RU2121528C1

RU2121528C1 - Cathode assembly of aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2121528C1
Application number: RU97118905/02A
Authority: RU
Inventors: Б.С. Громов; Р.В. Пак; А.Г. Баранцев; С.Н. Ахмедов; В.С. Строгов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Алюминиевая компания АЛКОРУС"
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy. SUBSTANCE: device has bottom, which consists of bottom blocks with cathode rods and is designed with inter-block seams which are filled with bottom filling, and side seams. Lower side seams are filled with heat-proof self-hardening material. Upper side seams are filled with bottom filling. In addition device has protection layer which is located below bottom blocks. Inter-block seams from below are covered with metal plates, which ends are bent upwards in order to embrace adjacent bottom blocks by height which is at least equal to height of side seam which is filled with heat-proof self-hardening material. EFFECT: increased service life, increased efficiency, improved quality of produced aluminum. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия, к катодным устройствам электролизеров для получения алюминия. The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular to the electrolytic production of aluminum, to the cathode devices of electrolytic cells for producing aluminum.

Известное катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее подину, выполненную из предварительно изготовленных углеродистых подовых блоков с вмонтированными в них катодными стержнями, нижняя часть которых залита слоем жаропроточного и химически стойкого цемента высотой 200-300 мм (Авторское свидетельство СССР N 248239, C 22 D 3/02, C 22 D 3/12, опубл. 10.07.69 г.). Known cathode device of an aluminum electrolyzer, including a hearth made of pre-made carbon hearth blocks with cathode rods mounted in them, the lower part of which is filled with a layer of heat-resistant and chemically resistant cement 200-300 mm high (USSR Author's Certificate N 248239, C 22 D 3 / 02, C 22 D 3/12, publ. 07/10/69).

Недостатком такого катодного устройства является то, что при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы слой жаропрочного и химически стойкого цемента отслаивается от углеродистых подовых блоков из-за разности коэффициентов теплового расширения, в результате чего в нем образуются трещины и разрывы, через которые жидкий алюминий и криолито-глиноземный расплав легко проникает к катодным стержням и под подовые блоки к теплоизоляционным материалам, разъедая катодные стержни и вызывая физико-химические превращения в теплоизоляционных материалах, приводящие к возникновению значительных деформирующих напряжений. Это отрицательно сказывается как на сроке службы алюминиевого электролизера, так и на сортности получаемого алюминия. The disadvantage of such a cathode device is that during heating during the firing and start-up of the aluminum electrolyzer and during the initial period of its operation, the layer of heat-resistant and chemically resistant cement is peeled off from the carbon hearth blocks due to the difference in the coefficients of thermal expansion, as a result of which cracks form in it and gaps through which liquid aluminum and cryolite-alumina melt easily penetrate the cathode rods and under the hearth blocks to heat-insulating materials, corroding the cathode rods and causing a physicist -chemical conversion into insulating materials, resulting in substantial deforming stresses. This adversely affects both the service life of the aluminum electrolyzer and the grade of aluminum produced.

Следует также отметить трудоемкость и продолжительность выполнения монтажных работ, связанных с нанесением слоя жаропрочного и химически стойкого цемента на углеродистые подовые блоки и с последующими операциями по его сушке и отверждению. It should also be noted the complexity and duration of installation work associated with the application of a layer of heat-resistant and chemically resistant cement to carbon hearth blocks and with subsequent operations for its drying and curing.

Наиболее близким является катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями, расположенный под подовыми блоками защитный слой жаропрочного и химически стойкого бетона, периферийные и межблочные швы, нижняя часть которых заполнена жаропрочным и химически стойким бетоном, а верхняя - подовой массой (Авторское свидетельство СССР N 1261973, C 25 C 3/06, опубл. 07.10.86 г.). The closest is the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a hearth consisting of hearth blocks with cathode rods, a protective layer located under the hearth blocks, a protective layer of heat-resistant and chemically resistant concrete, peripheral and interblock seams, the lower part of which is filled with heat-resistant and chemically resistant concrete, and the upper one is hearth mass (USSR Author's Certificate N 1261973, C 25 C 3/06, publ. 07.10.86).

