RU2123545C1

RU2123545C1 - Process of hot repair of hearth of aluminium electrolyzer

Info

Publication number: RU2123545C1
Application number: RU97112255A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Баранцев; Г.М. Сафронов; А.И. Коротаев; В.Н. Деревягин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, electrolytic production of aluminum, repair f lining of aluminum electrolyzers. SUBSTANCE: place and character of damage to hearth are determined in operating electrolyzer, electrolyzer is disconnected from electric network, melt is removed out of cathode, solidified electrolyte and metal are removed out of cathode, then hearth block/blocks and metal in place of damage to lining and metal penetrations are removed. Later new hearth block/blocks are installed to replace removed one/ones and interblock seams are fettled with hearth mass. Part of hearth block and current tapping rod in place of metal penetration to hearth may be removed and part of hearth block and current tapping rod may be installed instead of them or removed part of current tapping rod is not reclaimed. EFFECT: prolonged service life of electrolyzer, improved rating of produced aluminum, enhanced productivity and reduced electric energy consumption. 2 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия и касается ремонта футеровки алюминиевых электролизеров. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum and relates to the repair of the lining of aluminum electrolytic cells.

В практике электролиза алюминия известна проблема снижения срока службы алюминиевого электролизера, сортности получаемого металла, когда на действующем электролизере в результате образования дефектов в угольной футеровке расплавленный алюминий достигает стальной катодный стержень и, растворяя его, выходит из футеровочного кожуха. В этот период содержание железа в катодном металле возрастает, что снижает его сортность и срок службы электролизера. In the practice of aluminum electrolysis, the problem of reducing the life of an aluminum electrolyzer and the grade of the metal obtained is known, when molten aluminum reaches a steel cathode rod and, dissolving it, leaves the lining casing on the existing electrolyzer as a result of defects in the coal lining. During this period, the iron content in the cathode metal increases, which reduces its grade and the life of the cell.

Известен способ ремонта подины алюминиевого электролизера "на ходу", согласно которому разрушенные участки подины забивают смесью дробленного магнезита и фтористого кальция в соотношении по массе 1 : 1. Материалы укладывают в пакет и заливают жидким алюминием. Пакет укладывают на разрушенный участок подины [1]. A known method of repairing the bottom of an aluminum electrolyzer "on the fly", according to which the destroyed sections of the bottom are clogged with a mixture of crushed magnesite and calcium fluoride in a mass ratio of 1: 1. The materials are placed in a bag and filled with liquid aluminum. The package is placed on the destroyed section of the hearth [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ горячего ремонта футеровки электролизера, включающий предварительную расчистку разрушенных мест и забивку их защитной массой, отличающийся тем, что в качестве защитной массы используют смесь из последовательно чередующихся слоев магнезитового порошка и алюминия при соотношении компонентов 1:1 - 1:2 и перед забивкой выдерживают ее на месте разрушения 3 - 10 минут [2]. The closest in technical essence and the achieved result is the known method of hot repair of the lining of the electrolyzer, including preliminary cleaning of the destroyed places and clogging them with a protective mass, characterized in that as a protective mass use a mixture of sequentially alternating layers of magnesite powder and aluminum with a ratio of 1: 1 - 1: 2, and before driving, they are held at the destruction site for 3 to 10 minutes [2].

