RU2671023C1 - Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера - Google Patents

Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера Download PDF

Info

Publication number
RU2671023C1
RU2671023C1 RU2017131648A RU2017131648A RU2671023C1 RU 2671023 C1 RU2671023 C1 RU 2671023C1 RU 2017131648 A RU2017131648 A RU 2017131648A RU 2017131648 A RU2017131648 A RU 2017131648A RU 2671023 C1 RU2671023 C1 RU 2671023C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
anode mass
mixing
coke charge
coke
Prior art date
Application number
RU2017131648A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Андреевич Храменко
Семен Андреевич Зыков
Виктор Юрьевич Бузунов
Валерий Михайлович Половников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority to RU2017131648A priority Critical patent/RU2671023C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2671023C1 publication Critical patent/RU2671023C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12Anodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера. Способ включает смешение коксовой шихты с пеком-связующим с получением анодной массы и определение качества смешения анодной массы. Перед смешением коксовой шихты с пеком-связующим отбирают пробы коксовой шихты, а после смешения – пробы полученной анодной массы. Пробы дробят и рассеивают с выделением фракций размером -2,0+1,0 мм. Для полученных фракций коксовой шихты и анодной массы определяют значения виброобъемной плотности и значения кажущейся плотности с использованием гелия в качестве заполняющей среды. По полученным значениям рассчитывают пористость фракций коксовой шихты и анодной массы. Качество смешения анодной массы определяют по степени пропитки коксовой шихты пеком-связующим. Обеспечивается повышение качества анодной массы. 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электродному производству, в частности к производству анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера.
Уровень техники
Пропитка пористости различными импрегнатами широко применяется в углеграфитовой и электродной промышленности для повышения качества графитированной продукции.
Известен способ получения графитированных изделий (патент RU 2377178, С01В 31/04, С04В 35/52, С25В 11/14, опубл. 27.12.2009 г.), который включает нагрев обожженных углеродных заготовок, их вакуумирование и пропитку углеродсодержащим импрегнатом под давлением с последующим обжигом и графитизацией.
В способе качество пропитки углеродных заготовок оценивается косвенно после графитизации по показателям качества графитированных изделий и не может использоваться для технологического контроля.
В производстве углерод-углеродных композиционных материалов используют способ определения степени пропитки жгутов углеродного волокна пеками и установку для его осуществления (патент RU 2538687, G01N 33/44, опубл. 10.01.2015 г.). Жгут углеродного волокна помещают в стеклянную трубку так, чтобы конец выступал из стеклянной трубки, а углеродные волокна в жгуте были ориентированы по оси стеклянной трубки, при этом толщину жгута выбирают таким образом, чтобы он плотно держался в стеклянной трубке. Выступающий конец жгута углеродного волокна приводят в соприкосновение с расплавленным пеком и выдерживают в таком положении, затем жгут углеродного волокна извлекают из трубки и определяют высоту пропитки жгута углеродного волокна пеком.
Указанный метод используется в лабораторных условиях для исследования композиционных материалов и непригоден для контроля процесса смешения анодной массы, поскольку в этом методе процесс смешения отсутствует.
Известен способ определения коэффициента пропитки обмоток электрических машин (патент RU 2560714, Н02К 15/12, опубл. 20.08.2015 г.), позволяющий производить контроль качества пропитки обмоток электрических машин по величине измеренной емкости обмотки относительно магнитного сердечника до пропитки (Сдп) и емкости после пропитки (Спп) электроизоляционными материалами, о качестве пропитки судят по коэффициенту пропитки Кпр=Сппдп.
Данный способ дает количественную оценку пропитки электротехническим методом, но не может быть применен в технологии анодной массы.
Известен способ определения объема пор методом интрузии ртути (ASTM D4404 - 10 «Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry»). Метод ртутной порометрии основан на том, что не смачивающая твердое тело ртуть проникает в поры лишь при воздействии внешнего давления. Объем ртути, заполняющей поры, является функцией внешнего давления, что и позволяет получить информацию об общем объеме пор, кажущейся плотности, пористости в процентах и распределении пор по размерам. Использование данного метода для контроля степени пропитки в производстве анодной массы заключается в отборе и подготовке пробы коксовой шихты до смешения и анодной массы после смешения, в определении объема пор кокса и объема пор анодной массы методом интрузии ртути, а степень пропитки рассчитывается по формуле
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- объем пор кокса, см3/г;
Figure 00000003
- объем пор массы, см3/г.
