RU2668615C2 - Side bock for electrolytic cell wall for reducing aluminum - Google Patents
Side bock for electrolytic cell wall for reducing aluminum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668615C2 RU2668615C2 RU2015127998A RU2015127998A RU2668615C2 RU 2668615 C2 RU2668615 C2 RU 2668615C2 RU 2015127998 A RU2015127998 A RU 2015127998A RU 2015127998 A RU2015127998 A RU 2015127998A RU 2668615 C2 RU2668615 C2 RU 2668615C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- side block
- layer
- layers
- thermal conductivity
- cathode
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 title description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 56
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 11
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 318
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 66
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 55
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 27
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 19
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 18
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 9
- 239000011305 binder pitch Substances 0.000 description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/522—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
- C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
- C04B35/532—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/425—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/428—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к боковому блоку стенки в электролизере, в частности, для получения алюминия, к способу изготовления такого бокового блока, и к применению такого бокового блока, а также к электролизеру с таким боковым блоком.The present invention relates to a side block of a wall in an electrolyzer, in particular for producing aluminum, to a method for manufacturing such a side block, and to the use of such a side block, as well as to an electrolyzer with such a side block.
Электролизеры применяются для электролитического получения алюминия, которое в промышленности обычно проводится по способу Холла-Эру. В способе Холла-Эру электролизу подвергается расплав, состоящий из оксида алюминия и криолита, а именно, предпочтительно состоящий из около 15-20% оксида алюминия и около 85-80% криолита. При этом криолит, Na3[AlF6], служит для снижения температуры плавления от 2045°С для чистого оксида алюминия до около 960°С для смеси, содержащей криолит, оксид алюминия и добавочные вещества, такие как фторид алюминия и фторид кальция, так что электролиз расплава проводится при пониженной температуре около 960°С.Electrolyzers are used for the electrolytic production of aluminum, which in industry is usually carried out according to the Hall-Hero method. In the Hall-Hero method, a melt consisting of alumina and cryolite is subjected to electrolysis, namely, preferably consisting of about 15-20% alumina and about 85-80% cryolite. In this case, cryolite, Na 3 [AlF 6 ], serves to reduce the melting temperature from 2045 ° C for pure alumina to about 960 ° C for a mixture containing cryolite, alumina and additional substances such as aluminum fluoride and calcium fluoride, that the electrolysis of the melt is carried out at a reduced temperature of about 960 ° C.
Применяемый в этом способе электролизер имеет днище, которое собрано из многочисленных, например, 24, примыкающих друг к другу, образующих катод катодных блоков. Между смежными катодными блоками в каждом случае образуется шов. Расположение катодных блоков и при необходимости заполненных швов в общем обозначается катодным днищем. Катодное днище окружено сформированной из многочисленных боковых блоков стенкой, которая вместе с катодным днищем образует внутреннюю ванну, вмещающую слой алюминия и слой расплава, которая окружена наружной стальной ванной. Швы или, соответственно, промежутки, имеющиеся между соседними катодными блоками, а также между катодными блоками и боковыми блоками, обычно заполняются набивной массой из углерода и/или углеродсодержащего материала, такого как антрацит или графит, и связующего материала, такого как каменноугольный пек. Он служит для герметизации против проникновения компонентов жидкого расплава и для компенсирования механических напряжений, которые, например, возникают вследствие расширения катодных блоков при нагревании в режиме ввода в эксплуатацию электролизера. Чтобы выдерживать доминирующие при работе электролизера термические и химические условия, катодные блоки обычно изготавливаются из однородного углеродсодержащего материала, и боковые блоки составлены из однородного материала, содержащего углерод или карбид кремния. На нижних сторонах катодных блоков в каждом случае предусмотрены пазы, в которых в каждом случае размещена по меньшей мере одна токопроводящая шина, через которую отводится подводимый через аноды электрический ток. Под катодным днищем, то есть, между катодными блоками и днищем стальной ванной, в которой размещаются катоды, обычно предусмотрена футеровка из огнеупорного материала, который термически изолирует днище стальной ванны от катодного днища.The electrolyzer used in this method has a bottom, which is assembled from numerous, for example, 24, adjacent to each other, forming a cathode of cathode blocks. In each case, a seam is formed between adjacent cathode blocks. The location of the cathode blocks and, if necessary, filled seams is generally indicated by the cathode bottom. The cathode bottom is surrounded by a wall formed from numerous side blocks, which together with the cathode bottom forms an inner bath containing an aluminum layer and a melt layer, which is surrounded by an outer steel bath. Seams or, respectively, gaps between adjacent cathode blocks, as well as between cathode blocks and side blocks, are usually filled with a packed mass of carbon and / or carbon-containing material, such as anthracite or graphite, and a binder material, such as coal tar pitch. It serves to seal against penetration of the components of the liquid melt and to compensate for mechanical stresses, which, for example, arise due to the expansion of the cathode blocks when heated in the commissioning mode of the cell. In order to withstand the thermal and chemical conditions prevailing during operation of the cell, the cathode blocks are usually made of a homogeneous carbon-containing material, and the side blocks are composed of a homogeneous material containing carbon or silicon carbide. In each case, grooves are provided on the lower sides of the cathode blocks, in which at least one conductive bus is placed in each case, through which an electric current supplied through the anodes is discharged. Under the cathode bottom, that is, between the cathode blocks and the bottom of the steel bath in which the cathodes are placed, a lining of refractory material is usually provided which thermally isolates the bottom of the steel bath from the cathode bottom.
На расстоянии примерно от 3 до 5 см выше находящегося на верхней стороне катода слоя из расплавленного жидкого алюминия размещен выполненный из отдельных анодных блоков анод, причем между анодом и поверхностью алюминия находится расплав, содержащий оксид алюминия и криолит. Во время электролиза, проводимого при температуре около 960°С, образующийся алюминий вследствие своей более высокой по сравнению с расплавом плотности опускается вниз под слой расплава, то есть, действует в качестве промежуточного слоя между верхней стороной катодных блоков и слоем расплава. При электролизе оксид алюминия, растворенный в расплаве криолита, под действием протекающего электрического тока разлагается на алюминий и кислород. С электрохимической точки зрения, в отношении слоя расплавленного жидкого алюминия речь идет о собственно катоде, так как на его поверхности ионы алюминия восстанавливаются до элементарного алюминия. Тем не менее, в дальнейшем под понятием «катод» понимается не катод с электрохимической точки зрения, то есть, слой расплавленного жидкого алюминия, а образующая катодное днище конструктивная деталь, составленная из одного или многих катодных блоков.At a distance of about 3 to 5 cm above the layer of molten liquid aluminum located on the upper side of the cathode, an anode made of separate anode blocks is placed, and a melt containing aluminum oxide and cryolite is located between the anode and the aluminum surface. During electrolysis carried out at a temperature of about 960 ° C, the resulting aluminum, due to its higher density compared to the melt, falls down under the melt layer, that is, acts as an intermediate layer between the upper side of the cathode blocks and the melt layer. During electrolysis, aluminum oxide dissolved in a cryolite melt decomposes into aluminum and oxygen under the influence of a flowing electric current. From the electrochemical point of view, in relation to the layer of molten liquid aluminum, we are talking about the cathode itself, since on its surface aluminum ions are reduced to elemental aluminum. However, hereinafter, the term “cathode” is understood not as a cathode from an electrochemical point of view, that is, a layer of molten liquid aluminum, but as a structural part forming a cathode bottom composed of one or many cathode blocks.
Современные электролизеры эксплуатируются при высоких величинах тока электролиза, например, до 600 кА, чтобы обеспечивать высокую производительность электролизера. Эти высокие величины тока ведут к усиленному выделению тепла во время процесса электролиза. Вследствие интенсивного тепловыделения оказывается затруднительным регулировать отвод тепла от электролизера таким образом, чтобы везде в электролизере достигались такие термические условия, которые были бы оптимальными в отношении стабильности и эффективности электролиза, а также в отношении срока эксплуатации электролизера, причем, например, снижается эффективность использования энергии для электролиза вследствие чрезмерных потерь тепловой энергии в областях высокого теплообразования в электролизере. Из-за этого вследствие неблагоприятных термических условий в электролизере ухудшаются надежность и экономичность процесса электролиза, а также долговечность электролизера.Modern electrolyzers are operated at high electrolysis currents, for example, up to 600 kA, in order to ensure high electrolysis capacity. These high currents lead to increased heat generation during the electrolysis process. Due to intense heat dissipation, it is difficult to control the heat removal from the cell in such a way that everywhere in the cell thermal conditions are reached that are optimal in terms of stability and efficiency of the electrolysis, as well as in relation to the life of the cell, and, for example, the energy efficiency of electrolysis due to excessive heat loss in areas of high heat generation in the cell. Because of this, due to adverse thermal conditions in the electrolyzer, the reliability and efficiency of the electrolysis process, as well as the durability of the electrolysis cell, are deteriorated.
Правда, можно проводить отвод выделяющегося в электролизере избыточного, то есть, не нужного для поддержания процесса плавления тепла через днище стальной ванны с помощью расположенной между катодным днищем и стальной ванной огнеупорной футеровки, которая обычно состоит из огнеупорных кирпичей или плит, уложенных в стальную ванну и расположенных друг на друге в области днища стальной ванны. Вместе с тем существенную роль для температурных условий в области слоя жидкого алюминия и слоя расплава, в котором происходит электролиз, играет теплоотдача через выполненную относительно тонкой боковую стенку внутренней ванны, образованной с помощью катодного днища и боковых блоков. Тепловые потоки в этой боковой стенке особенно важны для термических условий в электролизере, так как боковая стенка обычно находится в контакте с разнообразными компонентами и средами в электролизере, то есть, в частности, со слоем жидкого алюминия, расположенным на нем слоем жидкого расплава, находящимся поверх слоя жидкого расплава слоем затвердевшего расплава, или соответственно, коркой, и образующейся во время работы электролизера газообразной атмосферой с различными содержащимися в ней элементами.True, it is possible to conduct the removal of excess, that is, unnecessary to maintain the heat melting process through the bottom of the steel bath, using a refractory lining located between the cathode bottom and the steel bath, which usually consists of refractory bricks or plates laid in a steel bath and located on top of each other in the area of the bottom of the steel bath. At the same time, a significant role for the temperature conditions in the region of the liquid aluminum layer and the melt layer in which electrolysis takes place is played by heat transfer through the relatively thin side wall of the inner bath formed by the cathode bottom and side blocks. Heat fluxes in this side wall are especially important for thermal conditions in the electrolyzer, since the side wall is usually in contact with various components and media in the electrolyzer, that is, in particular, with a layer of liquid aluminum, a layer of liquid melt located on top of it of a liquid melt layer by a solidified melt layer, or a crust, respectively, and a gaseous atmosphere formed during operation of the electrolyzer with various elements contained therein.
Выделившиеся количества тепловой энергии должны быть определенным образом частично отведены, но одновременно также должны быть предотвращены слишком высокие потери тепла, которые означают потери энергии, и тем самым ухудшают экономичность процесса электролиза.The released amounts of thermal energy must be partially removed in a certain way, but at the same time, too high heat losses, which mean energy losses, must be prevented, and thereby worsen the efficiency of the electrolysis process.
В области относительно тонких боковых стенок в известных электролизерах вследствие вертикальной конструкции боковых стенок и обусловленных этим конструктивных требований не предусматривается никакая дополнительная футеровка из уложенных друг на друга огнеупорных кирпичей, как в области днища стальной ванны, так что регулировку теплоотдачи через боковые стенки невозможно осуществлять таким же простым образом, как в донной области. Единообразные боковые стенки, которые обычно состоят из материала, содержащего углерод или карбид кремния, являются однородными в отношении характеристик теплопроводности по направлению перпендикулярно плоскости боковой стенки, и обеспечивают возможность только ограниченного регулирования тепловых потоков и прохождения изотерм в боковой стенке в непрерывном режиме эксплуатации. Швы между такой боковой стенкой и катодным блоком обычно заполнены набивной массой из углерода и/или углеродсодержащего материала, такого как антрацит или графит, и связующего материала, такого как каменноугольный пек. Этот шов зачастую набивается вручную или полуавтоматически, причем могут возникать дефекты набивки, которые могут приводить к повреждению зазора или, в наихудшем случае, даже к преждевременному выходу из строя всего электролизера. Эти разрушения часто происходят лишь при пуске в эксплуатацию или в непрерывном режиме эксплуатации электролизера. Риск возникновения повреждения становится тем бoльшим, чем более широким или, соответственно, толстым является соответствующий шов. К тому же более широкий или, соответственно, более толстый шов означает также повышенные затраты труда и повышенную нагрузку для окружающей среды и обслуживающего электролизер персонала, поскольку в традиционных набивных массах находятся вредные для здоровья вещества. Известна замена части или всей необходимой между боковыми блоками и катодными блоками набивной массы наклонно проложенным слоем из предварительно обожженного углерода или графита. Если заменяется только часть этой набивной массы, то толщина шва заполненного набивочной массой сокращается на величину более чем от 50% до 99%, предпочтительно более чем на величину от 75% до 99%, в особенности предпочтительно более чем на величину от 90 до 99%. Также возможно, что этот слой заполняет не весь объем первоначального слоя набивной массы, например, чтобы создать пространство для увеличения поверхности анода. По большей части все же оставляется тонкий, проходящий вертикально шов с набивной массой, например, толщиной 50 мм. С помощью такого наклонно проходящего слоя могут быть соединены вертикально размещенные боковые блоки, например, из карбида кремния, связанного нитридом кремния. Такая конструкция, включающая боковой блок и наклонно проходящий слой, далее называется «композитным боковым блоком». Композитный боковой блок, в котором связанный нитридом кремния карбид кремния наклеен на наклонно проходящий слой, уже используется в современных электролизерах. Обычно применяемый клеевой материал может содержать вредные для здоровья вещества, что опять же означает высокую нагрузку на окружающую среду и персонал, который эксплуатирует электролизер. К тому же размещение клеевого материала обусловливает дополнительную технологическую операцию. Если возникают дефекты приклеивания вследствие дефектного клеевого материала или неправильного его нанесения, то это может привести к выходу из строя клеевых швов. Боковые блоки такого композитного бокового блока состоят из единообразного материала и тем самым не допускают различий в отношении теплопроводности самого бокового блока. На тепловой поток в электролизере также могут оказывать влияние клеевой материал или, соответственно, клеевой шов. Поскольку сам клеевой шов является очень тонким, неоднородности в этом шве могут ухудшать соответственный локальный тепловой поток. Карбонизация клеевого материала во время ввода в эксплуатацию электролизера может приводить к уменьшению прочности его сцепления, что может обусловливать ослабление связи между наклонно проходящим слоем из предварительно обожженного углерода или графита и вертикально установленным боковым блоком. Если это приводит к выходу из строя этого соединения, то есть, вышеуказанный наклонно проходящий слой и вертикально установленный боковой блок уже больше не связаны друг с другом, то тепловой поток ухудшается неопределенным образом, и необходимая теплоотдача уже не может быть обеспечена в достаточной степени. Это может приводить к перегреву электролизера, и в наихудшем случае к его преждевременному выходу из строя, то есть, сокращается долговечность и, соответственно, срок эксплуатации электролизера. Клеевой материал также может применяться между отдельными боковыми блоками, которые составляют боковую стенку, в форме тонкого клеевого слоя.In the region of relatively thin side walls in known electrolyzers, due to the vertical structure of the side walls and the resulting structural requirements, no additional lining is made of stacked refractory bricks, as in the region of the bottom of the steel bath, so that the heat transfer through the side walls cannot be adjusted in the same way. in a simple manner, as in the bottom region. Uniform side walls, which usually consist of a material containing carbon or silicon carbide, are uniform in terms of thermal conductivity perpendicular to the plane of the side wall, and allow only limited control of heat fluxes and the passage of isotherms in the side wall in continuous operation. The seams between such a side wall and the cathode block are usually filled with a packed mass of carbon and / or carbon-containing material, such as anthracite or graphite, and a binder material, such as coal tar pitch. This seam is often filled manually or semi-automatically, and packing defects can occur that can damage the gap or, in the worst case, even premature failure of the entire cell. These damages often occur only during commissioning or in continuous operation of the electrolyzer. The risk of damage becomes greater, the wider or, accordingly, the corresponding seam is thicker. In addition, a wider or, correspondingly, thicker seam also means increased labor costs and an increased burden for the environment and the personnel serving the electrolyzer, since traditional packing materials contain substances harmful to health. It is known to replace a part or all necessary between the side blocks and the cathode blocks of the packed mass with an obliquely laid layer of prebaked carbon or graphite. If only a part of this packing material is replaced, then the thickness of the seam filled with the packing material is reduced by more than 50% to 99%, preferably by more than 75% to 99%, particularly preferably by more than 90 to 99% . It is also possible that this layer does not fill the entire volume of the initial packed mass layer, for example, to create space for increasing the surface of the anode. For the most part, a thin, vertically extending seam with a printed mass, for example, 50 mm thick, is still left. Using such an obliquely extending layer, vertically placed side blocks, for example, silicon carbide bonded with silicon nitride, can be connected. Such a structure, including a side block and an inclinedly extending layer, is hereinafter referred to as a “composite side block”. A composite side block, in which silicon carbide bonded by silicon nitride is glued to an inclined passage, is already used in modern electrolyzers. Usually used adhesive material may contain substances that are harmful to health, which again means a high burden on the environment and the personnel who operate the cell. In addition, the placement of the adhesive material causes an additional technological operation. If adhesion defects occur due to defective adhesive material or its incorrect application, this can lead to failure of the adhesive joints. The side blocks of such a composite side block are composed of a uniform material and thus do not allow differences in the thermal conductivity of the side block itself. The heat flux in the electrolyzer can also be influenced by the adhesive material or, accordingly, the adhesive joint. Since the adhesive joint itself is very thin, inhomogeneities in this joint can degrade the corresponding local heat flux. Carbonization of the adhesive material during commissioning of the electrolyzer can lead to a decrease in its adhesion strength, which can lead to a weakening of the bond between the oblique passing layer of pre-calcined carbon or graphite and the vertically mounted side block. If this leads to failure of this connection, that is, the aforementioned obliquely passing layer and the vertically mounted side block are no longer connected to each other, then the heat flux is deteriorated indefinitely, and the necessary heat transfer can no longer be provided sufficiently. This can lead to overheating of the electrolyzer, and in the worst case, to its premature failure, that is, the durability and, accordingly, the life of the electrolyzer are reduced. The adhesive material can also be applied between the individual side blocks that make up the side wall, in the form of a thin adhesive layer.
