RU2128731C1 - Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers - Google Patents
Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2128731C1 RU2128731C1 RU96116050A RU96116050A RU2128731C1 RU 2128731 C1 RU2128731 C1 RU 2128731C1 RU 96116050 A RU96116050 A RU 96116050A RU 96116050 A RU96116050 A RU 96116050A RU 2128731 C1 RU2128731 C1 RU 2128731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- mass
- binder
- pitch
- aluminum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано при монтаже подин алюминиевых электролизеров для заделки межблочных швов. The present invention relates to the electrolytic production of aluminum and can be used in the installation of the bottom of aluminum electrolytic cells for sealing inter-unit joints.
Футеровку алюминиевого электролизера формируют из подовых и бортовых угольных блоков, а межблочные швы заполняют подовой массой, которая состоит из углеродсодержащих наполнителя и связующего. The lining of the aluminum electrolyzer is formed from hearth and side coal blocks, and interblock seams are filled with a hearth mass, which consists of a carbon-containing filler and a binder.
Одним из основных требований, предъявляемых к подовой массе, является получение после обжига шва высокой плотности с малым коэффициентом усадки. One of the main requirements for the hearth mass is to obtain, after firing, a high density weld with a low shrink coefficient.
Как правило, в качестве связующего используют каменноугольный пек с температурой размягчения 65-75oC. При набойке швов такую подовую массу нагревают до 120-130oC. Такой температурный режим обеспечивает необходимые условия для формирования качественного межблочного шва. Но при набойке межблочных швов в реальных условиях поддерживать данный температурный режим не представляется возможным и температура подовой массы и блоков значительно ниже требуемой, что не позволяет произвести набойку достаточно высокого качества, в результате чего срок службы электролизеров снижается.As a rule, coal tar pitch with a softening temperature of 65-75 o C is used as a binder. When stamping joints, such a hearth mass is heated to 120-130 o C. This temperature regime provides the necessary conditions for the formation of a high-quality inter-block seam. But when filling interblock seams in real conditions, it is not possible to maintain this temperature regime and the temperature of the hearth mass and blocks is much lower than the required one, which does not allow for high-quality printing, as a result of which the battery life is reduced.
Для решения данной проблемы активно ведутся работы по созданию холоднонабивной подовой массы, обеспечивающей межблочный шов необходимого качества. To solve this problem, work is underway to create a cold-packed hearth mass, providing an interlock seam of the required quality.
Так, известен чехословацкий патент N 123794 (C22d, 15.01.67 г.), по которому для обеспечения холодной набивки подовой массы (15-55oC) в качестве связующего используют сталелитейный деготь. По А.С. N 395504 (СССР, C22d 3/02, 1972 г. ) с той же целью в качестве связующего используют каменноугольную смолу.So, the Czechoslovak patent N 123794 (C22d, January 15, 67) is known, according to which steel tar is used as a binder to ensure cold packing of the hearth mass (15-55 ° C). By A.S. N 395504 (USSR, C22d 3/02, 1972), for the same purpose, coal tar is used as a binder.
Но попытки использовать в подовой массе такого рода связующие материалы, характеризующиеся низким коксовым остатком, не дали положительных результатов в связи с ухудшением качества массы по основным техническим показателям: механическая прочность и пористость. But attempts to use binder materials of this kind with a low coke residue in the bottom mass did not give positive results due to the deterioration of the quality of the mass according to the main technical indicators: mechanical strength and porosity.
Одним из наиболее рациональных путей снижения температуры набойки традиционной подовой массы в настоящее время является введение в нее пластифицирующих веществ. One of the most rational ways to reduce the temperature of the heel of the traditional hearth mass at the present time is the introduction of plasticizing substances into it.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение по А. С. N 1177394 (СССР, кл. C 25 C 3/06, 1979 г.) "Углеродсодержащая набоечная масса", согласно которого для снижения пористости и улучшения механических свойств холоднонабивной массы на основе пека с температурой размягчения 48-54oC и с использованием прастификатора вводят высокотемпературный пек с температурой размягчения 200-300oC, характеризующийся большим коксовым остатком, а значит снижающий пористость обожженной холоднонабивной подовой массы.The closest in technical essence and the achieved result is a technical solution according to A. S. N 1177394 (USSR, class C 25 C 3/06, 1979) "Carbon-containing packing material", according to which to reduce porosity and improve the mechanical properties of cold-packed pulp-based masses with a softening temperature of 48-54 ° C and using a pre-modifier, a high-temperature pitch with a softening temperature of 200-300 ° C is introduced, characterized by a large coke residue, and thus reducing the porosity of the calcined cold-packed hearth mass.
Данная набоечная масса готовится следующим способом:
- высокотемпературный пек совместно с наполнителем измельчают до получения фракции (-4 мм);
- расплавленный легкий пек и растворитель (пластификатор) смешивают в обогреваемом смесителе;
- в подготовленный связующий материал вводят смесь совместного помола наполнителя с высокотемпературным пеком и перемешивают.This stuffed mass is prepared in the following way:
- high-temperature pitch together with the filler is crushed to obtain a fraction (-4 mm);
- the molten light pitch and the solvent (plasticizer) are mixed in a heated mixer;
- a mixture of co-milling the filler with a high-temperature pitch is introduced into the prepared binder material and mixed.
