RU2124584C1

RU2124584C1 - Process of repair of lining and putting into operation of aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2124584C1
Application number: RU97110174A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Баранцев; Г.М. Сафронов; А.И. Коротаев; В.Н. Деревягин; С.И. Анищенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-10

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy, specifically, electrolytic production of aluminum. SUBSTANCE: before start of repair electrolyzer is brought out of electrolysis without disconnection from electric network, electrolyte is removed with preservation of shorted circuit " anode-metal ", broken side blocks are taken out, new blocks are installed instead of removed ones, fettling is conducted with use of hearth mass in lower part of side blocks and is space " side block-hearth block ", voltage is raised to 4.0-6.0 V and electrolyzer is held under this voltage till liquid electrolyte is built up. Fettling from hearth mass is conducted in addition on both longitudinal sides of side block over its entire height. Time of electrolyzer being under state of shorted circuit " anode-metal "amounts to not more than 48 h. After built-up of liquid electrolyte under voltage 5.0-6.0 V additional pouring of liquid electrolyte may be performed. After fettling of hearth mass horizontal side sheet may be reclaimed. Burden containing hearth mass and alumina in proportion 1: (0.05-0.3) per cent by mass may be used for fettling. EFFECT: prolonged service life and increased productivity of electrolyzer, improved grading of produced aluminum, decreased labor input. 5 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, и касается ремонта футеровки катодных устройств алюминиевых электролизеров. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, and for the repair of the lining of the cathode devices of aluminum electrolysis cells.

В практике электролиза алюминия известна проблема, когда в результате образования дефектов в углеродсодержащей футеровке расплав достигает стальной конструкции катода и, растворяя его, выходит из футерованного кожуха. При этом содержание железа в катодном металле возрастает, снижается объем расплава в ванне, качество алюминия-сырца, срок службы и производительность электролизера, возрастают трудозатраты. In the practice of aluminum electrolysis, a known problem is when, as a result of the formation of defects in the carbon-containing lining, the melt reaches the steel structure of the cathode and, dissolving it, leaves the lined casing. At the same time, the iron content in the cathode metal increases, the volume of the melt in the bath decreases, the quality of the raw aluminum, the service life and productivity of the cell, labor costs increase.

Известен способ ремонта футеровки и ввода в эксплуатацию алюминиевого электролизера, согласно которому выполняют ремонтные операции определения места разрушения бортовой футеровки, снижают уровни электролита и металла в ванне, выполняют забивку пространства борт - анод оборотным электролитом, удаляют застывший электролит и металл в месте разрешения борта, расчищают место разрушения футеровки, выполняют набойку из подовой массы и вводят в электролизер в эксплуатацию заливкой жидкого электролита до нормы 1. A known method of repairing the lining and commissioning of an aluminum electrolytic cell, according to which repair operations are carried out to determine the place of destruction of the side lining, reduce the electrolyte and metal levels in the bath, fill the board-anode space with a reverse electrolyte, remove the frozen electrolyte and metal at the side of the bead clearance, clear the place of destruction of the lining, heel-up is performed from the hearth mass and put into operation in the cell by pouring the liquid electrolyte to the norm of 1.

Известный способ ремонта футеровки "на ходу" не позволяет достичь высокого качества ремонта участка футеровки, поскольку набойка из подовой (анодной) массы не обладает необходимой адгезией на горячем бортовом блоке и подвержена воздействию атмосферного кислорода со стороны катодного кожуха и воздействию расплава со стороны анода. Скорость коксования подовой (анодной) массы при этом в несколько раз превышает допустимую, обеспечивающую качество набойки, приводит к возрастанию пористости за счет потери низкотемпературных летучих углеводородов. В результате, срок службы набойки составляет не более 1-4 месяцев, что снижает срок службы электролизера, сортность получаемого алюминия, возрастает расход электроэнергии и трудозатраты. The known method of repairing the lining "on the fly" does not allow to achieve high quality repair of the lining section, since the heel pad from the hearth (anode) mass does not have the necessary adhesion on the hot side block and is exposed to atmospheric oxygen from the side of the cathode casing and to the melt from the side of the anode. In this case, the coking rate of the hearth (anode) mass is several times higher than the permissible one, which ensures the quality of the heel, leads to an increase in porosity due to the loss of low-temperature volatile hydrocarbons. As a result, the service life of the heel is no more than 1-4 months, which reduces the service life of the electrolyzer, the grade of the aluminum obtained, increases the energy consumption and labor costs.

