RU2318920C1

RU2318920C1 - Method for firing hearth of aluminum cell with fired anodes

Info

Publication number: RU2318920C1
Application number: RU2006114245/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадьевич Архипов; Геннадий Викторович Архипов; Виталий Валерьевич Пингин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2008-03-10
Also published as: RU2006114245A

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely production of aluminum by electrolysis, for example procedures for firing hearth of aluminum cell with fired anodes.

SUBSTANCE: method for firing hearth of aluminum cell with fired anodes comprise steps of covering hearth made of cathode blocks and end peripheral seams with layer of carbon filling; placing fired anodes onto said layer; arranging boundary fired anodes or pair of boundary fired anodes at both sides of each row in such a way that they are shifted to side of end peripheral seam; connecting anode holders of all mounted fired anodes with anode buses of anode bus-bar of aluminum cell and passing electric current through layer of carbon filling; controlling electric current load of fired anodes; shifting boundary anodes and anodes adjacent to them to side of end by value allowable by cap of end peripheral seam.

EFFECT: increased useful life period of aluminum cell.

3 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к способам обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, and in particular to methods of firing the bottom of an aluminum electrolyzer with calcined anodes.

Обжиг необходим для коксования подовой массы, которой набиваются швы между катодными блоками и промежутки между катодными блоками и стенками шахты, для просушки и прогрева катодных блоков и всей футеровки электролизера. Обжиг считается законченным, когда подовая масса скоксуется, а температура поверхности подины станет близкой к температуре электролиза. Обжиг осуществляется за счет тепла, выделяемого в обожженных анодах, в подине, выполненной из катодных блоков, и в слое материалов между обожженными анодами и катодными блоками при прохождении постоянного электрического тока через алюминиевый электролизер.Firing is necessary for coking the hearth mass, which seams between the cathode blocks and the gaps between the cathode blocks and the walls of the shaft are stuffed, for drying and heating of the cathode blocks and the entire lining of the cell. The firing is considered complete when the bottom mass is coked, and the temperature of the surface of the hearth becomes close to the temperature of electrolysis. The firing is carried out due to the heat generated in the fired anodes, in the hearth made of cathode blocks, and in the layer of materials between the fired anodes and cathode blocks during the passage of direct electric current through an aluminum electrolyzer.

Известен способ обжига подины алюминиевого электролизера, включающий установку обожженных анодов на подину, крепление анододержателей обожженных анодов к анодным шинам анодной ошиновки электролизера, подъем обожженных анодов на высоту 20-25 мм, заливку жидкого алюминия из расчета погружения в него обожженных анодов на 20-40 мм, подключение электролизера в электрическую цепь (Вольфсон Г.Е., Ланкин В.П. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами. М.: Металлургия, 1974, с.55 и 56).There is a method of firing the bottom of an aluminum electrolyzer, including installing the fired anodes on the bottom, attaching the anode holders of the fired anodes to the anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer, raising the fired anodes to a height of 20-25 mm, pouring liquid aluminum from the calculation of immersing the fired anodes into it by 20-40 mm connecting an electrolyzer to an electric circuit (Wolfson G.E., Lankin V.P. Production of aluminum in electrolyzers with calcined anodes. M: Metallurgy, 1974, p.55 and 56).

Недостаток известного способа обжига подины алюминиевого электролизера заключается в том, что при заливке жидкого алюминия подина подвергается тепловому удару, что может привести к образованию трещин в катодных блоках разрушению при дальнейшей эксплуатации электролизера. Также большим недостатком является прямой контакт подины с жидким алюминием, который имеет малую вязкость и температуру плавления. Алюминий может проникать глубоко внутрь подины перед затвердеванием и, реагируя с изоляцией, разрушать ее или создавать тепловой шунт.The disadvantage of this method of firing the bottom of the aluminum electrolysis cell is that when pouring liquid aluminum, the hearth is subjected to thermal shock, which can lead to the formation of cracks in the cathode blocks and destruction during further operation of the cell. Also a big disadvantage is the direct contact of the hearth with liquid aluminum, which has a low viscosity and melting point. Aluminum can penetrate deep into the hearth before hardening and, reacting with insulation, destroy it or create a thermal shunt.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами, включающий покрытие подины, выполненной из катодных блоков и торцевых периферийных швов, слоем углеродной засыпки, размещение на нем обожженных анодов так, чтобы их подошвы соприкасалась со слоем углеродной засыпки по всей площади, а штанги анододержателей прилегали к анодным шинам анодной ошиновки электролизера, крепление анододержателей обожженных анодов к анодным шинам анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через обожженные аноды, слой углеродной засыпки и катодные блоки, и регулирование токовой нагрузки по обожженным анодам путем их контролируемого отключения (патент RU №2215825, МПК С25С 3/06, 2003).Closest to the claimed technical essence is a method of firing the hearth of an aluminum electrolyzer with fired anodes, including coating the hearth made of cathode blocks and end peripheral seams with a layer of carbon backfill, placing burnt anodes on it so that their soles come in contact with the carbon backfill layer the entire area, and the rods of the anode holders were adjacent to the anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer, fixing the anode holders of the calcined anodes to the anode busbars of the anode busbar of the electrolyte EPA, passing an electric current through the baked anodes, carbon backfill layer and cathode blocks and current load regulation of prebaked anodes by their controlled shutdown (patent RU №2215825, IPC S25S 3/06, 2003).

