SU1705414A1 - Анодное устройство электролизера дл электролитического рафинировани алюмини - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цветной ме- таллургии, конкретно к получению алюмини  электролитическим рафинированием, и касаетс  конструкции электролизеров дл  рафинировани  алюмини  по трехслойному способу. Цель изобретени  - сокращение потерь меди, повышение качества алюмини  высокой чистоты, уменьшение расхода электроэнергии, увеличение срока службы бортовой футеровки и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера. Анодное устройство включает дополнительный слой толщиной 0,35-0,46 толщины теплоизол ционной футеровки, выполненный из двух частей по высоте и расположенный между теплоизол ционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровн  подины от верхнего уровн  бортовой футеровки, причем верхн   часть дополнительного сло  высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижн   высотой 0,15-0,25 глубины шахты из магнезита , а облицовочный слой толщиной 0.9- 1.4 толщины теплоизол ционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича. 1 табл., 1 ил, ел с

Description

Изобретение относитс  к цветной металлургии , а именно к получению алюмини  электролитическим рафинированием, и касаетс  конструкции электролизеров дл  рафинировани  алюмини  по трехслойному способу.

Целью изобретени   вл етс  сокращение потерь меди, повышение качества алюмини  высокой чистоты и уменьшение расхода электроэнергии за счет улучшени  технологического режима процесса электролитического рафинировани , увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышени  термостойкости облицовочного сло  и снижение трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшени  толщины гарнисажа в зоне катодною металла.

В анодном устройстве электролизера дл  электролитического рафинировани  алюмини , включающем кожух, подину, бортовую теплоизол ционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, дополнительный слой толщиной 0,35-0.46 толщины теплоизол ционной футеровки выполнен из двух частей по высоте и расположен между теплоизол ционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровн  подины до верхнего уровн  бортовой теплоизол ционной футеровки, причем верхн   часть дополнительного сло  высотой 0,26-0.4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты, нижн   - высотой 0,15-0.25 глубины шахты из

XI

О

ел

4

магнезита, а облицовочный слой толщиной 0,9-1,4 толщины теплоизол ционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича.

Наличие дополнительного сло  между теплоизол ционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровн  подины до верхнего уровн  бортовой футеровки, состо щего из двух частей по высоте, верхн   часть которого выполнена из теплоизол ционной каолиновой ваты или вермикулита, а нижн   - из магнезита, а также выполнение облицовочного сло  из термостойкого корундового кирпича обеспечивает сокращение потерь меди, повышение качества алюмини  высокой чистоты и сокращение расхода электроэнергии за счет улучшени  технологического режима процесса электролитического рафинировани , увеличение срока службы бортовой футеровки за счет повышени  термостойкости облицовочного сло  и снижени  трудозатрат на обслуживание электролизера за счет уменьшени  толщины гарнисажа в зоне катодного металла.

Увеличение теплового сопротивлени  бортовой футеровки в зоне анодного сплава ведет к снижению теплопотерь на этом участке и повышению за счет этого температуры анодного сплава, в результате чего уменьшаетс  количество выдел емых анодных осадков, что ведет к снижению потерь меди. Плотность анодного сплава повышаетс .

С повышением температуры электролита за счет повышени  теплового сопротивлени  (снижени  теплопотерь) в этой зоне снижаетс  плотность электролита, в результате (с учетом повышени  плотности анодного сплава) предотвращаетс  всплытие анодного сплава, а значит, и загр знение катодного металла компонентами анодного сплава.

Кроме того, повышение температуры процесса рафинировани  предотвращает выпэдание осадков, состо щих из тугоплавких компонентов электролита, на поверхность анодного сплава, а значит, и местную пассивацию анода, в результате чего напр жение на электролизере снижаетс , а растворимость более электроположительных , чем алюминий, компонентов анодного сплава уменьшаетс . Расход электроэнергии сокращаетс , а качество алюмини  высокой чистоты улучшаетс .

За счет повышени  теплового сопротивлени  (снижение теплопотерь) в верхней части бортовой футеровки на внутренней поверхности облицовочного сло  в области катодного металла уменьшаетс  толщина гарнисажа, что позвол ет снизить частоту

его обрубки, а значит, уменьшить трудовые затраты на обслуживание электролизера.