Наличие защитного слоя под подовыми блоками препятствуют проникновению жидкого и криолитоглиноземного расплава к теплоизоляционным материалам при нарушении целостности подины, способствуя тем самым повышению срока службы алюминиевого электролизера. Выполнение нижней части периферийных швов из жаропрочного и химически стойкого бетона, а верхней - из подовой массы позволяет повысить качество периферийных швов, что способствует повышению срока службы алюминиевого электролизера и улучшению сортности получаемого алюминия. The presence of a protective layer under the hearth blocks prevents the penetration of liquid and cryolite-alumina melt to heat-insulating materials in case of violation of the hearth integrity, thereby contributing to an increase in the service life of the aluminum electrolyzer. The execution of the lower part of the peripheral joints from heat-resistant and chemically resistant concrete, and the upper from the hearth allows to improve the quality of the peripheral joints, which increases the service life of the aluminum electrolyzer and improves the grade of aluminum obtained.

Однако недостатком такого катодного устройства является заполнение межблочных швов различными по свойствам материалами: нижней части - жаропрочным и химически стойким бетоном, а верхней - подовой массой. Это приводит к тому, что при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы из-за разности коэффициентов теплового расширения подовых блоков и заполняющих межблочные швы материалов возникают значительные усилия, способные вызвать образование трещин как в межблочных швах, так и в подовых блоках. Наличие трещин в межблочных швах и подовых блоках позволяет жидкому алюминию и криолитоглиноземному расплаву проникать к катодным стержням и под подовые блоки, разъедая катодные стержни и приводя к возникновению значительных деформирующих напряжений, вызывающих деформацию подины электролизера. Появление трещины в межблочных швах способствует развитию трещин и в расположенном под подовыми блоками защитном слое, выполненном из жаропрочного и химически стойкого бетона. Это отрицательно сказывается как на сроке службы алюминиевого электролизера, так и на сортности получаемого алюминия. However, the drawback of such a cathode device is the filling of interblock seams with materials of various properties: the lower part is heat-resistant and chemically resistant concrete, and the upper is a hearth mass. This leads to the fact that during heating during the firing and start-up of the aluminum electrolyzer and in the initial period of its operation, considerable efforts arise due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the hearth blocks and the materials filling the interblock joints, which can cause cracking both in the interblock joints and in the hearth blocks. The presence of cracks in the interblock welds and hearth blocks allows liquid aluminum and cryolite-alumina melt to penetrate to the cathode rods and under the hearth blocks, corroding the cathode rods and causing significant deformation stresses that cause deformation of the cell bottom. The appearance of cracks in the interblock joints contributes to the development of cracks in the protective layer located under the hearth blocks made of heat-resistant and chemically resistant concrete. This adversely affects both the service life of the aluminum electrolyzer and the grade of aluminum produced.

Заполнение нижней и верхней частей межблочных швов материалами с различными электропроводящими свойствами приводит к ухудшению токораспределения в подине из-за различия электропроводящих свойств подины на различных ее участках, что отрицательно сказывается на производительности алюминиевого электролизера. Кроме того, при выполнении монтажных работ возможно неравномерное заполнение бетоном межблочных швов как по их высоте, так и по длине, что влияет на электропроводящие свойства подины и ухудшает токораспределение в подине. Filling the lower and upper parts of interblock seams with materials with different conductive properties leads to a decrease in current distribution in the hearth due to differences in the conductive properties of the hearth in its various sections, which negatively affects the performance of the aluminum electrolyzer. In addition, when performing installation work, uneven filling with concrete of interblock joints is possible both in height and in length, which affects the electrically conductive properties of the hearth and worsens the current distribution in the hearth.

