SU723004A1

SU723004A1 - Electrolyzer for light metals production

Info

Publication number: SU723004A1
Application number: SU782593025A
Authority: SU
Inventors: Николай Вениаминович Бондаренко; Александр Алексеевич Рогаткин; Анатолий Павлович Егоров; Святослав Александрович Иванов; Юрий Михайлович Железнов; Вячеслав Васильевич Журов; Николай Михайлович Кирьянов; Валерий Васильевич Клюкин; Владимир Никанорович Калмыков; Эдуард Николаевич Осадчий; Михаил Иванович Колесник; Владимир Петрович Титаренко; Александр Николаевич Семченко; Александр Евгеньевич Изумрудов; Константин Константинович Сказка; Владимир Тимофеевич Соловьев
Original assignee: Запорожский титано-магниевый комбинат
Priority date: 1978-03-21
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1980-03-25

Description

(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ(54) ELECTROLIZER FOR PREPARING LIGHT METALS

Р зобретение относитс к цветной металлургии , а именно к электролитическому способу производства легких металло и направлено на совершенствование конс рукции электролизера, В насто щее врем в магниевой промыишешюсти эксплуатируютс электролисеры , футеровка которых состоит из огнеупорного и теплоизол ционного слоев. Как правило, огнеупорный слой состоит из шамотного кирпича, теплоизол ционный из диатомитового. Одним из сушественных недостатков этих электролизеров вл етс высока теплопрово-дность подины, что приводит к образованию настылей, накапливанию шлама, а в конечном итоге к уменьшению выхода по току, увеличению расхода элек троэнергии, снижению производительности электролизера и т.п. Причиной высокой теплопровооности футеровки подины существующих электролизеров вл ютс недостаточно высокие теплоизолирующие свойства примен емых материалов и несовершенство ее конструктивного исполнени . Известен электролизер, в котором внутренн поверхность футеровки облицована металлическими листами в виде соединенных между собой панелей, что позвол ет всю футеровку выполнить из диатомитового кирпича, обладающего более высокими теплоизол ционными свойствами il. Однако применить это техническое решение в производстве затруднительно так как непосредственный контакт облицовки t с электролитом и хлором приводит к быстрому ее выходу из стро И загр знению электролита железом, неизбежно коробление облицовки в результате различи коэффициентов термического расширени облицовки и футеровки, а также значительной площади-облицовки, подова часть облицовки св зана с катодами , что снизит выход по току в результате увеличени потерь магни со шламом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемоь-гу эффекту предлагаемому вл етс электролизер дл получени легких металлов (например, алюмини ), содержащий заключенную в металлический кожух футерованную огнеупорным матер1(1алрм ванну с установленными в ней электродами и имеющий теплоизол цию в виде воздушного сло . Дл теплового регулировани воздух подают в коробчатые секции, обрамл ющие днише кожуха стены электролизера, причем кажда секци имеет окно с заслонкой дл регулировани количества приточного возду- ха 12,The invention relates to non-ferrous metallurgy, namely, the electrolytic method of producing light metal, and is aimed at improving the design of the electrolyzer. Currently, electrolysers are used in the magnesium industry, the lining of which consists of refractory and heat-insulating layers. As a rule, the refractory layer consists of fireclay bricks, heat insulating of diatomite. One of the real drawbacks of these electrolyzers is the high thermal conductivity of the bottom, which leads to the formation of wall accretions, accumulation of sludge, and ultimately to a decrease in the current efficiency, an increase in the consumption of electric energy, a decrease in the performance of the electrolyzer, etc. The reason for the high thermal conductivity of the lining of the bottom of the existing electrolysis cells is the insufficiently high heat insulating properties of the materials used and the imperfection of its design. A cell is known in which the inner surface of the lining is lined with metal sheets in the form of interconnected panels, which allows the entire lining to be made of diatomite bricks with higher thermal insulation properties il. However, it is difficult to apply this technical solution in production, since direct contact of the cladding t with electrolyte and chlorine leads to its rapid deterioration AND contamination of the electrolyte with iron, inevitably warping the cladding as a result of the difference in thermal expansion coefficients of the cladding and lining, as well as a large area of cladding The hearth portion of the cladding is associated with cathodes, which will reduce current efficiency as a result of an increase in magnesium loss with sludge. The closest in technical essence and achievable effect proposed is an electrolyzer for producing light metals (for example, aluminum) containing a lined refractory material enclosed in a metal casing (1 bar with electrodes installed in it and having thermal insulation in the form of an air layer. For thermal control air is supplied to the box-shaped sections framing the bottom of the casing of the cell wall, each section having a window with a flap for adjusting the amount of intake air 12,