Высока  термостойкости облицовочного сло  из термостойкого корундового кирпича ведет к предотвращению образовани  в нем термических трещин при обжиге и пуске злектролизера вследствие колебаний температуры и местных перегревов, что предупреждает проникновение расплавов в

0 теплоизол ционную бортовую футеровку, что ведет к уменьшению загр знени  катодного металла примесью кремни . Облицовочный слой, не содержащий соединений магни , перестает быть источником загр з5 нени  катодного металла примесью магни . Нижн   часть дополнительного сло  из магнезита защищена термостойким облицовочным слоем.

Выбранные интервалы лимитируютс 

0 следующими факторами.

Уменьшение толщины дополнительного сло  менее 0,35 толщины теплоизол ционной футеровки ведет к увеличению толщины гарнисажа на внутренней поверхности об5 лицовочного сло  в области катодного металла и уменьшению его в области электролита (менее оптимального размера дл  защиты облицовки, а значит, и бортовой теплоизол ционной футеровки от проник0 новени  расплавов), а увеличение более 0,46 - к переохлаждению электролита, что приводит к сближению плотностей анодного сплава и электролита, выпаданию осадков , содержащих тугоплавкие компоненты.

5 на поверхность анодного сплава, что ведет к частичной механической пассивации анода и за счет этого к повышению напр жени  на электролизере.

Уменьшение высоты верхней части до0 полнительного сло  менее 0,26 глубины шахты ведет к увеличению толщины гарнисажа в области катодного металла, а увеличение боле 0,40 - к уменьшению его в области электролита (менее оптимального

5 размера),

Уменьшение высоты нижней части дополнительного сло  менее 0,15глубины шахты ведет к уменьшению толщины гарнисажа в области электролита, а увеличение

0 более 0,25 - к по влению осадков из тугоплавких компонентов электролита, а значит, к пассивации анода, св занной с повышением напр жени  и ухудшением качества катодного металла.

5 Уменьшение толщины облицовочного сло  из термостойкого корундового кирпича менее 0.9 толщины теплоизол ционной футеровки ведет к снижению надежности защиты бортовой теплоизол ционной футеровки от проникновени  расплавов, а

увеличение более 1.4 к уменьшению полезного объема шахты электролизера при сохранении толщины бортовой теплоизол ционной футеровки и нерациональному использованию термостойкого материала.

На чертеже изображено анодное устройство , поперечный разрез.

Устройство содержит металлический кожух 1, к которому наклеен слой асбеста 2, бортовую теплоизол ционную футеровку 3 из шамота, облицовочный слой 4 из термостойкого корундового кирпича на фосфатной св зке (марки КПФ-8), дополнительный слой, расположенный между теплоизол ционной футеровкой и облицовочным слоем и состо щий из двух частей по высоте: верхней части 5, выполненной из каолиновой ваты или вермикулита, и нижней 6, выполненной из магнезита, и подину 7.

В процессе эксплуатации электролизе- ра за счет повышенного теплового сопротивлени  бортовой футеровки R зоне катодного металла 10, а значит, в результате снижени  теплопотерь на этом участке на внутренней поверхности облицовочного сло  4 в области катодного металла по всему периметру образуетс  гарнисзж уменьшенной толщины , что облегчает обслуживание электролизера . В области электролизера 9 по этой же причине образуетс  гарнисаж небольшой толщины, но достаточной дл  защиты облицовочного сло , обладающего повышенной термостойкостью, что ведет к повышению температуры электролита и предупреждению выпадани  тугоплавких компонентов электролита на поверхность анодного сплава , что предотвращает частичную пассивацию анода. Снижение теплопотерь через нижнюю часть бортовой футеровки (в зоне анодного сплава) за счет повышени  теп лово- го сопротивлени  ее на этом участке ведет к повышению температуры анодного сплава 8 и уменьшению количества выдел емых анодных осадков. Трещинообразование в облицовоином слое 4 отсутствует, что пред- отвращает проникновение расплавов в бортовую теплоизол ционную футеровку 3.

Пример 1. После установки металлического анодного кожуха, кладки цокол  и укладки подовых секций выполн ют борто- вую футеровку. Толщина дополнительного сло , расположенного между теплоизол цией и облицовкой, составл ет 50 мм или 0,35 толщины теплоизол ционной футеровки , выполненной из шамота (132 мм) и асбе- стового листа (10 мм).

Высота верхней части дополнительного сло , выполненной из каолиновой ваты или вермикулита, равна 195 мм или 0,26 глубины шахты (750 мм)

Высота нижней части дополниrcm сло , выполненной из магнезию, гопаплп- ет 113 мм или 0,15 глубины шахты.