Состав набоечной массы по прототипу, мас.%:
мягкий пек с Тразм. = 48-54oC - 5 - 20
растворитель с Ткип. = 150-350oC - 5 - 20
высокотемпературный пек Тразм. = 200-300oC - 2 - 10
углеродистый наполнитель - остальное
Состав подовой массы по прототипу, как и способ ее получения имеют ряд существенных недостатков с точки зрения промышленного освоения:
1) касается состава набоечной массы
- в составе подовой массы содержание связующего (с учетом пластификатора) допускается до 50%, причем процентное содержание мягкого пека значительно выше высокотемпературного. Подовая масса с таким композиционным связующим и с таким его содержанием повышает пористость межблочного шва, а значит ухудшает его эксплуатационные качества;
- содержание растворителя в подовой массе допускается до 20%, что значительно увеличивает пористость массы и снижает ее механическую прочность за счет снижения коксообразующей способности пека-связующего;
2) касается способа приготовления набоечной массы
- совместное измельчение наполнителя и высокотемпературного пека затрудняет процесс дробления наполнителя;
- смешивание расплавленного мягкого пека и растворителя;
- дополнительная технологическая операция, ухудшающая экологию рабочей зоны;
- пропитку шихты проводят пластифицированным связующим, что не исключает отрицательного влияния пластификатора на свойства подового шва, а также увеличивает расход пластификатора;
- смешивание массы в известных типах смесителей при температуре 40-60oC не обеспечивает достаточной пропитки наполнителя даже при использовании мягкого пека и основная масса мягкого пека пойдет на формирование межзерновых прослоек, в результате чего межзерновые связи после обжига отличаются низкой плотностью.The composition of the pad mass according to the prototype, wt.%:
soft pitch with trazm. = 48-54 o C - 5 - 20
solvent with TPK. = 150-350 o C - 5 - 20
high-temperature pitch Trazm. = 200-300 o C - 2 - 10
carbon filler - the rest
The composition of the bottom mass of the prototype, as well as the method for its preparation, have a number of significant disadvantages from the point of view of industrial development:
1) regarding the composition of the packing mass
- in the composition of the hearth mass, the content of the binder (including plasticizer) is allowed up to 50%, and the percentage of soft pitch is much higher than high-temperature. Hearth mass with such a composite binder and with such a content increases the porosity of the interblock weld, and therefore worsens its performance;
- the solvent content in the bottom mass is allowed up to 20%, which significantly increases the porosity of the mass and reduces its mechanical strength by reducing the coke-forming ability of the pitch binder;
2) relates to a method for preparing a stuffed mass
- joint grinding of the filler and high-temperature pitch complicates the process of crushing the filler;
- mixing the molten soft pitch and solvent;
- additional process operation that worsens the ecology of the working area;
- the charge is impregnated with a plasticized binder, which does not exclude the negative effect of the plasticizer on the properties of the hearth seam, and also increases the consumption of plasticizer;
- mixing the mass in known types of mixers at a temperature of 40-60 o C does not provide sufficient impregnation of the filler even when using soft pitch and the bulk of the soft pitch will go to the formation of intergranular layers, as a result of which intergranular bonds after firing are characterized by low density.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения качества межблочных швов после обжига из холоднонабивной подовой массы (снижение ее пористости и повышение механической прочности). The present invention solves the problem of improving the quality of interblock joints after firing from a cold-packed hearth mass (reducing its porosity and increasing mechanical strength).
Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления холоднонабивной подовой массы для алюминиевых электролизеров, содержащей органическую пластифицирующую добавку, включающем приготовление углеродcодержащей шихты, смешивание ее с углеводородным связующим, пластификатор вводят в процессе смешивания связующего с предварительно нагретой до 130-140oC шихтой, при этом в качестве углеводородного связующего используют среднетемпературный пек, нагретый до температуры 130-170oC, причем пластификатор вводят с температурой 30-80oC и введение его осуществляют через промежуток времени от начала смешивания, определяемой по формуле
T'' = (0,5-0,75)•T,
где T - время смешивания углеродсодержащей шихты с углеводородным связующим, мин;
Т'' - время введения пластификатора в подовую массу, мин,
при этом массовая доля компонентов в подовой массе составляет, мас.%:
органическая пластифицирующая добавка - 5-7
среднетемпературный пек - 13-15
углеродсодержащая шихта - остальное
при этом в качестве органической пластифицирующей добавки используют высокомолекулярные органические продукты фракционирования каменноугольной смолы или нефтяных остатков, например, смолу пиролиза нефтяных остатков, а в качестве компонентов углеродсодержащей шихты используют углеродсодержащие отходы алюминиевого производства (бракованные катодные блоки футеровки алюминиевых электролизеров, спеченную часть отработанного самообжигающегося анода, огарки обожженных анодов, а также хвосты флотации угольной пены в количестве не более 10% и в количестве не более 30% природный графит, например, шунгит, причем при использовании углеводородного связующего в твердом виде его вводят в шихту, предварительно нагретую до 200oC.This object is achieved by the fact that in the method of preparing a cold-packed hearth mass for aluminum electrolysis cells containing an organic plasticizing additive, including the preparation of a carbon-containing mixture, mixing it with a hydrocarbon binder, the plasticizer is introduced into the process of mixing the binder with a mixture preheated to 130-140 o C, at Thus in use as a hydrocarbon binder pitch medium temperature, heated to a temperature of 130-170 o C, the plasticizer is introduced with a temperature of 30-80 o C and cc denie it is performed after a time interval from the start of mixing, determined by the formula
T '' = (0.5-0.75) • T,
where T is the mixing time of the carbon-containing mixture with a hydrocarbon binder, min;
T '' - the time of introduction of the plasticizer into the hearth mass, min,
while the mass fraction of components in the hearth mass is, wt.%:
organic plasticizing additive - 5-7
medium temperature pitch - 13-15
carbon-containing charge - the rest
in this case, high molecular weight organic products of fractionation of coal tar or oil residues, for example, pyrolysis resin of oil residues, are used as an organic plasticizing additive, and carbon-containing aluminum production wastes are used as components of the carbon-containing charge (defective cathode blocks of the lining of aluminum electrolytic cells, sintered part of the spent self-calcining anode, cinders of annealed anodes, as well as flotation tailings of coal foam in an amount not
Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа следующим:
1) по прототипу пластифицируют связующее в полном объеме, то есть в поры наполнителя попадают как пек, так и пластификатор, а в предлагаемом решении пластификатор в поры углеродного наполнителя не попадает и весь пластификатор расходуется на пластифицирование межзерновых пековых прослоек.The proposed technical solution differs from the prototype in the following:
1) the binder is fully plasticized according to the prototype in full, that is, both pitch and plasticizer fall into the pores of the filler, and in the proposed solution, the plasticizer does not enter the pores of the carbon filler and the entire plasticizer is used to plasticize the intergranular pitch interlayers.
В результате этого получают холоднонабивную подовую массу с меньшей пористостью после обжига и с улучшенными набоечными свойствами;
2) значительно снижено предельнодопустимое содержание связующего в подовой массе;
3) упрощена аппаратурно-техническая схема приготовления подовой массы, а именно отсутствует предел совместного измельчения углеродсодержащего наполнителя со связующим и предел смешивания (пластифицирования) связующего с органической добавкой;
4) предлагаемый способ производства подовой массы позволяет использовать практически в любых соотношениях как традиционное сырье для приготовления шихты, так и углеродсодержащие отходы алюминиевого производства (кроме хвостов флотации), а также и природные материалы в определенном соотношении, например, природный графит;
5) по предлагаемому способу расплавленный СТП смешивается с предварительно нагретой углеродсодержащей шихтой, в результате чего происходит адсорбция высокоароматических составляющих пека на наружной поверхности зерен наполнителя и вокруг зерен наполнителя образуются пековые прослойки, обогащенные легкими фракциями, что дополнительно пластифицирует межзерновые прослойки, а значит расход пластификатора снижается.As a result of this, a cold-packed hearth mass with lower porosity after firing and with improved packing properties is obtained;
2) significantly reduced the maximum permissible binder content in the hearth mass;
3) the hardware and technical scheme for preparing the hearth mass has been simplified, namely, there is no limit to the co-grinding of the carbon-containing filler with a binder and the limit of mixing (plasticization) of the binder with an organic additive;
4) the proposed method for the production of hearth mass allows using practically any proportions of both traditional raw materials for the preparation of the charge and carbon-containing aluminum production wastes (except flotation tailings), as well as natural materials in a certain ratio, for example, natural graphite;
5) according to the proposed method, the molten STP is mixed with a preheated carbon-containing mixture, as a result of which the highly aromatic components of the pitch are adsorbed on the outer surface of the filler grains and around the filler grains, pitch layers enriched in light fractions are formed, which additionally plasticizes the intergranular layers, which means the plasticizer consumption is reduced .
То есть предлагаемое техническое решение отвечает требованиям критерия изобретения "новизна". That is, the proposed technical solution meets the requirements of the criteria of the invention of "novelty."