Патентный документ DE 3506200 раскрывает боковые блоки для стенки электролизера, которые представляют собой сформированный послойно соединительный элемент, который содержит внутренний слой из углеродсодержащего материала и наружный слой из твердого керамического материала, причем эти оба слоя плотно соединены друг с другом. Этим обеспечивается практически беспрепятственный тепловой поток изнутри наружу. Правда, при применении таких боковых блоков все же недостаточна устойчивость против износа, в частности, абразивного и/или коррозионного износа.DE 3506200 discloses side blocks for the cell wall, which are a layer-by-layer connecting element that comprises an inner layer of carbon-containing material and an outer layer of solid ceramic material, both of which are tightly connected to each other. This ensures a virtually unhindered heat flow from inside to outside. However, when using such side blocks, resistance to wear, in particular, abrasive and / or corrosive wear, is still insufficient.
Поэтому на известных электролизерах, в частности, при работе с высокими величинами тока электролиза, оптимальные технологические условия не достигаются, вследствие чего ограничены достижимые стабильность и экономичность процесса электролиза, и сокращается срок эксплуатации электролизера.Therefore, on known electrolyzers, in particular, when working with high values of electrolysis current, optimal technological conditions are not achieved, as a result of which achievable stability and efficiency of the electrolysis process are limited, and the life of the electrolyzer is reduced.
Поэтому задача изобретения состоит в создании бокового блока для стенки электролизера, который при его применении в электролизере обеспечивает оптимальные технологические условия и соответственно этому высокую экономичность и стабильность во время проведения электролиза, а также длительный срок эксплуатации электролизера. В частности, боковой блок должен регулировать теплоотдачу через боковую стенку электролизера таким образом, что во время электролиза преобладают оптимальные термические условия в электролизере, и в наибольшей степени предотвращаются тепловые потери во время работы, обусловленные неблагоприятным распределением тепловой энергии и температур. При этом рабочая температура электролизера во время электролиза составляет между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С. Кроме того, этот боковой блок должен иметь повышенную устойчивость против абразивного и/или коррозионного износа, в особенности против абразивного износа. К тому же необходимо, чтобы этот боковой блок мог быть изготовлен, например, без применения клеевого(-вых) материала(-лов). Кроме того, этот боковой блок, когда он выполнен в виде композитного бокового блока, также должен обеспечивать возможность частичного или полного отказа от набивной массы между боковой стенкой и катодным блоком.Therefore, the objective of the invention is to create a side block for the wall of the cell, which, when used in the cell, provides optimal technological conditions and, accordingly, high efficiency and stability during the electrolysis, as well as the long life of the cell. In particular, the side unit must regulate the heat transfer through the side wall of the electrolyzer in such a way that during the electrolysis the optimal thermal conditions prevail in the electrolysis cell and the heat losses during operation due to the unfavorable distribution of thermal energy and temperatures are most prevented. The working temperature of the electrolyzer during electrolysis is between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C. In addition, this side block must have increased resistance against abrasive and / or corrosion wear, in particular against abrasive wear. In addition, it is necessary that this side block can be made, for example, without the use of adhesive (s) material (s). In addition, this side block, when it is made in the form of a composite side block, should also provide the possibility of partial or complete rejection of the packing mass between the side wall and the cathode block.
Соответственно изобретению, эта задача решена с помощью бокового блока для стенки в электролизере, в частности, для получения алюминия, который представляет собой слоистый элемент, и включает слой с более низкой теплопроводностью и слой с более высокой теплопроводностью, причем разность между более низкой и более высокой теплопроводностью составляет по меньшей мере 5 Вт/м⋅К, по измерению при температуре между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С, и причем по меньшей мере один из слоев легирован кремнием (порошком), оксидным керамическим материалом или неоксидным материалом. Этот слоистый элемент может быть - как поясняется ниже - изготовлен без применения клеевого(-вых) материала(-лов). Благодаря конструкции бокового блока также можно отказаться от применения клеевого(-вых) материала(-лов) между отдельными боковыми блоками, которые образуют боковую стенку. Благодаря форме этого слоистого элемента можно - как также изложено ниже - частично или полностью отказаться от набивной массы для заполнения швов между боковым блоком и катодным блоком.According to the invention, this problem is solved by using a side block for a wall in an electrolytic cell, in particular for producing aluminum, which is a layered element, and includes a layer with lower thermal conductivity and a layer with higher thermal conductivity, the difference between lower and higher thermal conductivity is at least 5 W / m⋅K, as measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C, and wherein at least one of the layers is doped with silicon (powder), oxide ceramics material or non-oxide material. This layered element can be - as explained below - made without the use of adhesive (s) material (s). Due to the design of the side block, it is also possible to abandon the use of adhesive (s) material (s) between the individual side blocks that form the side wall. Due to the shape of this laminate element, it is possible, as also described below, to partially or completely abandon the stuffed mass to fill the joints between the side block and the cathode block.
Было обнаружено, что исполнение бокового блока для электролизера со слоями с различной теплопроводностью, причем по меньшей мере один из слоев легирован кремнием (порошком), оксидным керамическим материалом или неоксидным материалом, позволяет очень простым образом осуществить и в то же время высокоэффективно отрегулировать термические условия в электролизере при его эксплуатации таким образом, что оптимизируются стабильность и производительность электролиза и срок эксплуатации электролизера. К тому же повышается устойчивость против износа, в частности, против абразивного и/или коррозионного износа. Если же между отдельными боковыми блоками применяется клеевой материал, то благодаря конструкции этого бокового блока можно полностью отказаться от этого клеевого материала. Кроме того, было обнаружено, что в результате придания особенной формы этому боковому блоку, наряду с этим регулированием термических условий, также можно частично или полностью отказаться от набивной массы для заполнения шва между боковым блоком и катодным блоком.It was found that the execution of a side unit for an electrolyzer with layers with different thermal conductivity, at least one of the layers being doped with silicon (powder), oxide ceramic material or non-oxide material, allows a very simple way to implement and at the same time highly efficiently regulate thermal conditions in the cell during its operation in such a way that the stability and productivity of the electrolysis and the life of the cell are optimized. In addition, increased resistance to wear, in particular against abrasive and / or corrosive wear. If adhesive material is used between the individual side blocks, then thanks to the construction of this side block, this adhesive material can be completely abandoned. In addition, it was found that as a result of giving a special shape to this side block, along with this regulation of thermal conditions, it is also possible to partially or completely abandon the stuffed mass to fill the seam between the side block and the cathode block.
Когда впоследствии упоминается термин «боковой блок», то этот термин также может включать вышеуказанные композитные боковые блоки. Как описывается далее, композитный боковой блок имеет особенную форму.When the term “side block” is subsequently referred to, this term may also include the above composite side blocks. As described below, the composite side block has a special shape.
Под понятиями «более низкая» и, соответственно, «более высокая» теплопроводность следует понимать, что соответствующий слой, который имеет эту теплопроводность, по сравнению с соответствующим другим слоем имеет «более низкую» или, соответственно, «более высокую» теплопроводность. В частности, один из слоев состоит из материала с более низкой теплопроводностью, и другой слой из материала с более высокой теплопроводностью, причем оба материала отличаются друг от друга. Если слоистый элемент включает более чем два слоя, то все слои могут иметь различающиеся между собой теплопроводности, или же по меньшей мере два слоя могут иметь одинаковую теплопроводность, и/или предусмотрены по меньшей мере две группы слоев, которые в каждом случае имеют одинаковую теплопроводность. При более чем двух слоях является достаточным, когда между по меньшей мере двумя из слоев разность величин теплопроводности составляет по меньшей мере 5 Вт/м⋅К - по измерению при температуре между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С. В частности, теплопроводности слоев различаются по меньшей мере в одном направлении бокового блока, причем речь предпочтительно идет о направлении, которое, в частности, является перпендикулярным боковой стенке, образованной боковыми блоками.Under the concepts of "lower" and, accordingly, "higher" thermal conductivity, it should be understood that the corresponding layer that has this thermal conductivity, in comparison with the corresponding other layer has a "lower" or, accordingly, "higher" thermal conductivity. In particular, one of the layers consists of a material with lower thermal conductivity, and the other layer of a material with higher thermal conductivity, both materials being different from each other. If the layered element includes more than two layers, then all layers can have different thermal conductivities, or at least two layers can have the same thermal conductivity, and / or at least two groups of layers are provided, which in each case have the same thermal conductivity. With more than two layers, it is sufficient when the difference in thermal conductivity between at least two of the layers is at least 5 W / m⋅K - as measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C. In particular, the thermal conductivities of the layers differ in at least one direction of the side block, and it is preferably a direction which, in particular, is perpendicular to the side wall formed by the side blocks.
Разность между более низкой и более высокой теплопроводностью - по измерению при температуре между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С - может составлять между 5 Вт/м⋅К и 80 Вт/м⋅К, предпочтительно между 5 и 70 Вт/м⋅К, в особенности предпочтительно между 8 Вт/м⋅К и 60 Вт/м⋅К, и наиболее предпочтительно между 10 Вт/м⋅К и 50 Вт/м⋅К.The difference between lower and higher thermal conductivity - as measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C - can be between 5 W / m⋅K and 80 W / m⋅K, preferably between 5 and 70 W / m⋅K, particularly preferably between 8 W / m⋅K and 60 W / m⋅K, and most preferably between 10 W / m⋅K and 50 W / m⋅K.
Благодаря различным слоям бокового блока с различающейся теплопроводностью могут целенаправленно регулироваться теплопроводность и теплоотдача через боковой блок, и прохождение изотерм в боковой стенке. Поскольку боковой блок отдельными участками непосредственно контактирует со слоем жидкого алюминия и слоем расплава, в котором происходит электролиз, вследствие этого можно непосредственно и с высокой эффективностью влиять на преобладающие там особенно важные для стабильности и производительности электролиза температурные условия таким образом, что могут обеспечиваться оптимальные для работы электролизера термические условия. Например, могут быть предусмотрены различные теплопроводности в областях бокового блока, которые при применении бокового блока в электролизере контактируют с различными средами электролизера. Равным образом вдоль направления теплового потока через боковой блок наружу могут следовать один за другим многочисленные слои с различными теплопроводностями, чтобы регулировать тепловой поток в указанном направлении. Достигаемая тем самым оптимизация термических условий в электролизере ведет к значительному повышению стабильности и производительности процесса электролиза и срока эксплуатации электролизера. Стабильность и производительность процесса электролиза и срок эксплуатации электролизера повышаются также за счет того, что по меньшей мере один из слоев легирован кремнием(порошком), оксидным керамическим материалом или неоксидным материалом.Соответствующие изобретению боковые блоки, которые также включают композитные боковые блоки, могут быть преимущественно традиционным путем, который соответствует известным боковым блокам с однородной теплопроводностью, в каждом случае в отношении определенного пространственного направления, встроены в электролизер и использованы там для футеровки боковой стенки стальной ванны, без необходимости изменения конструкции электролизера ибез необходимости брать в расчет связанных с этим недостатков, причем боковая стенка электролизера, в частности, в известном варианте, может быть выполнена относительно тонкой. Боковые блоки могут быть изготовлены при незначительных издержках и с превосходной механической стабильностью, и, в частности, с очень хорошим сцеплением между различными слоями, для чего боковые блоки в виде единой детали подвергаются обжигу из единственного цельного сырьевого базового элемента, в котором содержатся различные сырьевые смеси, соответствующие изготавливаемым слоям, причем базовый элемент может соответствовать отдельному боковому блоку, или же подвергнутый обжигу базовый элемент может быть разделен на многочисленные боковые блоки. При изготовлении композитного бокового блока, например, из такой подвергнутой обжигу сырьевой заготовки сначала по всей длине сырьевой заготовки может быть выработана желательная многоугольная форма, прежде чем отдельный композитный боковой блок будет затем обрезан в виде пластины. Предпочтительные многоугольные формы будут более подробно рассмотрены позже. При окончательной обработке в композитном боковом блоке могут быть проделаны канавки, выступы, углубления и шероховатости. Здесь следует еще раз указать на то, что сцепление между различными слоями соответствующего изобретению бокового блока достигается без применения клеевого(-вых) материала(-лов).Due to the different layers of the side block with different thermal conductivity, the thermal conductivity and heat transfer through the side block and the passage of the isotherms in the side wall can be purposefully controlled. Since the side block directly in separate sections is in direct contact with the liquid aluminum layer and the melt layer in which the electrolysis takes place, it is therefore possible to directly and with high efficiency influence the prevailing temperature conditions that are especially important for the stability and productivity of electrolysis in such a way that optimal conditions for operation can be provided electrolyzer thermal conditions. For example, various thermal conductivities can be provided in the regions of the side block, which, when using the side block in the cell, are in contact with various mediums of the cell. Likewise, numerous layers with different thermal conductivities can follow one after the other along the direction of the heat flux through the side block to the outside in order to control the heat flux in the indicated direction. The achieved optimization of thermal conditions in the cell leads to a significant increase in the stability and productivity of the electrolysis process and the life of the cell. The stability and productivity of the electrolysis process and the life of the electrolyzer are also enhanced by the fact that at least one of the layers is doped with silicon (powder), oxide ceramic material or non-oxide material. Side blocks according to the invention, which also include composite side blocks, can be advantageously in the traditional way, which corresponds to known side blocks with uniform thermal conductivity, in each case with respect to a specific spatial direction, integrated into the cell and used there for lining the side wall of the steel bath, without the need to change the design of the cell and without the need to take into account the associated disadvantages, and the side wall of the cell, in particular, in a known embodiment, can be made relatively thin. Side blocks can be manufactured at low costs and with excellent mechanical stability, and, in particular, with very good adhesion between different layers, for which the side blocks are fired as a single part from a single solid raw base element, which contains various raw mixes corresponding to the manufactured layers, the base element may correspond to a separate side block, or the calcined base element may be divided into numerous shackles blocks. In the manufacture of a composite side block, for example, from such a calcined raw material preform, a desired polygonal shape may first be generated along the entire length of the raw material preform before the individual composite side block is then cut into a plate. Preferred polygonal shapes will be discussed in more detail later. During final processing, grooves, protrusions, recesses, and roughnesses may be made in the composite side block. Here it should once again be pointed out that adhesion between the various layers of the side block according to the invention is achieved without the use of adhesive (s) material (s).
Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения, в описании и в фигурах.Preferred embodiments of the invention are presented in the dependent claims, in the description and in the figures.
Когда в последующем описании приводится ссылка на один или многочисленные слои выполненного в виде слоистого элемента бокового блока, тем самым подразумеваются слои с различной теплопроводностью, которые, в частности, в каждом случае имеют теплопроводность, которая отличается от теплопроводности по меньшей мере одного другого слоя бокового блока на 5 Вт/м∙К или более - по измерению при температуре между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С.When the following description refers to one or multiple layers of the side block made in the form of a layered element, this means layers with different thermal conductivity, which, in particular, in each case have a thermal conductivity that is different from the thermal conductivity of at least one other layer of the side block 5 W / m ∙ K or more, as measured at a temperature between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C.
В частности, оба слоя при этом могут следовать друг за другом в предварительно заданном направлении, которое может соответствовать релевантному для термических условий в электролизере направлению теплового потока, и, например, может быть задано посредством направления толщины бокового блока. Благодаря обусловленной этим вариации теплопроводности по толщине бокового блока совокупный тепловой поток через боковой блок может быть отрегулирован в этом направлении так, что обеспечивается желательное прохождение изотерм в боковом блоке. Но слои могут также следовать друг за другом, например, в направлении высоты бокового блока, который не включает композитный боковой блок, причем, в частности, покрытые различными слоями области высот бокового блока при его применении в электролизере могут контактировать с различными средами электролизера - например, такими как жидкий алюминий, жидкий или застывший расплав, газовая фаза. За счет обусловленной этим вариации теплопроводности по высоте бокового блока отвод тепла может быть отрегулирован в соответствии с выделением тепла, происходящим в соответствующей среде, и с желательными там в каждом случае термическими условиями, и дополнительно в соответствии с химическими требованиями отдельных сред.In particular, both layers can follow each other in a predetermined direction, which can correspond to the direction of the heat flux relevant to the thermal conditions in the cell, and, for example, can be set by the direction of the thickness of the side block. Due to this variation in thermal conductivity over the thickness of the side block, the total heat flux through the side block can be adjusted in this direction so that the desired passage of the isotherms in the side block is ensured. But the layers can also follow each other, for example, in the direction of the height of the side block, which does not include the composite side block, and, in particular, the height regions of the side block covered with different layers, when applied in the electrolytic cell, can come into contact with various electrolytic media - for example, such as liquid aluminum, liquid or solidified melt, gas phase. Due to the variation in thermal conductivity due to the height of the side block, the heat removal can be adjusted in accordance with the heat release occurring in the corresponding medium, and with the thermal conditions desirable there in each case, and additionally in accordance with the chemical requirements of the individual media.