Недостатком метода является большая трудоемкость, необходимость наличия специальной техники (ртутного порозиметра) и опасные условия труда, связанные с использованием ртути под высоким давлением.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства анодной массы для самообжигающегося анода, например, алюминиевого электролизера (патент RU 2243296, С25С 3/12, опубл. 27.12.2004 г.), включающий приготовление компонентов пекококсовой композиции, формирование проб для технологического исследования, определение и оценку качества проб и регулирование процесса производства анодной массы путем изменения количественного соотношения компонентов в композиции и/или степени измельчения кокса по результатам оценки. Для исследования формируют серию проб связующей матрицы, связующую матрицу готовят из пыли с заданной степенью измельчения, изменяющейся с шагом не более 5%, и содержанием пыли в пределах 30-60% с постоянным содержанием связующего. Для связующей матрицы с лучшими показателями качества определяют индекс структуры связующей матрицы, равный отношению адсорбционной поверхности пылевой фракции к содержанию связующего в связующей матрице, в соответствии с которым регулируют процесс производства анодной массы.
Недостатком метода по прототипу является то, что для определения оптимальных технологических параметров процесса производства анодной массы необходимо проводить предварительное опробование серии проб связующей матрицы, состоящей из пека и пылевой фракции с заданной степенью измельчения, таким образом, из процесса регулирования исключается пористость зерновых фракций коксового наполнителя, пропитка которой обеспечивает необходимые эксплуатационные свойства анодной массы. Кроме этого предварительное опробование серии проб связующей матрицы с содержанием пылевой фракции в пределах 30-60% с шагом не более 5% (от 6-ти до 12-ти проб), достаточно продолжительно по времени и приводит к значительному запаздыванию полученных результатов, а значит, не позволит оперативно и эффективно внести изменения в технологический процесс.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является оперативный контроль процесса производства анодной массы по степени пропитки коксовой шихты каменноугольным пеком в процессе смешения анодной массы, в частности для алюминиевого электролизера.
Техническим результатом способа является:
- обеспечение оперативного контроля процесса смешения анодной массы;
- оптимизация условий смешения для улучшения пропитки коксовой шихты и снижение удельного расхода анодной массы в производстве алюминия;
- повышение эффективности работы технологического оборудования цехов по производству анодной массы.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающем смешение коксовой шихты с пеком-связующим с получением анодной массы и определение качества смешения анодной массы, новым является то, что перед смешением коксовой шихты с пеком-связующим отбирают пробы коксовой шихты, а после смешения - пробы полученной анодной массы, полученные пробы дробят и рассеивают с выделением фракций размером -2,0+1,0 мм, для полученных фракций коксовой шихты и анодной массы определяют значения виброобъемной плотности и значения кажущейся плотности с использованием гелия в качестве заполняющей среды, по полученным значениям рассчитывают пористость фракций коксовой шихты и анодной массы по следующим формулам:
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006
- пористость фракции коксовой шихты, %;
Figure 00000007
- пористость фракции анодной массы, %;
Figure 00000008
- виброобъемная плотность фракции коксовой шихты, г/см3;
Figure 00000009
- виброобъемная плотность фракции анодной массы, г/см3;
Figure 00000010
- кажущаяся плотность фракции коксовой шихты, г/см3;
Figure 00000011
- кажущаяся плотность фракции анодной массы, г/см3;
при этом качество смешения анодной массы определяют по степени пропитки коксовой шихты пеком-связующим, которую определяют по следующей формуле:
Figure 00000012
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан график оценки стабильности работы смесителя по степени пропитки; на фиг. 2 - показано влияние температуры смешения на степень пропитки коксовой шихты.
Осуществление изобретения.
Анодная масса на основе углеродсодержащего сырья относится к грубодисперсным системам, свойства которой определяются процессами взаимодействия пека-связующего при смешивании его с коксовой шихтой определенного состава.
Основными задачами процесса смешения являются равномерное распределение компонентов коксо-пековой композиции (КПК) в объеме анодной массы, эффективное смачивание поверхности коксовой шихты, максимальная пропитка пеком-связующим пористости кокса и обеспечение необходимой пластичности анодной массы для формирования качественного анода. От эффективности смешения зависит пластичность и седиментационная устойчивость анодной массы в диапазоне температур от 100 до 300°С, в зоне расплавленной КПК самообжигающегося анода Содерберга. Пластичность анодной массы определяется вязкостью пека-связующего и его количеством в межчастичном пространстве коксовой шихты. Этого количества должно быть достаточно для сохранения пластичности анодной массы как можно дольше, в зоне расплавленной КПК анода Содерберга. С повышением температуры смачивающие свойства пека-связующего по отношению к коксу улучшаются, а вязкость снижается. При температурах выше температуры смешения (около 200°С) в зоне КПК происходит дополнительная пропитка пористости кокса за счет связующего, находящегося в межчастичном пространстве коксовой шихты. При недостатке связующего пластичность анодной массы уменьшается, что препятствует самоуплотнению анода, заполнению полостей и эвакуации газов коксования. Поэтому степень пропитки пористости коксовой шихты пеком-связующим является основной характеристикой эффективности смешения анодной массы.