Проведенный анализ известных решений в данной области выявил, что отдельные признаки предлагаемого технического решения известны и реализуются в ряде технических решений:
1. В работах специалистов НКАЗа в области холоднонабивной подовой массы ("Цветные металлы" N 3, 8, 1987 г.) предлагается использовать в качестве связующего аналогичную заявляемому композицию: СТП и пластификатор, при этом пластифицируют СТП в целом, в полном объеме, что, как указывалось выше, дает более пористый и менее прочный после обжига межблочный шов.The analysis of known solutions in this area revealed that certain features of the proposed technical solution are known and implemented in a number of technical solutions:
1. In the works of NKAZ specialists in the field of cold-packed hearth mass ("Non-ferrous metals"
В предлагаемом решении конечная масса готовится в два этапа в одном и том же аппарате, причем этап - пропитка наполнителя - продолжается не менее половины периода смешивания, а второй - пластифицирование межзерновых прослоек - не менее четверти периода смешивания;
2. Известно, что как с технологической, так и экологической точки зрения в пекококсовых композициях предпочтительно низкое содержание связующего.In the proposed solution, the final mass is prepared in two stages in the same apparatus, and the stage - impregnation of the filler - lasts at least half of the mixing period, and the second - plasticization of intergranular layers - at least a quarter of the mixing period;
2. It is known that from a technological as well as an environmental point of view, in the Pecocox compositions, preferably a low binder content.
В патенте США N 4032653 (C 25 B 11/12, 1977 г.) его содержание составляет 7-17 вес.%, но при этом используется пек с Тразм. = 48-54oC, характеризующийся низким коксовым остатком. Естественно, получить плотный шов при низком содержании связующего с высоким содержанием летучих не представляется возможным.In US patent N 4032653 (C 25
В предлагаемом изобретении предельное содержание связующего приблизительно то же (15%), но используется среднетемпературный пек, имеющий больший коксовый остаток. In the present invention, the limiting content of the binder is approximately the same (15%), but medium-temperature pitch with a larger coke residue is used.
3. Предварительный нагрев компонентов электродных масс перед смешением - прием известный ("Производство анодной массы" Э.А. Янко, М., "Металлургия", 1984 г. , стр. 73), причем нагрев компонентов, как правило, ведут приблизительно до одной и той же температуры, что обеспечивает лучшую пропитку кокса пеком. 3. Pre-heating the components of the electrode masses before mixing is a well-known technique ("Production of the anode mass" by E. A. Yanko, M., Metallurgy, 1984, p. 73), and the heating of the components, as a rule, leads to approximately the same temperature, which provides the best impregnation of coke with pitch.
В предлагаемом решении связующее пропитки наполнителя отличается по своим свойствам от связующего межзерновых прослоек, поэтому авторы предлагают свой температурный режим приготовления ХНП массы:
- наполнитель нагревают до 130-140oC для обеспечения оптимальной смачиваемости углеродного наполнителя среднетемпературным пеком;
- пек нагревают до 130-170oC для обеспечения лучшей проникающей способности в поры наполнителя;
- пластификатор имеет более низкую температуру (30-80oC), во-первых, для исключения попадания пластификатора в поры наполнителя, во-вторых, для сближения температуры приготовления массы к реальным температурным условиям набойки ХНПМ, что позволит оперативно корректировать свойства массы.In the proposed solution, the binder impregnation of the filler differs in its properties from the binder of intergranular layers, therefore, the authors offer their own temperature regime for the preparation of the CNP mass:
- the filler is heated to 130-140 o C to ensure optimal wettability of the carbon filler medium temperature pitch;
- the pitch is heated to 130-170 o C to provide better penetration into the pores of the filler;
- the plasticizer has a lower temperature (30-80 o C), firstly, to prevent the plasticizer from getting into the pores of the filler, and secondly, to bring the temperature of the mass preparation closer to the actual temperature conditions of the CNFM heel, which will allow you to quickly adjust the mass properties.
4. В качестве пластификатора электродных масс использовались различные органические вещества:
- олеиновая кислота (А.С. N 395504, C22d 3/02, 1973 г.);
- метилнафталиновый растворитель (Патент США N 4032653, C 25 B 11/12, 1977 г.);
- поглотительное масло, вторая антраценовая фракция, дистиллят и т.д. (статья "Технология получения связующего вещества для холоднонабивной подовой массы", "Цветные металлы" N 3, 1987 г., стр. 51).4. As a plasticizer of electrode masses, various organic substances were used:
- oleic acid (A.S. N 395504, C22d 3/02, 1973);
- methyl naphthalene solvent (US Patent N 4032653, C 25
- absorption oil, second anthracene fraction, distillate, etc. (article "Technology for the production of a binder for a cold-packed hearth mass", "Non-ferrous metals" N 3, 1987, p. 51).
По сравнению с вышеперечисленными использование в качестве пластификатора смолы пиролиза нефтяных остатков, обладающей большим коксовым остатком, позволяет улучшить технологические показатели подовой массы и экологически более благоприятный пластификатор. Compared with the above, the use as a plasticizer of a resin for pyrolysis of oil residues, which has a large coke residue, allows to improve the technological parameters of the hearth mass and an environmentally more favorable plasticizer.