В основу изобретения положена задача создания такой конструкции катодного устройства алюминиевого электролизера, при монтаже которого исключалось бы проникновение в межблочные швы самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, а также материала защитного слоя и при этом исключалось бы вытекание из межблочных швов жидкого связующего подовой массы как во время осуществления набойки межблочных швов, так и в период обжига подины и пуска алюминиевого электролизера, что обеспечивало бы получение монолитной плотной подины электролизера с одинаковыми механическими и электропроводящими свойствами на всех ее участках и позволяло бы тем самым повысить срок службы и производительность алюминиевого электролизера, а также улучшить сортность получаемого алюминия. The basis of the invention is the creation of such a design of a cathode device of an aluminum electrolyzer, during the installation of which the penetration of self-hardening material filling the lower part of the peripheral joints, as well as the material of the protective layer, would be excluded, and the leakage of liquid binder batch mass from the inter-block seams would be excluded as during the implementation of the tapping of interblock seams, and during the firing of the hearth and start-up of the aluminum electrolyzer, which would ensure the production of a monolithic tight th hearth electrolyzer with identical mechanical and conductive properties on all of its sites and to allow thereby increase the service life and performance of aluminum electrolytic cell, as well as to improve the grade of the produced aluminum.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, включающем подину, состоящую из подовых блоков с катодными стержнями и выполненную с межблочными швами, заполненными подовой массой, и периферийными швами, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, а верхняя - подовой массой, и расположенный под подовыми блоками защитный слой, межблочные швы снизу перекрыты металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва. The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the cathode device of an aluminum electrolyzer, including a hearth, consisting of hearth blocks with cathode rods and made with interblock seams filled with a hearth mass, and peripheral welds, the lower part of which is filled with heat-resistant self-hardening material, and the upper one is hearth mass, and a protective layer located beneath the hearth blocks, the interblock seams at the bottom are covered with metal plates, the ends of which are bent upwards into the girth of adjacent blocks at a height at least equal to the height of the completed heat-resistant self-hardening material of the peripheral seal part.

Металлические пластины могут быть объединены в сплошной, расположенный под подовыми блоками лист. Metal plates can be combined into a solid sheet located under the hearth blocks.

Перекрытие межблочных швов снизу металлическими пластинами, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, по крайней мере равную высоте заполненной жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва, исключает при проведении монтажных футеровочных работ проникновение в межблочные швы жаропрочного самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, и материала защитного слоя, а также препятствует вытеканию из межблочных швов жидкого связующего подовой массы как во время осуществления набойки межблочных швов, так и в период обжига и пуска алюминиевого электролизера, обеспечивая тем самым получение монолитной плотной подины электролизера с одинаковыми механическими и электропроводящими свойствами на всех ее участках. Overlapping of interblock seams from below with metal plates, the ends of which are bent upward into the girth of adjacent hearth blocks to a height of at least equal to the height of the part of the peripheral seam filled with heat-resistant self-hardening material, excludes penetration of heat-resistant self-hardening material filling the lower parts into interblock seams seams, and the material of the protective layer, and also prevents the outflow from the interblock seams of the liquid binder hearth mass as during IMPLEMENT taps interblock joints and in the firing period and start aluminum cell, thereby obtaining a dense monolithic hearth electrolyzer with identical mechanical and conductive properties on all its stations.