Оааако указанный электролизер обладает р дом недостатков. Во-первых, коробчатые секции электролизера не только непосредственно св заны с окружающей средой , но и предполагают организацию принудительной циркул ции воздуха, дл чего кажда сегщк снабжена окном с заслонкой . Это предопреде;шет интенсивную кон:векцию Boaijyxa в секции и теплообмен с окружающей средой, что не только не улучшает теплоизол цию подины, но и ухудшает ее. Во-вторых, конструктивное исполнение теплоизол ции предполагает значителыг ао поверхность контакта между ограничивающими воздушную прослойку плоскост ми, так как коробчатые секции образованы днищем,металлического кожуха, , металлическими двутавровыми , балками и горизонтальной плоскостью, котора также может быть изготовлена из стали. Зто неизбежно приведет к значительным потер м тепла через конструктивные элементы электролизера, мину воздушный зазор, что снизит эффективность теплоизол ции. В-третьих, теплоизол ци только цнища ко5куха не решает вопросов повышени технологических показателей применительно к получению магни , так как зоной наиболее интенсивного настылеобразовани вл ютс углы рабочего объема электролизера. Образование настылей в углах приводит к охлаждению близлежаш;ак участков подины и дальнейшему распространению настылей. Указанные продессы обусловлены тем, что основной тенпоотдающей поверхностью подины вл етс нютн часть вертикальных стен.An indicated electrolyzer has a number of disadvantages. First, the box sections of the electrolyzer are not only directly connected with the environment, but also imply the organization of forced air circulation, for which each segment is provided with a window with a damper. This is predetermined; it leads to an intensive boaijyxa vector section in sections and heat exchange with the environment, which not only does not improve the heat insulation of the hearth, but also worsens it. Secondly, the design of thermal insulation implies a significant contact surface between the planes limiting the air gap, since the box sections are formed by the bottom, metal casing, metal I-beams, beams and a horizontal plane, which can also be made of steel. This will inevitably lead to significant heat loss through the structural elements of the electrolyzer, an air gap, which will reduce the efficiency of heat insulation. Thirdly, the thermal insulation of the store only does not solve the problems of increasing the technological parameters in relation to obtaining magnesium, since the areas of the most intense formation are the corners of the electrolysis volume of the electrolyzer. The formation of wall buildup in the corners leads to cooling of the adjacent ones, as well as in the areas of the bottom and further spread of the wall accretions. The above projections are due to the fact that the main tenpoding surface of the bottom is the smooth portion of the vertical walls.

Цель изобретени - повышение механической прочности конструкции и увеличение выхода магни по току.The purpose of the invention is to increase the mechanical strength of the structure and increase the current yield of magnesium.

Указанна цель достигаетс тем, что теплоизол ци электролизера вьшолнена в виде одного или нескольких воздушных слоев, каждый из которых изолирован от юкружающей среды и расположен вдольThis goal is achieved by the fact that the thermal insulation of the electrolyzer is accomplished in the form of one or several air layers, each of which is isolated from the environment and is located along

внутренней поверхности шпппа кожуха и части стен выше подошвы электродов на 0,5-1,5 рассто ни электрод-подина, а по крайней мере одной ограничивающейthe inner surface of the shield casing and part of the walls above the base of the electrodes is 0.5-1.5 times the bottom electrode, and at least one limiting

его поверхностью вл етс огнеупорный блок, противоположные поверхности которого , расположенные вдоль кожуха, снабжены соосно размещенными опорами, предпочтительно п тачкового типа, с общейits surface is a refractory block, the opposite surfaces of which, located along the casing, are provided with coaxially placed supports, preferably of a tuft type, with a common

площадью их не более 1/35 поверхностей блоков, на которых расположены опорь, При этом каждый воздушный слой изолирован друг от друга. Футеровка электролизера может быть выполнена из блоков,their area is not more than 1/35 of the surfaces of the blocks on which the supports are located. Each air layer is isolated from each other. The lining of the electrolyzer can be made of blocks,

поверхность которых покрыта непропитывающимс материалом, предпочтительно кремнийорганическим лаком.the surface of which is coated with a non-impregnating material, preferably silicone lacquer.