Желательное соответственно изобретению согласование термических условий в электролизере при его работе может быть реализовано уже тогда, когда боковой блок имеет именно два слоя с различными теплопроводностями. Кроме того, подобная слоистая структура имеет высокую стабильность и может быть изготовлена с незначительными издержками и высокой надежностью и воспроизводимостью. Но в принципе число различных слоев бокового блока не ограничивается только двумя. Вместо этого боковой блок может включать также большее число слоев, например, по меньшей мере три, четыре, пять, шесть или больше различных слоев. Благодаря этому может быть достигнуто еще более дифференцированное локальное согласование характеристик теплопроводности бокового блока и термических условий в электролизере. Боковой блок предпочтительно включает от двух до четырех слоев, в особенности предпочтительно от двух до трех слоев, наиболее предпочтительно два слоя. Если наряду с желательным согласованием термических условий в электролизере при его работе также ставится цель частичной или полной замены набивной массы между катодным блоком и боковым блоком, то есть, используется композитный боковой блок, то этот композитный боковой блок также может включать большее число слоев, например, по меньшей мере три, четыре, пять, шесть или более различных слоев. Композитный боковой блок предпочтительно включает от двух до четырех слоев, в особенности предпочтительно от двух до трех слоев, наиболее предпочтительно два слоя.The coordination of thermal conditions desired in accordance with the invention in the electrolyzer during its operation can be realized even when the side block has exactly two layers with different thermal conductivities. In addition, such a layered structure has high stability and can be manufactured at low cost and high reliability and reproducibility. But in principle, the number of different layers of the side block is not limited to only two. Instead, the side block may also include a larger number of layers, for example at least three, four, five, six or more different layers. Due to this, an even more differentiated local coordination of the thermal conductivity characteristics of the side block and the thermal conditions in the cell can be achieved. The side block preferably includes two to four layers, particularly preferably two to three layers, most preferably two layers. If along with the desired coordination of thermal conditions in the electrolyzer during its operation, the goal is also to partially or completely replace the packing mass between the cathode block and the side block, that is, a composite side block is used, this composite side block can also include a larger number of layers, for example, at least three, four, five, six or more different layers. The composite side block preferably includes two to four layers, particularly preferably two to three layers, most preferably two layers.
Слои могут следовать друг за другом в предварительно заданном направлении, которое может соответствовать, в частности, направлению толщины или высоты бокового блока, так что достигается вариация теплопроводности бокового блока в направлении толщины или, соответственно, в направлении высоты бокового блока. Боковой блок также может иметь следующие в различных направлениях друг за другом слои так, что достигается вариация теплопроводности бокового блока в различных направлениях. Например, многочисленные следующие друг за другом в первом направлении слои бокового блока могут образовывать первую последовательность слоев, и многочисленные другие следующие друг за другом в первом направлении слои бокового блока создавать вторую последовательность слоев, причем обе последовательности слоев предпочтительно следуют друг за другом во втором направлении, отличном от первого направления, и, в частности, перпендикулярном относительно первого направления, то есть в шахматном порядке.The layers can follow each other in a predetermined direction, which may correspond, in particular, to the direction of the thickness or height of the side block, so that a variation in the thermal conductivity of the side block in the thickness direction or, accordingly, in the height direction of the side block is achieved. The side block can also have layers following in different directions one after another so that a variation in the thermal conductivity of the side block in different directions is achieved. For example, numerous side-by-side layers in a side block can form a first sequence of layers, and numerous other side-by-side layers of a side block can create a second sequence of layers, with both sequences of layers preferably following each other in a second direction, different from the first direction, and, in particular, perpendicular to the first direction, that is, in a checkerboard pattern.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, слоистый элемент имеет чередующуюся последовательность из слоя с более низкой теплопроводностью и слоя с более высокой теплопроводностью. Эта чередующаяся последовательность может быть выполнена в предварительно заданном направлении, которое, в частности, соответствует направлению толщины или высоты. Но также может быть так, что одна чередующаяся последовательность получается из слоя с более низкой теплопроводностью и слоя с более высокой теплопроводностью в первом направлении, и одна чередующаяся последовательность выполнена во втором направлении, отличном от первого направления, в частности, перпендикулярном относительно первого направления. При этом особенно предпочтительная характеристика теплопроводности достигается, когда наружный слой слоистого элемента представляет собой слой с более низкой теплопроводностью, и другой наружный слой представляет собой слой с более высокой теплопроводностью. В результате этого эффективно и непосредственно согласуются поглощение, распределение и отвод тепла через наружные поверхности бокового блока, которые образованы наружными слоями бокового блока. Предпочтительно, чтобы при этом наружный слой слоистого элемента, который находится в контакте с жидким алюминием и/или со слоем жидкого расплава, представлял собой слой с более низкой теплопроводностью, и чтобы другой наружный слой слоистого элемента, который находится в контакте с катодным днищем и/или ванной, представлял собой слой с более высокой теплопроводностью. Направление, по которому различаются теплопроводности, представляет собой направление, которое ориентировано перпендикулярно боковой стенке, образованной боковыми блоками.According to one preferred embodiment, the laminate has an alternating sequence of a layer with lower thermal conductivity and a layer with higher thermal conductivity. This alternating sequence can be performed in a predetermined direction, which, in particular, corresponds to the direction of thickness or height. But it can also be that one alternating sequence is obtained from a layer with lower thermal conductivity and a layer with higher thermal conductivity in the first direction, and one alternating sequence is made in a second direction different from the first direction, in particular perpendicular to the first direction. Moreover, a particularly preferred thermal conductivity characteristic is achieved when the outer layer of the laminate is a layer with lower thermal conductivity, and the other outer layer is a layer with higher thermal conductivity. As a result of this, the absorption, distribution and removal of heat through the outer surfaces of the side block, which are formed by the outer layers of the side block, is effectively and directly coordinated. It is preferable that the outer layer of the layered element, which is in contact with liquid aluminum and / or the liquid melt layer, is a layer with lower thermal conductivity, and that the other outer layer of the layered element that is in contact with the cathode bottom and / or bath, was a layer with higher thermal conductivity. The direction in which the thermal conductivity is different is a direction that is oriented perpendicular to the side wall formed by the side blocks.
В принципе, слои и/или боковой блок могут иметь любую пригодную форму. При этом следует понимать, что форма в значительной степени зависит от желательного применения бокового блока, то есть, согласования термических условий в электролизере при его работе, по отдельности или в комбинации этого согласования с частичной или полной заменой набивной массы между катодным блоком и боковым блоком.In principle, the layers and / or side block may have any suitable shape. It should be understood that the shape largely depends on the desired use of the side block, that is, the coordination of thermal conditions in the cell during its operation, individually or in combination of this coordination with a partial or complete replacement of the packing mass between the cathode block and the side block.
Один вариант выполнения, особенно предпочтительный в отношении характеристик теплопроводности, а также технологичности изготовления бокового блока, состоит в том, что слои бокового блока имеют блочную форму, в частности, прямоугольную форму, и соединены друг с другом контактными поверхностями, в частности, своими опорными поверхностями, или своими боковыми поверхностями. Подобные слои могут быть особенно просто изготовлены и позволяют целенаправленно регулировать и варьировать теплопроводность вдоль основных направлений боковых блоков, предпочтительно имеющих блочную форму, в частности, прямоугольную форму.One embodiment, particularly preferred with respect to the thermal conductivity characteristics as well as the manufacturability of the side block, is that the layers of the side block have a block shape, in particular a rectangular shape, and are connected to each other by contact surfaces, in particular, their abutment surfaces , or its side surfaces. Such layers can be especially easily made and allow targeted control and variation of thermal conductivity along the main directions of the side blocks, preferably having a block shape, in particular a rectangular shape.
Боковой блок предпочтительно выполнен в блочной форме, в частности, с прямоугольной формой. При этом направление по толщине одного или многих слоев бокового блока в каждом случае может совпадать с направлением по толщине бокового блока так, что ориентация слоев согласуется с ориентацией бокового блока и соответственно этому с основными направлениями теплопередачи в боковом блоке. Слои, соединенные между собой своими опорными поверхностями, соответственно этому могут следовать друг за другом в направлении толщины бокового блока, и слои, соединенные между собой своими боковыми поверхностями, могут следовать друг за другом в направлению высоты бокового блока.The side block is preferably made in block form, in particular with a rectangular shape. In this case, the thickness direction of one or many layers of the side block in each case can coincide with the direction along the thickness of the side block so that the orientation of the layers is consistent with the orientation of the side block and, accordingly, with the main directions of heat transfer in the side block. Layers interconnected by their supporting surfaces, respectively, can follow each other in the direction of the thickness of the side block, and layers interconnected by their side surfaces can follow each other in the direction of the height of the side block.
В смысле изобретения под блоком понимается элемент, который имеет шесть прямоугольных поверхностей, восемь прямых углов и двенадцать ребер, из которых в каждом случае по меньшей мере четыре имеют одинаковую длину и параллельны друг другу. Если блок представляет собой прямоугольник, то тогда в каждом случае четыре ребра являются равными и параллельными друг другу. Но также возможно, что восемь из двенадцати ребер имеют одинаковую длину, причем здесь в каждом случае четыре ребра параллельны между собой, или же все ребра имеют равную длину, причем здесь также в каждом случае четыре ребра параллельны друг другу.In the sense of the invention, a block is understood to mean an element that has six rectangular surfaces, eight right angles and twelve edges, of which in each case at least four are of the same length and parallel to each other. If the block is a rectangle, then in each case the four edges are equal and parallel to each other. But it is also possible that eight of the twelve ribs have the same length, and here in each case four ribs are parallel to each other, or all the ribs are of equal length, and here also in each case four ribs are parallel to each other.
Если боковой блок применяется в электролизере в качестве композитного бокового блока, то предпочтительный вариант выполнения бокового блока состоит в том, что по меньшей мере один слой бокового блока имеет блочную форму, в частности, прямоугольную форму, и по меньшей мере один слой бокового блока имеет многоугольную форму. Эти слои соединены друг с другом своими контактными поверхностями, в частности, своими опорными поверхностями; опорная поверхность слоя, имеющего блочную форму, при этом имеет либо частичный, либо полный контакт с опорной поверхностью слоя, имеющего многоугольную форму. При полном контакте опорных поверхностей оба слоя имеют одинаковую высоту; если же имеет место частичный контакт, то слой, имеющий многоугольную форму, имеет высоту, которая составляет от 30% до менее 100%, предпочтительно от 40% до 80%, в особенности предпочтительно от 50% до 75% высоты слоя, имеющего блочную форму. Такие слои также могут быть изготовлены очень простым образом и позволяют, с одной стороны, целенаправленно согласовывать и варьировать теплопроводность вдоль основных направлений бокового блока, с другой стороны, с помощью такого бокового блока возможна частичная или полная замена набивной массы между боковым блоком и катодным блоком.If the side block is used in the electrolyzer as a composite side block, the preferred embodiment of the side block is that at least one layer of the side block has a block shape, in particular a rectangular shape, and at least one layer of the side block has a polygonal form. These layers are connected to each other by their contact surfaces, in particular, by their supporting surfaces; the supporting surface of the layer having a block shape, in this case, has either partial or full contact with the supporting surface of the layer having a polygonal shape. With full contact of the supporting surfaces, both layers have the same height; if partial contact takes place, the layer having a polygonal shape has a height that is from 30% to less than 100%, preferably from 40% to 80%, particularly preferably from 50% to 75% of the height of the layer having a block shape . Such layers can also be made in a very simple way and allow, on the one hand, to purposefully coordinate and vary the thermal conductivity along the main directions of the side block, on the other hand, using this side block, it is possible to partially or completely replace the packing mass between the side block and the cathode block.
По меньшей мере один слой композитного бокового блока имеет многоугольную форму. В смысле изобретения под многоугольником понимается многоугольник, который предпочтительно может содержать от трех до шести углов, в особенности предпочтительно от трех до пяти углов. В качестве многоугольника с четырьмя углами понимаются, например, прямоугольник, квадрат или трапеция. Эти многоугольники могут иметь правильную или неправильную форму. Под правильным многоугольником в рамках изобретения понимается многоугольник, в котором все стороны имеют одинаковую длину, и все внутренние углы имеют равную величину. С помощью различных многоугольных форм композитные боковые блоки могут быть согласованы с желательной конструкцией электролизера; например, благодаря соответствующей конструкции композитного бокового блока, то есть, выполнению слоя с многоугольной формой, может быть создано большее пространство для анодов. Увеличенные площади анодов позволяют применять более высокие величины тока и тем самым обеспечивать более высокую производительность. К тому же форма композитного бокового блока может быть согласована с формой изначально проходящего шва с набивной массой. Кроме того, эти многоугольники могут иметь нормальные и/или закругленные углы. Под нормальном углом понимается точка, в которой сходятся друг с другом две стороны соответствующего многоугольника. Под закругленным углом понимается угол, который имеет проходящий вогнутым внутрь круглый изгиб, без наличия на этом изогнутом участке угловатого или, соответственно, ребристого изменения направления. Закругленные углы по сравнению с острыми углами имеют то преимущество, что на закругленных углах происходит более равномерное распределение сил. Это более равномерное распределение сил обусловливает снижение возникающих напряжений, и тем самым уменьшенное образование трещин и/или дефектов в этих местах композитного бокового блока. Многоугольник предпочтительно содержит только нормальные углы, или одна вершина многоугольника является скругленной, и другие углы представляют собой нормальные углы.At least one layer of the composite side block has a polygonal shape. In the sense of the invention, a polygon is understood to mean a polygon, which preferably may contain from three to six angles, particularly preferably from three to five angles. As a polygon with four corners, we mean, for example, a rectangle, square or trapezoid. These polygons can have a regular or irregular shape. Under the right polygon in the framework of the invention refers to a polygon in which all sides have the same length, and all internal angles have the same size. Using various polygonal shapes, the composite side blocks can be matched to the desired cell design; for example, due to the corresponding design of the composite side block, that is, the implementation of a layer with a polygonal shape, more space for anodes can be created. The increased area of the anodes allows the use of higher current values and thereby provide higher performance. In addition, the shape of the composite side block may be consistent with the shape of the initially passing seam with ramming mass. In addition, these polygons can have normal and / or rounded corners. A normal angle is a point at which two sides of the corresponding polygon converge with each other. A rounded corner refers to an angle that has a circular bend that extends concave inward, without having an angular or correspondingly ribbed change of direction in this curved section. Rounded corners compared with sharp corners have the advantage that a more uniform distribution of forces occurs at rounded corners. This more uniform distribution of forces causes a decrease in the stresses arising, and thereby a reduced formation of cracks and / or defects in these places of the composite side block. The polygon preferably contains only normal angles, or one vertex of the polygon is rounded, and the other angles are normal angles.
При этом направление по толщине одного или многих слоев композитного бокового блока в каждом случае может совпадать с направлением по толщине бокового блока так, что ориентация слоев согласуется с ориентацией бокового блока и соответственно этому с важнейшими направлениями теплопереноса в боковом блоке. Соединенные между собой своими опорными поверхностями слои соответственно этому могут следовать друг за другом в направлении толщины композитного бокового блока.In this case, the direction in thickness of one or many layers of the composite side block in each case can coincide with the direction in thickness of the side block so that the orientation of the layers is consistent with the orientation of the side block and, accordingly, with the most important directions of heat transfer in the side block. The layers interconnected by their abutment surfaces, respectively, can follow one another in the thickness direction of the composite side block.
Боковой блок, в том числе композитный боковой блок, в принципе может иметь плоскую конструктивную форму с относительно небольшой толщиной и, в частности, явно большей высотой и шириной, причем боковой блок может иметь высоту, которая превышает ширину. Толщина бокового блока, когда слои соединены между собой своими опорными поверхностями, может составлять, например, между 50 и 700 мм, и зависит от варианта применения. Если боковой блок используется только для согласования термических условий в электролизере, то толщина составляет предпочтительно между 60 и 250 мм, в особенности предпочтительно между 80 и 150 мм, наиболее предпочтительно между 90 и 110 мм. Если же в электролизере применяется композитный боковой блок, то толщина предпочтительно составляет между 150 и 600 мм, в особенности предпочтительно между 200 и 350 мм, наиболее предпочтительно между 225 и 300 мм. Соотношение толщин, в частности, двух слоев может составлять, например, не более 1:3, предпочтительно не более 1:2, и в особенности предпочтительно 1:1.The side block, including the composite side block, can in principle have a flat structural shape with a relatively small thickness and, in particular, clearly greater height and width, and the side block may have a height that exceeds the width. The thickness of the side block, when the layers are interconnected by their supporting surfaces, can be, for example, between 50 and 700 mm, and depends on the application. If the side block is used only to match the thermal conditions in the cell, the thickness is preferably between 60 and 250 mm, particularly preferably between 80 and 150 mm, most preferably between 90 and 110 mm. If a composite side block is used in the cell, the thickness is preferably between 150 and 600 mm, particularly preferably between 200 and 350 mm, most preferably between 225 and 300 mm. The ratio of the thicknesses, in particular of the two layers, can be, for example, not more than 1: 3, preferably not more than 1: 2, and particularly preferably 1: 1.