Облицовочный слой выполнен и.) стойкого корундового кирпича марки КИФ 8, изготовленного на фосфатной св зке (не содержит соединений магни ), и составл ет 195 мм или 1,4 толщины теплоизол ционной футеровки.

Выполненное анодное устройство использовано при промышленной эксплуатации рафинировочного электролизера. Дл  рафинировани  используют алюминий-сырец, получаемый электролизом криолит-глиноземных расплавов, марки А5 с содержанием примесей железа, кремни  и магни  соотвег ственно 0.27: 0,20 и 0,012%.

На рафинировочном электролизере по результатам тепловых измерений определено тепловое сопротивление бортовой футеровки (теплоизол ции совместно с облицовкой) на различных участках: в зоне анодного сплава, электролита и катодного металла. Производ т замеры толщины гар- нисажа, температуры анодного сплава.

Пример 2. Анодное устройство выполн ют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного сло  56 мм или 0.4 толщины теплоизол ционной футеровки. Высота верхней части дополнительного сло  240 мм или 0,32 глубины шахты. Вмсота нижней части дополнительного сло  150 мм 0,20 глубины шахты. Толщина облицовочного сло  170 мм или 1,2 толщины теплоизол ционной футеровки.

Пример 3. Анодное устройство выполн ют аналогично примеру 1. Толщина дополнительного сло  65 мм или 0.46толщи- ны теплоизол ционной футеровки. Высота верхней части дополнительного сло  300 мм или 0,4 глубины шахты. Высота нижней части дополнительного сло  188 мм или 0,25 глубины шахты. Толщина облицовочного сло  130 мм или 0,9 толщины теплоизол ционной футеровки.

Дл  сравнени  выполн ют анодное устройство по известному решению.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, использование изобретени  позвол ет сократить потери меди (на 6%), повысить качество алюмини  высокой чистоты от снижени  в нем примесей железа, кремни  и магни  и снизить напр жение на электролизере (на 0,2 В), а значит, уменьшить расход электроэнергии в результате улучшени  температурного режима процесса рафинировани , достигнутого за счет дифференциации теплевого сопротивлени  бортовой футеровки по ее высоте.

Предотвращение образовани  трещин в облицовочном слое позвол ет предохранить бортовую футеровку от проникновени  в нее расплавов, тем самым повысить ее срок службы и качество катодного металла.

За счет уменьшени  толщины гарнисажа в области катодного металла уменьшаетс  частота обрубки гарнисажа, что ведет к снижению трудозатрат на обслуживание электролизера.

За счет высокой термостойкости облицовочного сло  из корундового кирпича предотвращаетс  образование трещин и проникновение через них в бортовую тепло- изол ционную футеровку расплавов. Срок службы бортовой футеровки увеличиваетс , а загр знение катодного металла примес ми из футеровки уменьшаетс .

На внутренней поверхности облицовоч- ного сло  в области катодного металла уменьшаетс  толщина гарнисажа за счет повышени  теплового сопротивлени  бортовой футеровки на данном участке, что позвол ет уменьшить трудовые затраты на удаление гарнисажа.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Анодное устройство электролизера дл  электролитического рафинировани  алюми- ни , включающее кожух, подину, бортовую теплоизол ционную футеровку, облицовочный и дополнительный слои, отличающеес  тем, что, с целью сокращени  потерь меди, повышени  качества алюмини  высокой чистоты и уменьшени  расхода электроэнергии , увеличени  срока службы бортовой футеровки и снижени  трудозатрат на обслуживание электролизера, дополнительный слой толщиной 0,35-0,46 толщины теплоизол ционной футеровки выполнен из двух частей по высоте и расположен между теплоизол ционной футеровкой и облицовочным слоем выше уровн  подины до верхнего уровн  бортовой футеровки, причем верхн   часть дополнительного сло  высотой 0,26-0,4 глубины шахты выполнена из каолиновой ваты или вермикулита, нижн   - высотой 0.15-0,25 глубины шахты из магнезита, а облицовочный слой толщиной 0,9-0,14 толщины теплоизол ционной футеровки выполнен из термостойкого корундового кирпича.

   За единиц : прщкмо в зоне анодного nrwn

   тепловое сопротивление известной бортовой футеровки () - да,(-)- нет.

   Продолжение таблицы

   10