5. Использование углеродсодержащих отходов алюминиевого производства известно в приготовлении электродных масс:
- катодные блоки:
"Способ повторного использования отработанной обкладки подины", C 25 C 3/06, Патент США N 4784733. 1971 г. (в электродную массу вводят до 50% угольных блоков);
"Способ утилизации отработанной футеровки из углеродных материалов алюминиевых электролизеров", А.С. N 261701, C22d (в анодную массу вводят футеровку в количестве 2-5% от веса сухой шихты);
"Способ утилизации отработанной футеровки из углеродистых материалов алюминиевых электролизеров", А. С. N 269495, C22d (футеровку используют для приготовления подовой массы).5. The use of carbon-containing waste from aluminum production is known in the preparation of electrode masses:
- cathode blocks:
"The method of reusing the used lining of the hearth," C 25 C 3/06, US Patent N 4784733. 1971 (up to 50% of the coal blocks are introduced into the electrode mass);
"A method for the disposal of spent lining from carbon materials of aluminum electrolysis cells", A.S. N 261701, C22d (lining is introduced into the anode mass in an amount of 2-5% of the weight of the dry charge);
"The method of disposal of the spent lining of the carbon materials of aluminum electrolytic cells", A. S. N 269495, C22d (the lining is used to prepare the hearth mass).
- огарки обожженных анодов:
"Способ и устройство для очистки анодных остатков, применяемых при электролитическом разложении солей", C 25 C 7/02, заявка ФРГ N OS 3329736, 1983 г.- cinders of annealed anodes:
"Method and device for the purification of anode residues used in the electrolytic decomposition of salts", C 25 C 7/02, Germany application N OS 3329736, 1983
- хвосты флотации угольной пены
"Анодная масса для алюминиевых электролизеров, А.С. N 648655, C 25 C 3/12, 1979 г. (масса содержит 1-11% хвостов по приведенным материалам).- coal foam flotation tails
"Anode mass for aluminum electrolyzers, A.S. N 648655, C 25 C 3/12, 1979 (the mass contains 1-11% of the tails from the above materials).
Содержание отходов в электродных массах, как правило, лимитируется. Предлагаемый способ приготовления позволяет использовать их в любом соотношении, так как первый этап пропитки нивелирует структурные особенности наполнителя (плотность), а этап пластификации обеспечивает ей холодную набойку. The waste content in the electrode masses is usually limited. The proposed method of preparation allows you to use them in any ratio, since the first stage of impregnation eliminates the structural features of the filler (density), and the plasticization stage provides it with a cold filling.
Исключение составляют хвосты флотации угольной пены, содержание которых в подовой массе допускается в пределах 10% в связи с содержанием в них значительного количества вредных примесей (калия, натрия). An exception is the tailings of coal foam flotation, the content of which in the bottom mass is allowed within 10% due to the content of a significant amount of harmful impurities (potassium, sodium) in them.
Использование хвостов флотации не только расширяет сырьевую базу, но и дает значительный энергетический эффект в связи с тем, что хвосты флотации являются готовым тонким классом шихты, не требующим измельчения. The use of flotation tails not only expands the raw material base, but also gives a significant energy effect due to the fact that flotation tails are a ready-made thin class of charge that does not require grinding.
6. Использование природных материалов в качестве наполнителя также прием известный:
- "Электродная масса для изготовления футеровочных блоков" А.С. N 583205, C 25 C 3/06, 1977 г. (шунгит, антрацит);
- "Углеродсодержащая масса для получения углеродных изделий" А.С. N 1765113, C 01 B 31/02 1989 г. (натуральный графит).6. The use of natural materials as a filler is also a well-known technique:
- "Electrode mass for the manufacture of lining blocks" A.S. N 583205, C 25 C 3/06, 1977 (shungite, anthracite);
- "Carbon-containing mass for the production of carbon products" A.S. N 1765113, C 01
Авторы предлагаемого изобретения предлагают использовать природный графит в количестве до 30%. В качестве природного графита предлагается использовать шунгит. Шунгит относится к материалам, не поддающимся гомогенной графитации даже при высокотемпературном нагреве, что улучшает процесс холодной набойки. Ограничение содержания шунгита связано с наличием в нем значительного количества примесей. The authors of the invention propose to use natural graphite in an amount up to 30%. It is proposed to use shungite as natural graphite. Shungite refers to materials that are not amenable to homogeneous graphitization even during high-temperature heating, which improves the process of cold heeling. The restriction of shungite is associated with the presence of a significant amount of impurities.
При использовании спеченной части отработанного самообжигающегося анода рационально готовить из нее крупную фракцию (-6 мм), так как данный материал обладает высокой плотностью за счет образования пироуглерода при температурном режиме обжига анода, характеризующимся постепенным длительным наращиванием температуры. When using the sintered part of the spent self-baking anode, it is rational to prepare a large fraction (-6 mm) from it, since this material has a high density due to the formation of pyrocarbon at the anode firing temperature, characterized by a gradual long-term increase in temperature.