Ширина бокового блока, в том числе композитного бокового блока, может быть любым образом согласована с длиной боковой стенки электролизера, то есть, она может занимать либо всю длину этой боковой стенки, или же она составляет только часть длины боковой стенки. Длина боковой стенки может составлять, например, либо от 3500 мм до 4000 мм, либо от 10000 до 15000 мм. Если длина боковой стенки составляет от 10000 до 15000 мм, то ширина бокового блока может составлять эту длину, или боковая стенка покрыта, например, боковыми блоками числом от 2 до 3, имеющими длину 5000 мм.The width of the side block, including the composite side block, can be in any way coordinated with the length of the side wall of the cell, that is, it can occupy either the entire length of this side wall, or it only makes up part of the length of the side wall. The length of the side wall can be, for example, either from 3,500 mm to 4,000 mm, or from 10,000 to 15,000 mm. If the length of the side wall is from 10,000 to 15,000 mm, then the width of the side block can be this length, or the side wall is covered, for example, with side blocks from 2 to 3, having a length of 5000 mm.
Когда ширина бокового блока занимает всю длину боковой стенки электролизера, то, с одной стороны, за счет такого бокового блока можно отказаться от возможного применения клеевого материала для швов между отдельными боковыми блоками, с другой стороны, упрощенное встраивание этого бокового блока обеспечивает экономию времени. В том случае, когда ширина соответствующего изобретению бокового блока составляет только часть длины боковой стенки, то используются по меньшей мере два соответствующих изобретению боковых блока. В рамках изобретения возможно применение соответствующих изобретению боковых блоков с различной шириной, то есть, ширина одного отдельного бокового блока может быть отрегулирована в зависимости от потребности. Когда ширина соответствующего изобретению бокового блока, в том числе композитного бокового блока, занимает только часть длины боковой стенки, то она может составлять между 300 и 600 мм, предпочтительно между 400 и 600 мм, в особенности предпочтительно между 450 и 550 мм.When the width of the side block occupies the entire length of the side wall of the electrolyzer, on the one hand, due to this side block, it is possible to abandon the possible use of adhesive material for the joints between the individual side blocks, on the other hand, the simplified incorporation of this side block saves time. When the width of the side block according to the invention is only part of the length of the side wall, at least two side blocks according to the invention are used. Within the scope of the invention, it is possible to use side blocks according to the invention with different widths, that is, the width of one separate side block can be adjusted according to need. When the width of the side block according to the invention, including the composite side block, occupies only a part of the length of the side wall, it can be between 300 and 600 mm, preferably between 400 and 600 mm, particularly preferably between 450 and 550 mm.
Высота бокового блока, в том числе композитного бокового блока, может составлять, например, между 500 и 900 мм, предпочтительно между 600 и 800 мм, в особенности предпочтительно между 600 и 750 мм. В данном случае для композитного бокового блока в качестве высоты принимается длина слоя, имеющего блочную форму.The height of the side block, including the composite side block, can be, for example, between 500 and 900 mm, preferably between 600 and 800 mm, particularly preferably between 600 and 750 mm. In this case, for the composite side block, the length of the layer having a block shape is taken as the height.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, боковой блок, который не включает композитный боковой блок, имеет два следующих друг за другом в направлении толщины бокового блока, в частности, частично или полностью соединенных между собой своими опорными поверхностями слоя, которые в каждом случае покрывают 30%-70%, предпочтительно 50%, толщины бокового блока, и тем самым покрывают всю толщину бокового блока. При этом следует понимать, что величины отдельных толщин слоев в процентах - также и нижеследующем описании - всегда совместно дают 100%. При этом один слой может быть протяженным по всей высоте бокового блока.According to one preferred embodiment, the side block, which does not include the composite side block, has two consecutive ones in the thickness direction of the side block, in particular, partially or completely interconnected by their supporting surfaces of the layer, which in each case cover 30% - 70%, preferably 50%, of the thickness of the side block, and thereby cover the entire thickness of the side block. It should be understood that the values of the individual thicknesses of the layers in percent - also the following description - always together give 100%. In this case, one layer can be extended along the entire height of the side block.
Равным образом боковой блок, который не включает композитный боковой блок, может иметь два следующих друг за другом в направлении высоты бокового блока, в частности, соединенных своими боковыми поверхностями слоя, которые в каждом случае покрывают 30%-70%, предпочтительно 50%, высоты бокового блока, и тем самым покрывают всю высоту бокового блока. При этом один слой может быть протяженным по всей толщине бокового блока.Similarly, a side block, which does not include a composite side block, may have two consecutive side blocks in the direction of the height of the side block, in particular, layers connected by their side surfaces, which in each case cover 30% -70%, preferably 50%, of the height side block, and thereby cover the entire height of the side block. In this case, one layer can be extended over the entire thickness of the side block.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, один или несколько, и, в частности, все слои бокового блока, которые не представляют собой композитный боковой блок, имеют в каждом случае толщину от 25 мм до 125 мм, предпочтительно от 30 до 100 мм, в особенности предпочтительно от 40 до 75 мм, и наиболее предпочтительно от 45 до 55 мм. Это является особенно предпочтительным тогда, когда боковой блок имеет два слоя, которые соединены между собой своими опорными поверхностями, и следуют друг за другом в направлении толщины, и, в частности, в каждом случае составляют 30-70%, предпочтительно 50%, толщины бокового блока. При этом слои в каждом случае могут быть протяженными по всей высоте бокового блока.According to one preferred embodiment, one or more, and in particular all layers of the side block, which are not a composite side block, in each case have a thickness of from 25 mm to 125 mm, preferably from 30 to 100 mm, particularly preferably 40 to 75 mm, and most preferably 45 to 55 mm. This is particularly preferred when the side block has two layers that are interconnected by their abutment surfaces and follow each other in the thickness direction, and, in particular, in each case comprise 30-70%, preferably 50%, of the thickness of the side block. Moreover, the layers in each case can be extended along the entire height of the side block.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту выполнения, один или несколько, и, в частности, все слои бокового блока, которые не включают композитный боковой блок, когда эти слои соединены между собой своими боковыми поверхностями и следуют друг за другом в направлении высоты, имеют высоту от 150 до 450 мм, предпочтительно от 200 до 400 мм, в особенности предпочтительно от 250 до 350 мм, и наиболее предпочтительно от 280 до 320 мм. Это, в частности, является предпочтительным тогда, когда боковой блок имеет два слоя, которые соединены между собой своими боковыми поверхностями, и следуют друг за другом в направлении высоты, и в каждом случае являются протяженными, в частности, на 30%-70%, предпочтительно до 50% высоты бокового блока. При этом слои в каждом случае могут быть протяженными по всей толщине бокового блока. Соотношение высот, в частности, двух слоев может составлять, например, не более 1:3, предпочтительно не более 1:2, и в особенности предпочтительно 1:1.According to one additional preferred embodiment, one or more, and in particular all layers of the side block, which do not include the composite side block, when these layers are interconnected by their side surfaces and follow each other in the direction of height, have a height of 150 up to 450 mm, preferably from 200 to 400 mm, particularly preferably from 250 to 350 mm, and most preferably from 280 to 320 mm. This, in particular, is preferred when the side block has two layers that are interconnected by their side surfaces, and follow each other in the direction of height, and in each case are extended, in particular, 30% -70%, preferably up to 50% of the height of the side block. Moreover, the layers in each case can be extended over the entire thickness of the side block. The ratio of heights, in particular, two layers can be, for example, not more than 1: 3, preferably not more than 1: 2, and particularly preferably 1: 1.
Согласно одному примерному варианту выполнения композитного бокового блока, этот боковой блок имеет два следующих друг за другом в направлении толщины бокового блока, в частности, соединенных между собой своими опорными поверхностями слоя, которые в каждом случае занимают 30%-70%, предпочтительно 50%, толщины бокового блока, и тем самым покрывают всю толщину бокового блока. При этом следует понимать, что величины отдельных толщин слоев в процентах - также и в последующем описании - всегда совместно составляют 100%. При этом один слой частично или полностью может быть протяженным по всей высоте бокового блока. Может быть так, что слой, имеющий многоугольную форму, либо полностью является протяженным по всей высоте слоя, имеющего прямоугольную форму, либо он занимает от 30% до менее 100%, предпочтительно от 40% до 80%, в особенности предпочтительно от 50% до 75%, высоты слоя, имеющего прямоугольную форму.According to one exemplary embodiment of the composite side block, this side block has two consecutive ones in the thickness direction of the side block, in particular, interconnected by their supporting surfaces of the layer, which in each case occupy 30% -70%, preferably 50%, the thickness of the side block, and thereby cover the entire thickness of the side block. It should be understood that the values of the individual layer thicknesses in percent - also in the following description - always together make up 100%. In this case, one layer may be partially or fully extended over the entire height of the side block. It may be that the layer having a polygonal shape is either completely extended over the entire height of the layer having a rectangular shape, or it occupies from 30% to less than 100%, preferably from 40% to 80%, particularly preferably from 50% to 75%, the height of the layer having a rectangular shape.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту выполнения, один или несколько - и в особенности все - слои композитного бокового блока в каждом случае имеют толщину от 75 до 250 мм, предпочтительно от 100 до 175 мм, и в особенности предпочтительно от 110 до 150 мм. Это является особенно предпочтительным, когда композитный боковой блок имеет два слоя, которые частично или полностью соединены между собой своими опорными поверхностями и следуют друг за другом в направлении толщины, и, в частности, в каждом случае составляют 30-70%, предпочтительно 50%, толщины композитного бокового блока. При полном контакте опорных поверхностей слои при этом являются протяженными по всей высоте композитного бокового блока; если, напротив, имеет место частичный контакт опорных поверхностей, то слой, имеющий многоугольную форму, занимает от 30% до менее 100%, предпочтительно от 40 до 80%, в особенности предпочтительно от 50% до 75%, высоты слоя, имеющего прямоугольную форму.According to one additional preferred embodiment, one or more - and in particular all - layers of the composite side block in each case have a thickness of from 75 to 250 mm, preferably from 100 to 175 mm, and particularly preferably from 110 to 150 mm. This is especially preferred when the composite side block has two layers that are partially or completely interconnected by their abutment surfaces and follow each other in the thickness direction, and, in particular, in each case comprise 30-70%, preferably 50%, thickness of the composite side block. With full contact of the supporting surfaces, the layers are extended along the entire height of the composite side block; if, on the contrary, there is a partial contact of the supporting surfaces, the layer having a polygonal shape occupies from 30% to less than 100%, preferably from 40 to 80%, particularly preferably from 50% to 75%, of the height of the layer having a rectangular shape .
Согласно одному дополнительному варианту выполнения, один или несколько слоев прямоугольной формы, и, в частности, все прямоугольные слои композитного бокового блока имеют высоту от 500 до 900 мм, предпочтительно от 650 до 850 мм, в особенности предпочтительно от 700 до 800 мм, и один или несколько, и, в частности, все многоугольные слои имеют высоту от 150 до менее 900 мм, предпочтительно от 200 до 720 мм, наиболее предпочтительно от 250 до 675 мм.According to one additional embodiment, one or more layers of a rectangular shape, and, in particular, all rectangular layers of a composite side block, have a height of from 500 to 900 mm, preferably from 650 to 850 mm, particularly preferably from 700 to 800 mm, and one or several, and, in particular, all polygonal layers have a height of from 150 to less than 900 mm, preferably from 200 to 720 mm, most preferably from 250 to 675 mm.
Боковой блок по своей высоте может находиться в контакте с различными компонентами или средами электролизера, в частности, со слоем жидкого алюминия, слоем расплава, при известных обстоятельствах с коркой из застывшего расплава, расположенной поверх слоя расплава, а также с образующейся при работе электролизера газообразной атмосферой с разнообразными содержащимися в ней веществами. В своей нижней области боковой блок может находиться в соединении с катодным днищем и/или набивной массой, которая может быть предусмотрена для получения плотного соединения между катодным днищем и боковым блоком. Боковой блок согласно приведенному выше описанию может иметь многочисленные следующие друг за другом в направлении высоты слои с различными теплопроводностями, причем предпочтительно те области высот бокового блока, на которых боковой блок контактирует с различными средами образованы различными слоями бокового блока. Благодаря этому поглощение и отвод тепла через боковой блок согласуются с имеющими место термическими условиями и требованиями в различных средах. Путем этого согласования боковые блоки в целом испытывают меньшую нагрузку, что ведет к более высокой износоустойчивости.The lateral block in its height can be in contact with various components or media of the electrolyzer, in particular, with a layer of liquid aluminum, a layer of melt, under known circumstances, with a crust of solidified melt located on top of the melt layer, as well as with the gaseous atmosphere formed during the operation of the electrolyzer with a variety of substances contained in it. In its lower region, the side block may be connected to the cathode bottom and / or the packing mass, which may be provided to provide a tight connection between the cathode bottom and the side block. The side block according to the above description may have numerous successive layers with different thermal conductivities, one after another, preferably the height regions of the side block on which the side block is in contact with different media are formed by different layers of the side block. Due to this, the absorption and removal of heat through the side unit is consistent with the existing thermal conditions and requirements in various environments. Through this alignment, the side blocks generally experience less load, which leads to higher wear resistance.
Альтернативно или дополнительно, боковой блок может иметь многочисленные следующие друг за другом в направлении толщины бокового блока слои с различными теплопроводностями. В результате этого теплопроводность бокового блока может варьироваться в направлении теплового потока, которое ориентировано перпендикулярно боковой поверхности бокового блока, граничащей с внутренней частью ванны.Alternatively or additionally, the side block may have multiple layers with different thermal conductivities following one after another in the thickness direction of the side block. As a result, the thermal conductivity of the side block can vary in the direction of the heat flux, which is oriented perpendicular to the side surface of the side block adjacent to the inside of the bath.
Один вариант выполнения, являющийся предпочтительным в отношении важной для применения бокового блока в электролизере термической, механической и химической стабильности бокового блока, заключается в том, что по меньшей мере один слой, предпочтительно все слои, состоят из материала, выбранного из группы, состоящей из углерода, графитового углерода, графитизированного углерода, или карбида кремния, или любых смесей из них, или содержит такой материал. Эти материалы особенно пригодны, чтобы выдерживать воздействие условий, имеющих место при применении бокового блока в электролизере и при возникающем при этом контакте бокового блока со слоем жидкого алюминия и слоем расплава. Кроме того, выбор материалов с подходящими составами обеспечивает возможность согласования теплопроводности бокового блока в предпочтительном диапазоне величин. Теплопроводность одного или многих, и, в частности, всех слоев бокового блока - по измерению при температуре между 920°С и 1000°С, предпочтительно между 950°С и 980°С - может составлять, например, между 4 до 120 Вт/м⋅К, в частности, между 4 до 100 Вт/м⋅К, предпочтительно между 5 до 80 Вт/м⋅К, в особенности предпочтительно между 8 до 50 Вт/м⋅К.One embodiment, which is preferable with respect to the thermal, mechanical, and chemical stability of the side block that is important for the use of a side block in an electrolytic cell, is that at least one layer, preferably all layers, consists of a material selected from the group consisting of carbon , graphite carbon, graphitized carbon, or silicon carbide, or any mixtures thereof, or contains such material. These materials are particularly suitable to withstand the effects of the conditions that apply when using the side block in the cell and when the side block comes into contact with the liquid aluminum layer and the melt layer. In addition, the choice of materials with suitable compositions makes it possible to match the thermal conductivity of the side block in a preferred range of values. The thermal conductivity of one or many, and in particular all layers of the side block — as measured at temperatures between 920 ° C and 1000 ° C, preferably between 950 ° C and 980 ° C — can be, for example, between 4 to 120 W / m ⋅K, in particular between 4 to 100 W / m⋅K, preferably between 5 to 80 W / m⋅K, particularly preferably between 8 to 50 W / m⋅K.
Особенно высокая износоустойчивость бокового блока и тем самым особенно длительный срок эксплуатации оснащенного боковым блоком электролизера достигается, когда углерод представляет собой антрацит, предпочтительно электрически кальцинированный антрацит, и карбид кремния представляет собой связанный нитридом кремния карбид кремния.A particularly high wear resistance of the side block and thereby a particularly long service life of the electrolyser equipped with the side block is achieved when the carbon is anthracite, preferably electrically calcined anthracite, and silicon carbide is silicon carbide bonded.
Еще дополнительное улучшение термических и механических характеристик бокового блока может быть достигнуто, когда изготовление бокового блока включает этап импрегнирования пеком и последующую карбонизацию. При этом импрегнированию может быть подвергнут весь боковой блок или по меньшей мере один слой бокового блока, как описано выше.A further improvement in the thermal and mechanical characteristics of the side block can be achieved when the manufacture of the side block includes a pitch impregnation step and subsequent carbonization. In this case, the entire side block or at least one layer of the side block may be impregnated, as described above.