Цель изобретения - повышение срока службы и производительности электролизера, сортности получаемого алюминия, снижение трудозатрат. The purpose of the invention is to increase the service life and productivity of the cell, the grade of the obtained aluminum, reducing labor costs.

Поставленная цель достигается тем, что ремонтные операции на бортовой футеровке алюминиевого электролизера проводят в режиме нахождения электролизера в электрической короткозамкнутой цепи анод - металл, при этом до осуществления набойки подовой массой заменяют разрушенные бортовые блоки на новые, и операции ввода в эксплуатацию электролизера осуществляют путем увеличения напряжения на электролизере до 4,0 - 6,0 В и выдерживания электролизера на этом напряжении до наплавления жидкого электролита. Набойку подовой массой могут выполнять дополнительно по обоим продольным сторонам бортового блока на всю его высоту. Время нахождения электролизера в состоянии короткозамкнутой цепи анод - металл составляет не более 48 часов. После набойки подовой массой горизонтальной бортовой лист жесткости восстанавливают. Набойку могут выполнять из шихты, содержащей половую массу и глинозем в соотношении 1 : (0,05 - 0,3 мас.%). This goal is achieved by the fact that repair operations on the side lining of the aluminum electrolytic cell are carried out in the mode of finding the electrolyzer in the electric short-circuited anode-metal circuit, while prior to stuffing with the hearth mass, the destroyed on-board units are replaced with new ones, and the commissioning of the electrolyzer is carried out by increasing the voltage on the electrolyzer up to 4.0 - 6.0 V and keeping the electrolyzer at this voltage until the liquid electrolyte is deposited. Heap heaping can be performed additionally on both longitudinal sides of the airborne unit to its entire height. The time spent in the state of the short-circuited anode-metal circuit is not more than 48 hours. After stuffing the hearth of the horizontal side stiffener sheet is restored. Heel-capping can be performed from a mixture containing sexual mass and alumina in a ratio of 1: (0.05 - 0.3 wt.%).

Выведение электролизера из электролиза без отключения от электрической цепи позволяет исключить выделение вредных фторсодержащих веществ и снизить тепловыделение в рабочую зону, что резко облегчает условия труда при ремонте и снижает трудозатраты. Как обратная сторона этого, возрастает качество восстановленной футеровки. The removal of the electrolyzer from the electrolysis without disconnecting from the electric circuit eliminates the emission of harmful fluorine-containing substances and reduces heat generation in the working area, which greatly facilitates working conditions during repair and reduces labor costs. As a flip side to this, the quality of the restored lining increases.

Прекращение электролиза на период ремонта позволяет надежно защитить оборотным электролитом участок ремонта от воздействия расплава. The termination of electrolysis during the repair period allows you to reliably protect the repair area from the influence of the melt with circulating electrolyte.

Наконец, с другой стороны, сохранение короткозамкнутой цепи анод - металл позволяет сохранить электролизер в "горячем" состоянии, и тем самым перевести его в электролиз на напряжении 5,0 - 6,0 В, что снижает расход электроэнергии, трудозатраты. Finally, on the other hand, the preservation of the short-circuited anode-metal circuit allows the electrolyzer to be kept in a “hot” state, and thereby translate it into electrolysis at a voltage of 5.0 - 6.0 V, which reduces energy consumption and labor costs.

Удаление разрешенных бортовых блоков и замена их на новые блоки увеличивает срок службы катода (электролизера) с 1-4 месяцев (по прототипу) до 9-12 месяцев. Сокращается расход электроэнергии, себестоимость алюминия-сырца, возрастает производительность электролизера, сортность получаемого алюминия. Removing the allowed airborne units and replacing them with new units increases the life of the cathode (electrolyzer) from 1-4 months (prototype) to 9-12 months. Reduced energy consumption, the cost of raw aluminum, increases the productivity of the cell, the grade of aluminum obtained.