Как показывает практический опыт использования обоих известных технических решений, имеют место следующие недостатки:
- низкое качество ремонта разрушенного участка подины, поскольку место разрушения определяется косвенно, а степень разрушения - "вслепую", наощупь, что не позволяет точно определить размеры и количество мест разрушения;
- процедура заделки (забивки) мест разрушения выполняется также, на ощупь, при работающем электролизере, что снижает качество заделки мест разрушения;
- наличие алюминия (жидкого) на подине в процессе заделки мест разрушения, и воздействие тока серии в цепи "катодный металл - разрушенная футеровка" приводит к проникновению металла в разрушенный участок, снижению вероятности заделки мест разрушения;
- применение дробленных (порошкообразных) материалов на основе щелочноземельных металлов приводит к недостаточно надежной заделке мест разрушения, вымыванию материала заделки и его растворению в электролите, это приводит к снижению сортности получаемого металла, срока службы электролизера, ухудшению состава электролита, что, в свою очередь, снижает производительность электролизера.As the practical experience of using both known technical solutions shows, the following disadvantages occur:
- low quality of repair of the destroyed section of the hearth, since the place of destruction is determined indirectly, and the degree of destruction is “blind”, by touch, which does not allow to accurately determine the size and number of places of destruction;
- the procedure of filling (driving) the places of destruction is also performed, by touch, with the electrolyzer working, which reduces the quality of sealing the places of destruction;
- the presence of aluminum (liquid) on the hearth in the process of sealing the fracture sites, and the action of the series current in the cathode metal - destroyed lining chain leads to the penetration of metal into the damaged area, reducing the likelihood of sealing the fracture sites;
- the use of crushed (powder) materials based on alkaline earth metals leads to insufficiently reliable sealing of the places of destruction, leaching of the sealing material and its dissolution in the electrolyte, this leads to a decrease in the grade of the obtained metal, the life of the electrolyzer, and the deterioration of the composition of the electrolyte, which, in turn, reduces the performance of the cell.

Кроме этого, обоим известным способам свойственно ухудшение условий труда при реализации способа на действующем электролизере, возрастают трудозатраты. In addition, both known methods are characterized by a deterioration in working conditions when implementing the method on an existing electrolyzer, labor costs increase.

Цель предлагаемого технического решения - повышение срока службы электролизера, сортности получаемого алюминия, снижение трудозатрат. The purpose of the proposed technical solution is to increase the life of the electrolyzer, the grade of the obtained aluminum, reducing labor costs.

Поставленная цель достигается тем, что в действующем алюминиевом электролизере определяют предполагаемое место (места) и характер разрушения углерод-содержащей футеровки подины, отключают электролизер от электрической цепи, удаляют расплав из катода, удаляют застывший электролит и металл из катода, удаляют подовый блок/блоки и металл в местах разрушения футеровки и проникновения металла, выполняют набойку цокольной подушки подовой массой, устанавливают новый подовый блок/блоки взамен удаленных и выполняют набойку межблочных швов подовой массой. При этом могут удалять часть подового блока и токоотводящего стержня в месте проникновения металла в подину и устанавливают часть нового подового блока с токоотводящим стержнем или удаленную часть токоотводящего стержня не восстанавливают. This goal is achieved by the fact that in the existing aluminum electrolyzer determine the expected location (s) and the nature of the destruction of the carbon-containing lining of the hearth, disconnect the cell from the electric circuit, remove the melt from the cathode, remove the solidified electrolyte and metal from the cathode, remove the hearth block / blocks and metal in the places of destruction of the lining and penetration of metal, perform the filling of the basement cushion with a hearth mass, install a new hearth block / blocks instead of the removed ones and perform the interlocking seams under by the mass. In this case, part of the hearth block and the downstream rod can be removed at the place where the metal penetrates the bottom and a part of the new bottom block with the downstream rod is installed or the removed part of the downstream rod is not restored.

Отключение электролизера от электрической цепи серии исключает дальнейшее проникновение жидкого алюминия в футеровку под действием электрического тока (электрофорез); удаление расплава из катода и отключение тока снижают температуру подины и исключают выделение фтора, что резко улучшает условия труда, качество ремонта футеровки. Disconnecting the electrolyzer from the series electric circuit excludes further penetration of liquid aluminum into the lining under the influence of electric current (electrophoresis); removing the melt from the cathode and turning off the current reduce the temperature of the hearth and exclude the release of fluorine, which dramatically improves working conditions and the quality of the repair of the lining.