По меньшей мере один из слоев может быть легирован кремнием (порошком), оксидным керамическим материалом, например, таким как оксид алюминия или диоксид титана, или неоксидным керамическим материалом, который предпочтительно состоит по меньшей мере из одного металла 4-6 Групп, и по меньшей мере одного элемента из 13 -ой или 14-ой группы Периодической системы элементов. Под легированием здесь понимается добавление в сырьевую смесь, причем конкретное содержание одного или многих легирующих добавок в сырьевой смеси составляет 3-15% по весу, предпочтительно 5-10% по весу. Предпочтительно применяются порошки из частиц с диаметром менее 200 мкм, в особенности предпочтительно менее 63 мкм. В ряд этих неоксидных материалов входят, в частности, карбиды металлов, бориды металлов, нитриды металлов и карбонитриды металлов, с металлом из 4-6 Групп, например, таким как титан, цирконий, ванадий, ниобий, тантал, хром или вольфрам, причем предпочтительно применяется титан. Также возможно применение любых смесей из оксидных керамических материалов, любых смесей из неоксидных керамических материалов, любых смесей из оксидных керамических материалов и неоксидных керамических материалов, любых смесей из оксидных керамических материалов и кремния(порошка), любых смесей из неоксидных керамических материалов и кремния(порошка), или любых смесей из оксидных керамических материалов, неоксидных керамических материалов и (кремния)порошка. В качестве предпочтительных неоксидных материалов могут использоваться борид титана или карбид титана. Если используется кремний(порошок), то он во время процесса обжига превращается в карбид кремния. Также возможно применение предшественника (прекурсора) для получения связанного нитридом кремния карбида кремния, причем используется смесь из карбида кремния и кремниевого порошка. Здесь процесс обжига должен проводиться при контролируемом содержании азота в горючем газе при температуре до 1400°С, чтобы обеспечить преобразование кремния в собственно связующую фазу нитрида кремния. Как правило, здесь термическая обработка проводится путем обжига, как для обычных керамических материалов, то есть, при температуре обжига сообразно используемому керамическому материалу. Таким образом, может быть так, что при изготовлении слоистого элемента должны приниматься во внимание различные требования к процессу обжига отдельных используемых материалов. В отношении этого слоя речь идет, в частности, о слое, который при эксплуатации контактирует с окружающей стальной ванной и тем самым подвергается повышенной опасности окислительного износа.At least one of the layers can be doped with silicon (powder), an oxide ceramic material, for example, such as aluminum oxide or titanium dioxide, or a non-oxide ceramic material, which preferably consists of at least one metal of 4-6 Groups, and at least at least one element from the 13th or 14th group of the Periodic system of elements. Alloying is here understood to mean adding to the raw mix, the specific content of one or more alloying additives in the raw mix being 3-15% by weight, preferably 5-10% by weight. Preferably, powders are used from particles with a diameter of less than 200 microns, particularly preferably less than 63 microns. A number of these non-oxide materials include, in particular, metal carbides, metal borides, metal nitrides and metal carbonitrides, with metal from 4-6 Groups, for example, such as titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten, preferably titanium is applied. It is also possible to use any mixtures of oxide ceramic materials, any mixtures of non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxide ceramic materials and non-oxide ceramic materials, any mixtures of oxide ceramic materials and silicon (powder), any mixtures of non-oxide ceramic materials and silicon (powder ), or any mixtures of oxide ceramic materials, non-oxide ceramic materials and (silicon) powder. As preferred non-oxide materials, titanium boride or titanium carbide can be used. If silicon (powder) is used, it is converted to silicon carbide during the firing process. It is also possible to use a precursor (precursor) for producing silicon nitride bound silicon carbide, a mixture of silicon carbide and silicon powder being used. Here, the firing process should be carried out at a controlled nitrogen content in the combustible gas at temperatures up to 1400 ° C, in order to ensure the conversion of silicon into the actual binding phase of silicon nitride. As a rule, here the heat treatment is carried out by firing, as for conventional ceramic materials, that is, at a firing temperature in accordance with the used ceramic material. Thus, it may be that in the manufacture of the laminate element, various requirements for the firing process of the individual materials used must be taken into account. In relation to this layer, we are talking, in particular, about the layer, which during operation is in contact with the surrounding steel bath and thereby exposed to an increased risk of oxidative wear.
Боковой блок предпочтительно изготавливается монолитным так, чтобы слои бокового блока были соединены между собой в виде единой цельной детали и с замыканием по материалу. Такое соединение отличается от клеевого или механического соединения повышенной стабильностью. Боковой блок при этом может образовывать композитный элемент из отдельных слоев. В результате этого получается особенно высокая термическая, механическая и химическая стабильность бокового блока, и тем самым особенно длительный срок эксплуатации оснащенного боковым блоком электролизера. В частности, боковой блок может быть получен цельным из сырьевой заготовки, которая может содержать соответственные готовому боковому блоку различные слои из многочисленных различных сырьевых смесей, которые образуют исходные материалы для различных слоев бокового блока. Боковой блок может быть получен обжигом сырьевой заготовки, причем, в частности, может проводиться карбонизация и/или графитизация сырьевого материала в сырьевой заготовке.The side block is preferably made monolithic so that the layers of the side block are interconnected as a single integral part and with a material closure. Such a connection differs from the adhesive or mechanical connection in increased stability. The side block can form a composite element from separate layers. As a result of this, a particularly high thermal, mechanical and chemical stability of the side unit is obtained, and thus a particularly long service life of the cell equipped with the side unit. In particular, the side block can be obtained whole from the raw material blank, which may contain various layers of numerous different raw mixtures corresponding to the finished side block, which form the starting materials for the various layers of the side block. The side block can be obtained by firing the raw material billet, in particular, carbonization and / or graphitization of the raw material in the raw material billet can be carried out.
Например, теплопроводность бокового блока может быть измерена при температуре между 920°С и 1000°С согласно стандарту DIN 51936. При этом при измерениях, которые превышают температуры 400°С, используется импульсный лазер. Внутри одного слоя боковой блок может иметь по меньшей мере по существу однородную теплопроводность. Между слоем, который имеет более низкую теплопроводность, и слоем, который имеет более высокую теплопроводность, может быть образована переходная область, в которой теплопроводность, например, по меньшей мере по существу непрерывно, снижается от более высокого до более низкого значения. Такая переходная область, которая может быть выполнена относительно малой по сравнению с совокупной протяженностью слоев, может рассматриваться как часть обоих слоев.For example, the thermal conductivity of the side block can be measured at temperatures between 920 ° C and 1000 ° C according to DIN 51936. In this case, a pulse laser is used for measurements that exceed temperatures of 400 ° C. Inside one layer, the side block may have at least substantially uniform thermal conductivity. Between a layer which has lower thermal conductivity and a layer which has higher thermal conductivity, a transition region can be formed in which the thermal conductivity, for example, at least substantially continuously, decreases from a higher to a lower value. Such a transition region, which can be made relatively small compared to the total length of the layers, can be considered as part of both layers.
Дополнительным предметом изобретения является способ изготовления соответствующего изобретению описанного выше бокового блока, который включает этапы:An additional subject of the invention is a method of manufacturing a side block according to the invention described above, which comprises the steps of:
а) подготовки смеси для слоя с более низкой теплопроводностью, смеси для слоя с более высокой теплопроводностью, и при необходимости одной или многих смесей по меньшей мере для одного дополнительного слоя,a) preparing a mixture for a layer with lower thermal conductivity, a mixture for a layer with higher thermal conductivity, and, if necessary, one or many mixtures for at least one additional layer,
b) формирования сырьевой заготовки со слоистой конфигурацией из смесей согласно этапы а), иb) forming a raw material preform with a layered configuration from mixtures according to steps a), and
с) обжига сырьевой заготовки согласно этапы b) при температуре от 800 до 1400°С, предпочтительно от 1000 до 1300°С.c) firing the raw material according to steps b) at a temperature of from 800 to 1400 ° C, preferably from 1000 to 1300 ° C.
Изготовлением бокового блока путем обжига сырьевой заготовки с различными образующими исходные материалы для слоев сырьевыми смесями получается цельный боковой блок с высокой стабильностью и замыканием по материалу и монолитным сцеплением между отдельными слоями бокового блока.By manufacturing the side block by firing a raw material billet with various raw material mixtures forming the layers for the layers, an integral side block is obtained with high stability and material closure and monolithic adhesion between the individual layers of the side block.
Формирование сырьевой заготовки согласно этапу b) может предусматривать, что сырьевые смеси вводятся в одну форму. При этом в форме могут быть образованы многочисленные слои сырьевых смесей соответственно слоистой структуре готового бокового блока. Изготовление слоистой структуры может быть простым путем выполнено так, что слои сырьевых смесей следуют друг за другом в направлении раскрытия формы. В особенно простом подходе слои могут быть введены в форму таким образом, что они ориентированы по существу горизонтально, преимущественно горизонтально, и следуют друг за другом предпочтительно в вертикальном направлении.The formation of the raw material procurement according to step b) may provide that the raw mixes are introduced into one form. In this case, numerous layers of raw mixes can be formed in the mold according to the layered structure of the finished side block. The manufacture of the layered structure can be simple in such a way that the layers of the raw material mixtures follow each other in the direction of the disclosure of the form. In a particularly simple approach, the layers can be introduced into the form so that they are oriented essentially horizontally, mainly horizontally, and follow each other, preferably in the vertical direction.
Кроме того, формирование сырьевой заготовки согласно этапу b) может включать вибрационную формовку и/или прессование в блок сырьевых материалов. Это может быть проведено с вакуумированием или без него. В результате этого могут быть полностью или частично устранены имеющиеся внутри материала полости, так что достигается повсеместно однородная желательная объемная плотность. Кроме того, особенно высокая однородность в отношении объемной плотности может быть достигнута, когда формирование сырьевой заготовки включает приложение давления ил, соответственно, спрессовывание сырьевого материала, чтобы уплотнить материал.In addition, the formation of the raw material preform according to step b) may include vibration molding and / or pressing into a block of raw materials. This can be done with or without evacuation. As a result of this, the cavities inside the material can be completely or partially eliminated, so that a universally uniform desired bulk density is achieved. In addition, a particularly high uniformity with respect to bulk density can be achieved when the formation of the raw material preform involves applying pressure sludge, respectively, compressing the raw material to compact the material.
В качестве материалов для сырьевых смесей в особенности пригодны все сырьевые материалы, которые могут быть подвергнуты обжигу с образованием вышеуказанных в отношении готового бокового блока предпочтительных материалов. Например, по меньшей мере одна сырьевая смесь может содержать материал, который выбран из группы, которая состоит из углеродсодержащего материала, например, такого как антрацит, графитового или графитизированного материала, например, такого как синтетический графит и пек, или любой смеси этих материалов. Кроме того, в смеси может содержаться, в частности, углеродсодержащий связующий материал, например, такой как связующий пек. Целенаправленным подбором состава материала отдельных слоев сырьевой заготовки может быть целенаправленно отрегулирована теплопроводность различных слоев полученного бокового блока. Когда сырьевая смесь включает углеродсодержащий материал, во время обжига сырьевой заготовки преимущественно происходит карбонизация материала сырьевой смеси. Кроме того, в качестве дополнительного этапа d) может быть выполнена графитизация материала. Для этого карбонизированное или сырьевое формовочное изделие подвергается нагреванию при температурах свыше 2000°С, и предпочтительно более 2200°С.Particularly suitable materials for raw mixes are all raw materials that can be fired to form the preferred materials with respect to the finished side block. For example, at least one raw material mixture may contain a material that is selected from the group consisting of a carbon-containing material, for example, such as anthracite, graphite or graphitized material, for example, such as synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials. In addition, the mixture may contain, in particular, a carbon-containing binder material, for example, such as a binder pitch. By targeted selection of the composition of the material of the individual layers of the raw material billet, the thermal conductivity of the various layers of the obtained side block can be purposefully adjusted. When the raw material mixture comprises a carbon-containing material, carbonization of the material of the raw material mixture mainly occurs during the firing of the raw material preform. In addition, as an additional step d), graphitization of the material can be performed. For this, the carbonized or raw molding product is heated at temperatures above 2000 ° C, and preferably more than 2200 ° C.
Для дополнительного улучшения термических и механических свойств бокового блока после этапа с) обжига и/или после предусмотренного по обстоятельствам этапа d) графитизации может быть предусмотрен дополнительный этап е), который включает импрегнирование пеком подвергнутой обжигу и, при необходимости, графитизированной сырьевой заготовки.In order to further improve the thermal and mechanical properties of the side block after step c) of firing and / or after the graphitization step d) provided for in the circumstances, an additional step e) may be provided, which includes impregnating with the pitch the fired and, if necessary, graphitized raw material.
Предпочтительно описанным выше способом сначала изготавливается базовый элемент с многочисленными слоями, от которого на этапе, следующим за вышеописанными этапами способа, э отделяются, в частности, в процессе резки, многочисленные боковые блоки с желательными размерами. Это справедливо также для изготовления композитного бокового блока.Preferably, in the manner described above, a base element with multiple layers is first manufactured, from which, in the step following the above-described steps of the method, the numerous side blocks with the desired dimensions are separated, in particular during the cutting process. This is also true for the manufacture of a composite side block.
Дополнительным предметом изобретения является боковой блок, который получается по выполнению описанного здесь способа. Боковой блок при его применении в электролизере обеспечивает оптимизацию термических условий в электролизере во время проведения электролиза и, кроме того, имеет высокую механическую стабильность и очень прочное сцепление между различными слоями бокового блока. В зависимости от ширины бокового блока, можно отказаться от клеевого материала между боковыми блоками. Если используется композитный боковой блок, то, кроме того, частично или полностью можно отказаться от набивной массы между боковым блоком и катодным блоком.An additional subject of the invention is a side block, which is obtained by performing the method described here. The side block, when used in the electrolyzer, optimizes the thermal conditions in the electrolyzer during electrolysis and, in addition, has high mechanical stability and very strong adhesion between the various layers of the side block. Depending on the width of the side block, it is possible to dispense with adhesive material between the side blocks. If a composite side block is used, then it is also possible to partially or completely abandon the stuffed mass between the side block and the cathode block.
Применение соответствующего изобретению бокового блока согласно данному описанию для футеровки боковых стенок в электролизере представляет собой дополнительный независимый объект настоящего изобретения. В рамках изобретения также возможно, что для футеровки боковой стенки также по меньшей мере один боковой блок, который применяется для согласования термических условий, комбинируется по меньшей мере с одним композитным боковым блоком. Число используемых здесь боковых блоков и, соответственно, композитных боковых блоков может быть отрегулировано в зависимости от потребности.The use of the side block according to the invention as described herein for lining the side walls in an electrolytic cell is an additional independent subject of the present invention. It is also possible within the scope of the invention that for lining the side wall, at least one side block, which is used to match the thermal conditions, is combined with at least one composite side block. The number of side blocks used here and, accordingly, composite side blocks can be adjusted according to need.
Дополнительным объектом изобретения является электролизер, в частности, для получения алюминия, который включает катод, анод и стенку, причем по меньшей мере один участок стенки образован соответствующим изобретению боковым блоком согласно данному описанию. Этот боковой блок может представлять собой также композитный описанный выше боковой блок. Описанные здесь в отношении бокового блока, его изготовления и применения, и, в частности, его использования в электролизере, преимущества и предпочтительные варианты выполнения при соответствующем применении представляют преимущества и предпочтительные варианты исполнения соответствующего изобретению электролизера. По меньшей мере один боковой блок предпочтительно образует одну боковую стенку ванны, в которой содержится слой жидкого алюминия и слой расплава. Боковой блок при этом может облицовывать боковую стенку наружной стальной ванны, которая охватывает внутреннюю ванну, образованную боковым блоком.An additional object of the invention is an electrolytic cell, in particular for producing aluminum, which includes a cathode, anode and a wall, wherein at least one wall section is formed by the side block according to the invention in accordance with this description. This side block may also be the composite side block described above. The advantages and preferred embodiments described in relation to the side unit, its manufacture and use, and in particular its use in the electrolyzer, when used appropriately represent the advantages and preferred embodiments of the electrolyzer according to the invention. At least one side block preferably forms one side wall of the bath, which contains a layer of liquid aluminum and a layer of melt. In this case, the lateral block may be facing the side wall of the outer steel bath, which covers the inner bath formed by the side block.