Выполнение набойки их подовой массы в нижней части бортовых блоков и установление горизонтального бортового листа жесткости исключает проникновение расплава в цоколь катода, всплытие бортовых блоков. Использование шихты из ходовой массы и глинозема повышает качество скоксованного материала, повышается срок службы электролизера и качество алюминия. Performing heel pad packing in the lower part of the airborne blocks and establishing a horizontal airborne stiffening sheet excludes the penetration of the melt into the cathode base and the ascent of the airborne blocks. The use of a mixture of running gear and alumina improves the quality of coked material, increases the service life of the cell and the quality of aluminum.

Увеличение и поддержание напряжения на электролизере до 4,0-6,0 В без заливки жидкого электролита увеличивает приход Джоулева тепла в электролизер, необходимого для коксования подовой массы в набойке и наплавления собственного жидкого электролита. В то же время расплав не достигает свежей, нескоксовавшейся набойки до полного ее коксования. При этом снижается трудозатраты, расход электроэнергии. Increasing and maintaining the voltage across the electrolyzer to 4.0-6.0 V without pouring liquid electrolyte increases the Joule heat input into the electrolyzer, which is necessary for coking the hearth mass in the heel and depositing its own liquid electrolyte. At the same time, the melt does not reach a fresh, non-coking heel until it is completely coked. This reduces labor costs, energy consumption.

Нахождение электролизера в состоянии короткозамкнутой цепи не более 48 ч позволяет, с одной стороны, обеспечить улучшение условий труда и снижение трудозатрат, а с другой стороны - не позволяет охладить электролизер до температур, приводящих к разрушению подовых блоков. The fact that the electrolyzer is in the state of a short-circuited circuit for no more than 48 h allows, on the one hand, to provide better working conditions and lower labor costs, and on the other hand, it does not allow the cell to cool to temperatures that lead to the destruction of the hearth blocks.

Заливка дополнительного жидкого электролита при напряжении 5,0-6,0 В ускоряет выход электролизера на устойчивый электролиз, тем самым возрастает его производительность. Filling an additional liquid electrolyte at a voltage of 5.0-6.0 V accelerates the output of the electrolyzer to stable electrolysis, thereby increasing its productivity.

Восстановление горизонтального бортового листа жесткости после набойки подовой массой создает обжатие восстановленной бортовой футеровки, что исключает всплытие бортовых блоков при электролизе. The restoration of the horizontal side stiffener sheet after filling with a hearth mass creates a compression of the restored side lining, which eliminates the emergence of side blocks during electrolysis.

Применение шихты из подовой массы и глинозема улучшает качество набойки, снижается пористость и смачиваемость набойки алюминием. Это повышает устойчивость набойки к воздействию расплава, повышается срок службы электролизера. The use of a charge from the hearth and alumina improves the quality of the heel, reduces the porosity and wettability of the heel with aluminum. This increases the resistance of the heel to the effects of the melt, increases the service life of the cell.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены фрагмент сечения катода с новым бортовым блоком, установленным взамен разрушенного (фиг. 1) и катод в плане с возможными участками ремонта бортовой футеровки (фиг. 2). The invention is illustrated by drawings, which depict a fragment of the cross section of the cathode with a new on-board unit installed instead of the destroyed one (Fig. 1) and the cathode in plan with possible repair areas for the on-board lining (Fig. 2).

Новые бортовые блоки 1 устанавливают вместо удаленных разрушенных после удаления горизонтального бортового листа местности 2, снижения уровня катодного металла и электролита с сохранением короткозамкнутой цепи анод - металл, забивки пространства борт - анод оборотным электролитом (на чертеже не показано) и удаления застывшего оборотного электролита и металла в месте 3 разрушения борта. На подушку 4 цоколя 5 из подовой массы или ее шихты с глиноземом выполняют набойку подушки 4 и шва, и пространства бортовой блок - подовый блок, или, при использовании бортовых блоков меньшей толщины, набойку 6 выполняют по всей высоте блока 1 с обоих продольных сторон, устанавливают горизонтальный бортовой лист 2 жесткости, соединенный жестко с верхним поясом катодного кожуха 7 (фиг. 1). Участки 8, 9, 10 бортовой футеровки, подлежащие ремонту, определяют исходя из степени износа бортовых блоков по их толщине и высоте (фиг. 2). При наличии сквозного отверстия 3 в катодном кожухе его плотно закрывают стальным листом, изнутри и/или снаружи (фиг. 1). New airborne blocks 1 are installed instead of the remote areas destroyed after removal of the horizontal airborne sheet 2, lowering the level of the cathode metal and electrolyte while maintaining the short-circuited anode-metal circuit, clogging the space between the anode and the circulating electrolyte (not shown) and removing the frozen circulating electrolyte and metal in the place of 3 destruction of the side. On the pillow 4 of the base 5 from the hearth or its mixture with alumina, the pillow 4 and the seam are capped, and the space of the airborne block is the hearth block, or, when using airborne blocks of smaller thickness, the heat-sink 6 is performed along the entire height of block 1 from both longitudinal sides, set the horizontal side sheet 2 stiffness, rigidly connected to the upper belt of the cathode casing 7 (Fig. 1). Sections 8, 9, 10 of the side lining to be repaired are determined based on the degree of wear of the side blocks by their thickness and height (Fig. 2). In the presence of a through hole 3 in the cathode casing, it is tightly closed with a steel sheet, inside and / or outside (Fig. 1).