Удаление разрушенных подового блока и токоотводящего стержня, застывшего металла в местах разрушения подины и последующая замена разрушенной футеровки на новую с набойкой швов подовой массой резко повышает качество ремонта и снижает вероятность повторного проникновения металла в футеровку, тем самым возрастает срок службы электролизера, сортность получаемого алюминия. Removing the destroyed hearth block and the downstream rod, solidified metal in the places of destruction of the hearth and the subsequent replacement of the destroyed lining with a new one with sealed seams with the hearth mass sharply improves the quality of repair and reduces the likelihood of metal re-penetrating the lining, thereby increasing the life of the electrolyzer and the grade of aluminum obtained.

Удаление части подового блока и токоотводящего стержня позволяет ускорить процесс ремонта и его качество, снизить его себестоимость, снизить время непроизводительного простоя электролизера. Removing part of the hearth block and the downstream rod allows you to speed up the repair process and its quality, reduce its cost, reduce unproductive downtime of the cell.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен катод алюминиевого электролизера в плане (фрагмент, фиг. a) и в разрезе (фрагмент, фиг. b). Катод содержит катодный кожух 1, углерод-содержащую подину 2 из подовых блоков с заделанными в них стальными токоотводящими стержнями 3 и пакетами соединительной ошиновки 4. Зазоры 5 между подовыми блоками 2 и подовыми и бортовыми блоками 10 заполнены набойкой из подовой массы. The invention is illustrated by the drawing, which shows the cathode of an aluminum electrolyzer in plan (fragment, Fig. A) and in section (fragment, Fig. B). The cathode contains a cathode casing 1, a carbon-containing hearth 2 of the hearth blocks with steel current-conducting rods 3 and packages of the connecting busbar 4 embedded in them. The gaps 5 between the hearth blocks 2 and the hearth and side blocks 10 are filled with a heel from the hearth mass.

Способ реализуют следующим образом. Подовый блок 2 с разрушенным участком 6 удаляют полностью или частично по плоскостям 7 (фиг. a). Причем оставшаяся часть ремонтируемого блока имеет плоскость, обращенную к удаляемой части, наклонную под углом 3 - 5^o к вертикали (2, фиг. b). Удаляют из ремонтируемого участка застывший металл. Удаленную часть блока (блок) заменяют новым, причем могут не восстанавливать удаленную часть 12 катодного стержня 3. Выполняют набойку 6 из подовой массы (фиг. b), предварительно выполняют верхнюю часть 8 периферийного цоколя (бровки) из жаростойкого бетона. При этом бортовой блок 10 оставляют на месте, а сквозное отверстие кожуха 1 заделывают накладкой 11, жестко установленной на кожухе 1.The method is implemented as follows. The hearth block 2 with the destroyed section 6 is removed completely or partially along the planes 7 (Fig. A). Moreover, the remaining part of the repaired unit has a plane facing the removed part, inclined at an angle of 3 - 5 ^o to the vertical (2, Fig. B). The frozen metal is removed from the repaired area. The removed part of the block (block) is replaced with a new one, and the removed part 12 of the cathode rod 3 may not be restored. A tapping 6 is made from the hearth mass (Fig. B), preliminary, the upper part 8 of the peripheral base (edge) is made of heat-resistant concrete. In this case, the on-board unit 10 is left in place, and the through hole of the casing 1 is sealed with a cover 11 rigidly mounted on the casing 1.

Таким образом, посредством указанного способа изолируют оставшийся профильтровавшийся алюминий в катоде (не показано). Угол наклона α плоскости оставшейся части подового блока 2, обращенной к удаляемой части, обеспечивает формирование набойки 6 межблочного шва в виде замка, что исключает всплытие шва или замененной части блока 2 (фиг. b). Thus, by means of this method, the remaining filtered aluminum in the cathode (not shown) is isolated. The angle of inclination α of the plane of the remaining part of the hearth block 2, facing the removed part, provides the formation of the heel 6 of the interlock seam in the form of a lock, which eliminates the ascent of the seam or the replaced part of block 2 (Fig. B).

Пример 1 реализации способа. Example 1 of the implementation of the method.