Пропитка пористости коксовой шихты зависит от многих факторов, основными из которых являются: происхождение коксов и пеков, их взаимодействие между собой, поверхностное натяжение, угол смачивания, температура смешения, время смешения, конструкция смесителя, износ оборудования. Задача повышения эффективности смешения является многофакторной и для принятия решения необходим оперативный и воспроизводимый метод оценки степени пропитки коксовой шихты пеком-связующим.
К таким методам относятся: объемно-массовое определение насыпной плотности сыпучих материалов и методы определения кажущейся плотности пористых материалов с использованием нетоксичных заполняющих жидкостей и газов. Комбинация этих методов позволяет перейти от определения степени пропитки коксовой шихты по измеренному объему пор коксовой шихты до смешения и после смешения анодной массы к величине пористости определенной фракции коксовой шихты до и после смешения анодной массы.
Предлагаемое техническое решение существенно отличается от прототипа тем, что:
- в отличие от прототипа, в заявляемом техническом решении для регулирования процесса производства анодной массы предлагается перейти от предварительного опробования проб связующей матрицы вне процесса производства к прямому определению качества смешения анодной массы по степени пропитки коксовой шихты пеком-связующим;
- для определения степени пропитки используются значения насыпной и кажущейся плотности коксовой шихты до и после смешения анодной массы.
Таким образом, вышеприведенный сравнительный анализ прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволяет выявить новую совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Предлагаемое техническое решение также отвечает критериям изобретения - изобретательский уровень и промышленная применимость.
Предлагаемый способ реализуется в производстве анодной массы следующим образом. На линии производства анодной массы в течение определенного времени отбирают средневзвешенную представительную пробу коксовой шихты, затем с задержкой, соответствующей времени прохода шихты через смеситель, отбирают представительную пробу анодной массы.
Отобранные пробы коксовой шихты и анодной массы дроблением и рассевом выделяют фракции размером -2,0+1,0 мм коксовой шихты и анодной массы. На полученных фракциях коксовой шихты и анодной массы определяют значения виброобъемной плотности (ВОП) согласно ГОСТ Р ИСО 10236-2016 и значения кажущейся плотности с использованием гелия согласно ГОСТ Р ИСО 21687-2014. По полученным результатам рассчитывают пористость фракции коксовой шихты и фракции анодной массы и вычисляют степень пропитки коксовой шихты пеком-связующим по формуле (2).
Применение предлагаемого способа в производстве анодной массы поясняется примерами.
Пример 1. Определение эффективности работы смесителей в производстве анодной массы на алюминиевом заводе по степени пропитки коксовой шихты. На пяти производственных линиях в цехе производства анодной массы на алюминиевом заводе проводилась оценка эффективности работы смесителей с целью определения сроков текущего ремонта. Данные приведены в таблице. Из таблицы видно, что степень пропитки коксовой шихты по смесителям варьирует от 16,3 до 18,9%. Полученные данные позволили установить очередность остановки смесителей для текущего ремонта.
Figure 00000013
Пример 2. Оценка стабильности работы смесителя по степени пропитки. В производстве анодной массы для анода Содерберга решалась задача оптимизации параметров смешения коксовой шихты с каменноугольным пеком в качестве связующего. На первом этапе провели оценку стабильности работы смесителя. С этой целью на производственной линии отобрали пробы коксовой шихты и анодной массы. Пробы коксовой шихты и анодной массы подвергают дроблению и рассеву до фракции -2,0+1,0 мм.
На подготовленных фракциях определили значения виброобъемной плотности на виброустановке RDC 153 фирмы R&D Carbon и кажущейся плотности с использованием гелия на гелиевом пикнометре AccuPyc 1340. Результаты показаны на фиг. 1.
На фиг. 1 видно, что анодная масса на выходе из смесителя неоднородна по степени пропитки. Предположительно это связано с циклическим режимом работы дозатора каменноугольного пека: загрузка - дозирование. При загрузке весового дозатора дозирование приостанавливается. Образуется недостаток пека в смесителе и пропитка ухудшается.
Пример 3. Из факторов, которые могут легко варьироваться в технологических условиях, способствующих более глубокому проникновению каменноугольного пека в поры кокса, можно отметить температуру. На фиг. 2 показано влияние температуры смешения на степень пропитки коксовой шихты. С повышением температуры смешения степень пропитки анодной массы увеличивается. Это связано с изменением термодинамических характеристик каменноугольного пека. Известно, что с повышением температуры снижаются вязкость, поверхностное натяжение и краевой угол смачивания кокса каменноугольным пеком, что улучшает условия пропитки.