Как было упомянуто выше, с одной стороны, определенная часть выделенного в электролизере количества тепловой энергии должна быть отведена, но, с другой стороны, должны быть предотвращены чрезмерные потери тепла, чтобы обеспечить заданное распределение температур в электролизере. Наряду с описанными до сих пор соответствующими изобретению боковыми блоками и, соответственно, композитными боковыми блоками, и огнеупорной футеровкой, которая находится между катодом и стальной ванной, катод также оказывает влияние на регулирование тепловой энергии в электролизере. Когда от электролизера отводится слишком большое количество тепла, криолит затвердевает в расплаве в чрезмерном количестве и может доходить до поверхности катода. Вследствие этого нарушается прохождение тока через катод, что приводит к неравномерному распределению тока вдоль поверхности катода, и вместе с тем к повышенному электрическому сопротивлению и тем самым пониженной эффективности использования энергии в электролизере. Регулирование теплопередачи от катода на расположенную под ним огнеупорную футеровку может быть эффективно выполнено, тогда как регулирование теплопередачи от катода на боковые стенки производится гораздо труднее. Обычно катодные блоки, которые образуют катод, состоят из единообразного материала, то есть, эти однородные катодные блоки имеют одинаковую теплопроводность, так что эти катодные блоки незначительно или вообще не в состоянии поддерживать оптимальное регулирование теплопередачи в электролизере. В частности, это справедливо для настройки терморегуляции катода для теплопередачи на боковые стенки.As mentioned above, on the one hand, a certain part of the amount of thermal energy released in the electrolytic cell must be diverted, but, on the other hand, excessive heat loss must be prevented in order to ensure a predetermined temperature distribution in the electrolytic cell. Along with the side blocks described so far corresponding to the invention and, accordingly, the composite side blocks, and the refractory lining, which is located between the cathode and the steel bath, the cathode also affects the regulation of thermal energy in the cell. When too much heat is removed from the electrolyzer, the cryolite solidifies in the melt in an excessive amount and can reach the surface of the cathode. As a result of this, the passage of current through the cathode is disrupted, which leads to an uneven distribution of current along the cathode surface, and at the same time to increased electrical resistance and thereby reduced energy efficiency in the cell. The regulation of heat transfer from the cathode to the refractory lining located below it can be effectively performed, while the regulation of heat transfer from the cathode to the side walls is much more difficult. Typically, the cathode blocks that form the cathode consist of a uniform material, that is, these homogeneous cathode blocks have the same thermal conductivity, so that these cathode blocks are little or not able to maintain optimal regulation of heat transfer in the cell. In particular, this is true for adjusting the thermoregulation of the cathode for heat transfer to the side walls.
Документ WO 02/064860 описывает катодные блоки, которые, если смотреть в направлении длинной стороны катода, имеют различные слои, которые имеют различное электрическое сопротивление, то есть, для изготовления катодных блоков послойно применяются различные в направлении длинной стороны катода материалы (имеющие различные величины удельного электрического сопротивления). С такими катодными блоками течение тока через электролизер должно приближаться к идеальной токовой характеристике также без дорогостоящего размещения токопроводящих шин.Document WO 02/064860 describes cathode blocks, which, when viewed in the direction of the long side of the cathode, have different layers that have different electrical resistance, that is, materials different in the direction of the long side of the cathode (having different values of specific electrical resistance). With such cathode blocks, the current flow through the electrolyzer should approach the ideal current characteristic also without the costly placement of busbars.
Катодные блоки, которые в направлении длинной стороны катода имеют различные слои, образованные в результате применения различных материалов, тоже имеют различную теплопроводность внутри катодного блока. Такие катодные блоки также могут быть предпочтительно использованы для того, чтобы сократить обусловленные катодом тепловые потери, в частности, в направлении длинной стороны катода, то есть, в направлении боковых стенок. Вследствие этого даже на отдельных катодных блоках, и тем самым для всего катода в целом, регулируется направление теплового потока. При этом данный катодный блок в направлении длинной стороны катода преимущественно включает по меньшей мере три слоя, предпочтительно от трех слоев до семи слоев, особенно предпочтительно от трех слоев до пяти слоев, и наиболее предпочтительно три слоя. При этом имеются слои с более высокой теплопроводностью и слои с более низкой теплопроводностью, причем следует понимать, что для смежных слоев один слой имеет более высокую теплопроводность по сравнению с другим слоем. Разность величин теплопроводности между слоем с более высокой теплопроводностью и слоем с более низкой теплопроводностью составляет по меньшей мере 10%, относительно материала с более низкой теплопроводностью, в диапазоне температур от 920 до 1000°С, измеренной по направлению длинной оси катодного блока. Катодный блок может включать по меньшей мере два слоя, которые имеют одинаковую теплопроводность, то есть, которые состоят из одного и того же материала. При этом речь может идти об обоих наружных, то есть, краевых слоях катодного блока. С таким катодным блоком путем выбора числа слоев, последовательности слоев и выбора величины теплопроводности для каждого отдельного из слоев можно целенаправленно регулировать тепловой поток в этом катодном блоке. Для ситуации, когда предпочтителен уменьшенный теплоотвод из электролизера, может быть применен катодный блок, который, например, имеет три слоя. Оба наружных слоя, то есть, оба слоя, которые находятся в непосредственном или через набивную массу термическом контакте с боковой стенкой электролизера, представляют собой слои с более низкой теплопроводностью, тогда как третий, средний слой присутствует в качестве слоя с более высокой теплопроводностью. Если, напротив, желателен более интенсивный теплоотвод из электролизера, то в катодном блоке, имеющем три слоя, присутствуют оба наружных слоя, которые имеют более высокую теплопроводность по сравнению с третьим, средним слоем.The cathode blocks, which in the direction of the long side of the cathode have different layers formed as a result of using different materials, also have different thermal conductivities inside the cathode block. Such cathode blocks can also be preferably used in order to reduce thermal losses due to the cathode, in particular in the direction of the long side of the cathode, that is, in the direction of the side walls. As a result, even on individual cathode blocks, and thereby for the entire cathode as a whole, the direction of the heat flux is regulated. Moreover, this cathode block in the direction of the long side of the cathode mainly includes at least three layers, preferably from three layers to seven layers, particularly preferably from three layers to five layers, and most preferably three layers. There are layers with higher thermal conductivity and layers with lower thermal conductivity, it being understood that for adjacent layers, one layer has higher thermal conductivity compared to the other layer. The difference in thermal conductivity between the layer with higher thermal conductivity and the layer with lower thermal conductivity is at least 10%, relative to the material with lower thermal conductivity, in the temperature range from 920 to 1000 ° C, measured in the direction of the long axis of the cathode block. The cathode block may include at least two layers that have the same thermal conductivity, that is, which consist of the same material. In this case, we can talk about both outer, that is, the boundary layers of the cathode block. With such a cathode block, by selecting the number of layers, the sequence of layers and selecting the thermal conductivity for each individual layer, it is possible to purposefully control the heat flux in this cathode block. For a situation where a reduced heat dissipation from the electrolyzer is preferred, a cathode block can be applied, which, for example, has three layers. Both outer layers, that is, both layers that are in direct or through thermal packing thermal contact with the side wall of the cell, are layers with lower thermal conductivity, while the third, middle layer is present as a layer with higher thermal conductivity. If, on the contrary, a more intense heat removal from the electrolyzer is desired, then in the cathode block having three layers there are both outer layers that have higher thermal conductivity compared to the third, middle layer.
Длина катодного блока обычно составляет 2500-3500 мм. Длина одного из вышеуказанных отдельных слоев - если смотреть в направлении длинной стороны катода - зависит от желательного теплового потока в катодном блоке, и может быть целенаправленно выбрана в зависимости от этого теплового потока. Кроме того, эта длина отдельного слоя зависит от числа слоев в катодном блоке. Если, например, имеются семь слоев, то отдельный слой имеет длину 300-600 мм. Если применяются только три слоя, то наружные, то есть, краевые слои имеют длину от 400 до 600 мм, и внутренний слой имеет длину 1700-2300 мм. Независимо от числа слоев, наружные, соответственно, краевые слои катодного блока имеют длину от 400 до 600 мм, предпочтительно 500 мм.The length of the cathode block is usually 2500-3500 mm. The length of one of the above individual layers — when viewed in the direction of the long side of the cathode — depends on the desired heat flux in the cathode block, and can be purposefully selected depending on this heat flux. In addition, this length of an individual layer depends on the number of layers in the cathode block. If, for example, there are seven layers, then a separate layer has a length of 300-600 mm. If only three layers are used, then the outer, that is, the edge layers have a length of 400 to 600 mm, and the inner layer has a length of 1700-2300 mm. Regardless of the number of layers, the outer, respectively, edge layers of the cathode block have a length of 400 to 600 mm, preferably 500 mm.
Отдельные слои указанных катодных блоков составлены на основе углерода, то есть, из материала, который содержит углерод. В отношении теплопроводности оказалось предпочтительным, когда катодный блок состоит из материала, который содержит по меньшей мере 50% по весу, предпочтительно по меньшей мере 80% по весу, в особенности предпочтительно по меньшей мере 90% по весу, наиболее предпочтительно по меньшей мере 95% по весу, и в высшей степени предпочтительно по меньшей мере 99% по весу углерода. Указанный углерод при этом может быть выбран из группы, состоящей из аморфного углерода, графитового углерода, графитизированного углерода, и любых смесей двух или более из вышеуказанных сортов углерода.The individual layers of these cathode blocks are made up of carbon, that is, of a material that contains carbon. With regard to thermal conductivity, it turned out to be preferable when the cathode block consists of a material that contains at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, most preferably at least 95% by weight, and most preferably at least 99% by weight of carbon. The specified carbon can be selected from the group consisting of amorphous carbon, graphite carbon, graphitized carbon, and any mixture of two or more of the above grades of carbon.
Для изготовления этих катодных блоков может быть применен такой же способ, как для описанного выше соответствующего изобретению бокового блока. Поэтому для изготовления катодных блоков в соответствующих вышеуказанных вариантах исполнения делается отсылка на способ изготовления соответствующего изобретению бокового блока.For the manufacture of these cathode blocks, the same method can be applied as for the side block described above according to the invention. Therefore, for the manufacture of cathode blocks in the respective above embodiments, reference is made to the manufacturing method of the side block according to the invention.
Для изготовления катодных блоков также действительно, что путем обжига сырьевой заготовки с различными, образующими исходные материалы для слоев сырьевыми смесями получается цельный катодный блок с высокой стабильностью и неразъемным по материалу сцеплением между отдельными слоями полученного монолитного катодного блока.For the manufacture of cathode blocks, it is also true that by firing a raw material billet with various raw material mixtures forming the starting materials for the layers, a solid cathode block with high stability and inseparable material adhesion between the individual layers of the obtained monolithic cathode block is obtained.
В качестве материалов для сырьевых смесей при изготовлении катодных блоков также пригодны в особенности все сырьевые материалы, которые могут быть подвергнуты обжигу с образованием вышеуказанных в отношении готового катодного блока предпочтительных материалов. Например, по меньшей мере одна сырьевая смесь может содержать материал, который выбран из группы, которая состоит из углеродсодержащего материала, например, такого как антрацит, графитового или графитизированного материала, например, такого как синтетический графит и пек, или любой смеси этих материалов. Кроме того, в смеси может содержаться, в частности, углеродсодержащий связующий материал, например, такой как связующий пек. Целенаправленным подбором состава материала отдельных слоев сырьевой заготовки может быть целенаправленно отрегулирована теплопроводность различных слоев полученного бокового блока.In particular, all the raw materials that can be fired to form the preferred materials mentioned above with respect to the finished cathode block are also suitable as materials for raw mixtures in the manufacture of cathode blocks. For example, at least one raw material mixture may contain a material that is selected from the group consisting of a carbon-containing material, for example, such as anthracite, graphite or graphitized material, for example, such as synthetic graphite and pitch, or any mixture of these materials. In addition, the mixture may contain, in particular, a carbon-containing binder material, for example, such as a binder pitch. By targeted selection of the composition of the material of the individual layers of the raw material billet, the thermal conductivity of the various layers of the obtained side block can be purposefully adjusted.
Форма слоев в катодном блоке может быть различной. Наряду со слоями, которые занимают всю высоту Н катодного блока, могут также иметься слои, которые занимают только часть этой высоты Н, как, например, показано в Фигурах 10 и 11. Это формование слоев может выполняться в зависимости от желательного теплового потока в катодном блоке, то есть, с помощью этого формования, наряду с выбором материалов слоев, и тем самым значений теплопроводности, может целенаправленно регулироваться этот тепловой поток.The shape of the layers in the cathode block may be different. Along with layers that occupy the entire height H of the cathode block, there may also be layers that occupy only a portion of this height H, as, for example, shown in Figures 10 and 11. This layer formation may be performed depending on the desired heat flux in the cathode block that is, with the help of this molding, along with the choice of materials of the layers, and thereby the values of thermal conductivity, this heat flux can be purposefully controlled.
Посредством комбинации соответствующего изобретению бокового блока с вышеуказанными катодными блоками в электролизере, то есть когда в электролизере применяются как соответствующие изобретению боковые блоки, так и вышеописанные катодные блоки, термические условия в электролизере могут регулироваться еще более целенаправленно - нежели только одними соответствующими изобретению боковыми блоками. Благодаря этому оптимизируются технологические условия в электролизере, в результате чего улучшаются достижимые стабильность и экономичность процесса электролиза, и возрастает срок эксплуатации электролизера. При этом следует понимать, что каждый указанный вариант выполнения бокового блока может быть скомбинирован с каждым указанным вариантом выполнения катодных блоков.By combining the side block of the invention according to the invention with the above cathode blocks in the cell, that is, when both the side blocks of the invention and the cathode blocks described above are used in the cell, the thermal conditions in the cell can be controlled even more specifically - rather than just the side blocks corresponding to the invention. Due to this, the technological conditions in the electrolyzer are optimized, as a result of which the achievable stability and efficiency of the electrolysis process are improved, and the life of the electrolyzer is increased. It should be understood that each indicated embodiment of the side block can be combined with each indicated embodiment of the cathode blocks.
Далее настоящее изобретение будет описано на примере предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные Фигуры, на которых показано:The invention will now be described by way of example of preferred embodiments with reference to the accompanying Figures, in which:
Фиг. 1 - перспективное изображение в разрезе электролизера согласно одному варианту осуществления изобретения;FIG. 1 is a perspective sectional view of an electrolyzer according to one embodiment of the invention;
Фиг. 2 - перспективное изображение бокового блока согласно одному варианту осуществления изобретения;FIG. 2 is a perspective view of a side block according to one embodiment of the invention;
Фиг. 3 - перспективное изображение бокового блока согласно дополнительному варианту осуществления изобретения;FIG. 3 is a perspective view of a side block according to a further embodiment of the invention;
Фиг. 4 -перспективное изображение базового элемента, от которого могут быть отделены многочисленные боковые блоки согласно одному варианту осуществления изобретения;FIG. 4 is a perspective view of a base element from which multiple side blocks can be separated according to one embodiment of the invention;
Фиг. 5 - перспективное изображение дополнительного базового элемент, от которого могут быть отделены многочисленные боковые блоки согласно одному варианту осуществления изобретения.FIG. 5 is a perspective view of an additional base element from which multiple side blocks can be separated according to one embodiment of the invention.
Фиг. 6 - в разрезе различные варианты и осуществления композитного бокового блока;FIG. 6 is a sectional view of various embodiments and embodiments of a composite side block;
Фиг. 7 - перспективное изображение базового элемента, от которого могут быть отделены многочисленные композитные боковые блоки согласно одному варианту осуществления изобретения, а также один отделенный композитный боковой блок;FIG. 7 is a perspective view of a base element from which multiple composite side blocks can be separated according to one embodiment of the invention, as well as one separated composite side block;
Фиг. 8 - перспективное изображение дополнительного базового элемента, от которого могут быть отделены многочисленные композитные боковые блоки согласно одному варианту осуществления изобретения;FIG. 8 is a perspective view of an additional base element from which multiple composite side blocks can be separated according to one embodiment of the invention;
Фиг. 9 - в разрезе дополнительный базовый элемент, от которого могут быть отделены многочисленные композитные боковые блоки согласно одному варианту осуществления изобретения;FIG. 9 is a cross-sectional view of an additional base element from which multiple composite side blocks may be separated according to one embodiment of the invention;
Фиг. 10 - перспективное изображение катодного блока, иFIG. 10 is a perspective view of a cathode block, and
Фиг. 11 - катодный блок, имеющий различные формы слоев.FIG. 11 is a cathode block having various forms of layers.