Необходимость изол ции каждой из воздушных просаоек друг от друга и отThe need to isolate each air gap from each other and from

окружающей среды обусловлена различием температуры. При наличии св зи между воздущными- прослойками и окружающей средой неизбежно возникновение конвекции воздуха и непосредственный теплообмен . Это приведет к снижению теплоизолирующих свойств воздушных прослоек. Вли ние указанных процессов на настылеобразование проверено на практике. Температура воздуха Б воздушной прослойкеenvironment due to temperature differences. If there is a connection between the air-layers and the environment, the occurrence of air convection and direct heat exchange is inevitable. This will reduce the insulating properties of air spaces. The effect of these processes on the formation of dust has been tested in practice. Air temperature B air gap

электролизера при отсутствии св зи с окружающей средой составл ет 70 при температуре окружающей среды . В этих услови х настыль на подине электролизера отсутствовала. ПриThe cell, when not in communication with the environment, is 70 at ambient temperature. Under these conditions, there was no pressure on the bottom of the electrolyzer. With

наличии св зи с окружающей средой средний уровень настылей на подине электролизера составил 30 мм.the presence of communication with the environment, the average level of wall accretions at the bottom of the cell was 30 mm.

Наличие воздушных прослоек на части вертикальных стен выше подошвы электродов на 0,5-1,5 рассто ни электрод-подина необходимо длд снижени настылеобразовани в углах t)a6c4ero объема ванны. В этом случае резко возрастает количество тепла, аккумулированное футеровкойThe presence of air gaps on the part of the vertical walls above the base of the electrodes by 0.5-1.5 distances of the bottom electrode is necessary to reduce the formation of heat in the corners t) a6c4ero of the bath volume. In this case, the amount of heat accumulated by the lining increases dramatically.

подины, увеличиваетс температура ее верхнего сло и снижаетс дастылеобразование , так как основной теплоотдающей поверхностью подины вл етс нижн часть вертикальных стен. Если теплоизол ци стен выше подошвы электродов больше 1,5 рассто ни электрод-подина, то возможно нарушение теплового режима работы электролизера, так как основной теплоотдающей поверхностью кожухаthe temperature of its upper layer increases, and dastyle formation decreases, since the main heat-giving surface of the bottom is the lower part of the vertical walls. If the thermal insulation of the walls above the base of the electrodes is more than 1.5 times the electrode base, then the thermal condition of the electrolyzer can be disturbed, since the main heat release surface of the housing

вл ютс его вертикальные Стены, имеющие непосредственный контакт с рабочим объемом ванны. Теплопотери в окружающую среду днищем кожуха в данном случае снижаютс в 2 раза, а соответству572its vertical walls are in direct contact with the working volume of the bath. In this case, heat losses to the environment by the bottom of the casing are reduced by 2 times, and the corresponding

юшйми участками стен - в 3 раза. Повышение эффективности извлечени щлама обеспечивает нормальный тепловой режим работы электролизера, что св зано с уменьшением истинной плотности тока в результате снижени пассивации катодов.ushimy sections of the wall - 3 times. Improving the efficiency of the extraction of the slime provides a normal thermal mode of operation of the electrolyzer, which is associated with a decrease in the true current density as a result of a decrease in the passivation of the cathodes.