Исключение при проведении монтажных футеровочных работ проникновения в межблочные швы жаропрочного самотвердеющего материала, заполняющего нижнюю часть периферийных швов, и материала защитного слоя обеспечивает заполнение межблочных швов однородным материалом, а именно только подовой массой, что исключает возникновение усилий, вызываемых разностью коэффициентов теплового расширения подовых блоков и заполняющего межблочные швы материала. Это в свою очередь исключает образование трещин в межблочных швах и подовых блоков, сохраняя целостность подины. Отсутствие трещин исключает проникновение расплавленного алюминия и криолитоглиноземного расплава к катодным стержням и под подовые блоки, тем самым способствуя повышению срока службы алюминиевого электролизера и сортности получаемого алюминия. The exception during installation lining operations of penetration into interblock seams of heat-resistant self-hardening material filling the lower part of the peripheral seams and the material of the protective layer ensures the filling of interblock seams with a homogeneous material, namely only the hearth mass, which eliminates the occurrence of forces caused by the difference in the coefficients of thermal expansion of the hearth blocks and material filling interblock seams. This in turn eliminates the formation of cracks in the interblock seams and hearth blocks, while maintaining the integrity of the hearth. The absence of cracks eliminates the penetration of molten aluminum and cryolite-alumina melt to the cathode rods and under the hearth blocks, thereby contributing to an increase in the life of the aluminum electrolyzer and the grade of the aluminum obtained.

Получение монолитной плотной подины с одинаковыми электропроводящими свойствами на различных ее участках способствует улучшению токораспределения в подине, что положительно сказывается на производительности электролизера. Obtaining a monolithic dense hearth with the same conductive properties in different parts of it contributes to the improvement of current distribution in the hearth, which positively affects the productivity of the cell.

Устранение вытекания из межблочных швов жидкого связующего подовой массы способствует повышению качества межблочных швов поскольку к началу обжига подины и во время его проведения сохраняются все составляющие подовой массы. Elimination of leakage from the interblock seams of the liquid binder hearth helps to improve the quality of the interblock seams since all components of the hearth are preserved at the beginning of the firing of the hearth and during it.

Объединение металлических пластин в сплошной, расположенный под подовыми блоками металлический лист позволяет снизить трудозатраты и продолжительность монтажных работ, связанных с размещением металлических пластин перед установкой подовых блоков в местах, соответствующих расположению межблочных швов, так как в этом случае вместо установки множества металлических пластин устанавливается один сплошной металлический лист. The combination of metal plates in a continuous metal sheet located underneath the hearth blocks allows reducing labor costs and the duration of installation work associated with placing metal plates before installing the hearth blocks in places corresponding to the location of the interblock joints, since in this case instead of installing multiple metal plates one solid a metal sheet.

Таким образом, предложенное катодное устройство алюминиевого электролизера позволяет повысить срок службы и производительность алюминиевого электролизера и улучшить сортность получаемого алюминия. Thus, the proposed cathodic device of an aluminum electrolysis cell allows to increase the service life and performance of an aluminum electrolyzer and to improve the grade of aluminum obtained.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображено катодное устройство алюминиевого электролизера, поперечный разрез на плоскости межблочного шва; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. The invention is illustrated by the following drawings. In FIG. 1 shows a cathode device of an aluminum electrolyzer, a cross section on the plane of the interunit seam; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Катодное устройство алюминиевого электролизера включает подину, состоящую из подовых блоков 1 с катодными стержнями 2, расположенный под подовыми блоками 1 защитный слой 3, межблочные швы 4, заполненные подовой массой, и периферийные швы 5, нижняя часть которых заполнена жаропрочным самотвердеющим материалом, например, шамотным плотным бетоном, а верхняя - подовой массой. Межблочные швы 4 перекрыты металлическими пластинами 6, концы которых загнуты вверх в обхват смежных подовых блоков 1. Пластины 6 могут быть объединены в сплошной, расположенной под подовыми блоками 1 металлический лист. The cathode device of an aluminum electrolyzer includes a hearth consisting of hearth blocks 1 with cathode rods 2, a protective layer 3 located under the hearth blocks 1, interlock seams 4 filled with a hearth mass, and peripheral seams 5, the lower part of which is filled with heat-resistant self-hardening material, for example, fireclay dense concrete, and the top - with a hearth. The interblock seams 4 are overlapped by metal plates 6, the ends of which are bent upward into the girth of adjacent hearth blocks 1. The plates 6 can be combined into a continuous metal sheet located under the hearth blocks 1.