Пример 1. На промышленном электролизере с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-8Б на силу тока 156 кА со сроком службы 39,5 месяцев, имеющем износ бортовой футеровки 85-90% по толщине бортового блока в выходном (по ходу тока) торце и на продольной лицевой стороне катода выполняют ремонт бортовой футеровки участков 8, 9 и ввод электролизера в эксплуатацию согласно предлагаемому способу (п. 1 формулы) без ограничения времени К. З. цепи "анод-металл", без добавления глинозема в половую массу, без набойки на всю высоту блока, без заливки жидкого электролита и без восстановления горизонтального листа жесткости катода (опытный электролизер). Example 1. On an industrial electrolyzer with a self-baking anode and a top current lead of type C-8B for a current of 156 kA with a service life of 39.5 months, having wear on the side lining 85-90% of the thickness of the side block in the output (along the current) end and on the longitudinal front side of the cathode, the side lining of sections 8, 9 is repaired and the electrolyzer is put into operation according to the proposed method (claim 1 of the formula) without time limitation K. Z. anode-metal chains, without adding alumina to the sex mass, without filling full block height, without filling electrolyte and without restoring the horizontal stiffness sheet of the cathode (experimental electrolyzer).

На другом промышленном электролизере аналогичного типа, имеющем срок службы 37,2 месяца, выполняет ремонт "на ходу" бортовой футеровки участков 8,9 согласно известному способу (электролизер-свидетель). On another industrial electrolyzer of a similar type, having a service life of 37.2 months, performs on-the-go repair on-board lining of sections 8.9 according to a known method (witness electrolysis cell).

Исходные данные, технологические параметры и технико-экономические показатели промышленных испытаний обоих электролизеров в течение 9 месяцев после ремонта футеровки приведены в табл. 1. The initial data, technological parameters and technical and economic indicators of industrial tests of both electrolytic cells for 9 months after repair of the lining are given in table. 1.

После установки новых бортовых блоков 1 и выполнения набойки 6 из подовой массы увеличивают напряжение на электролизере с 3,8 до 4,0-6,0 В и выдерживают до наплавления жидкого электролита из твердого, внесенного в пространство борт - анод. После этого устанавливают заданное рабочее напряжение. На опытном электролизере состояние отремонтированного участка бортовой футеровки - целостность сохранена. Электролизер продолжает работать в устойчивом режиме. After installing new on-board units 1 and performing tapping 6 from the hearth mass, the voltage across the electrolyzer is increased from 3.8 to 4.0-6.0 V and maintained until the liquid electrolyte is deposited from a solid anode-space introduced into the space. After that, set the desired operating voltage. On the experimental electrolyzer, the condition of the repaired section of the side lining - integrity is preserved. The cell continues to operate in a steady mode.

Время нахождения электролизера "A" в ремонте составило 42 часа. The time spent in the cell "A" in the repair was 42 hours.