Claims (11)

  1. Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий смешение коксовой шихты с пеком-связующим с получением анодной массы и определение качества смешения анодной массы, отличающийся тем, что перед смешением коксовой шихты с пеком-связующим отбирают пробы коксовой шихты, а после смешения - пробы полученной анодной массы, полученные пробы дробят и рассеивают с выделением фракций размером -2,0+1,0 мм, для полученных фракций коксовой шихты и анодной массы определяют значения виброобъемной плотности и значения кажущейся плотности с использованием гелия в качестве заполняющей среды, по полученным значениям рассчитывают пористость фракций коксовой шихты и анодной массы по следующим формулам:
  2. Figure 00000014
  3. Figure 00000015
  4. Figure 00000016
    - пористость фракции коксовой шихты, %;
  5. Figure 00000017
    - пористость фракции анодной массы, %;
  6. Figure 00000018
    - виброобъемная плотность фракции коксовой шихты, г/см3;
  7. Figure 00000019
    - виброобъемная плотность фракции анодной массы, г/см3;
  8. Figure 00000020
    - кажущаяся плотность фракции коксовой шихты, г/см3;
  9. Figure 00000021
    - кажущаяся плотность фракции анодной массы, г/см3;
  10. при этом качество смешения анодной массы определяют по степени пропитки коксовой шихты пеком-связующим, которую определяют по следующей формуле:
  11. Figure 00000022
    .
RU2017131648A 2017-09-08 2017-09-08 Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера RU2671023C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131648A RU2671023C1 (ru) 2017-09-08 2017-09-08 Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131648A RU2671023C1 (ru) 2017-09-08 2017-09-08 Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671023C1 true RU2671023C1 (ru) 2018-10-29

