIG. 4 - an embodiment of a single-layer facing lining monolithic.

Электролизер содержит кожух 1, фланцевый лист 2, токоподводящий штырь 3, подовый углеродистый блок 4, цоколь 5, бортовую облицовочную 6 и теплоизоляционную 7 футеровки. The cell contains a casing 1, a flange sheet 2, a current-supply pin 3, a carbon bottom block 4, a socle 5, a side facing 6 and a heat-insulating 7 lining.

Примеры конкретного изготовления однослойной облицовочной футеровки с длиной горизонтальных стыковочных швов одного уровня, не превышающей 0,7 ее периметра, осуществляются следующим образом. Examples of the specific manufacture of a single-layer facing lining with a length of horizontal butt joints of one level not exceeding 0.7 of its perimeter are as follows.

Для выполнения данного варианта футеровки крупногабаритные кирпичи уложены с "перевязкой" горизонтальных швов. На фиг. 1 футеровка выполнена из кирпичей размером 90•225•300 мм и 90•225•450 мм с отношением длины горизонтальных стыковочных швов одного уровня к периметру бортовой облицовочной футеровки, близким к 0,5. To carry out this lining option, large-sized bricks are laid with a “dressing” of horizontal joints. In FIG. 1 lining is made of bricks of 90 • 225 • 300 mm and 90 • 225 • 450 mm in size with the ratio of the length of horizontal joint seams of one level to the perimeter of the side facing lining close to 0.5.

Уменьшение наполовину протяженности горизонтальных швов практически полностью устраняет вертикальную деформацию бортовой футеровки за счет сил трения между боковыми гранями кирпичей, а ее однослойность увеличивает срок службы электролизера за счет увеличения времени ее растворения. Reducing by half the length of the horizontal joints almost completely eliminates the vertical deformation of the side lining due to the friction forces between the side faces of the bricks, and its single layer increases the service life of the cell by increasing its dissolution time.

Выполнение облицовочной футеровки с величиной отношения длины горизонтальных швов одного уровня к периметру футеровки, близкой к нулю, осуществляется крупногабаритными кирпичами (фиг. 2) или блоками (фиг. 3) длиной не менее глубины шахты электролизера. В данном случае величина отношения длин горизонтальных швов одного уровня к периметру футеровки близка к нулю из-за появления горизонтальных швов (шва) в облицовочной футеровке в районе загрузочного кармана, служащего для периодической подливки нижнего слоя расплава (анодного сплава) в шахте техническим алюминием. На фиг. 1 - 4 фрагмент футеровки в районе кармана не отображен из-за второстепенности информации, не относящейся к формуле изобретения. Lining with a ratio of the length of the horizontal seams of one level to the perimeter of the lining, close to zero, is carried out by large-sized bricks (Fig. 2) or blocks (Fig. 3) with a length not less than the depth of the cell shaft. In this case, the ratio of the lengths of horizontal seams of the same level to the perimeter of the lining is close to zero due to the appearance of horizontal seams (seam) in the facing lining in the vicinity of the loading pocket, which serves to periodically refill the lower melt layer (anode alloy) in the mine with technical aluminum. In FIG. 1 - 4 fragment of the lining in the pocket area is not displayed due to the secondary information that is not related to the claims.

Однослойная монолитная футеровка выполняется следующим образом. Single-layer monolithic lining is as follows.

Вначале в анодном кожухе 1 электролизера монтируется цоколь 5 из красного кирпича, легковесного шамотного кирпича и шамотного кирпича. На цоколь устанавливаются подовые углеродистые блоки 4, на вертикальную стенку кожуха наклеивается слой асбеста и выкладывается теплоизоляционная футеровка 7. На подину по периметру устанавливается металлическая разборная опалубка. В пространстве между теплоизоляционной футеровкой и опалубкой формуется облицовочная цельнонабивная футеровка 6. В качестве огнеупорного материала облицовочной футеровки могут быть использованы поликристаллические порошки оксида магния и алюминия или другие высокоинертные по отношению к расплавам алюминия и фторсолей материалы. После формования облицовочная футеровка проходит первичную сушку при температуре 150 - 250^oC, приобретая при этом достаточную технологическую прочность. Затем металлическая опалубка убирается, устанавливается фланцевый лист 2, проводятся окончательная термообработка и пуск электролизера.First, in the anode casing 1 of the electrolyzer, a base 5 of red brick, lightweight fireclay brick and fireclay brick is mounted. Hearth carbon blocks 4 are installed on the base, an asbestos layer is glued onto the vertical wall of the casing and the heat-insulating lining is laid out 7. A metal collapsible formwork is installed on the bottom along the perimeter. In the space between the heat-insulating lining and the formwork, a fully-molded facing lining is formed 6. Polycrystalline powders of magnesium oxide and aluminum or other materials that are highly inert with respect to molten aluminum and fluorine salts can be used as the refractory material of the lining. After molding, the facing lining passes the primary drying at a temperature of 150 - 250 ^o C, while acquiring sufficient technological strength. Then the metal formwork is removed, the flange sheet 2 is installed, the final heat treatment and the start of the electrolyzer are carried out.