Промышленная применимость катодного устройства алюминиевого электролизера подтверждается нижеприведенным примером его практического выполнения. The industrial applicability of the cathode device of an aluminum electrolyzer is confirmed by the following example of its practical implementation.

После сборки и установки катодного кожуха днище внутри кожуха выравнивается слоем шамотного заполнителя, на который затем осуществляется кладка футеровки, состоящей из нескольких нижних рядов пенодиатомитового кирпича и нескольких верхних рядов шамотного кирпича. После чего поверхность кирпичной кладки покрывается защитным слоем, состоящим из 30 вес.% Al₂O₃ и 70 вес.% SiO₂, на который устанавливаются подовые блоки с заделанными в них катодными токоподводящими стержнями. При этом в местах, соответствующих расположению межблочных швов, предварительно устанавливаются стальные или алюминиевые пластины толщиной 1,5-2 мм и шириной 150 мм при ширине межблочных швов 30 - 60 мм. После установки подовых блоков с катодными стержнями, выступающие за пределы подовых блоков концы металлических пластин загибают вверх в обхват смежных подовых блоков на высоту, соответствующую высоте заполняемой жаропрочным самотвердеющим материалом части периферийного шва. Затем производят кладку так называемой бровки, представляющей собой кладку шамотного кирпича вдоль стенок кожуха, после чего устанавливается бортовая футеровка. Затем осуществляется заполнение периферийного шва жаропрочным самотвердеющим материалом, в качестве которого используется шамотный плотный бетон. Заполнение бетоном осуществляется на высоту, соответствующую уровню расположения верхних граней катодных стержней. При этом давление слоя бетона, заполняющего периферийные швы, на загнутые вверх концы металлических пластин обеспечивает плотное их прижатие к подовым блокам. Завершающей и самой ответственной операцией монтажа катодного устройства является набойка швов между подовыми блоками и верхней части периферийных швов между подовыми блоками и бортовой футеровкой.After assembly and installation of the cathode casing, the bottom inside the casing is leveled with a layer of chamotte aggregate, onto which the lining, which consists of several lower rows of foam diatomite brick and several upper rows of chamotte brick, is then laid. After that, the surface of the brickwork is covered with a protective layer consisting of 30 wt.% Al ₂ O ₃ and 70 wt.% SiO ₂ , on which hearth blocks are installed with cathode current-carrying rods embedded in them. At the same time, in places corresponding to the location of interlock seams, steel or aluminum plates are pre-installed with a thickness of 1.5-2 mm and a width of 150 mm with a width of interlock seams of 30-60 mm. After installing the hearth blocks with cathode rods, the ends of the metal plates protruding beyond the hearth blocks bend upward into the girth of adjacent hearth blocks to a height corresponding to the height of the part of the peripheral weld filled with heat-resistant self-hardening material. Then, the so-called edge is laid, which is the laying of fireclay bricks along the walls of the casing, after which the side lining is installed. Then, the peripheral weld is filled with heat-resistant self-hardening material, which is used chamotte dense concrete. Concrete is filled to a height corresponding to the level of the upper faces of the cathode rods. At the same time, the pressure of the concrete layer filling the peripheral seams on the ends of the metal plates bent upward ensures that they are tightly pressed against the hearth blocks. The final and most critical operation of the installation of the cathode device is the filling of the joints between the hearth blocks and the upper part of the peripheral joints between the hearth blocks and the side lining.

Claims

1. The cathode device of an aluminum electrolyzer, including a hearth consisting of hearth blocks with cathode rods and made with interblock seams filled with a hearth mass and peripheral welds, the lower part of which is filled with heat-resistant self-hardening material, and the upper part is a hearth mass, and located under the hearth blocks a protective layer, characterized in that the interblock seams from below are covered by metal plates, the ends of which are bent upward into the girth of adjacent hearth blocks to a height of at least equal to the height of the ying refractory self-hardening material of the peripheral seal part.

2. The device according to claim 1, characterized in that the metal plates are combined into a solid sheet located under the hearth blocks.