На промышленном электролизере с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-8Б на силу тока 156 кА, имеющем разрушение подового блока, выполняют горячий ремонт подины электролизера по прототипу. На другом, аналогичном электролизере, имеющем разрушение (трещину) подового блока, выполняют ремонт с заменой разрушенной части подового блока согласно заявляемому способу (опытный электролизер "А"). При этом катодный стержень разрушенной части не восстанавливают (фиг. b). Переход к электролизу выполняют согласно известному способу. On an industrial electrolyzer with a self-burning anode and a top current lead of type C-8B for a current of 156 kA, having a destruction of the hearth block, hot repair of the bottom of the electrolyzer according to the prototype is performed. On another, similar electrolyzer having destruction (crack) of the hearth block, repair is performed with the replacement of the destroyed part of the hearth block according to the claimed method (experimental cell "A"). However, the cathode rod of the destroyed part is not restored (Fig. B). The transition to electrolysis is performed according to a known method.

Исходные данные, сравнительные результаты испытаний и технико-экономические показатели в течение 10 месяцев отражены в табл. 1. Initial data, comparative test results and technical and economic indicators for 10 months are shown in table. one.

Пример 2. На промышленном электролизере аналогичного типа выполняют ремонт подины с заменой разрушенной подовой секции и катодного стержня согласно предлагаемому способу (электролизер "Б"). Переход к электролизеру осуществляют согласно известным способам. Example 2. On an industrial electrolyzer of a similar type, the hearth is repaired with the replacement of the destroyed hearth section and the cathode rod according to the proposed method (electrolyzer "B"). The transition to the electrolyzer is carried out according to known methods.

Исходные данные, результаты испытаний и технико-экономические показатели, осредненные за 12 месяцев эксплуатации после ремонта электролизера "Б" отражены в табл. 2. The initial data, test results and technical and economic indicators averaged over 12 months of operation after the repair of the electrolyzer "B" are shown in table. 2.

Как следует из имеющихся результатов, на опытных электролизерах "А", "Б", где выполнен ремонт подины по предлагаемому способу, повышается срок службы более чем на 7 - 11 месяцев, производительность на 9 - 16 кг Al/сутки; снижается рабочее напряжение на 40 - 120 мВ за счет более равномерного токораспределения и улучшения электропроводности подины. Одновременно улучшается сортность катодного металла и снижаются трудозатраты по сравнению с электролизером-свидетелем. As follows from the available results, on experimental electrolyzers "A", "B", where the hearth was repaired according to the proposed method, the service life is increased by more than 7 - 11 months, productivity is 9 - 16 kg Al / day; operating voltage is reduced by 40 - 120 mV due to more uniform current distribution and improved electrical conductivity of the hearth. At the same time, the grade of the cathode metal is improved and labor costs are reduced compared to the witness cell.

Таким образом, предлагаемый способ ремонта подины позволяет увеличить срок службы, сортность получаемого алюминия, снизить трудозатраты за счет сокращения количества ремонтов. Дополнительным эффектом следует считать увеличение производительности электролизера и снижение расхода электроэнергии. Thus, the proposed method for repairing the hearth allows to increase the service life, grade of the obtained aluminum, reduce labor costs by reducing the number of repairs. An additional effect should be considered an increase in the productivity of the electrolyzer and a decrease in the consumption of electricity.

Claims

1. A method for hot repairing the bottom of an aluminum electrolysis cell, including disconnecting the electrolyzer from the series electric circuit, removing the melt from the cathode, determining the location and nature of the destruction of the hearth and repairing the damaged areas, characterized in that after determining the location and nature of the destruction of the hearth, frozen electrolyte and metal are removed from the cathode, and then the repair operation is carried out by removing the hearth block (s) and metal in the places of destruction of the lining and penetration of metal, installing a new hearth block ( c) instead of dial-up and implementation of taps interconnect joints of the bottom weight.

2. The method according to claim 1, characterized in that they remove part of the hearth block and the collector rod at the point of penetration of the metal into the hearth and install part of the new block with the collector rod.

3. The method according to claim 1, characterized in that the removed portion of the collector rod is not restored.