При использовании бракованных катодных блоков содержание связующего в подовой массе можно держать на нижнем уровне, так как это чистый материал, не требующий уплотнения зерен пеком и связующее, в основном, идет на создание межзерновых прослоек. When using defective cathode blocks, the content of the binder in the hearth mass can be kept at a lower level, since this is a pure material that does not require compaction of the grains with pitch and the binder is mainly used to create intergranular layers.
Сравнение предлагаемой технологии с аналогичными существующими технологиями как по прототипу, так и аналогам показывает, что новая совокупность признаков как известных, так и неизвестных, в их взаимосвязи позволяет получить технический результат более высокого уровня по сравнению с известными. Comparison of the proposed technology with similar existing technologies both according to the prototype and analogues shows that the new set of features, both known and unknown, in their interconnection allows to obtain a technical result of a higher level compared to the known ones.
На основании экспериментальных работ были подобраны технологические параметры предлагаемой технологии, которые являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи. Based on experimental work, technological parameters of the proposed technology were selected that are necessary and sufficient to solve the problem.
В материалах заявки приводятся результаты опробования подовой массы, изготовленной из шихты следующего состава:
спеченная часть отработанного самообжигающегося анода (коксовая составляющая) - 60%
катодные блоки (антрацитовая составляющая) - 30%
хвосты флотации угольной пены (коксовая составляющая) - 10%
Данный состав шихты был выбран из целого ряда шихтовых композиций как состав, в наибольшей степени отражающий влияние наполнителей различного происхождения, причем самый неблагоприятный компонент - хвосты флотации угольной пены - взят по максимуму, а также данный состав шихты был выбран в связи с тем, что в настоящее время на Братском алюминиевом заводе, осваивающем данную технологию приготовления холоднонабивной подовой массы, используемые отходы нарабатываются в соотношении, близком к приведенному.In the application materials are the results of testing the hearth mass made of a mixture of the following composition:
sintered part of the spent self-burning anode (coke component) - 60%
cathode blocks (anthracite component) - 30%
coal foam flotation tailings (coke component) - 10%
This composition of the charge was selected from a number of charge compositions as the composition most reflecting the influence of fillers of various origins, the most unfavorable component — the flotation tailings of coal foam — being taken to the maximum, and this composition of the charge was chosen due to the fact that At present, at the Bratsk aluminum plant, which is mastering this technology for the preparation of cold-packed hearth pulp, the used waste is generated in a ratio close to that given.
В дальнейшем приводятся экспериментальные данные по влиянию того или иного фактора при постоянном приведенном выше составе шихты. In the future, experimental data on the influence of a factor with a constant above composition of the charge are presented.
Так как данная шихта является композиционной смесью из антрацитового наполнителя (катодные блоки) и коксового наполнителя (отработанный анод и "хвосты" флотации), требования по технологическим показателям опробования (механическая прочность и пористость) были рассчитаны, как средневзвешенные величины (таблица 1). Since this charge is a composite mixture of anthracite filler (cathode blocks) and coke filler (spent anode and flotation tails), the requirements for technological parameters of testing (mechanical strength and porosity) were calculated as weighted average values (table 1).
Пределы технологических параметров предлагаемого способа обосновываются следующим:
1. Касается массовой доли среднетемпературного пека и пластификатора в подовой массе (п.1 формулы).The technological parameters of the proposed method are justified by the following:
1. Concerning the mass fraction of medium temperature pitch and plasticizer in the hearth mass (claim 1 of the formula).
Экспериментальные данные приведены в таблицах 2, 3, из которых видно, что оптимальным содержанием СТП и пластификатора в массе являются пределы:
СТП - 13 - 15%
пластификатор - 5 - 7%
Как видно из таблицы 2, подовая масса по механической прочности удовлетворяет требованиям, приведенным в таблице 1, при содержании связующего как в заявляемых пределах, так и в запредельной области, в то время как пористость при запредельных значениях содержания СТП превышает требуемое значение. Превышение пористости при запредельных значениях объясняется тем, что при содержании СТП >15% наблюдается недостаток пластификатора, что отрицательно сказывается на качестве холодной набойки, а при содержании СТП <13% пека не хватает для создания межзерновых прослоек необходимого качества.The experimental data are given in tables 2, 3, from which it can be seen that the optimal content of STP and plasticizer in the mass are the limits:
STP - 13 - 15%
plasticizer - 5 - 7%
As can be seen from table 2, the hearth mass in terms of mechanical strength satisfies the requirements given in table 1, with the binder content both within the claimed limits and in the transcendental region, while the porosity at transcendental values of the content of STP exceeds the required value. The excess of porosity at exorbitant values is explained by the fact that with an STP content of> 15% there is a lack of plasticizer, which negatively affects the quality of the cold heel, and with an STP content of <13% the pitch is not enough to create intergranular layers of the required quality.