На Фиг. 1 показано перспективное изображение в частичном разрезе электролизера для получения алюминия согласно одному варианту осуществления изобретения. Электролизер включает катод, который составлен из многочисленных, формирующих катодное днище катодных блоков 12. На верхней стороне катода располагается слой 14 жидкого алюминия и на нем слой 16 жидкого расплава, и поверх слоя 16 жидкого расплава слой, или корка 18, из застывшего расплава.In FIG. 1 shows a perspective view in partial section of an electrolyzer for producing aluminum according to one embodiment of the invention. The electrolyzer includes a cathode, which is composed of numerous cathode blocks forming the
Поверх слоя 16 расплава размещен анод, который состоит из многочисленных анодных блоков 20, погруженных в слой 16 расплава. Во время работы электролизера электрический ток подводится через анодные блоки 30 и пропускается через слой 16 расплава и слой 14 жидкого алюминия к катодным блокам 12. Ток отводится через катодные блоки 12 и через токопроводящие шины 22, вставленные в соответственные пазы на нижней стороне катодных блоков 12. В слое 16 расплава при этом происходит электролиз, который ведет к выделению из расплава элементарного алюминия, который собирается на верхней стороне катодного днища с образованием слоя 16 жидкого алюминия.Above the
Электролизер имеет служащую в качестве наружной обшивки стальную ванну 24, в донной области которой размещены друг над другом многочисленные пластины 26 из огнеупорного материала, которые термически изолируют вышележащие на них катодные блоки 12 от днища стальной ванны 24.The electrolyzer has a
Боковые стенки стальной ванны 24 футерованы многочисленными прямоугольными боковыми блоками 28. Боковые блоки 28 образуют боковую стенку внутренней ванны, в которой заключены слой 14 жидкого алюминия, слой 16 жидкого расплава и слой 18 затвердевшего расплава, и ее днище образовано катодным днищем, образованным катодными блоками 12. Образованные между катодным блоком 12 и боковым блоком 18 швы уплотнены набивной массой 30. Такая набивная масса также может быть предусмотрена для уплотнения швов между катодными блоками 12 и для уплотнения швов между боковыми блоками 28.The side walls of the
Как показано на Фиг. 1, боковые блоки 28 выполнены по существу прямоугольными и установлены вертикально в стальной ванне 24 так, что направление по высоте боковых блоков 28 параллельно вертикали. При этом ограничивающие внутренность ванны поверхности боковых блоков 28 образованы их опорными поверхностями 32, параллельными направлению по высоте и направлению по ширине боковых блоков 28, и боковые блоки 28 соединены между собой своими боковыми поверхностями 34, параллельными направлению по высоте и направлению по ширине. При этом боковые блоки 28, как показано на Фиг. 1, на различных участках их высоты находятся в контакте с различными компонентами и, соответственно, средами электролизера, а именно, с набивной массой 30, и при известных обстоятельствах, со слоем 14 жидкого алюминия, слоем 16 жидкого расплава и со слоем 18 затвердевшего расплава.As shown in FIG. 1, the side blocks 28 are substantially rectangular and mounted vertically in the
Во время работы электролизера в электролизере выделяются значительные количества тепловой энергии. Обычно приблизительно треть этой тепловой энергии воспринимается боковыми блоками 28 и отводится наружу. При этом основное направление теплового потока соответствует направлению по толщине боковых блоков 28. Приблизительно 15% тепловой энергии воспринимаются катодным днищем или, соответственно, брусьями.During the operation of the cell in the cell, significant amounts of thermal energy are released. Typically, approximately a third of this thermal energy is absorbed by the side blocks 28 and is diverted to the outside. In this case, the main direction of the heat flux corresponds to the direction along the thickness of the side blocks 28. Approximately 15% of the thermal energy is received by the cathode bottom or, accordingly, the bars.
Боковые блоки 28 показанного на Фиг. 1 электролизера в каждом случае имеют по меньшей мере один слой с более низкой теплопроводностью и один слой с более высокой теплопроводностью, причем разность между более низкой и более высокой теплопроводностью составляет по меньшей мере 5 Вт/м∙К. Благодаря этому поглощение и отведение тепла через сформированную боковыми блоками 28 боковую стенку регулируются таким образом, что в электролизере при его работе устанавливаются везде оптимальные термические условия, в результате чего улучшаются стабильность, надежность и производительность процесса электролиза, и возрастает срок эксплуатации электролизера.The side blocks 28 shown in FIG. 1 cell in each case have at least one layer with lower thermal conductivity and one layer with higher thermal conductivity, the difference between the lower and higher thermal conductivity being at least 5 W / m ∙ K. Due to this, the absorption and removal of heat through the side wall formed by the side blocks 28 is regulated in such a way that optimal thermal conditions are established everywhere in the cell during its operation, as a result of which the stability, reliability and productivity of the electrolysis process are improved, and the life of the cell increases.
На Фиг. 2 и 3 показаны в каждом случае боковой блок 28 согласно одному варианту осуществления изобретения, который, например, может быть применен в показанном на Фиг. 1 электролизере. Боковые блоки 28 в каждом случае имеют относительно небольшую толщину d, а также ширину b и высоту h, которая является большей, чем ширина b.In FIG. 2 and 3 show in each case a
Показанный на Фиг. 2 боковой блок 28 имеет два слоя 36, 38 прямоугольной формы, причем слой 36 имеет более низкую, и слой 38 более высокую теплопроводность. Слои 36, 38 соединены между собой своими параллельными направлению по высоте и направлению по ширине опорными поверхностями 40, 42, которые в каждом случае образуют контактные поверхности, соединены друг с другом, следуют друг за другом в направлении толщины бокового блока 28 и в каждом случае являются протяженными примерно на половину толщины d бокового блока 28. В результате этого тепловые потоки в направлении толщины и положения изотерм внутри боковых блоков 28 могут быть согласованы таким образом, что оптимизируются термические условия в электролизере во время работы.Shown in FIG. 2, the
Показанный на Фиг. 3 боковой блок 28 также имеет два слоя 36, 38 прямоугольной формы, причем слой 36 имеет более низкую, и слой 38 более высокую теплопроводность. Слои 36, 38 соединены между собой своими параллельными направлению по ширине и направлению по толщине боковыми поверхностями 44, 46, которые в каждом случае образуют контактные поверхности, соединены друг с другом, следуют друг за другом по направлению высоты бокового блока 28 и в каждом случае являются протяженными примерно на половину высоты h бокового блока 28. При этом относительно местоположения в электролизере верхняя половина высоты предпочтительно образована слоем 36 с более низкой теплопроводностью. В результате этого теплопроводность через боковой блок 28 может быть согласована с различными, находящимися в соответствующей области высот в контакте с боковым блоком 28 компонентами или, соответственно, средами электролизера и имеющимися там термическими условиями, благодаря чему оптимизируются доминирующие во время электролиза в электролизере термические условия. Таким образом, в вышеописанном случае имеет место то, что тепло отводится через хороший термический контакт между нижней половиной высоты, включающей слой 38 с более высокой теплопроводностью и катод, происходящий через набивную массу 30.Shown in FIG. 3, the
При иных термических параметрах в электролизере может быть целесообразным обратное расположение слоев в отношении их термической проводимости.For other thermal parameters in the electrolyzer, it may be appropriate to re-arrange the layers with respect to their thermal conductivity.
На Фиг. 4 показан базовый элемент 48, который был изготовлен в качестве полуфабриката соответствующего изобретению способа для изготовления бокового блока. Базовый элемент 48 выполнен с прямоугольной формой и состоит из прямоугольного слоя 36 с более низкой теплопроводностью и прямоугольного слоя 38 с более высокой теплопроводностью, которые соединены друг с другом своими опорными поверхностями. В процессе резки от базового элемента 48 могут быть отделены многочисленные пластины, образующие боковые блоки, которые имеют два слоя 36, 38 с различной теплопроводностью. Для этого базовый элемент 48, как обозначено пунктирными линиями на Фиг. 4, разрезается вдоль нескольких плоскостей разреза, которые проходят перпендикулярно граничной поверхности, расположенной между обоими слоями 36, 38.In FIG. 4 shows a
На Фиг. 5 показан дополнительный базовый элемент 48, который по существу соответствует показанному на Фиг. 4 базовому элементу. Правда, базовый элемент 48 включает два слоя 36 с более низкой теплопроводностью и размещенный между ними слой 38 с более высокой теплопроводностью, которые соединены между своими опорными поверхностями. Как показано на Фиг. 5, базовый элемент48 для изготовления боковых блоков разрезается не только пов нескольким плоскостям перпендикулярно граничным поверхностям между слоями 36, 38, но и дополнительно по срединной плоскости слоя 38, проходящей параллельно этим граничным поверхностям, таким образом, что полученные боковые блоки в каждом случае имеют два слоя 36, 38 с различной теплопроводностью. Этот способ изготовления имеет более высокую экономичность.In FIG. 5 shows an
На Фиг. 6 показаны в разрезе различные варианты выполнения соответствующего изобретению композитного бокового блока 29, который, например, может быть использован в показанном на Фиг. 1 электролизере.In FIG. 6 shows, in cross-section, various embodiments of the composite side block 29 according to the invention, which, for example, can be used in FIG. 1 electrolyzer.
Все приведенные на Фиг. 6 композитные боковые блоки имеют слой 36 прямоугольной формы и многоугольный слой 38, причем слой 36 имеет более низкую теплопроводность, и слой 38 имеет более высокую теплопроводность. Слои 36, 38 соединены между собой своими параллельными направлению по высоте и направлению по ширине опорными поверхностями 40, 42, которые в каждом случае образуют контактные поверхности, соединены друг с другом, следуют друг за другом по направлению толщины композитного бокового блока 29, и являются протяженными в каждом случае на 30% - 70%, предпочтительно 50%, толщины d композитного бокового блока 29. Опорные поверхности 40, 42 при этом могут иметь частичный или полный контакт между собой. С помощью таких разнообразных конструкций композитных боковых блоков, с одной стороны, тепловые потоки по направлению толщины и положения изотерм внутри композитного бокового блока 29 могут быть отрегулированы так, что оптимизируются термические условия в электролизере во время работы, с другой стороны, также можно с таким композитным боковым блоком 29 частично или полностью отказаться от набивной массы между этим композитным боковым блоком 29 и катодным блоком.All shown in FIG. 6, the composite side blocks have a
На Фиг. 6(а) слой 38 имеет трапециевидную форму, на Фиг. 6(b) слой 38 имеет треугольную форму, и на Фиг. 6(с) слой 38 имеет форму неправильного пятиугольника с закругленным углом. При этих вариантах выполнения опорные поверхности 40, 42 имеют полный контакт. Напротив, на Фиг. 6(d) и 6(е) опорные поверхности 40, 42 имеют только частичный контакт, причем на Фиг. 6(d) слой 38 представляет собой прямоугольник, имеющий один закругленный угол, и на Фиг. 6(е) слой 38 имеет форму неправильного пятиугольника с одним закругленным углом. In FIG. 6 (a), the
При иных термических параметрах в электролизере может быть целесообразным обратное расположение слоев в отношении их термической проводимости.For other thermal parameters in the electrolyzer, it may be appropriate to re-arrange the layers with respect to their thermal conductivity.
На Фиг. 7 показан базовый элемент 48, который был изготовлен в качестве полуфабриката соответствующего изобретению способа для изготовления композитного бокового блока 29. Этот базовый элемент 48 выполнен с прямоугольной формой и состоит из слоя 36 прямоугольной формы с более низкой теплопроводностью и слоя 38 прямоугольной формы с более высокой теплопроводностью, которые соединены между собой своими опорными поверхностями. Эти слои представляют собой горизонтальные слои. Слой 36 подвергается машинной обработке таким образом, что этот слой принимает желательную многоугольную форму по всей длине базового элемента 48. Затем, на следующем этапе, от этого базового элемента 48 отрезаются пластины с желательной шириной. Тем самым можно использовать возникающую при изготовлении базового элемента ориентацию зерен и обусловленные этим различные по горизонтальному и вертикальному направлениям свойства, например, такие как теплопроводность, и отрегулировать в боковом блоке, для чего при обработке базового элемента соответственно выбираются опорные поверхности.In FIG. 7 shows a
На Фиг. 8 показан базовый элемент48, который был изготовлен в качестве полуфабриката соответствующего изобретению способа для изготовления композитного бокового блока 29. Этот базовый элемент 48 выполнен с прямоугольной формой и состоит из двух слоев 36 прямоугольной формы с более низкой теплопроводностью и одного слоя 38 прямоугольной формы с более высокой теплопроводностью, которые соединены между собой своими опорными поверхностями. Эти слои представляют собой вертикальные слои, причем слои 36 представляют собой оба наружных слоя. Здесь от базового элемента 48 могут быть отрезаны многочисленные пластины, которые имеют два наружных слоя 36 и один внутренний слой 38 с различной теплопроводностью. На последующем этапе слой 38 прорезается так, что получаются два блока, из которых на дополнительном этапе слой 38 разрезается таким образом, чтобы получилась желательная многоугольная форма. В альтернативном варианте, сначала по продольному направлению производится разделение на две половины, вырабатывается многоугольник, и затем по обстоятельствам отрезаются пластины желательной длины.In FIG. 8 shows a
Здесь можно путем ориентации слоев при изготовлении соответствующего базового элемента - либо в горизонтальной, либо в вертикальной форме - воздействовать на различные свойства, например, такие как теплопроводность. Основанием тому является различная ориентация зерен во время процесса формования и обусловленная этим зависимость физических свойств от направления.Here, by orienting the layers in the manufacture of the corresponding base element, either in horizontal or vertical form, it is possible to influence various properties, for example, such as thermal conductivity. The reason for this is the different orientation of the grains during the molding process and the resulting dependence of the physical properties on the direction.
На Фиг. 9 показан также базовый элемент 48, который был изготовлен в качестве полуфабриката соответствующего изобретению способа для изготовления композитного бокового блока 29. Этот базовый элемент 48 выполнен прямоугольным, и состоит, как базовый элемент 48 на Фиг. 8, из двух слоев 36 прямоугольной формы с более низкой теплопроводностью и одного слоя 38 прямоугольной формы с более высокой теплопроводностью, которые соединены между собой своими опорными поверхностями. Эти слои представляют собой вертикальные слои, причем слои 36 представляют собой оба наружных слоя. Здесь также от базового элемента 48 могут быть отрезаны многочисленные пластины, которые имеют два наружных слоя 36 и один внутренний слой 38 с различной теплопроводностью. Затем на последующем этапе путем надлежащего разрезания из такого отдельного отрезанного фрагмента могут быть вырезаны два композитного бокового блока 29, имеющих одинаковую форму. Преимущество этого способа состоит в последовательности обработки, которая обеспечивает то, что почти не возникают потери материала.In FIG. 9 also shows a
На Фиг. 10 показан катодный блок 12, имеющий три слоя, причем оба наружных слоя состоят из одинакового материала А, и средний слой состоит из материала В. Отдельные слои здесь проходят по всей высоте катодного блока.In FIG. 10 shows a
На Фиг. 11 а) и b) показаны различные формы слоев в катодном блоке 12, причем в этих катодных блоках в каждом случае используются два материала, то есть материал А и материал В. При этом оба слоя из материала А занимают в каждом случае только часть высоты Н и длины L катодного блока.In FIG. 11 a) and b) shows the various forms of layers in the
Примеры выполнения:Examples of execution:
Пример 1 выполнения:Execution example 1:
Боковой блок изготавливается из смеси А, содержащей 58 весовых процентов (% по весу) электрически кальцинированного антрацита, 9% по весу синтетического графита, 17% по весу связующего пека, 8% по весу кремния, а также 8% по весу оксида алюминия, и смеси В, содержащей 77% по весу синтетического графита и 23% по весу связующего пека. Для этого виброформа для изготовления сырьевой заготовки заполняется обеими смесями так, чтобы в сырьевой заготовке два следующих друг за другом в направлении высоты изготавливаемого бокового блока слоя из смеси А и смеси В следовали друг за другом. При этом высота слоев в виброформе выбирается с учетом целевой объемной плотности, которая получается посредством следующего за заполнением уплотнения сырьевой заготовки, таким образом, что после уплотнения оба слоя в каждом случае занимают половину высоты сырьевой заготовки. После этого выполняется обжиг сырьевой заготовки в кольцевой печи при температуре 1200°С для изготовления базового элемента.The side block is made of a mixture A containing 58 weight percent (% by weight) of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon, and 8% by weight of alumina, and mixture B containing 77% by weight of synthetic graphite and 23% by weight of binder pitch. For this, the vibroform for the manufacture of the raw material preform is filled with both mixtures so that in the raw material preform, two layers following from each other in the direction of the height of the manufactured side block from mixture A and mixture B follow each other. In this case, the height of the layers in the vibration form is selected taking into account the target bulk density, which is obtained by following the filling of the raw material billet seal, so that after compaction both layers occupy half the height of the raw material billet in each case. After this, the raw material is fired in a ring furnace at a temperature of 1200 ° C for the manufacture of the base element.
После этого от подвергнутого обжигу и предварительной обработке базового элемента отрезаются пластины с толщиной 10 см, которые на последующем этапе дополнительно обрабатываются и, например, могут быть подвергнуты импрегнированию пеком. Примерный готовый боковой блок имеет ширину 475 мм, высоту 640 мм и толщину 100 мм, причем в отношении монтажной ситуации бокового блока в электролизере, в котором он размещен вертикально вдоль направления своей высоты, верхние 320 мм высоты бокового блока образованы материалом А, полученным из смеси А, и нижние 320 мм составлены материалом В, полученным из смеси В.After that, plates with a thickness of 10 cm are cut off from the calcined and pre-treated base element, which are further processed in the next step and, for example, can be impregnated with pitch. An exemplary finished side block has a width of 475 mm, a height of 640 mm and a thickness of 100 mm, and with respect to the mounting situation of the side block in the cell, in which it is placed vertically along the direction of its height, the upper 320 mm of the height of the side block is formed by material A obtained from the mixture A and the lower 320 mm are made up of material B obtained from mixture B.
При этом материал А имеет измеренную при комнатной температуре в одном направлении бокового блока теплопроводность около 8 Вт/м∙К, тогда как материал В в том же направлении бокового блока, в ориентации зерен материалов А и В, имеет теплопроводность около 45 Вт/м∙К.In this case, material A has a thermal conductivity measured at room temperature in one direction of the side block of about 8 W / m ∙ K, while material B in the same direction of the side block, in the grain orientation of materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / m ∙ TO.
Теплопроводность при комнатной температуре может быть измерена согласно стандарту ISO 12987, а именно, в определенном направлении, в случае нагружения давлением исходного материала во время изготовления бокового блока, например, перпендикулярно или параллельно направлению нагружения давлением, то есть, против или сообразно ориентации зерен.The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, namely, in a certain direction, in the case of pressure loading of the starting material during manufacture of the side block, for example, perpendicularly or parallel to the direction of loading by pressure, i.e., against or in accordance with the orientation of the grains.