Недостаток прототипа - способа обжига подины алюминиевого электролизера заключается в том, что при простом опускании обожженных анодов на слой углеродной засыпки, крайние обожженные аноды лишь частично находятся в проекции крайних катодных блоков. Следовательно, тепло выделяется только в части крайних катодных блоков и части слоя углеродной засыпки, находящихся под частью крайнего обожженного анода. Вследствие этого, а также того, что другая часть крайних катодных блоков граничит с торцевым периферийным швом, который имеет более низкую температуру, чем катодный блок, в крайних катодных блоках возникают большие перепады температур по ширине, что приводит к возникновению больших термических напряжений и разрушению крайних катодных блоков.The disadvantage of the prototype - the method of firing the bottom of the aluminum electrolyzer is that with a simple lowering of the calcined anodes onto the carbon backfill layer, the extreme calcined anodes are only partially located in the projection of the extreme cathode blocks. Therefore, heat is generated only in part of the extreme cathode blocks and part of the carbon backfill layer, located under part of the extreme calcined anode. As a result of this, as well as the fact that the other part of the extreme cathode blocks borders on the end peripheral weld, which has a lower temperature than the cathode block, large temperature differences in width occur in the extreme cathode blocks, which leads to the appearance of large thermal stresses and destruction of the extreme cathode blocks.

Следует также отметить, что катодные блоки нагреваются сильнее ближе к продольной оси электролизера в результате этого средняя часть катодных блоков расширяется сильнее периферийной и все блоки, кроме центрального, изгибаются. Изгиб катодных блоков увеличивается от центра к торцу электролизера. Соответственно крайние подовые блоки будут иметь максимальный изгиб и максимальные растягивающие напряжения со стороны торцевого периферийного шва. Накладываясь с напряжениями, вызванными резким перепадом температур по ширине крайних катодных блоков, эти напряжения увеличивают вероятность разрушения крайних катодных блоков.It should also be noted that the cathode blocks are heated closer to the longitudinal axis of the cell as a result of which the middle part of the cathode blocks expands stronger than the peripheral one and all blocks except the central one are bent. The bend of the cathode blocks increases from the center to the end of the cell. Accordingly, the extreme hearth blocks will have maximum bending and maximum tensile stresses from the end peripheral seam. Superimposed with stresses caused by a sharp temperature drop across the width of the extreme cathode blocks, these stresses increase the likelihood of destruction of the extreme cathode blocks.

В основу изобретения положена задача создания способа обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами, при котором бы обеспечивался меньший перепад температуры по ширине крайних катодных блоков и больший прогрев торцевого периферийного шва.The basis of the invention is the creation of a method of firing the bottom of an aluminum electrolyzer with fired anodes, which would provide a smaller temperature drop across the width of the extreme cathode blocks and more heating of the end peripheral seam.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами, включающем покрытие подины, выполненной из катодных блоков и торцевых периферийных швов, слоем углеродной засыпки, размещение на нем обожженных анодов, соединение анододержателей всех установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через слой углеродной засыпки, отличающийся тем, что крайние или пару крайних обожженных анодов с обеих сторон каждого ряда размещают со сдвигом в сторону торцевого периферийного шва.The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the method of firing the hearth of an aluminum electrolyzer with calcined anodes, comprising coating the hearth made of cathode blocks and end peripheral seams, a layer of carbon backfill, placing annealed anodes on it, connecting the anode holders of all installed calcined anodes with anode tires the anode busbar of the electrolyzer, passing electric current through a layer of carbon backfill, characterized in that the extreme or a pair of extreme burnt Nodes on both sides of each row are placed with a shift in the direction of the end of the peripheral seam.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что размещение 4-х или 8-ми крайних обожженных анодов производится со сдвигом в сторону торцевого периферийного шва вплотную к шапочке торцевого периферийного шва.The claimed method differs from the prototype in that the placement of 4 or 8 extreme calcined anodes is performed with a shift towards the end peripheral seam close to the cap of the end peripheral seam.

Таким образом, заявленный способ сварки соответствует критерию "новизна".Thus, the claimed welding method meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленные решения от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solutions from the prototype, which makes it possible to conclude that the criterion of "inventive step".