Пример 2. На промышленном электролизере аналогичного типа со стороны службы 37,4 месяца выполняют ремонт бортовой футеровки участков 9, 10 и ввод электролизера в эксплуатацию согласно предлагаемому способу с добавлением 10 мас.% глинозема в подовую массу; набойку 6 выполняют на всю высоту бортового блока, имеющего уменьшенную (до 115 мм) толщину (фиг. 1), и с заливкой электролита (~ 2-2,5 т) через 18 часов после завершения ремонта (опытный электролизер), с восстановлением горизонтального бортового листа жесткости, после выполнения набойки 6. Увеличение напряжения на электролизере и наплавления части жидкого электролита выполняют аналогично примеру 1 описания. После заливки жидкого электролита устанавливают рабочее заданное напряжение. Example 2. On an industrial electrolyzer of a similar type, on the service side, for 37.4 months, the side lining of sections 9, 10 is repaired and the cell commissioned according to the proposed method with the addition of 10 wt.% Alumina to the hearth mass; tapping 6 is performed to the entire height of the airborne unit having a reduced (up to 115 mm) thickness (Fig. 1), and with electrolyte filling (~ 2-2.5 t) 18 hours after the completion of the repair (experimental electrolyzer), with the restoration of the horizontal side stiffener sheet, after performing tapping 6. Increasing the voltage on the cell and depositing part of the liquid electrolyte is performed analogously to example 1 of the description. After pouring liquid electrolyte, the set operating voltage is set.

Исходные данные, результаты испытаний опытного электролизера в течение 12 месяцев отражены в табл. 2. The initial data, the test results of the experimental electrolyzer for 12 months are shown in table. 2.

Как следует из полученных результатов, на опытных электролизерах "A", "B", где выполнен текущий ремонт "на ходу" бортовой футеровки по предлагаемому способу, повышается срок службы более чем на 6-12 месяцев, производительность на 15-21 кг Аl/сутки; снижается рабочее напряжение на 0,01-0,03 В, что указывает на уменьшение токов утечки через борт и повышает производительность электролизера, особенно, с применением шихты подовая масса - глинозем. Как следствие, на опытных электролизерах возрастает сортность получаемого алюминия. Высокое качество ремонта указывает на улучшение условий труда при нахождение электролизера в коротком замыкании анод - металл. As follows from the results obtained, on experimental electrolyzers "A", "B", where the current repair was performed "on the fly" on-board lining according to the proposed method, the service life is increased by more than 6-12 months, productivity by 15-21 kg Al / day; operating voltage decreases by 0.01-0.03 V, which indicates a decrease in leakage currents through the board and increases the productivity of the electrolyzer, especially with the use of the charge hearth mass - alumina. As a result, the grade of aluminum obtained increases in experimental electrolyzers. High quality repair indicates an improvement in working conditions when the cell is in a short circuit anode - metal.

Таким образом, предлагаемый способ ремонта бортовой футеровки позволяет увеличить срок службы и производительность электролизера, сортность получаемого алюминия, снизить трудозатраты за счет сокращения количества ремонтов, улучшения экологических условий проведения ремонта, увеличения срока службы электролизера. Thus, the proposed method for repairing the side lining allows to increase the service life and productivity of the electrolyzer, the grade of the aluminum obtained, reduce labor costs by reducing the number of repairs, improving the environmental conditions for repairs, and increasing the service life of the cell.

Claims

1. A method of repairing the lining and commissioning of an aluminum electrolyzer, including repair operations to determine the location of destruction of the side lining, lowering the level of electrolyte and cathode metal, removing the horizontal side stiffening sheet, clogging the space between the anode and the reverse electrolyte, and removing the frozen reverse electrolyte and frozen metal in the place of destruction of the sideboard, clearing the place of destruction and heeling from the hearth mass in the lower part of the airborne blocks and in the space of the airborne block - under unit and carrying out commissioning operations of the electrolyzer, characterized in that the repair operations are carried out in the mode of finding the electrolyzer in the electric short-circuited anode-metal circuit, and before the hearth is packed, the destroyed on-board units are replaced with new ones and commissioning operations are carried out by increasing voltage on the cell up to 4.0 - 6.0 V and holding the cell at this voltage until the deposition of liquid electrolyte.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heel from the bottom mass is additionally performed on both longitudinal sides of the airborne unit to its entire height.

3. The method according to claim 1, characterized in that the residence time of the cell in the state of the short-circuited anode-metal circuit is not more than 48 hours

4. The method according to claim 1, characterized in that after the deposition of a liquid electrolyte at a voltage of 5.0 - 6.0 V, an additional filling of the liquid electrolyte is performed.

5. The method according to claim 1, characterized in that after stuffing with a hearth mass, the horizontal side stiffening sheet is restored.

6. The method according to p. 1, characterized in that the heel is made of a mixture containing a hearth mass and alumina in a ratio of 1: (0.05 - 0.3) wt.%.