Если облицовочная футеровка выполнена из штучных элементов (блоки, кирпич), то вначале монтируется облицовочная футеровка, а затем теплоизоляционная. If the facing lining is made of piece elements (blocks, bricks), then the facing lining is first mounted, and then heat-insulating.

Зазор между подовым углеродистым блоком и бортовой облицовочной футеровкой во всех случаях забивается подовой массой. The gap between the bottom carbon block and the side facing lining in all cases is clogged by the bottom mass.

Зависимость относительной деформации облицовочной бортовой футеровки от отношения длины горизонтальных швов к ее периметру показана на фиг. 5, где ε - относительная деформация; l/n - отношение длины швов к периметру. The dependence of the relative deformation of the facing side lining on the ratio of the length of the horizontal joints to its perimeter is shown in FIG. 5, where ε is the relative deformation; l / n is the ratio of the length of the seams to the perimeter.

Более высокая стойкость футеровки при соблюдении указанного соотношения обусловлена тем, что деформация растяжения тормозится силой трения, возникающей между кирпичами кладки при их движении в вертикальном направлении. Сила трения, возникающая между кирпичами при их движении, увеличивается при объемном разбухании кирпичей. При отношении l/n больше 0,7 сила трения не оказывает достаточного сопротивления деформации футеровки и подъему фланцевого листа в вертикальном направлении. The higher resistance of the lining in compliance with the specified ratio is due to the fact that the tensile strain is inhibited by the frictional force arising between the masonry bricks when they move in the vertical direction. The friction force arising between bricks during their movement increases with the volumetric swelling of bricks. When the ratio l / n is greater than 0.7, the friction force does not provide sufficient resistance to deformation of the lining and the lifting of the flange sheet in the vertical direction.

В настоящее время на рафинировочных электролизерах с силой тока 75 кА монтируется однослойная облицовочная футеровка из крупногабаритных кирпичей размерами 90•225•300 мм и 90•225•450 мм по варианту фиг. 1. Currently, a single-layer facing lining of large bricks with dimensions of 90 • 225 • 300 mm and 90 • 225 • 450 mm according to the embodiment of FIG. 1 is mounted on refining electrolyzers with a current strength of 75 kA. one.

Также промышленно эксплуатируется электролизер с футеровкой, выполненной по варианту фиг. 2, с длиной крупногабаритного кирпича 915 мм и электролизер с футеровкой из блоков размерами 915•630•225 мм. Блоки изготовлены из огнеупорной магнезитовой массы для бортовой облицовочной футеровки рафинировочных электролизеров. Периодически измерялась величина деформации фланцевого листа бортовой облицовочной футеровки в опытном электролизере и в электролизере с известной конструкцией футеровки. Результаты измерений представлены в таблице. An electrolytic cell with a lining made according to the embodiment of FIG. 2, with a length of bulky brick 915 mm and an electrolyzer with a lining of blocks with dimensions of 915 • 630 • 225 mm. The blocks are made of refractory magnesite mass for the side facing lining of refining electrolyzers. The amount of deformation of the flange sheet of the side facing lining was periodically measured in the experimental cell and in the cell with the known lining design. The measurement results are presented in the table.

Из данных таблицы видно, что предложенная конструкция футеровки электролизера АВЧ позволяет существенно уменьшить ее деформацию в процессе эксплуатации и увеличить срок службы футеровки и электролизера в целом. За период эксплуатации электролизера с опытной футеровкой отмечено улучшение качества выпускаемого алюминия. Содержание примесей железа, кремния и меди в алюминии высокой чистоты снизилось в среднем на 15 - 20%. From the data of the table it can be seen that the proposed design of the lining of the AVCh electrolyzer can significantly reduce its deformation during operation and increase the service life of the lining and the cell as a whole. Over the period of operation of the electrolyzer with an experimental lining, an improvement in the quality of the produced aluminum was noted. The content of iron, silicon, and copper impurities in high-purity aluminum decreased on average by 15–20%.

Claims

1. The lining of the cell for refining aluminum, containing a carbon bottom and side heat-insulating and facing linings, characterized in that the facing lining is single-layer in thickness and the length of the horizontal joint joints of one level in the facing lining does not exceed 0.7 of its perimeter.

2. Lining according to claim 1, characterized in that the single-layer facing lining is made monolithic.