Способ поясняется чертежами.The method is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан продольный разрез торцевой части электролизера с обожженными анодами (прототип), на фиг.2 - продольный разрез торцевой части электролизера с обожженными анодами при сдвиге 4-х крайних анодов, на фиг.3 - продольный разрез торцевой части электролизера с обожженными анодами, при сдвиге 8-ми крайних анодов.Figure 1 shows a longitudinal section of the end of the electrolytic cell with calcined anodes (prototype), figure 2 is a longitudinal section of the end of the electrolytic cell with calcined anodes when shifting the 4 extreme anodes, figure 3 is a longitudinal section of the end of the electrolytic cell with calcined anodes, with a shift of 8 extreme anodes.

Подина, состоящая из катодных блоков 1 и межблочных швов 2, покрыта слоем сопротивления 3, состоящим из углеродной засыпки. На слое углеродной засыпки 3, размещены обожженные аноды 4. Анододержатели всех установленных обожженных анодов 4 соединены с анодными шинами анодной ошиновки электролизера (не показано). Размещение 4-х или 8-ми крайних обожженных анодов производится со сдвигом в сторону торцевого периферийного шва 5, вплотную к шапочке 6 торцевого периферийного шва.The hearth, consisting of cathode blocks 1 and interblock seams 2, is covered with a resistance layer 3 consisting of carbon backfill. The burnt anodes 4 are placed on the carbon backfill layer 3. The anode holders of all installed burnt anodes 4 are connected to the anode busbars of the anode busbar of the electrolyzer (not shown). Placement of 4 or 8 extreme burned anodes is performed with a shift towards the end peripheral seam 5, close to the cap 6 of the end peripheral seam.

Способ осуществляется следующим образом. После укрытия катодных блоков 1 и межблочных швов 2 слоем углеродной засыпки 3, на него устанавливаются обожженные аноды 4. Причем четыре или восемь крайних обожженных анодов, т.е. по одному крайнему аноду с каждой стороны каждого ряда или по два крайних анода с каждой стороны каждого ряда, устанавливаются со сдвигом в сторону торцевого периферийного шва. Подключается токовая нагрузка и проводится обжиг электролизера.The method is as follows. After covering the cathode blocks 1 and interblock seams 2 with a layer of carbon backfill 3, burnt anodes 4 are installed on it. Moreover, four or eight extreme burnt anodes, i.e. one extreme anode on each side of each row or two extreme anodes on each side of each row are installed with a shift towards the end peripheral seam. The current load is connected and the cell is fired.

При осуществлении заявленного способа, из-за сдвига крайних обожженных анодов, крайние катодные блоки нагреваются более равномерно, а торцевой периферийный шов нагревается до более высокой температуры. Сдвиг крайних обожженных анодов вплотную к шапочке торцевого шва способствует протеканию большего тока через большую часть крайних катодных блоков, а соответственно большему количественно и более равномерному выделению Джоулего тепла, крайние катодные блоки прогреваются более равномерно, соответственно уменьшается температурный градиент по ширине катодных блоков, как следствие, уменьшаются термические напряжения. Также из-за того, что источник тепла становится ближе к торцевому периферийному шву, сдвиг крайних обожженных анодов в сторону торцевого периферийного шва приводит к существенному увеличению температуры торцевого периферийного шва по сравнению с прототипом. Торцевой периферийный шов становится прочнее и препятствует изгибу крайних катодных блоков, что, в свою очередь, снижает напряжение в крайних катодных блоках. Также прогрев торцевых периферийных швов до более высоких температур, повышает качество спекания подовой массы и способствует созданию монолитной подины алюминиевого электролизера.When implementing the inventive method, due to the shift of the extreme calcined anodes, the extreme cathode blocks are heated more evenly, and the end peripheral seam is heated to a higher temperature. The shift of the extreme calcined anodes close to the cap of the butt weld contributes to the flow of more current through most of the extreme cathode blocks, and, accordingly, a greater quantitative and more uniform release of Joule heat, the extreme cathode blocks warm up more uniformly, respectively, decreases the temperature gradient across the width of the cathode blocks, as a result, thermal stresses are reduced. Also, due to the fact that the heat source becomes closer to the end peripheral seam, the shift of the extreme calcined anodes towards the end peripheral seam leads to a significant increase in the temperature of the end peripheral seam compared to the prototype. The end peripheral seam becomes stronger and prevents bending of the extreme cathode blocks, which, in turn, reduces the voltage in the extreme cathode blocks. Also, heating the end peripheral joints to higher temperatures increases the quality of sintering of the hearth mass and contributes to the creation of a monolithic hearth of an aluminum electrolyzer.

Claims

A method of firing the hearth of an aluminum electrolyzer with fired anodes, including coating a hearth made of cathode blocks with end peripheral seams, a layer of carbon backfill, placing fired anodes on it, connecting the anode holders of all installed fired anodes with anode busbars of the anode busbar of the cell, passing electric current carbon filling, characterized in that the extreme or a pair of extreme calcined anodes on both sides of each row of anodes are placed with a shift to the end peripheral seam.