Анализ данных табл. 3 показывает, что в сравнении с требованиями табл. 1 наблюдается та же закономерность. Превышение пористости при запредельных значениях содержания пластификатора объясняется тем, что с увеличением содержания пластификатора увеличивается доля летучих в межзерновых прослойках, а при содержании пластификатора менее 5% качество холодной набойки снижается. Data analysis table. 3 shows that in comparison with the requirements of table. 1 the same pattern is observed. The excess of porosity at exorbitant values of the content of plasticizer is explained by the fact that with an increase in the content of plasticizer, the proportion of volatiles in intergranular layers increases, and when the content of plasticizer is less than 5%, the quality of the cold heap decreases.
2. Касается использования углеродсодержащих отходов алюминиевого производства (пункты формулы 3, 4, 5, 6, 7, 8). 2. Concerning the use of carbon-containing waste from aluminum production (
В таблице 4 приведены характеристика предлагаемых к использованию отходов алюминиевого производства и характеристика природного графита. Table 4 shows the characteristics of the aluminum waste proposed for use and the characteristic of natural graphite.
Из приведенных данных можно сделать вывод, что все отходы алюминиевого производства (кроме хвостов флотации) могут быть использованы в приготовлении подовой массы в любых соотношениях. Хвосты флотации в силу их высокой зольности и высокого содержания щелочных металлов, разрыхляющих углеродную структуру, необходимо дозировать в пределах 10% (таблица 5). From the above data, it can be concluded that all aluminum production wastes (except flotation tailings) can be used in the preparation of the hearth mass in any proportions. Flotation tails due to their high ash content and high alkali metal content, loosening the carbon structure, must be dosed within 10% (table 5).
По данным таблицы 5 видно, что с увеличением содержания хвостов флотации пористость подовой массы снижается, но также снижается и механическая прочность подовой массы после обжига, так как щелочные металлы, находящиеся в виде примеси в "хвостах", ухудшают углеродную макроструктуру. According to table 5, it is seen that with an increase in the content of flotation tails, the porosity of the bottom mass decreases, but the mechanical strength of the bottom mass after firing also decreases, since alkali metals, which are in the form of an impurity in the tails, worsen the carbon macrostructure.
Экспериментальные данные, приведенные в таблице 6, получены на шихте, состоящей на 60% из отработанных самообжигающихся анодов, а содержание катодных блоков изменялось от 0 до 40% в зависимости от содержания природного графита. Содержание пластификатора в подовой массе составляло 6%, а СТП - 14%. The experimental data shown in table 6 were obtained on a mixture consisting of 60% of spent self-baking anodes, and the content of cathode blocks varied from 0 to 40% depending on the content of natural graphite. The plasticizer content in the bottom mass was 6%, and the STP was 14%.
Природный графит можно вводить в подовую массу до 30%, так как содержание щелочных металлов в нем незначительно. Но превышение данного предела приводит к снижению прочности обожженного шва. (см. табл. 6). Этого можно избежать, подвергнув графит предварительной высокотемпературной термообработке. Однако это приводит к значительному усложнению и удорожанию процесса и, соответственно, снижению эффективности новой техники. Natural graphite can be introduced into the hearth mass up to 30%, since the content of alkali metals in it is negligible. But exceeding this limit leads to a decrease in the strength of the burnt seam. (see table. 6). This can be avoided by subjecting graphite to a preliminary high-temperature heat treatment. However, this leads to a significant complication and appreciation of the process and, accordingly, a decrease in the efficiency of the new technology.
3. Касается соотношения времени смешивания углеродсодержащей шихты со связующим без пластификатора и с пластификатором. 3. Concerning the ratio of the mixing time of the carbon-containing mixture with a binder without a plasticizer and with a plasticizer.
Экспериментальные данные приведены в табл. 7. Процесс смешивания подовой массы в целом составлял 60 мин, состав подовой массы:
спеченная часть отработанного самообжигающегося анода - 60%
катодные блоки - 30%
хвосты флотации угольной пены - 10%
пластификатор - 6%
СТП - 14%
Сокращение времени смешивания наполнителя с СТП снижает качество пропитки наполнителя и, соответственно, увеличивается содержание пека в межзерновых прослойках, что затрудняет процесс холодной набойки, а также увеличивает пористость межблочного шва после обжига.The experimental data are given in table. 7. The process of mixing the hearth as a whole was 60 minutes, the composition of the hearth:
sintered part of the spent self-burning anode - 60%
cathode blocks - 30%
coal foam flotation tails - 10%
plasticizer - 6%
STP - 14%
Reducing the time of mixing the filler with STP reduces the quality of impregnation of the filler and, accordingly, the pitch content in the intergranular layers increases, which complicates the process of cold packing, and also increases the porosity of the interblock weld after firing.
По данным табл. 7 видно, что оптимальным соотношением времени смешивания является заявленный в формуле изобретения предел - (0,5-0,75 Т) или конкретно для часового режима смешивания - 30 - 45 мин - смешивание без пластификатора. According to the table. 7 shows that the optimal ratio of mixing time is the limit stated in the claims - (0.5-0.75 T), or specifically for the hourly mixing mode - 30 - 45 min - mixing without plasticizer.