Family

ID=64103153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131648A RU2671023C1 (ru) 2017-09-08 2017-09-08 Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671023C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109778236A (zh) * 2019-03-07 2019-05-21 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种电解铝用预焙阳极

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2653878A (en) * 1948-11-20 1953-09-29 Elektrokemisk As Process for the production of electrodes
SU1279958A1 (ru) * 1984-12-10 1986-12-30 Всесоюзный Ордена Октябрьской Революции Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности Способ изготовлени углеродистого анода дл электролитического получени алюмини
RU2243296C1 (ru) * 2003-03-26 2004-12-27 Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода, например, алюминиевого электролизера
RU2347013C2 (ru) * 2007-03-26 2009-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (ФГОУ ВПО СФУ) Способ получения углеродных электродов
RU2464360C1 (ru) * 2011-04-07 2012-10-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Способ производства анодной массы
RU2521178C1 (ru) * 2013-02-13 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ подготовки анодной массы для формирования сырых анодов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2653878A (en) * 1948-11-20 1953-09-29 Elektrokemisk As Process for the production of electrodes
SU1279958A1 (ru) * 1984-12-10 1986-12-30 Всесоюзный Ордена Октябрьской Революции Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности Способ изготовлени углеродистого анода дл электролитического получени алюмини
RU2243296C1 (ru) * 2003-03-26 2004-12-27 Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода, например, алюминиевого электролизера
RU2347013C2 (ru) * 2007-03-26 2009-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (ФГОУ ВПО СФУ) Способ получения углеродных электродов
RU2464360C1 (ru) * 2011-04-07 2012-10-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Способ производства анодной массы
RU2521178C1 (ru) * 2013-02-13 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ подготовки анодной массы для формирования сырых анодов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109778236A (zh) * 2019-03-07 2019-05-21 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种电解铝用预焙阳极

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101561748B1 (ko) 코크스의 제조 방법
RU2559471C2 (ru) Способ подготовки угля для получения кокса
JP6056157B2 (ja) コークス用配合炭組成決定方法及びコークス製造方法
RU2671023C1 (ru) Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода алюминиевого электролизера
Nyathi et al. Influence of coke particle size on pore structural determination by optical microscopy
Azari et al. Effects of physical properties of anode raw materials on the paste compaction behavior
JP5062378B1 (ja) コークスの製造方法
Prokof’ev Methods of measuring the rheological properties of compounds for extrusion
Mollaabbasi et al. Rheological characterization of pitch and binder matrix with different concentrations of fine particles
RU2243296C1 (ru) Способ производства анодной массы для самообжигающегося анода, например, алюминиевого электролизера
Sadler et al. A porosimetric study of sub-surface carboxy oxidation in anodes
Jahrsengene et al. Reactivity of coke in relation to sulfur level and microstructure
Chen et al. Dependence of CO 2 Reactivity of Carbon Anodes on Pore Structure
Karchakova et al. Determining the filler activity in the sintering of pitch composites
Dell et al. Wettability of petroleum cokes by pitch
Bowitz et al. New methods for testing raw materials for anode carbon paste
Zhang et al. Research and application of a high-performance fluorocarbon plate prepared via modified a high temperature mould pressing method
RU2538687C2 (ru) Способ определения степени пропитки жгутов углеродного волокна пеками и установка для его осуществления
Jun et al. Ambient electrical conductivity of carbon cathode materials for aluminum reduction cells
CN113504149B (zh) 微米级颗粒堆积密实度测试装置及其测试方法
Ishanovich et al. On porosity parameters of ceramic bricks made of low-grade raw material using burn-out additives of agricultural production
CN117026304A (zh) 一种铝电解槽整体筑炉用阴极冷捣糊的试验方法
CN107480463B (zh) 水泥混凝土结构内部气泡离析程度的计算方法
SU1728754A1 (ru) Способ определени температуры разм гчени каменноугольного пека
Sommerseth et al. Electrochemical Behaviour of Carbon Anodes Produced with Different Mixing Temperatures and Baking Levels—A Laboratory Study