Расположение воздушных прослоек внут ри футеровки позвол ет также снизить расход огнеупорных материалов и уменьшить простои электролизера при капитальных ремонтах. Использованием менее теплопроводных в сравнении с известными техническими решени ми материалов, например блоков из огнеупорного бетона, снабженных опорами п тачкового типа, достигаетс минимальна поверхность контакта между блоками, а также блоками и кожухом, что в значительной мере сокращает приток тепла к кожуху, а значит потери в окружаюшую среду, мину воздушный зазор. Количество опор п тачкового типа выбираетс из соображений механической прочности и обеспечени .необходимой теплоизол ции подины. Экспериментально установлено, iтo суммарна площадь опор должна составл ть не более 1/35 общей площади поверхностей блоков на которых они расположены. Опоры расположенных на противоположных плоскост х блоков желательно размещать соосно, что обеспечивает механическую прочность конструкции и необходимую теплоизол цию подины. Предлагаема конструкци электропи зера создает благопри тные услови дл внедрени блочных методов ремонта и монтажа магниевых электролизеров. Устран етс повышенна теплопроводность футеровки подины блочных электролизеров , обусловленна недостаточно высокими теплоизолирующими свойствами огнеупорных бетонов, а также сложность se- монтажа блочных электролизеров, св зан на с пропиткой огнеупорных блоков элек тролитом и значительной поверхностью контакту между огнеупорным и теплоизол ционным сло ми футеровки. Использование бетонных блоков, снабженных опорами п тачкового типа, резко сокращает поверхность контакта и облегчает дэмонтаж электролизера. Учитыва повышенную пористость ОГ неупорного бетона, а также необходимост чиспользовани многослойной воздушной теплоизол ции, может возникн-уть потребность в предотвращении возможности ог|неупорных блоков электролитом. Это мо46The location of the air gaps inside the lining also reduces the consumption of refractory materials and reduces the downtime of the electrolyzer during major repairs. The use of less heat-conducting materials in comparison with the known technical solutions, for example, blocks of refractory concrete, equipped with p-type supports, achieves a minimal contact surface between the blocks, as well as blocks and the casing, which greatly reduces the heat flow to the casing, which in the environment, mine air gap. The number of pitch type supports is chosen for reasons of mechanical strength and providing the necessary heat insulation of the bottom. It was established experimentally that the total area of the supports should be no more than 1/35 of the total surface area of the blocks on which they are located. Supports located on opposite planes of the blocks should preferably be placed coaxially, which ensures the mechanical strength of the structure and the necessary heat insulation of the hearth. The proposed power supply design creates favorable conditions for the introduction of block methods for the repair and installation of magnesium electrolyzers. The increased thermal conductivity of the bottom linings of the block electrolysers is eliminated due to the insufficiently high insulating properties of refractory concretes, as well as the difficulty of se-mounting the block electrolyzers, due to the electrolyte impregnation of the refractory blocks and the significant surface contact between the refractory and thermal insulating layers of the lining. The use of concrete blocks equipped with the punch-type supports sharply reduces the contact surface and facilitates the dismantling of the electrolyzer. Taking into account the increased porosity of the exhaust gas of non-resistant concrete, as well as the need to use multilayer air insulation, there may be a need to prevent the possibility of fire resistant blocks by electrolyte. This is 46

«ет быГь достигнуто покрытием поверхности огнеупорных блоков непропитыва1ощимс материалом, например кремнийорганическим лаком.“It would be achieved by coating the surface of refractory blocks with an impregnable material, such as silicone varnish.

На чертеже изображен предлагаемыйThe drawing shows the proposed

электролизер.electrolyzer.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2 из огнеупорного материала, электродов 3, бетонных блоков 4, один из которых снабжен соосно размещенными опорами 5, воздушных ррослоек 6.The electrolyzer consists of a casing 1, a lining 2 of refractory material, electrodes 3, concrete blocks 4, one of which is equipped with coaxially placed supports 5, air roller films 6.

В процессе электролиза между электродами 3 выдел етс тепло. Тепловой поток, пронизыва огнеупорный слой футе-In the process of electrolysis between the electrodes 3, heat is released. Heat flow, penetrating the refractory layer of the foot-

ровки 2, встречает на своем пути воздушные прослойки б, ограниченные кожухом 1, бетонными блоками 4, которые благодар отсутствию св зи с окружающей средой и друг с другом обладают большим2, meets in its path air spaces b, bounded by housing 1, with concrete blocks 4, which, due to the lack of communication with the environment and with each other, have a large

тепловым сопротивлением, что способствует аккумулированию футеровкой подины значительного количества тепла и снижает настылеобразование.thermal resistance, which contributes to the accumulation of the bottom of the bottom lining of a significant amount of heat and reduces the formation of heat.

Использование данной конструкции электролизера позволит повысить эффективность извлечени шлама и выход магни по току, экономить огнеупорные материалы , снизить трудозатраты и простои электролизера при капитальных ремонтах, эф-The use of this design of the electrolyzer will increase the efficiency of sludge extraction and the current magnet yield, save refractory materials, reduce labor costs and downtime of the electrolyzer during major repairs,

Claims

It is more efficient to use the volume of the electrolyzer, which creates conditions for building up its MOST. that, in order to reduce the build-up formation, increase the mechanical strength of the structure and increase the current yield of magnesium, the thermal insulation is accomplished in the form of a single or several air - layers, each of which is insulated from the environment and located along the inner surface of the casing bottom and part of the walls above the base of the electrodes by 0.5-1.5 distances of the bottom electrode, and at least one limiting surface of it is a refractory block, the opposite surfaces of which are located along the casing, are provided with coaxially. placed by the supports, preferably of the stitch type, with a total area of no more than 1/35 of the surfaces of the blocks on which the supports are located.

2. The cell of claim 1, wherein the air layer is insulated from each other.

3. The electrolyzer in PP, 1, 2, because of the fact that its lining is made of blocks, the surface

/.

g. 048 of which is coated with an incomplete material, preferably silicone lacquer. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate NO 520419, cl. C-25 C 3/04, 1975. 2. USSR author's certificate No. 576355, .cl. C 25 C 3/08, 1975.