В настоящее время предлагаемая технология приготовления холоднонабивной подовой массы осваивается Братским алюминиевым заводом, Currently, the proposed technology for the preparation of cold-packed hearth mass is being developed by the Bratsk Aluminum Plant,
Claims (9)
T' = (0,5 - 0,75) • T,
где T - время смешивания углеродсодержащей шихты с углеводородным связующим, мин;
T' - время введения пластификатора в подовую массу, мин.,
при этом массовая доля компонентов в подовой массе составляет, мас.%:
Органическая пластифицирующая добавка - 5 - 7%
Среднетемпературный пек - 13 - 15%
Углеродсодержащая шихта - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической пластифицирующей добавки используют высокомолекулярные органические продукты фракционирования каменноугольной смолы или нефтяных остатков, например, смолу пиролиза нефтяных остатков.1. A method of preparing a cold-packed hearth mass for aluminum electrolyzers containing an organic plasticizing additive, comprising preparing a carbon-containing mixture, mixing it with a hydrocarbon binder, characterized in that the organic plasticizing additive is introduced in the process of mixing the binder with a mixture preheated to 130-140 ° C, wherein as the hydrocarbon medium temperature pitch binder is used, heated to 130 - 170 o C, wherein the plasticizer is injected at a temperature 30 - 80 o C and introduced ie it is carried out after a time interval from the start of mixing, determined by the formula
T '= (0.5 - 0.75) • T,
where T is the mixing time of the carbon-containing mixture with a hydrocarbon binder, min;
T '- the time of introduction of the plasticizer into the hearth mass, min.,
while the mass fraction of components in the hearth mass is, wt.%:
Organic Plasticizing Additive - 5 - 7%
Medium temperature pitch - 13 - 15%
Carbon Charge - Else
2. The method according to claim 1, characterized in that high molecular weight organic products of fractionation of coal tar or oil residues, for example, pyrolysis resin of oil residues, are used as an organic plasticizing additive.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116050A RU2128731C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116050A RU2128731C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96116050A RU96116050A (en) | 1998-12-10 |
| RU2128731C1 true RU2128731C1 (en) | 1999-04-10 |
Family
ID=20184206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96116050A RU2128731C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2128731C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108424037A (en) * | 2018-03-09 | 2018-08-21 | 沈阳银海再生资源科技有限公司 | Charcoal and graphite product production raw material and preparation method are made using the aluminium electroloysis cathode that gives up |
-
1996
- 1996-08-02 RU RU96116050A patent/RU2128731C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент Чехословакии N 395504, C 25 C, 1972. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108424037A (en) * | 2018-03-09 | 2018-08-21 | 沈阳银海再生资源科技有限公司 | Charcoal and graphite product production raw material and preparation method are made using the aluminium electroloysis cathode that gives up |
| CN108424037B (en) * | 2018-03-09 | 2021-04-06 | 沈阳银海再生资源科技有限公司 | Raw material for producing carbon and graphite products by using aluminum electrolysis waste cathode and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2363773C2 (en) | Carbon electrode for electrolysis bath for producing aluminium and method of making said electrode (versions) | |
| EP0367372B1 (en) | Manufacture of a soderberg electrode incorporating a high carbon-contributing phenolic sacrificial binder | |
| WO2011014916A1 (en) | A process for producing a carbonaceous product from biomass | |
| Ragan et al. | Science and technology of graphite manufacture | |
| NO821537L (en) | TITANIUM DIBORIDE-COMPOSITES | |
| RU2128731C1 (en) | Process of preparation of cold-rammed bottom mass for aluminum electrolyzers | |
| CN114574904A (en) | Method for resource utilization of aluminum electrolysis carbon slag | |
| CN109850869A (en) | A kind of preparation method of prebaked anode siccative | |
| US4192730A (en) | Carbonaceous luting paste and ambient temperature luting process | |
| CN110540848A (en) | High-strength coke and preparation method thereof | |
| CA2862277C (en) | Method for producing a cathode block for an aluminium electrolytic cell | |
| EP4067459A1 (en) | Improved pitch product, process for its preparation and use | |
| US3925092A (en) | Joint ramming cement | |
| JP2007526195A (en) | Process for making short carbon fiber preforms using coal tar pitch binders. | |
| RU2556192C2 (en) | Method of obtaining of cathode pack for electrolyser for aluminium production and cathode pack | |
| RU2347856C2 (en) | Method of producing cold packed hearth mass | |
| SU1177394A1 (en) | Carbon-containing fettling compound | |
| WO1983000347A1 (en) | COMPOSITE OF TiB2-GRAPHITE | |
| US3658476A (en) | Method for producing a graphite article | |
| RU2548875C1 (en) | Cold ramming paste | |
| RU2256610C2 (en) | High-density fine-grain coal-graphite materials production process | |
| SU922184A1 (en) | Lining material | |
| RU2375503C2 (en) | Cold-padded baked in furnace mass | |
| CA3017840C (en) | Electrode composition | |
| JPH06102530B2 (en) | Method for manufacturing graphite molded body |