Измеренная при температуре между 920°С до 1000°С теплопроводность составляет для материала А около 9 Вт/м∙К и для материала В около 37 Вт/м∙К. Измерение теплопроводности здесь может быть выполнено по ориентации зерен согласно стандарту DIN 51936 с использованием импульсного лазера.The thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / m ∙ K for material A and about 37 W / m ∙ K for material B. The thermal conductivity measurement here can be carried out according to the orientation of the grains according to DIN 51936 using a pulsed laser.
Пример 2 выполнения:Execution example 2:
Композитный боковой блок изготавливается из смеси А, содержащей 58% по весу электрически кальцинированного антрацита, 9% по весу синтетического графита, 17% по весу связующего пека, 8% по весу кремния, а также 8% по весу оксида алюминия, и смеси В, содержащей 65% по весу синтетического графита, 5% по весу оксида алюминия, 10% по весу кремниевого порошка и 20% по весу связующего пека. Для этого виброформа для изготовления сырьевой заготовки заполняется обеими смесями так, чтобы в сырьевой заготовке два следующих друг за другом в направлении высоты изготавливаемого композитного блока слоя из смеси А и смеси В следовали друг за другом. При этом высота слоев в виброформе выбирается с учетом целевой объемной плотности, которая получается посредством следующего за заполнением уплотнения сырьевой заготовки, таким образом, что после уплотнения оба слоя в каждом случае занимают половину высоты сырьевой заготовки. После этого выполняется обжиг сырьевой заготовки в кольцевой печи при температуре 1300°С для изготовления базового элемента.The composite side block is made from mixture A containing 58% by weight of electrically calcined anthracite, 9% by weight of synthetic graphite, 17% by weight of binder pitch, 8% by weight of silicon, and 8% by weight of alumina, and mixture B, containing 65% by weight of synthetic graphite, 5% by weight of alumina, 10% by weight of silicon powder and 20% by weight of binder pitch. For this, the vibroform for the manufacture of the raw material preform is filled with both mixtures so that in the raw material preform two layers following from each other in the direction of the height of the manufactured composite block from mixture A and mixture B follow each other. In this case, the height of the layers in the vibration form is selected taking into account the target bulk density, which is obtained by following the filling of the raw material billet seal, so that after compaction both layers occupy half the height of the raw material billet in each case. After that, the raw material is fired in an annular furnace at a temperature of 1300 ° C for the manufacture of the base element.
После этого слой, содержащий материал А, подвергается обработке так, что он по всей длине сырьевой заготовки принимает желательную многоугольную форму. Затем на последующем этапе от этого базового элемента отрезаются пластины с толщиной 50 см. Примерный готовый композитный боковой блок имеет ширину 500 мм, высоту 700 мм и толщину 250 мм.After that, the layer containing material A is processed so that it takes the desired polygonal shape along the entire length of the raw material preform. Then, at a subsequent stage, plates with a thickness of 50 cm are cut from this base element. An exemplary finished composite side block has a width of 500 mm, a height of 700 mm and a thickness of 250 mm.
При этом материал А имеет измеренную при комнатной температуре в одном направлении бокового блока теплопроводность около 8 Вт/м⋅К, тогда как материал В в том же направлении бокового блока, в ориентации зерен материалов А и В, имеет теплопроводность около 45 Вт/м⋅К. Теплопроводность при комнатной температуре может быть измерена согласно стандарту ISO 12987, а именно, в определенном направлении, в случае нагружения давлением исходного материала во время изготовления бокового блока, например, перпендикулярно или параллельно направлению нагружения давлением, то есть, против или сообразно ориентации зерен.In this case, material A has a thermal conductivity measured at room temperature in one direction of the side block of about 8 W / m⋅K, while material B in the same direction of the side block, in the grain orientation of materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W / m⋅ TO. The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, namely, in a certain direction, in the case of pressure loading of the starting material during manufacture of the side block, for example, perpendicularly or parallel to the direction of loading by pressure, i.e., against or in accordance with the orientation of the grains.
Измеренная при температуре между 920°С до 1000°С теплопроводность составляет для материала А около 9 Вт/м⋅К и для материала В около 37 Вт/м⋅К.The thermal conductivity measured at a temperature between 920 ° C to 1000 ° C is about 9 W / m⋅K for material A and about 37 W / m⋅K for material B.
Пример 3 выполнения:Execution Example 3:
Изготавливается катодный блок, как представленный на Фиг. 10, для чего виброформа, высота которой рассматривается как высота готового сырьевого формовочного изделия, сначала заполняется смесью А, затем смесью В, и затем опять смесью А.A cathode block is made as shown in FIG. 10, for which a vibroform, the height of which is considered as the height of the finished raw material molding product, is first filled with mixture A, then with mixture B, and then again with mixture A.
При этом смесь А имеет следующий состав:In this mixture A has the following composition:
- 57% по весу антрацита- 57% by weight of anthracite
- 24% по весу графита, и- 24% by weight of graphite, and
- 19% по весу связующего пека.- 19% by weight of binder pitch.
Кроме того, смесь В имеет следующий состав:In addition, the mixture has the following composition:
- 80% по весу графита, и- 80% by weight of graphite, and
- 20% по весу связующего пека.- 20% by weight of binder pitch.
Высота слоев в виброформе при этом выбирается с учетом целевой объемной плотности, которая получается посредством следующего за заполнением уплотнения сырьевой заготовки, таким образом, что после уплотнения оба слоя в каждом случае занимают половину высоты сырьевой заготовки. После этого выполняется обжиг сырьевой заготовки в кольцевой печи при температуре 1200°С для изготовления базового элемента. При этом материал А имеет измеренную при комнатной температуре в одном направлени катодного блока теплопроводность около 15 Вт/м⋅К, тогда как материал В в том же направлении катодного блока, в ориентации зерен материалов А и В, имеет теплопроводность около 40 Вт/м⋅К. Теплопроводность при комнатной температуре может быть измерена согласно стандарту ISO 12987, а именно, в определенном направлении, в случае нагружения давлением исходного материала во время изготовления катодного блока, например, перпендикулярно или параллельно направлению нагружения давлением, то есть, против или сообразно ориентации зерен.The height of the layers in the vibration form is selected taking into account the target bulk density, which is obtained by following the filling of the raw material seal, so that after compaction both layers occupy half the height of the raw material in each case. After this, the raw material is fired in a ring furnace at a temperature of 1200 ° C for the manufacture of the base element. In this case, material A has a thermal conductivity measured at room temperature in one direction of the cathode block of about 15 W / mK, while material B in the same direction of the cathode block, in the grain orientation of materials A and B, has a thermal conductivity of about 40 W / m⋅ TO. The thermal conductivity at room temperature can be measured according to ISO 12987, namely, in a certain direction, in the case of pressure loading of the starting material during the manufacture of the cathode block, for example, perpendicularly or parallel to the direction of pressure loading, i.e., against or in accordance with the orientation of the grains.
Изготовленный таким образом катодный блок может иметь ширину 420 мм, высоту 400 мм и длину 3100 мм, и может быть использован для изготовления катодного днища, имеющего, например, 24 катодных блока. Такие катодные блоки совместно с соответствующими изобретению боковыми блоками могут быть применены в электролизере.The cathode block thus manufactured can have a width of 420 mm, a height of 400 mm and a length of 3100 mm, and can be used to make a cathode bottom having, for example, 24 cathode blocks. Such cathode blocks together with the side blocks of the invention can be used in an electrolytic cell.
Список условных обозначенийLegend List
12 Катодный блок12 Cathode block
14 Слой жидкого алюминия14 Layer of liquid aluminum
16 Слой жидкого расплава16 layer of liquid melt
18 Слой затвердевшего расплава18 hardened melt layer
20 Анодный блок20 Anode block
22 Токопроводящая шина22 Busbar
24 Стальная ванна24 Steel bath
26 Огнеупорная пластина26 fireproof plate
28 Боковой блок28 Side block
29 Композитный боковой блок29 Composite side block
30 Набивная масса30 Stuffed mass
32 опорная поверхность32 abutment surface
34 Боковая поверхность34 side surface
36 Слой с более низкой теплопроводностью36 Layer with lower thermal conductivity
38 Слой с более высокой теплопроводностью38 Layer with higher thermal conductivity
40, 42 опорная поверхность40, 42 bearing surface
44, 46 Боковая поверхность44, 46 Side surface
48 Базовый элемент 48 Base element
b Ширинаb Width
h Высотаh Height
d Толщинаd Thickness
H Высота катодного блокаH Cathode block height
L Длина катодного блокаL The length of the cathode block
Claims (45)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012223051.3 | 2012-12-13 | ||
DE102012223051 | 2012-12-13 | ||
DE102013214322.2A DE102013214322A1 (en) | 2013-07-22 | 2013-07-22 | Side brick for a wall in an electrolytic cell |
DE102013214322.2 | 2013-07-22 | ||
PCT/EP2013/076624 WO2014091023A1 (en) | 2012-12-13 | 2013-12-13 | Side-wall block for a wall in an electrolytic cell for reducing aluminum |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015127998A RU2015127998A (en) | 2017-01-16 |
RU2668615C2 true RU2668615C2 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=49779893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127998A RU2668615C2 (en) | 2012-12-13 | 2013-12-13 | Side bock for electrolytic cell wall for reducing aluminum |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2931945A1 (en) |
JP (1) | JP6457397B2 (en) |
CN (1) | CN104854264B (en) |
CA (1) | CA2893476C (en) |
RU (1) | RU2668615C2 (en) |
UA (1) | UA118098C2 (en) |
WO (1) | WO2014091023A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU226379U1 (en) * | 2024-02-21 | 2024-05-31 | Владислав Владимирович Фурсенко | Gas-electric electrolysis bath for producing aluminum from alumina |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3023301B1 (en) * | 2014-07-04 | 2016-07-01 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | ELECTROLYSIS TANK |
CN108048874A (en) * | 2017-12-29 | 2018-05-18 | 山西晋阳碳素有限公司 | Silicon nitride bonded silicon carbon block clad aluminum side wall carbon block |
FR3129157A1 (en) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | Rio Tinto Alcan International Limited | INTERNAL LINER SYSTEM FOR ELECTROLYSIS TANK |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2103657A (en) * | 1981-07-18 | 1983-02-23 | British Aluminium Co Ltd | Electrolytic cell for the production of aluminium |
US4544641A (en) * | 1982-12-08 | 1985-10-01 | Societe Des Electrodes Et Refractaires Savoie (Sers) | Refractory products formed by grains bound by carbon residues and metal silicon in powder form and process for the production thereof |
US4605481A (en) * | 1984-06-13 | 1986-08-12 | Aluminium Pechiney | Modular cathodic block and cathode having a low voltage drop for Hall-Heroult electrolysis tanks |
RU2232211C2 (en) * | 1998-11-17 | 2004-07-10 | Алкан Интернешнел Лимитед | Carbon composite materials capable of wetting, erosion \ oxidation resistant |
WO2006087466A1 (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Composite sintered refractory block for a reduction cell for aluminium, and method for producing one such block |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS608313B2 (en) * | 1979-12-08 | 1985-03-01 | 株式会社日軽技研 | How to keep an aluminum electrolytic tank warm |
JPS58161789A (en) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | Cathode furnace bottom for aluminum electrolyzing furnace |
EP0095854B1 (en) * | 1982-05-28 | 1987-08-19 | Alcan International Limited | Improvements in electrolytic reduction cells for aluminium production |
DE3327230A1 (en) * | 1983-07-28 | 1985-02-07 | Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen | LINING FOR ELECTROLYSIS PAN FOR PRODUCING ALUMINUM |
CH658674A5 (en) | 1984-03-02 | 1986-11-28 | Alusuisse | CATHODE TUB FOR AN ALUMINUM ELECTROLYSIS CELL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE COMPOSITE BODIES THEREOF THE SIDE WALL. |
JPS63143279A (en) * | 1986-12-04 | 1988-06-15 | Nippon Light Metal Co Ltd | Method and device for producing magnesium by fused-salt electrolysis |
US5560809A (en) * | 1995-05-26 | 1996-10-01 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Improved lining for aluminum production furnace |
JPH09143781A (en) * | 1995-11-28 | 1997-06-03 | Nippon Light Metal Co Ltd | Three-layered type electrolytic refining furnace for production of high-purity aluminum |
JP3385831B2 (en) * | 1995-12-06 | 2003-03-10 | 住友金属工業株式会社 | Estimation method of hearth erosion line and hearth structure |
EP1233083A1 (en) * | 2001-02-14 | 2002-08-21 | Alcan Technology & Management AG | Carbon bottom of electrolysis cell used in the production of aluminum |
JP2003095758A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Kobe Steel Ltd | Monolithic refractory material and method of using structure constructed with this monolithic refractory material |
NO20024048D0 (en) * | 2002-08-23 | 2002-08-23 | Norsk Hydro As | Method of operation of an electrolytic cell and means for the same |
NO318012B1 (en) * | 2003-03-17 | 2005-01-17 | Norsk Hydro As | Structural elements for use in an electrolytic cell |
UA97819C2 (en) * | 2006-11-01 | 2012-03-26 | Рио Тинто Алкан Интернешнл Лимитед | Metal boride precursor mixture, process for its preparation and carbon composite material, containing it |
JP5554117B2 (en) * | 2010-03-30 | 2014-07-23 | 日本電極株式会社 | Cathode carbon block for aluminum refining and method for producing the same |
-
2013
- 2013-12-13 WO PCT/EP2013/076624 patent/WO2014091023A1/en active Application Filing
- 2013-12-13 UA UAA201506891A patent/UA118098C2/en unknown
- 2013-12-13 EP EP13807987.6A patent/EP2931945A1/en active Pending
- 2013-12-13 RU RU2015127998A patent/RU2668615C2/en active
- 2013-12-13 CA CA2893476A patent/CA2893476C/en active Active
- 2013-12-13 CN CN201380065564.7A patent/CN104854264B/en active Active
- 2013-12-13 JP JP2015547058A patent/JP6457397B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2103657A (en) * | 1981-07-18 | 1983-02-23 | British Aluminium Co Ltd | Electrolytic cell for the production of aluminium |
US4544641A (en) * | 1982-12-08 | 1985-10-01 | Societe Des Electrodes Et Refractaires Savoie (Sers) | Refractory products formed by grains bound by carbon residues and metal silicon in powder form and process for the production thereof |
US4605481A (en) * | 1984-06-13 | 1986-08-12 | Aluminium Pechiney | Modular cathodic block and cathode having a low voltage drop for Hall-Heroult electrolysis tanks |
RU2232211C2 (en) * | 1998-11-17 | 2004-07-10 | Алкан Интернешнел Лимитед | Carbon composite materials capable of wetting, erosion \ oxidation resistant |
WO2006087466A1 (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Composite sintered refractory block for a reduction cell for aluminium, and method for producing one such block |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU226379U1 (en) * | 2024-02-21 | 2024-05-31 | Владислав Владимирович Фурсенко | Gas-electric electrolysis bath for producing aluminum from alumina |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA118098C2 (en) | 2018-11-26 |
CA2893476A1 (en) | 2014-06-19 |
CN104854264B (en) | 2018-07-31 |
WO2014091023A1 (en) | 2014-06-19 |
RU2015127998A (en) | 2017-01-16 |
CN104854264A (en) | 2015-08-19 |
CA2893476C (en) | 2018-01-16 |
JP6457397B2 (en) | 2019-01-23 |
EP2931945A1 (en) | 2015-10-21 |
JP2016505714A (en) | 2016-02-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101709486B (en) | Aluminium electrolysis bath | |
NO321328B1 (en) | Cathode bottom, cathode block and cell with horizontally drained cathode surface with countersunk grooves, for aluminum electrical recovery, and use of the cell. | |
US5071533A (en) | Cathode current collector for aluminum cells | |
RU2668615C2 (en) | Side bock for electrolytic cell wall for reducing aluminum | |
CN102449202B (en) | The application in the electrolysis bath producing aluminum of cathode bottom, the production method of cathode bottom and this cathode bottom | |
US4619750A (en) | Cathode pot for an aluminum electrolytic cell | |
JP5963779B2 (en) | Graphitized cathode block with wear-resistant surface | |
CA2805866C (en) | Cathode block for an aluminium electrolysis cell and a process for the production thereof | |
US3256173A (en) | Electrolytic furnace with lined cathode pots for the production of aluminum | |
JP2016505714A5 (en) | ||
RU2495964C2 (en) | Multilayer cathode unit | |
CA2826597A1 (en) | Surface-profiled graphite cathode block having an abrasion-resistant surface | |
AU2007245620B2 (en) | Electrolysis pot for obtaining aluminium | |
CA2805729C (en) | Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell and a cathode block | |
US8097144B2 (en) | Aluminium electrowinning cell with enhanced crust | |
CN104126032A (en) | Method for producing cathode block for aluminum electrolytic cell | |
RU2557177C2 (en) | Graphitised shaped cathode device for aluminium production and its graphitised slowing-down cathode unit | |
CA2826604C (en) | Cathode block having a top layer containing hard material | |
CA2826860A1 (en) | Surface-profiled cathode block containing hard material | |
CN111996552A (en) | Aluminum cell cathode bottom heat-insulating layer structure and construction method | |
DE102013214322A1 (en) | Side brick for a wall in an electrolytic cell | |
Bazhin et al. | Contemporary aluminum electrolyzer refractory materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191205 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |