UA118098C2 - SIDE WALL UNIT IN ELECTROLYZER FOR ALUMINUM RESTORATION - Google Patents
SIDE WALL UNIT IN ELECTROLYZER FOR ALUMINUM RESTORATION Download PDFInfo
- Publication number
- UA118098C2 UA118098C2 UAA201506891A UAA201506891A UA118098C2 UA 118098 C2 UA118098 C2 UA 118098C2 UA A201506891 A UAA201506891 A UA A201506891A UA A201506891 A UAA201506891 A UA A201506891A UA 118098 C2 UA118098 C2 UA 118098C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- side block
- layers
- layer
- thermal conductivity
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title abstract description 32
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 97
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 58
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010703 silicon 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 10
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 9
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 319
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 66
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 27
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 26
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 18
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 17
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 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
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011305 binder pitch Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 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
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000011863 silicon-based powder Substances 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
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization 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
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 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
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 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
- 239000011230 binding agent Substances 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
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement 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
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 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
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer 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
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 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
- 238000009827 uniform distribution Methods 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
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
Даний винахід стосується бічного блока стінки в електролізері, зокрема, для одержання алюмінію, способу виготовлення такого бічного блока і застосування такого бічного блока, а також електролізера з таким бічним блоком.The present invention relates to a side wall block in an electrolyzer, in particular, for obtaining aluminum, a method of manufacturing such a side block and the use of such a side block, as well as an electrolyzer with such a side block.
Електролізери застосовуються для електролітичного одержання алюмінію, яке в промисловості звичайно проводиться за способом Холла-Еру. У способі Холла-Еру електролізу піддається розплав, що складається з оксиду алюмінію і кріоліту, а саме, що переважно складається з близько 15-20 95 оксиду алюмінію і близько 85-80 95 кріоліту. При цьому кріоліт,Electrolyzers are used for the electrolytic production of aluminum, which in industry is usually carried out by the Hall-Eru method. In the Hall-Ehr method, a melt consisting of aluminum oxide and cryolite is subjected to electrolysis, namely, which preferably consists of about 15-20 95 aluminum oxide and about 85-80 95 cryolite. At the same time cryolite,
Маз(А!ІРєї служить для зниження температури плавлення від 2045 "С для чистого оксиду алюмінію до близько 960 "С для суміші, що містить кріоліт, оксид алюмінію і додаткові речовини, такі як фторид алюмінію і фторид кальцію, так що електроліз розплаву проводиться при зниженій температурі близько 960 "С.Aluminum oxide serves to lower the melting point from 2045 "C for pure aluminum oxide to about 960 "C for a mixture containing cryolite, aluminum oxide and additional substances such as aluminum fluoride and calcium fluoride, so that the electrolysis of the melt is carried out at at a reduced temperature of about 960 "C.
Застосовуваний в цьому способі електролізер має днище, яке зібране з численних, наприклад, 24 прилеглих один до одного, утворюючих катод катодних блоків. Між суміжними катодними блоками в кожному випадку утворюється шов. Розташування катодних блоків і при необхідності заповнених швів загалом позначається катодним днищем. Катодне днище оточене сформованою з численних бічних блоків стінкою, яка разом з катодним днищем утворює внутрішню ванну, що вміщує шар алюмінію і шар розплаву, яка оточена зовнішньою сталевою ванною. Шви або, відповідно, проміжки, що є між сусідніми катодними блоками, а також між катодними блоками і бічними блоками, звичайно заповнюються набивною масою з вуглецю іабо вуглецьвмісного матеріалу, такого як антрацит або графіт, і зв'язувального матеріалу, такого як кам'яновугільний пек. Він служить для герметизації проти проникнення компонентів рідкого розплаву і для компенсування механічних напружень, які, наприклад, виникають внаслідок розширення катодних блоків при нагріванні в режимі введення в експлуатацію електролізера. Щоб витримувати домінуючі при роботі електролізера термічні і хімічні умови, катодні блоки звичайно виготовляються з однорідного вуглецьвмісного матеріалу, і бічні блоки складені з однорідного матеріалу, що містить вуглець або карбід кремнію. На нижніх сторонах катодних блоків в кожному випадку передбачені пази, в яких в кожному випадку розміщена щонайменше одна струмопровідна шина, через яку відводиться електричний струм, що підводиться через аноди. Під катодним днищем, тобто, між катодними блоками і днищемThe electrolyzer used in this method has a bottom, which is assembled from numerous, for example, 24 adjacent to each other, forming the cathode of the cathode blocks. A seam is formed between adjacent cathode blocks in each case. The location of 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 a layer of aluminum and a layer of melt, which is surrounded by an outer steel bath. The seams or, respectively, the spaces between adjacent cathode blocks, as well as between cathode blocks and side blocks, are usually filled with a packing mass of carbon or a carbon-containing material such as anthracite or graphite and a binding material such as coal peck. It serves to seal against the penetration of liquid melt components and to compensate for mechanical stresses, which, for example, arise as a result of the expansion of the cathode blocks during heating in the electrolyzer commissioning mode. In order to withstand the thermal and chemical conditions prevailing during the operation of the electrolyzer, 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. On the lower sides of the cathode blocks, in each case, grooves are provided, in which at least one current-conducting bus is placed in each case, through which the electric current supplied through the anodes is diverted. Under the cathode bottom, that is, between the cathode blocks and the bottom
Зо сталевої ванни, в якій розміщуються катоди, звичайно передбачена футерівка з вогнетривкого матеріалу, який термічно ізолює днище сталевої ванни від катодного днища.The steel bath, in which the cathodes are placed, is usually lined with a refractory material, which thermally isolates the bottom of the steel bath from the cathode bottom.
На відстані приблизно від З до 5 см вище шару з розплавленого рідкого алюмінію, що знаходиться на верхній стороні катода, розміщений виконаний з окремих анодних блоків анод, причому між анодом і поверхнею алюмінію знаходиться розплав, що містить оксид алюмінію і кріоліт. Під час електролізу, що проводиться при температурі близько 960 "С, алюміній, який утворюється внаслідок своєї вищої порівняно з розплавом густини, опускається вниз під шар розплаву, тобто діє як проміжний шар між верхньою стороною катодних блоків і шаром розплаву. При електролізі оксид алюмінію, розчинений в розплаві кріоліту, під дією протікаючого електричного струму розкладається на алюміній і кисень. З електрохімічної точки зору, відносно шару розплавленого рідкого алюмінію мова йде про власне катод, оскільки на його поверхні іони алюмінію відновлюються до елементарного алюмінію. Проте надалі під поняттям "катод" розуміється не катод з електрохімічної точки зору, тобто шар розплавленого рідкого алюмінію, а конструктивна деталь, яка утворює катодне днище, складена з одного або багатьох катодних блоків.At a distance of approximately 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 between the anode and the surface of aluminum there is a melt containing aluminum oxide and cryolite. During electrolysis, which is carried out at a temperature of about 960 "C, aluminum, which is formed due to its higher density compared to the melt, sinks down below the melt layer, that is, it acts as an intermediate layer between the upper side of the cathode blocks and the melt layer. During electrolysis, aluminum oxide, dissolved in molten cryolite, decomposes into aluminum and oxygen under the action of a flowing electric current. From an electrochemical point of view, in relation to a layer of molten liquid aluminum, we are talking about the actual cathode, since on its surface aluminum ions are reduced to elemental aluminum. However, hereinafter under 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 that forms the cathode bottom, composed of one or many cathode blocks.
Сучасні електролізери експлуатуються при високих величинах струму електролізу, наприклад, до 600 кА, щоб забезпечувати високу продуктивність електролізера. Ці високі величини струму ведуть до посиленого виділення тепла під час процесу електролізу. Внаслідок інтенсивного тепловиділення виявляється ускладненим регулювати відведення тепла від електролізера таким чином, щоб скрізь в електролізері досягалися такі термічні умови, які були б оптимальними відносно стабільності і ефективності електролізу, а також відносно терміну експлуатації електролізера, причому, наприклад, знижується ефективність використання енергії для електролізу внаслідок надмірних втрат теплової енергії в областях високого теплоутворення в електролізері. Через це внаслідок несприятливих термічних умов в електролізері погіршуються надійність і економічність процесу електролізу, а також довговічність електролізера.Modern electrolyzers are operated at high values of the electrolysis current, for example, up to 600 kA, in order to ensure high performance of the electrolyzer. These high current values lead to increased heat generation during the electrolysis process. As a result of intense heat generation, it is difficult to regulate the removal of heat from the electrolyzer in such a way that such thermal conditions are achieved everywhere in the electrolyzer that would be optimal with respect to the stability and efficiency of electrolysis, as well as with respect to the service life of the electrolyzer, and, for example, the efficiency of energy use for electrolysis is reduced due to excessive losses of thermal energy in areas of high heat generation in the electrolyzer. Due to this, due to unfavorable thermal conditions in the electrolyzer, the reliability and economy of the electrolysis process, as well as the durability of the electrolyzer, deteriorate.
Правда, можна провести відведення надмірного тепла, тобто, не потрібного для підтримки процесу плавлення, що виділяється в електролізері, через днище сталевої ванни за допомогою розташованої між катодним днищем і сталевою ванною вогнетривкої футерівки, яка звичайно складається з вогнетривких цеглин або плит, укладених в сталеву ванну і розташованих одна бо на одній в області днища сталевої ванни. Водночас істотну роль для температурних умов в області шару рідкого алюмінію і шару розплаву, в якому відбувається електроліз, грає тепловіддача через виконану відносно тонкою бічну стінку внутрішньої ванни, утвореної за допомогою катодного днища і бічних блоків. Теплові потоки в цій бічній стінці особливо важливі для термічних умов в електролізері, оскільки бічна стінка звичайно знаходиться в контакті з різноманітними компонентами і середовищами в електролізері, тобто, зокрема, з шаром рідкого алюмінію, розташованим на ньому шаром рідкого розплаву, що знаходиться зверху шару рідкого розплаву шаром затверділого розплаву, або відповідно, кіркою, і газоподібною атмосферою, що утворюється під час роботи електролізера, з різними елементами, що містяться в ній.True, it is possible to remove excess heat, i.e., that is not necessary to support the melting process, which is released in the electrolyzer, through the bottom of the steel bath with the help of 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 one on top of the other in the area of the bottom of the steel bath. At the same time, a significant role for the temperature conditions in the area of the layer of liquid aluminum and the layer of melt in which electrolysis takes place is played by the heat transfer through the relatively thin side wall of the inner bath, formed with the help of the cathode bottom and side blocks. The heat flows in this sidewall are particularly important for the thermal conditions in the electrolyzer, since the sidewall is usually in contact with various components and environments in the electrolyzer, i.e., in particular, with the layer of liquid aluminum, the layer of liquid melt located on top of the layer of liquid aluminum of the melt with a layer of solidified melt, or, accordingly, a crust, and a gaseous atmosphere formed during the operation of the electrolyzer, with various elements contained in it.
Кількості теплової енергії, які виділилися, повинні бути визначеним чином частково відведені, але одночасно також повинні бути відвернуті дуже високі втрати тепла, які означають втрати енергії і тим самим погіршують економічність процесу електролізу.The amounts of thermal energy that have been released must be partially diverted in a certain way, but at the same time very high heat losses must also be diverted, which mean energy losses and thereby impair the economics of the electrolysis process.
В області відносно тонких бічних стінок у відомих електролізерах внаслідок вертикальної конструкції бічних стінок і зумовлених цим конструктивних вимог не передбачається ніяка додаткова футерівка з укладених одна на одну вогнетривких цеглин, як в області днища сталевої ванни, так що регулювання тепловіддачі через бічні стінки неможливо здійснювати таким же простим чином, як в донній області. Одноманітні бічні стінки, які звичайно складаються з матеріалу, що містить вуглець або карбід кремнію, є однорідними відносно характеристик теплопровідності у напрямку перпендикулярно до площини бічної стінки, і забезпечують можливість тільки обмеженого регулювання теплових потоків і проходження ізотерм у бічній стінці в безперервному режимі експлуатації. Шви між такою бічною стінкою і катодним блоком звичайно заповнені набивною масою з вуглецю і/або вуглецьвмісного матеріалу, такого як антрацит або графіт, і зв'язувального матеріалу, такого як кам'яновугільний пек. Цей шов часто набивається вручну або напівавтоматично, причому можуть виникати дефекти набивання, які можуть приводити до пошкодження зазору або, в найгіршому випадку, навіть до передчасного виходу з ладу всього електролізера. Це руйнування часто відбувається лише при пуску в експлуатацію або в безперервному режимі експлуатації електролізера. Ризик виникнення пошкодження стає тим більшим, чим ширшим або, відповідно, товстим є відповідний шов. До того ж ширший або, відповідно, товстіший шов означає також підвищені витрати праці іIn the area of relatively thin side walls in known electrolyzers, due to the vertical construction of the side walls and the structural requirements caused by this, no additional lining of refractory bricks laid one on top of the other is provided, as in the area of the bottom of a steel bath, so that regulation of heat transfer through the side walls cannot be carried out in the same way in a simple way, as in the bottom region. Uniform sidewalls, which usually consist of a material containing carbon or silicon carbide, are uniform with respect to the thermal conductivity characteristics in the direction perpendicular to the plane of the sidewall, and provide the possibility of only limited regulation of heat flows and passage of isotherms in the sidewall in continuous operation. The seams between such a side wall and the cathode block are usually filled with a packing mass of carbon and/or a carbon-containing material such as anthracite or graphite and a binding material such as coal pitch. This seam is often stuffed manually or semi-automatically, and stuffing defects can occur, which can lead to damage to the gap or, in the worst case, even premature failure of the entire electrolyzer. This destruction often occurs only during commissioning or during continuous operation of the electrolyzer. The risk of damage becomes greater, the wider or, accordingly, the thicker the corresponding seam. In addition, a wider or, accordingly, thicker seam also means increased labor costs and
Зо підвищене навантаження для навколишнього середовища і обслуговуючого електролізер персоналу, оскільки в традиційній набивній масі знаходяться шкідливі для здоров'я речовини.There is an increased burden on the environment and the personnel servicing the electrolyzer, as there are substances harmful to health in the traditional filling mass.
Відома заміна частини або всієї необхідної між бічними блоками і катодними блоками набивної маси похило прокладеним шаром із попередньо обпаленого вуглецю або графіту. Якщо замінюється тільки частина цієї набивної маси, то товщина шва заповненого набивною масою скорочується на величину більш ніж від 50 до 99 95, переважно більш ніж на величину від 75 до 99 95, особливо переважно більш ніж на величину від 90 до 99 95. Також можливо, що цей шар заповнює не весь об'єм первинного шару набивної маси, наприклад, щоб створити простір для збільшення поверхні анода. Здебільшого все ж залишається тонкий шов з набивною масою, який проходить вертикально, наприклад, товщиною 50 мм. За допомогою такого шару, який проходить похило, можуть бути з'єднані вертикально розміщені бічні блоки, наприклад, з карбіду кремнію, зв'язаного нітридом кремнію. Така конструкція, яка включає бічний блок і шар, який проходить похило, далі називається "композитним бічним блоком". Композитний бічний блок, в якому зв'язаний нітридом кремнію карбід кремнію наклеєний на шар, який проходить похило, вже використовується в сучасних електролізерах. Звичайно застосовуваний клейовий матеріал може містити шкідливі для здоров'я речовини, що знову ж означає високе навантаження на навколишнє середовище і персонал, який експлуатує електролізер. До того ж розміщення клейового матеріалу зумовлює додаткову технологічну операцію. Якщо виникають дефекти приклеювання внаслідок дефектного клейового матеріалу або неправильного його нанесення, то це може привести до виходу з ладу клейових швів. Бічні блоки такого композитного бічного блока складаються з одноманітного матеріалу і тим самим не допускають відмінностей відносно теплопровідності самого бічного блока. На тепловий потік в електролізері також можуть впливати клейовий матеріал або, відповідно, клейовий шов. Оскільки сам клейовий шов є дуже тонким, неоднорідності в цьому шві можуть погіршувати відповідний локальний тепловий потік. Карбонізація клейового матеріалу під час введення в експлуатацію електролізера може приводити до зменшення міцності його зчеплення, що може зумовлювати ослаблення зв'язку між шаром, який проходить похило, із попередньо обпаленого вуглецю або графіту і вертикально встановленим бічним блоком. Якщо це приводить до виходу з ладу цього з'єднання, тобто, вищезгаданий шар, який проходить похило, і вертикально встановлений бічний блок вже більше не зв'язані один з одним, то тепловий потік погіршується невизначеним 60 чином, і необхідна тепловіддача вже не може бути забезпечена в достатній мірі. Це може приводити до перегрівання електролізера, і в найгіршому випадку до його передчасного виходу з ладу, тобто, скорочується довговічність і, відповідно, термін експлуатації електролізера.It is known to replace part or all of the packing mass required between the side blocks and the cathode blocks with an obliquely laid layer of pre-fired carbon or graphite. If only a part of this filling mass is replaced, the thickness of the seam filled with the filling mass is reduced by more than 50 to 99 95, preferably more than 75 to 99 95, especially preferably more than 90 to 99 95. It is also possible , that this layer does not fill the entire volume of the primary layer of the packing mass, for example, to create space for increasing the surface of the anode. For the most part, however, a thin seam with a filling mass remains, which runs vertically, for example, 50 mm thick. With the help of such a layer, which passes obliquely, vertically placed side blocks can be connected, for example, from silicon carbide bonded with silicon nitride. Such a design, which includes a side block and a layer that passes obliquely, is hereinafter called a "composite side block". A composite side block, in which silicon carbide bound by silicon nitride is glued to a layer that passes obliquely, is already used in modern electrolyzers. Commonly used adhesive material may contain substances harmful to health, which again means a high burden on the environment and the personnel who operate the electrolyzer. In addition, the placement of the adhesive material requires an additional technological operation. If gluing defects occur as a result of 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 consist of a uniform material and thereby do not allow differences in the thermal conductivity of the side block itself. The heat flow in the electrolyzer can also be affected by the adhesive material or, accordingly, the adhesive seam. Since the adhesive seam itself is very thin, inhomogeneities in this seam may impair the corresponding local heat flow. Carbonization of the adhesive material during commissioning of the electrolyzer can lead to a decrease in the strength of its adhesion, which can lead to a weakening of the connection between the layer that passes obliquely, made of pre-burned carbon or graphite, and the vertically installed side block. If this leads to the failure of this connection, i.e., the above-mentioned layer, which passes obliquely, and the vertically installed side block are no longer connected to each other, then the heat flow deteriorates in an unspecified way 60 and the required heat transfer can no longer be adequately provided for. This can lead to overheating of the electrolyzer, and in the worst case, to its premature failure, that is, the durability and, accordingly, the service life of the electrolyzer is reduced.
Клейовий матеріал також може застосовуватися між окремими бічними блоками, які складають бічну стінку, в формі тонкого клейового шару.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.
Патентний документ ЮЕ 3506200 розкриває бічні блоки для стінки електролізера, які являють собою сформований пошарово з'єднувальний елемент, який містить внутрішній шар з вуглецьвмісного матеріалу і зовнішній шар з твердого керамічного матеріалу, причому ці обидва шари щільно з'єднані один з одним. Цим забезпечується практично безперешкодний тепловий потік зсередини назовні. Правда, при застосуванні таких бічних блоків все ж недостатня стійкість проти спрацювання, зокрема, абразивного і/або корозійного спрацювання.Patent document UE 3506200 discloses side blocks for the wall of the electrolyzer, which are a layer-by-layer formed connecting element, which contains an inner layer of carbon-containing material and an outer layer of hard ceramic material, and these two layers are tightly connected to each other. This ensures an almost unobstructed heat flow from the inside to the outside. True, when using such side blocks, there is still insufficient resistance against triggering, in particular, abrasive and/or corrosive triggering.
Тому на відомих електролізерах, зокрема, при роботі з високими величинами струму електролізу, оптимальні технологічні умови не досягаються, внаслідок чого обмежені досяжні стабільність і економічність процесу електролізу, і скорочується термін експлуатації електролізера.Therefore, on known electrolyzers, in particular, when working with high values of the electrolysis current, optimal technological conditions are not achieved, as a result of which the achievable stability and economy of the electrolysis process are limited, and the service life of the electrolyzer is shortened.
Тому задача винаходу полягає у створенні бічного блока для стінки електролізера, який при його застосуванні в електролізері забезпечує оптимальні технологічні умови і відповідно до цього -- високу економічність і стабільність під час проведення електролізу, а також тривалий термін експлуатації електролізера. Зокрема, бічний блок повинен регулювати тепловіддачу через бічну стінку електролізера таким чином, що під час електролізу переважають оптимальні термічні умови в електролізері, і в найбільшій мірі запобігаються теплові втрати під час роботи, зумовлені несприятливим розподілом теплової енергії і температур. При цьому робоча температура електролізера під час електролізу становить між 920 "С і 1000 "С, переважно між 950 "С ії 980 "С. Крім того, цей бічний блок повинен мати підвищену стійкість проти абразивного і/або корозійного спрацювання, особливо проти абразивного спрацювання. До того ж необхідно, щоб цей бічний блок міг бути виготовлений, наприклад, без застосування клейового(-вих) матеріалу(-лів). Крім того, цей бічний блок, коли він виконаний у вигляді композитного бічного блока, також повинен забезпечувати можливість часткової або повної відмови від набивної маси між бічною стінкою і катодним блоком.Therefore, the task of the invention is to create a side block for the wall of the electrolyzer, which, when used in the electrolyzer, provides optimal technological conditions and, accordingly, high economy and stability during electrolysis, as well as a long service life of the electrolyzer. In particular, the side block must regulate heat transfer through the side wall of the electrolyzer in such a way that optimal thermal conditions prevail in the electrolyzer during electrolysis, and heat losses during operation due to unfavorable distribution of thermal energy and temperatures are prevented to the greatest extent. At the same time, the operating 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 should have increased resistance against abrasive and/or corrosion action, especially against abrasive action. In addition, it is necessary that this side block can be manufactured, for example, without the use of adhesive 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.
Відповідно до винаходу, ця задача вирішена за допомогою бічного блока для стінки в електролізері, зокрема, для одержання алюмінію, який являє собою шаруватий елемент, і включає шар з нижчою теплопровідністю і шар з вищою теплопровідністю, причому різниця між нижчою і вищою теплопровідністю становить щонайменше 5 Вт/меК, по вимірюванню при температурі між 920 "С і 1000 "С, переважно між 950 "С і 980 "С, і причому щонайменше один з шарів легований кремнієм (порошком), оксидним керамічним матеріалом або неоксидним матеріалом. Цей шаруватий елемент може бути - як пояснюється нижче -- виготовлений без застосування клейового(-вих) матеріалу(-лів). Завдяки конструкції бічного блока також можна відмовитися від застосування клейового(-вих) матеріалу(-лів) між окремими бічними блоками, які утворюють бічну стінку. Завдяки формі цього шаруватого елемента можна - як також викладено нижче - частково або повністю відмовитися від набивної маси для заповнення швів між бічним блоком і катодним блоком.According to the invention, this problem is solved with the help of a side block for the wall in the electrolyzer, in particular, to obtain aluminum, which is a layered element and includes a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a higher thermal conductivity, and the difference between the lower and higher thermal conductivity is at least 5 W/meK, measured at a temperature between 920 "C and 1000 "C, preferably between 950 "C and 980 "C, and at least one of the layers is doped with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non-oxide material. This layered element can - as explained below - be made without the use of adhesive material(s). The side block design also eliminates the need for adhesive material(s) between the individual side blocks that make up the side wall. Thanks to the shape of this layered element, it is possible - as also explained below - to partially or completely abandon the filling mass for filling the seams between the side block and the cathode block.
Було виявлено, що виконання бічного блока для електролізера з шарами з різною теплопровідністю, причому щонайменше один з шарів легований кремнієм (порошком), оксидним керамічним матеріалом або неоксидним матеріалом, дозволяє дуже простим чином здійснити і в той же час високоефективно відрегулювати термічні умови в електролізері при його експлуатації таким чином, що оптимізуються стабільність і продуктивність електролізу і термін експлуатації електролізера. До того ж підвищується стійкість проти спрацювання, зокрема, проти абразивного і/або корозійного спрацювання. Якщо ж між окремими бічними блоками застосовується клейовий матеріал, то завдяки конструкції цього бічного блока можна повністю відмовитися від цього клейового матеріалу. Крім того, було виявлено, що внаслідок надання особливої форми цьому бічному блоку, нарівні з цим регулюванням термічних умов, також можна частково або повністю відмовитися від набивної маси для заповнення шва між бічним блоком і катодним блоком.It was found that the execution of the side block for the electrolyzer with layers with different thermal conductivity, and at least one of the layers doped with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non-oxide material, allows for a very simple and at the same time highly efficient adjustment of the thermal conditions in the electrolyzer at its operation in such a way that the stability and productivity of electrolysis and the service life of the electrolyzer are optimized. In addition, the resistance against activation increases, in particular, against abrasive and/or corrosive activation. If an adhesive material is used between individual side blocks, then due to the design of this side block, this adhesive material can be completely dispensed with. In addition, it was found that by giving a special shape to this side block, along with this regulation of thermal conditions, it is also possible to partially or completely dispense with the filler to fill the seam between the side block and the cathode block.
Коли згодом згадується термін "бічний блок" то цей термін також може включати вищезгадані композитні бічні блоки. Як описується далі, композитний бічний блок має особливу форму.When the term "side block" is subsequently mentioned, the term may also include the aforementioned composite side blocks. As described below, the composite side block has a special shape.
Під поняттями "нижча" і, відповідно, "вища" теплопровідність потрібно розуміти, що відповідний шар, який має цю теплопровідність, порівняно з відповідним іншим шаром має "нижчу" або, відповідно, "вищу" теплопровідність. Зокрема, один з шарів складається із матеріалу з нижчою теплопровідністю, і інший шар - з матеріалу з вищою теплопровідністю, бо причому обидва матеріали відрізняються один від одного. Якщо шаруватий елемент включає більш ніж два шари, то всі шари можуть мати теплопровідність, що розрізнюється між собою, або ж щонайменше два шари можуть мати однакову теплопровідність, і/або передбачені щонайменше дві групи шарів, які в кожному випадку мають однакову теплопровідність. При більш ніж двох шарах є достатнім, коли між щонайменше двома з шарів різниця величин теплопровідності становить щонайменше 5 Вт/меК - по вимірюванню при температурі між 920 70 і 1000 С, переважно між 950" і 980 С. Зокрема, теплопровідність шарів розрізнюється щонайменше в одному напрямку бічного блока, причому мова переважно йде про напрямок, який, зокрема, є перпендикулярним до бічної стінки, утвореної бічними блоками.Under the concepts of "lower" and, accordingly, "higher" thermal conductivity, it is necessary to understand that the corresponding layer, which has this thermal conductivity, compared to the corresponding other layer, has a "lower" or, accordingly, "higher" thermal conductivity. In particular, one of the layers consists of a material with a lower thermal conductivity, and the other layer - from a material with a higher thermal conductivity, because both materials are different from each other. If the layered element includes more than two layers, then all layers may have thermal conductivity that differs from each other, or at least two layers may 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/meK - as measured at a temperature between 920 70 and 1000 C, preferably between 950" and 980 C. In particular, the thermal conductivity of the layers differs at least in one direction of the side block, and we are mainly talking about the direction, which, in particular, is perpendicular to the side wall formed by the side blocks.
Різниця між нижчою і вищою теплопровідністю - по вимірюванню при температурі між 9207 і 1000 "С, переважно між 950 "С і 980 С - може становити між 5 Вт/меК і 80 Вт/меК, переважно між 5 і 70 Вт/меК, особливо переважно між 8 Вт/меК і 60 Вт/меК, і найбільш переважно між 10The difference between lower and higher thermal conductivity - as measured at a temperature between 9207 and 1000 "C, preferably between 950 "C and 980 C - can be between 5 W/meK and 80 W/meK, preferably between 5 and 70 W/meK, especially preferably between 8 W/meK and 60 W/meK, and most preferably between 10
Вт/меК і 50 Вт/меК.W/meK and 50 W/meK.
Завдяки різним шарам бічного блока з теплопровідністю, що розрізнюється, можуть цілеспрямовано регулюватися теплопровідність і тепловіддача через бічний блок, і проходження ізотерм в бічній стінці. Оскільки бічний блок окремими ділянками безпосередньо контактує з шаром рідкого алюмінію і шаром розплаву, в якому відбувається електроліз, внаслідок цього можна безпосередньо і з високою ефективністю впливати на переважні там особливо важливі для стабільності і продуктивності електролізу температурні умови таким чином, що можуть забезпечуватися оптимальні для роботи електролізера термічні умови.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 isotherms in the side wall can be purposefully adjusted. Since the side block is directly in contact with the layer of liquid aluminum and the layer of melt in which electrolysis takes place in separate areas, as a result, it is possible to directly and with high efficiency influence the temperature conditions prevailing there, which are particularly important for the stability and productivity of electrolysis, in such a way that optimal work can be ensured electrolyzer thermal conditions.
Наприклад, може бути передбачена різна теплопровідність в областях бічного блока, які при застосуванні бічного блока в електролізері контактують з різними середовищами електролізера.For example, different thermal conductivity can be provided in the regions of the side block, which, when using the side block in the electrolyzer, are in contact with different environments of the electrolyzer.
Однаковим чином вздовж напрямку теплового потоку через бічний блок назовні можуть слідувати один за іншим численні шари з різною теплопровідністю, щоб регулювати тепловий потік у вказаному напрямку. Оптимізація термічних умов в електролізері, що досягається тим самим, призводить до значного підвищення стабільності й продуктивності процесу електролізу і терміну експлуатації електролізера. Стабільність і продуктивність процесу електролізу і термін експлуатації електролізера підвищуються також за рахунок того, що щонайменше один з шарів легований кремнієм(порошком), оксидним керамічним матеріалом або неоксидним матеріалом.Similarly, along the direction of the heat flow through the side block to the outside, multiple layers with different thermal conductivity can follow each other to regulate the heat flow in the indicated direction. The optimization of thermal conditions in the electrolyzer, which is achieved thereby, leads to a significant increase in the stability and productivity of the electrolysis process and the life of the electrolyzer. The stability and productivity of the electrolysis process and the service life of the electrolyzer are also increased due to the fact that at least one of the layers is doped with silicon (powder), an oxide ceramic material or a non-oxide material.
Відповідні винаходу бічні блоки, які також включають композитні бічні блоки, можуть бути переважно традиційним шляхом, який відповідає відомим бічним блокам з однорідною теплопровідністю, в кожному випадку відносно визначеного просторового напрямку, вбудовані в електролізер і використані там для футерівки бічної стінки сталевої ванни, без необхідності зміни конструкції електролізера і без необхідності брати в розрахунок пов'язаних з цим недоліків, причому бічна стінка електролізера, зокрема, у відомому варіанті, може бути виконана відносно тонкою. Бічні блоки можуть бути виготовлені при незначних витратах і з чудовою механічною стабільністю, і, зокрема, з дуже хорошим зчепленням між різними шарами, для чого бічні блоки у вигляді єдиної деталі піддаються випалюванню з єдиного суцільного сировинного базового елемента, в якому містяться різні сировинні суміші, відповідні шарам, що виготовляються, причому базовий елемент може відповідати окремому бічному блоку, або ж підданий випалюванню базовий елемент може бути розділений на численні бічні блоки. При виготовленні композитного бічного блока, наприклад, з такої підданої випалюванню сировинної заготовки спочатку по всій довжині сировинної заготовки може бути вироблена бажана багатокутна форма, перш ніж окремий композитний бічний блок буде потім обрізаний у вигляді пластини. Переважні багатокутні форми будуть детальніше розглянуті пізніше. При остаточній обробці в композитному бічному блоці можуть бути пророблені канавки, виступи, поглиблення і шорсткості. Тут потрібно ще раз вказати на те, що зчеплення між різними шарами відповідного винаходу бічного блока досягається без застосування клейового(-вих) матеріалу(-лів).The side blocks according to the invention, which also include composite side blocks, can be preferably in a traditional way, which corresponds to the known side blocks with uniform thermal conductivity, in each case relative to a defined spatial direction, built into the electrolyzer and used there to line the side wall of the steel bath, without the need changes in the design of the electrolyzer and without the need to take into account the disadvantages associated with this, and the side wall of the electrolyzer, in particular, in the known version, can be made relatively thin. The side blocks can be produced at low cost and with excellent mechanical stability, and in particular with very good adhesion between the different layers, for which the side blocks as a single part are fired from a single continuous raw material base element containing different raw material mixtures, corresponding to the layers being produced, and the base element may correspond to a single side block, or the fired base element may be divided into multiple side blocks. In the manufacture of a composite side block, for example, such a fired blank may first be produced to the desired polygonal shape along the entire length of the blank, before the individual composite side block is then trimmed into a plate. Preferred polygonal shapes will be discussed in more detail later. During final processing, grooves, protrusions, indentations and roughness can be made in the composite side block. It should be pointed out here again that the adhesion between the different layers of the side block according to the invention is achieved without the use of adhesive material(s).
Переважні варіанти здійснення винаходу представлені в залежних пунктах формули винаходу, в описі і в фігурах.Preferred variants of the invention are presented in the dependent clauses of the claims, in the description and in the figures.
Коли в подальшому описі наводиться посилання на один або численні шари виконаного у вигляді шаруватого елемента бічного блока, тим самим маються на увазі шари з різною теплопровідністю, які, зокрема, в кожному випадку мають теплопровідність, яка відрізняється від теплопровідності щонайменше одного іншого шару бічного блока на 5 Вт/меК або більше - за вимірюванням при температурі між 920 "С і 1000 "С, переважно між 950 "С і 980 76.When in the following description, reference is made to one or several layers of a 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 differs from the thermal conductivity of at least one other layer of the side block by 5 W/meK or more - as measured at a temperature between 920 "C and 1000 "C, preferably between 950 "C and 980 76.
Зокрема, обидва шари при цьому можуть слідувати один за одним в попередньо заданому напрямку, який може відповідати релевантному для термічних умов в електролізері напрямку теплового потоку, і, наприклад, може бути заданий за допомогою напрямку товщини бічного блока. Завдяки зумовленій цим варіації теплопровідності по товщині бічного блока сукупний тепловий потік через бічний блок може бути відрегульований в цьому напрямку так, що 60 забезпечується бажане проходження ізотерм в бічному блоці. Але шари можуть також слідувати один за одним, наприклад, в напрямку висоти бічного блока, який не включає композитний бічний блок, причому, зокрема, покриті різними шарами області висот бічного блока при його застосуванні в електролізері можуть контактувати з різними середовищами електролізера - наприклад, такими як рідкий алюміній, рідкий або застиглий розплав, газова фаза. За рахунок зумовленої цим варіації теплопровідності по висоті бічного блока відведення тепла може бути відрегульоване відповідно до виділення тепла, що відбувається у відповідному середовищі, і З бажаними там в кожному випадку термічними умовами, і додатково відповідно до хімічних вимог окремих середовищ.In particular, both layers can follow each other in a predetermined direction, which can correspond to the direction of the heat flow relevant to the thermal conditions in the electrolyzer, and, for example, can be specified using the direction of the thickness of the side block. Due to the resulting variation in thermal conductivity across the thickness of the side block, the total heat flow through the side block can be adjusted in this direction so that 60 provides the desired passage of isotherms in the side block. 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 regions of the heights of the side block covered with different layers when it is used in the electrolyzer can be in contact with different environments of the electrolyzer - for example, such as liquid aluminum, liquid or solidified melt, gas phase. Due to the resulting variation in thermal conductivity along the height of the side block, heat removal can be adjusted in accordance with the heat release occurring in the respective environment and with the desired thermal conditions there in each case, and additionally in accordance with the chemical requirements of individual environments.
Бажане відповідно до винаходу узгодження термічних умов в електролізері при його роботі може бути реалізоване вже тоді, коли бічний блок має саме два шари з різною теплопровідністю. Крім того, подібна шарувата структура має високу стабільність і може бути виготовлена з незначними витратами і високою надійністю і відтворюваністю. Але в принципі кількість різних шарів бічного блока не обмежується тільки двома. Замість цього бічний блок може включати також більшу кількість шарів, наприклад, щонайменше три, чотири, п'ять, шість або більше різних шарів. Завдяки цьому може бути досягнуте ще більш диференційоване локальне узгодження характеристик теплопровідності бічного блока і термічних умов в електролізері. Бічний блок переважно включає від двох до чотирьох шарів, особливо переважно від двох до трьох шарів, найбільш переважно два шари. Якщо нарівні з бажаним узгодженням термічних умов в електролізері при його роботі також ставиться мета часткової або повної заміни набивної маси між катодним блоком і бічним блоком, тобто використовується композитний бічний блок, то цей композитний бічний блок також може включати більшу кількість шарів, наприклад, щонайменше три, чотири, п'ять, шість або більше різних шарів. Композитний бічний блок переважно включає від двох до чотирьох шарів, особливо переважно від двох до трьох шарів, найбільш переважно два шари.Desirable according to the invention, the matching of thermal conditions in the electrolyzer during its operation can be realized already when the side block has exactly two layers with different thermal conductivity. In addition, such a layered structure has high stability and can be manufactured with little cost and high reliability and reproducibility. But in principle, the number of different layers of the side block is not limited to just two. Instead, the side block may also include a greater number of layers, for example at least three, four, five, six or more different layers. Thanks to this, an even more differentiated local matching of the thermal conductivity characteristics of the side block and thermal conditions in the electrolyzer can be achieved. The side block preferably includes from two to four layers, especially preferably from 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 of partial or complete replacement of the packing mass between the cathode block and the side block is also set, that is, a composite side block is used, then 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 from two to four layers, especially preferably from two to three layers, most preferably two layers.
Шари можуть слідувати один за одним в попередньо заданому напрямку, який може відповідати, зокрема, напрямку товщини або висоти бічного блока, так що досягається варіація теплопровідності бічного блока в напрямку товщини або, відповідно, в напрямку висоти бічного блока. Бічний блок також може мати наступні в різних напрямках один за одним шари так, що досягається варіація теплопровідності бічного блока в різних напрямках. Наприклад, численні шари бічного блока, що слідують один за одним в першому напрямку, можуть утворювати першу послідовність шарів, і численні інші шари бічного блока, що слідують один за одним в першому напрямку, створювати другу послідовність шарів, причому обидві послідовності шарів переважно слідують один за одним у другому напрямку, відмінному від першого напрямку, і, зокрема, перпендикулярному відносно першого напрямку, тобто в шаховому порядку.The layers may follow each other in a predetermined direction, which may correspond, in particular, to the direction of the thickness or the height of the side block, so that a variation of the thermal conductivity of the side block in the direction of the thickness or, respectively, in the direction of the height of the side block is achieved. The side block can also have successive layers in different directions one after the other so that a variation of the thermal conductivity of the side block in different directions is achieved. For example, a plurality of side block layers following each other in a first direction may form a first sequence of layers, and a plurality of other side block layers following each other in a first direction may form a second sequence of layers, with both sequences of layers preferably following one another one after the other in a second direction different from the first direction and, in particular, perpendicular to the first direction, i.e. staggered.
Згідно з одним переважним варіантом виконання, шаруватий елемент має послідовність, що чергується, з шару з нижчою теплопровідністю і шару з вищою теплопровідністю. Ця послідовність, що чергується, може бути виконана в попередньо заданому напрямку, який, зокрема, відповідає напрямку товщини або висоти. Але також може бути так, що одна послідовність, що чергується, виходить з шару з нижчою теплопровідністю і шару з вищою теплопровідністю в першому напрямку, і одна послідовність, що чергується, виконана у другому напрямку, відмінному від першого напрямку, зокрема, перпендикулярному відносно першого напрямку. При цьому особливо переважна характеристика теплопровідності досягається, коли зовнішній шар шаруватого елемента являє собою шар з нижчою теплопровідністю, й інший зовнішній шар являє собою шар з вищою теплопровідністю. Внаслідок цього ефективно і безпосередньо узгоджуються поглинання, розподіл і відведення тепла через зовнішні поверхні бічного блока, які утворені зовнішніми шарами бічного блока. Переважно, щоб при цьому зовнішній шар шаруватого елемента, який знаходиться в контакті з рідким алюмінієм і/або з шаром рідкого розплаву, являв собою шар з нижчою теплопровідністю, і щоб інший зовнішній шар шаруватого елемента, який знаходиться в контакті з катодним днищем і/або ванною, являв собою шар з вищою теплопровідністю. Напрямок, по якому розрізнюється теплопровідність, являє собою напрямок, який орієнтований перпендикулярно до бічної стінки, утвореної бічними блоками.According to one preferred embodiment, the layered element 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 the case that one alternating sequence comes from a layer with a lower thermal conductivity and a layer with a 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 At the same time, a particularly favorable characteristic of thermal conductivity is achieved when the outer layer of the layered element is a layer with a lower thermal conductivity, and the other outer layer is a layer with a higher thermal conductivity. As a result, 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, are effectively and directly coordinated. It is preferable that the outer layer of the laminated element, which is in contact with the liquid aluminum and/or with the liquid melt layer, is a layer with lower thermal conductivity, and that the other outer layer of the laminated element, which 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 distinguished is the direction that is oriented perpendicular to the side wall formed by the side blocks.
У принципі, шари і/або бічний блок можуть мати будь-яку придатну форму. При цьому потрібно розуміти, що форма значною мірою залежить від бажаного застосування бічного блока, тобто узгодження термічних умов в електролізері при його роботі, окремо або в комбінації цього узгодження з частковою або повною заміною набивної маси між катодним блоком і бічним блоком.In principle, the layers and/or side block can have any suitable shape. At the same time, it should be understood that the shape largely depends on the desired application of the side block, i.e. the matching of thermal conditions in the electrolyzer during its operation, separately or in combination with this matching with partial or complete replacement of the packing mass between the cathode block and the side block.
Один варіант виконання, особливо переважний відносно характеристик теплопровідності, а також технологічності виготовлення бічного блока, полягає в тому, що шари бічного блока бо мають блокову форму, зокрема, прямокутну форму, і з'єднані один з одним контактними поверхнями, зокрема, своїми опорними поверхнями або своїми бічними поверхнями. Подібні шари можуть бути особливо просто виготовлені і дозволяють цілеспрямовано регулювати і варіювати теплопровідність вздовж основних напрямків бічних блоків, що переважно мають блокову форму, зокрема, прямокутну форму.One variant of execution, which is particularly preferable in terms of thermal conductivity characteristics, as well as the manufacturability of manufacturing the side block, consists in the fact 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, by their support surfaces or its side surfaces. Such layers can be especially simply manufactured and allow to purposefully adjust and vary the thermal conductivity along the main directions of the side blocks, which preferably have a block shape, in particular, a rectangular shape.
Бічний блок переважно виконаний в блоковій формі, зокрема, з прямокутною формою. При цьому напрямок по товщині одного або багатьох шарів бічного блока в кожному випадку може співпадати з напрямком по товщині бічного блока так, що орієнтація шарів узгоджується з орієнтацією бічного блока і відповідно до цього з основними напрямками теплопередачі в бічному блоці. Шари, з'єднані між собою своїми опорними поверхнями, відповідно до цього можуть слідувати один за одним в напрямку товщини бічного блока, і шари, з'єднані між собою своїми бічними поверхнями, можуть слідувати один за одним в напрямку висоти бічного блока.The side block is preferably made in a block shape, in particular, with a rectangular shape. At the same time, the direction along the thickness of one or many layers of the side block in each case may 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. The layers connected to each other by their support surfaces can accordingly follow each other in the direction of the thickness of the side block, and the layers connected to each other by their side surfaces can follow each other in the direction of the height of the side block.
У значенні винаходу під блоком розуміється елемент, який має шість прямокутних поверхонь, вісім прямих кутів і дванадцять ребер, з яких в кожному випадку щонайменше чотири мають однакову довжину і паралельні один до одного. Якщо блок являє собою прямокутник, то тоді в кожному випадку чотири ребра є рівними і паралельними один до одного.In the meaning of the invention, a block is an element that has six rectangular surfaces, eight right angles and twelve edges, of which in each case at least four have the same length and are parallel to each other. If the block is a rectangle, then in each case the four edges are equal and parallel to each other.
Але також можливо, що вісім з дванадцяти ребер мають однакову довжину, причому тут в кожному випадку чотири ребра паралельні між собою, або ж всі ребра мають однакову довжину, причому тут також в кожному випадку чотири ребра паралельні один до одного.But it is also possible that eight of the twelve ribs are of the same length, and here in each case four ribs are parallel to each other, or all the ribs are of the same length, and here also in each case the four ribs are parallel to each other.
Якщо бічний блок застосовується в електролізері як композитнтий бічний блок, то переважний варіант виконання бічного блока полягає в тому, що щонайменше один шар бічного блока має блокову форму, зокрема, прямокутну форму, і щонайменше один шар бічного блока має багатокутну форму. Ці шари з'єднані один з одним своїми контактними поверхнями, зокрема, своїми опорними поверхнями; опорна поверхня шару, що має блокову форму, при цьому має або частковий, або повний контакт з опорною поверхнею шару, що має багатокутну форму. При повному контакті опорних поверхонь обидва шари мають однакову висоту; якщо ж має місце частковий контакт, то шар, що має багатокутну форму, має висоту, яка становить від 95 до менше 100 95, переважно від 40 до 80 95, особливо переважно від 50 до 75 95 висоти шару, що має блокову форму. Такі шари також можуть бути виготовлені дуже простим чином і дозволяють, з одного боку, цілеспрямовано погоджувати і варіювати теплопровідність вздовжIf the side block is used in the electrolyzer as a composite side block, then a 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 shape. These layers are connected to each other by their contact surfaces, in particular, by their support surfaces; the bearing surface of the layer having a block shape, while having either partial or full contact with the bearing surface of the layer having a polygonal shape. With full contact of the support surfaces, both layers have the same height; if there is a partial contact, then the layer having a polygonal shape has a height that is from 95 to less than 100 95, preferably from 40 to 80 95, especially preferably from 50 to 75 95 of the height of the layer having a block shape. Such layers can also be produced in a very simple way and allow, on the one hand, to purposefully match and vary the thermal conductivity along
Ко) основних напрямків бічного блока, з іншого боку, за допомогою такого бічного блока можлива часткова або повна заміна набивної маси між бічним блоком і катодним блоком.Ko) of the main directions of the side block, on the other hand, with the help of such a side block, a partial or complete replacement of the packing mass between the side block and the cathode block is possible.
Щонайменше один шар композитного бічного блока має багатокутну форму. У значенні винаходу під багатокутником розуміється багатокутник, який переважно може містити від трьох до шести кутів, особливо переважно від трьох до п'яти кутів. Як багатокутник з чотирма кутами розуміються, наприклад, прямокутник, квадрат або трапеція. Ці багатокутники можуть мати правильну або неправильну форму. Під правильним багатокутником в рамках винаходу розуміється багатокутник, в якому всі сторони мають однакову довжину, і всі внутрішні кути мають однакову величину. За допомогою різних багатокутних форм композитні бічні блоки можуть бути узгоджені з бажаною конструкцією електролізера; наприклад, завдяки відповідній конструкції композитного бічного блока, тобто, виконанню шару з багатокутною формою, може бути створений більший простір для анодів. Збільшені площі анодів дозволяють застосовувати вищі величини струму і тим самим забезпечувати вищу продуктивність. До того ж форма композитного бічного блока може бути узгоджена з формою шва, який проходить спочатку, з набивною масою. Крім того, ці багатокутники можуть мати нормальні і/або закруглені кути. Під нормальним кутом розуміється точка, в якій сходяться один з одним дві сторони відповідного багатокутника. Під закругленим кутом розуміється кут, який має круглий вигин, що проходить увігнутим всередину, без наявності на цій зігнутій ділянці кутастої або, відповідно, ребристої зміни напрямку. Закруглені кути порівняно з гострими кутами мають ту перевагу, що на закруглених кутах відбувається рівномірніший розподіл сил. Цей більш рівномірний розподіл сил зумовлює зниження виникаючих напруг, і тим самим зменшене утворення тріщин і/або дефектів в цих місцях композитного бічного блока. Багатокутник переважно містить тільки нормальні кути, або одна вершина багатокутника є скругленною, й інші кути являють собою нормальні кути.At least one layer of the composite side block has a polygonal shape. In the meaning of the invention, a polygon is understood to be a polygon, which preferably can contain from three to six angles, especially preferably from three to five angles. A polygon with four corners is understood, for example, as a rectangle, square or trapezoid. These polygons can be regular or irregular. A regular polygon within the scope of the invention is a polygon in which all sides have the same length and all internal angles have the same size. With the help of different polygonal shapes, the composite side blocks can be matched to the desired design of the electrolyzer; for example, due to the appropriate design of the composite side block, that is, the execution of the layer with a polygonal shape, a larger space for the anodes can be created. The increased areas of the anodes make it possible to apply higher current values and thereby provide higher productivity. In addition, the shape of the composite side block can be coordinated with the shape of the seam that passes first, with the filling mass. In addition, these polygons can have normal and/or rounded corners. A normal angle is the point at which two sides of the corresponding polygon meet each other. A rounded corner is understood as a corner that has a round bend that passes concavely inward, without the presence of an angular or, accordingly, ribbed change of direction on this bent area. Rounded corners compared to sharp corners have the advantage that there is a more even distribution of forces on rounded corners. This more uniform distribution of forces leads to a decrease in the resulting stresses, and thereby reduced formation of cracks and/or defects in these places of the composite side block. A polygon preferably contains only normal angles, or one vertex of the polygon is rounded and the other angles are normal angles.
При цьому напрямок по товщині одного або багатьох шарів композитного бічного блока в кожному випадку може співпадати з напрямком по товщині бічного блока так, що орієнтація шарів узгоджується з орієнтацією бічного блока і відповідно до цього - з найважливішими напрямками теплоперенесення в бічному блоці. З'єднані між собою своїми опорними поверхнями шари відповідно до цього можуть слідувати один за одним в напрямку товщини композитного бічного блока.At the same time, the direction along the thickness of one or many layers of the composite side block in each case may 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 most important directions of heat transfer in the side block. Layers interconnected by their support surfaces can accordingly follow each other in the direction of the thickness of the composite side block.
Бічний блок, зокрема композитний бічний блок, в принципі може мати плоску конструктивну форму з відносно невеликою товщиною і, зокрема, явно більшою висотою і шириною, причому бічний блок може мати висоту, яка перевищує ширину. Товщина бічного блока, коли шари з'єднані між собою своїми опорними поверхнями, може становити, наприклад, між 50 і 700 мм, і залежить від варіанта застосування. Якщо бічний блок використовується тільки для узгодження термічних умов в електролізері, то товщина становить переважно між 60 і 250 мм, особливо переважно між 80 і 150 мм, найбільш переважно між 90 ії 110 мм. Якщо ж в електролізері застосовується композитний бічний блок, то товщина переважно становить між 150 і 600 мм, особливо переважно між 200 і 350 мм, найбільш переважно між 225 і 300 мм. Співвідношення товщини, зокрема, двох шарів може становити, наприклад, не більше 1:3, переважно не більше 1:22, іособливо переважно 1.1.The side block, in particular the composite side block, can in principle have a flat structural shape with a relatively small thickness and, in particular, a clearly greater height and width, and the side block can have a height that exceeds the width. The thickness of the side block, when the layers are connected to each other by their support surfaces, can be, for example, between 50 and 700 mm, and depends on the application option. If the side block is used only to adjust the thermal conditions in the electrolyzer, the thickness is preferably between 60 and 250 mm, especially preferably between 80 and 150 mm, most preferably between 90 and 110 mm. If a composite side block is used in the electrolyzer, the thickness is preferably between 150 and 600 mm, especially preferably between 200 and 350 mm, most preferably between 225 and 300 mm. The thickness ratio, in particular, of two layers can be, for example, no more than 1:3, preferably no more than 1:22, and especially preferably 1.1.
Ширина бічного блока, зокрема композитного бічного блока, може бути будь-яким чином узгоджена з довжиною бічної стінки електролізера, тобто вона може займати або всю довжину цієї бічної стінки, або ж вона становить тільки частину довжини бічної стінки. Довжина бічної стінки може становити, наприклад, або від 3500 мм до 4000 мм, або від 10000 до 15000 мм.The width of the side block, in particular the composite side block, can be coordinated in any way with the length of the side wall of the electrolyzer, that is, it can occupy either the entire length of this side wall, or it can be only part of the length of the side wall. The length of the side wall can be, for example, either from 3500 mm to 4000 mm, or from 10000 to 15000 mm.
Якщо довжина бічної стінки становить від 10000 до 15000 мм, то ширина бічного блока може становити цю довжину, або бічна стінка покрита, наприклад, бічними блоками кількістю від 2 доIf 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 in the number of 2 to
З, що мають довжину 5000 мм.With a length of 5000 mm.
Коли ширина бічного блока займає всю довжину бічної стінки електролізера, то, з одного боку, за рахунок такого бічного блока можна відмовитися від можливого застосування клейового матеріалу для швів між окремими бічними блоками, з іншого боку, спрощене вбудування цього бічного блока забезпечує економію часу. У тому випадку, коли ширина відповідного винаходу бічного блока становить тільки частину довжини бічної стінки, то використовуються щонайменше два відповідні винаходу бічні блоки. У рамках винаходу можливе застосування відповідних винаходу бічних блоків з різною шириною, тобто ширина одного окремого бічного блока може бути відрегульована залежно від потреби. Коли ширина відповідного винаходу бічного блока, зокрема композитного бічного блока, займає тільки частину довжини бічної стінки, то вона може становити між 300 і 600 мм, переважно між 400 і 600 мм, особливо переважно між 450 і 550 мм.When the width of the side block occupies the entire length of the side wall of the electrolyzer, then, on the one hand, due to such a side block, you can refuse the possible use of adhesive material for seams between individual side blocks, on the other hand, the simplified installation of this side block provides time savings. In the case when the width of the side block according to the invention is only part of the length of the side wall, then at least two side blocks according to the invention are used. Within the framework of the invention, it is possible to use the side blocks corresponding to the invention with different widths, that is, the width of one individual side block can be adjusted depending on the need. When the width of the side block according to the invention, in particular the composite side block, occupies only part of the length of the side wall, it can be between 300 and 600 mm, preferably between 400 and 600 mm, especially preferably between 450 and 550 mm.
Ко) Висота бічного блока, зокрема композитного бічного блока, може становити, наприклад, між 500 ї 900 мм, переважно між 600 і 800 мм, особливо переважно між 600 і 750 мм. У цьому випадку для композитного бічного блока як висота приймається довжина шару, що має блокову форму.Ko) The height of the side block, in particular the composite side block, can be, for example, between 500 and 900 mm, preferably between 600 and 800 mm, especially preferably between 600 and 750 mm. In this case, the length of the block-shaped layer is taken as the height for the composite side block.
Згідно з одним переважним варіантом виконання, бічний блок, який не включає композитний бічний блок, має два шари, які слідують один за одним в напрямку товщини бічного блока, зокрема, частково або повністю з'єднані між собою своїми опорними поверхнями, які в кожному випадку покривають 30-70 95, переважно 50 95 товщини бічного блока і тим самим покривають всю товщину бічного блока. При цьому потрібно розуміти, що величини окремої товщини шарів в процентах - також і нижченаведеному описі - завжди спільно дають 100 95. При цьому один шар може бути протяжним по всій висоті бічного блока.According to one preferred embodiment, the side block, which does not include a composite side block, has two layers that follow each other in the direction of the thickness of the side block, in particular, partially or completely connected to each other by their support surfaces, which in each case cover 30-70 95, preferably 50 95 of the thickness of the side block and thereby cover the entire thickness of the side block. At the same time, you need to understand that the values of the individual thickness of the layers in percentages - also in the description below - always add up to 100 95. At the same time, one layer can be extended along the entire height of the side block.
Однаковим чином бічний блок, який не включає композитний бічний блок, може мати два шари, які слідують один за одним в напрямку висоти бічного блока, зокрема, з'єднані своїми бічними поверхнями, які в кожному випадку покривають 30-70 95, переважно 5095 висоти бічного блока і тим самим покривають всю висоту бічного блока. При цьому один шар може бути протяжним по всій товщині бічного блока.Similarly, a side block that does not include a composite side block can have two layers that follow each other in the direction of the height of the side block, in particular, connected by their side surfaces, which in each case cover 30-70 95, preferably 5095 height of the side block and thereby cover the entire height of the side block. At the same time, one layer can be extended over the entire thickness of the side block.
Згідно з одним переважним варіантом виконання, один або декілька, і, зокрема, всі шари бічного блока, які не являють собою композитний бічний блок, мають в кожному випадку товщину від 25 мм до 125 мм, переважно від 30 до 100 мм, особливо переважно від 40 до 75 мм, ії найбільш переважно від 45 до 55 мм. Це є особливо переважним тоді, коли бічний блок має два шари, які з'єднані між собою своїми опорними поверхнями, і слідують один за одним в напрямку товщини, і, зокрема, в кожному випадку становлять 30-70 95, переважно 50 956 товщини бічного блока. При цьому шари в кожному випадку можуть бути протяжними по всій висоті бічного блока.According to one preferred embodiment, one or more, and in particular all layers of the side block, which do not constitute a composite side block, have in each case a thickness of from 25 mm to 125 mm, preferably from 30 to 100 mm, particularly preferably from 40 to 75 mm, and most preferably from 45 to 55 mm. This is particularly advantageous when the side block has two layers which are connected to each other by their support surfaces and follow each other in the thickness direction, and in particular in each case are 30-70 95, preferably 50 956 of the thickness of the side block At the same time, the layers in each case can be extended along the entire height of the side block.
Згідно з одним додатковим переважним варіантом виконання, один або декілька, і, зокрема, всі шари бічного блока, які не включають композитний бічний блок, коли ці шари з'єднані між собою своїми бічними поверхнями і слідують один за одним в напрямку висоти, мають висоту від 150 до 450 мм, переважно від 200 до 400 мм, особливо переважно від 250 до 350 мм, і найбільш переважно від 280 до 320 мм. Це, зокрема, є переважним тоді, коли бічний блок має два шари, які з'єднані між собою своїми бічними поверхнями, і слідують один за одним в бо напрямку висоти, і в кожному випадку є протяжними, зокрема, на 30-70 956, переважно до 50 95 висоти бічного блока. При цьому шари в кожному випадку можуть бути протяжними по всій товщині бічного блока. Співвідношення висот, зокрема, двох шарів може становити, наприклад, не більше 1:3, переважно не більше 1:22, і особливо переважно 1:1.According to one additional preferred embodiment, one or more, and in particular all layers of the side block, which do not include a composite side block, when these layers are interconnected by their side surfaces and follow each other in the direction of height, have a height from 150 to 450 mm, preferably from 200 to 400 mm, especially 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 which are connected to each other by their side surfaces, and follow each other in the direction of height, and in each case extend, in particular, by 30-70,956, preferably up to 50 95 of the height of the side block. At the same time, the layers in each case can be extended over the entire thickness of the side block. The height ratio, in particular, of the two layers can be, for example, no more than 1:3, preferably no more than 1:22, and especially preferably 1:1.
Згідно з одним зразковим варіантом виконання композитного бічного блока, цей бічний блок має два шари, які слідують один за одним в напрямку товщини бічного блока, зокрема, з'єднані між собою своїми опорними поверхнями, які в кожному випадку займають 30-70 95, переважно 50 95 товщини бічного блока і тим самим покривають всю товщину бічного блока. При цьому потрібно розуміти, що величини окремої товщини шарів у процентах - також і в подальшому описі - завжди спільно становлять 100 95. При цьому один шар частково або повністю може бути протяжним по всій висоті бічного блока. Може бути так, що шар, який має багатокутну форму, або повністю є протяжним по всій висоті шару, що має прямокутну форму, або він займає від 30 95 до менше 100 95, переважно від 40 95 до 80 95, особливо переважно від 50 до 75 95 висоти шару, що має прямокутну форму.According to one exemplary embodiment of the composite side block, this side block has two layers that follow each other in the direction of the thickness of the side block, in particular, are connected to each other by their support surfaces, which in each case occupy 30-70 95, preferably 50 95 of the thickness of the side block and thereby cover the entire thickness of the side block. At the same time, it should be understood that the values of the individual thickness of the layers in percentages - also in the further description - always add up to 100 95. At the same time, one layer can partially or completely extend over the entire height of the side block. It may be that the layer having a polygonal shape either completely extends over the entire height of the layer having a rectangular shape, or it occupies from 30 95 to less than 100 95, preferably from 40 95 to 80 95, especially preferably from 50 to 75 95 height of the layer having a rectangular shape.
Згідно з одним додатковим переважним варіантом виконання, один або декілька - і особливо всі - шари композитного бічного блока в кожному випадку мають товщину від 75 до 250 мм, переважно від 100 до 175 мм, і особливо переважно від 110 до 150 мм. Це є особливо переважним, коли композитний бічний блок має два шари, які частково або повністю з'єднані між собою своїми опорними поверхнями і слідують один за одним в напрямку товщини, і, зокрема, в кожному випадку становлять 30-70 95, переважно 5095 товщини композитного бічного блока. При повному контакті опорних поверхонь шари при цьому є протяжними по всій висоті композитного бічного блока; якщо, навпаки, має місце частковий контакт опорних поверхонь, то шар, що має багатокутну форму, займає від 30 до менше 100 95, переважно від 40 до 80 95, особливо переважно від 50 до 75 95 висоти шару, що має прямокутну форму.According to one additional preferred embodiment, one or more - and especially 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 especially preferably from 110 to 150 mm. It is particularly preferred when the composite side block has two layers which are partially or fully connected to each other by their support surfaces and follow each other in the thickness direction, and in particular in each case are 30-70 95, preferably 5095 thick composite side block. With full contact of the support surfaces, the layers are extended along the entire height of the composite side block; if, on the contrary, partial contact of the support surfaces takes place, then the layer having a polygonal shape occupies from 30 to less than 100 95, preferably from 40 to 80 95, especially preferably from 50 to 75 95 of the height of the layer having a rectangular shape.
Згідно з одним додатковим варіантом виконання, один або декілька шарів прямокутної форми, і, зокрема, всі прямокутні шари композитного бічного блока мають висоту від 500 до 900 мм, переважно від 650 до 850 мм, особливо переважно від 700 до 800 мм, і один або декілька, і, зокрема, всі багатокутні шари мають висоту від 150 до менше 900 мм, переважно від 200 до 720 мм, найбільш переважно від 250 до 675 мм.According to one additional embodiment, one or more rectangular layers, and in particular all rectangular layers of the composite side block have a height of from 500 to 900 mm, preferably from 650 to 850 mm, especially 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.
Бічний блок по своїй висоті може знаходитися в контакті з різними компонентами абоThe side block can be in contact with various components or
Зо середовищами електролізера, зокрема, з шаром рідкого алюмінію, шаром розплаву, при відомих обставинах з кіркою із застиглого розплаву, розташованою зверху шару розплаву, а також з газоподібною атмосферою, що утворюється при роботі електролізера з різноманітними речовинами, що містяться в ній. У своїй нижній області бічний блок може знаходитися в з'єднанні з катодним днищем і/або набивною масою, яка може бути передбачена для одержання щільного з'єднання між катодним днищем і бічним блоком. Бічний блок згідно з наведеним вище описом може мати численні шари, які слідують один за одним в напрямку висоти, з різною теплопровідністю, причому переважно ті області висот бічного блока, на яких бічний блок контактує з різними середовищами, утворені різними шарами бічного блока.With the environments 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 layer of melt, as well as with a gaseous atmosphere formed during the operation of the electrolyzer with various substances contained in it. In its lower region, the side block may be in connection with the cathode bottom and/or a packing mass, which may be provided to obtain a tight connection between the cathode bottom and the side block. The side block according to the above description can have numerous layers that follow each other in the direction of height, with different thermal conductivity, and preferably those regions of the heights of the side block, on which the side block is in contact with different environments, are formed by different layers of the side block.
Завдяки цьому поглинання і відведення тепла через бічний блок узгоджуються з термічними умовами і вимогами в різних середовищах, які мають місце. Шляхом цього узгодження бічні блоки загалом піддаються меншому навантаженню, що веде до вищої зносостійкості.Thanks to this, the absorption and removal of heat through the side block is consistent with the thermal conditions and requirements in the various environments that take place. Through this alignment, the side blocks are generally subjected to less stress, leading to higher wear resistance.
Альтернативно або додатково, бічний блок може мати численні шари, які слідують один за одним в напрямку товщину бічного блока, з різними теплопровідностями. Внаслідок цього теплопровідність бічного блока може варіюватися в напрямку теплового потоку, який орієнтований перпендикулярно до бічної поверхні бічного блока, що межує з внутрішньою частиною ванни.Alternatively or additionally, the side block may have multiple layers that follow each other in the direction of the thickness of the side block, with different thermal conductivities. As a result, the thermal conductivity of the side block can vary in the direction of the heat flow, which is oriented perpendicular to the side surface of the side block bordering the inner part of the bath.
Один варіант виконання, що є переважним відносно важливої для застосування бічного блока в електролізері термічної, механічної і хімічної стабільності бічного блока, полягає в тому, що щонайменше один шар, переважно всі шари, складаються з матеріалу, вибраного з групи, яка складається з вуглецю, графітового вуглецю, графітизованого вуглецю, або карбіду кремнію, або будь-яких сумішей з них, або містить такий матеріал. Ці матеріали особливо придатні, щоб витримувати вплив умов, які мають місце при застосуванні бічного блока в електролізері і контакті бічного блока з шаром рідкого алюмінію і шаром розплаву, що виникає при цьому. Крім того, вибір матеріалів з придатними складами забезпечує можливість узгодження теплопровідності бічного блока в переважному діапазоні величин. Теплопровідність одного або багатьох, і, зокрема, всіх шарів бічного блока - по вимірюванню при температурі між 920 С і 1000 "С, переважно між 950 "С і 980 С - може становити, наприклад, між 4 до 120One embodiment, which is preferred in relation to the thermal, mechanical and chemical stability of the side block, which is important for the use of the side block in an electrolyzer, is that at least one layer, preferably all layers, consist of a material selected from the group consisting of carbon, graphitic carbon, graphitized carbon, or silicon carbide, or any mixtures thereof, or containing such material. These materials are particularly suitable to withstand the effects of the conditions that occur when the side block is used in the electrolyzer and the contact of the side block with the layer of liquid aluminum and the resulting melt layer. In addition, the choice of materials with suitable compositions ensures the possibility of matching the thermal conductivity of the side block in the preferred range of values. The thermal conductivity of one or many, and in particular all layers of the side block - as measured at a temperature between 920 C and 1000 "C, preferably between 950 "C and 980 C - can be, for example, between 4 and 120
Вт/меК, зокрема, між 4 до 100 Вт/меК, переважно між 5 до 80 Вт/меК, особливо переважно між 8 до 50 Вт/меК.W/meK, in particular between 4 and 100 W/meK, preferably between 5 and 80 W/meK, especially preferably between 8 and 50 W/meK.
Особливо висока зносостійкість бічного блока і тим самим особливо тривалий термін експлуатації забезпеченого бічним блоком електролізера досягається, коли вуглець являє собою антрацит, переважно електрично кальцинований антрацит, і карбід кремнію являє собою зв'язаний нітридом кремнію карбід кремнію.Especially high wear resistance of the side block and thus a particularly long service life of the electrolyzer equipped with a side block is achieved when the carbon is anthracite, preferably electrically calcined anthracite, and the silicon carbide is silicon carbide bound by silicon nitride.
Ще додаткове поліпшення термічних і механічних характеристик бічного блока може бути досягнуте, коли виготовлення бічного блока включає етап імпрегнування пеком і подальшу карбонізацію. При цьому імпрегнуванню може бути підданий весь бічний блок або щонайменше один шар бічного блока, як описано вище.Still further improvement in the thermal and mechanical characteristics of the side block can be achieved when the manufacture of the side block includes a step of pitch impregnation and subsequent carbonization. With this impregnation, the entire side block or at least one layer of the side block can be subjected, as described above.
Щонайменше один з шарів може бути легований кремнієм (порошком), оксидним керамічним матеріалом, наприклад, таким як оксид алюмінію або діоксид титану, або неоксидним керамічним матеріалом, який переважно складається щонайменше з одного металу 4-6 Груп, і щонайменше одного елемента з 13-ої або 14-ої групи Періодичної системи елементів. Під легуванням тут розуміється додавання в сировинну суміш, причому конкретний вміст одного або багатьох легуючих додатків в сировинній суміші становить 3-15 95 за вагою, переважно 5-10 95 за вагою. Переважно застосовуються порошки з частинок з діаметром менше 200 мкм, особливо переважно менше 63 мкм. У ряд цих неоксидних матеріалів входять, зокрема, карбіди металів, бориди металів, нітриди металів і карбонітриди металів, з металом з 4-6 Груп, наприклад, таким як титан, цирконій, ванадій, ніобій, тантал, хром або вольфрам, причому переважно застосовується титан. Також можливе застосування будь-яких сумішей з оксидних керамічних матеріалів, будь-яких сумішей з неоксидних керамічних матеріалів, будь-яких сумішей з оксидних керамічних матеріалів і неоксидних керамічних матеріалів, будь-яких сумішей з оксидних керамічних матеріалів і кремнію(порошку), будь-яких сумішей з неоксидних керамічних матеріалів і кремнію(порошку), або будь-яких сумішей з оксидних керамічних матеріалів, неоксидних керамічних матеріалів і (кремніюдупорошку. Як переважні неоксидні матеріали можуть використовуватися борид титану або карбід титану. Якщо використовується кремній(порошок), то він під час процесу випалення перетворюється в карбід кремнію. Також можливе застосування попередника (прекурсора) для одержання зв'язаного нітридом кремнію карбіду кремнію, причому використовується суміш з карбіду кремнію і кремнієвого порошку. Тут процес випалення повинен проводитися при контрольованому вмісті азоту в горючому газі приAt 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 Group 4-6 metal, and at least one element of 13- 8th or 14th group of the Periodic System of Elements. Doping here means addition to the raw material mixture, and the specific content of one or more alloying additives in the raw material mixture is 3-15 95 by weight, preferably 5-10 95 by weight. Preference is given to powders made of particles with a diameter of less than 200 μm, especially preferably less than 63 μm. A number of these non-oxide materials include, in particular, metal carbides, metal borides, metal nitrides and metal carbonitrides, with metal from Groups 4-6, for example, such as titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten, and it is mainly used titanium. 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 any mixtures of non-oxide ceramic materials and silicon (powder), or any mixtures of oxide ceramic materials, non-oxide ceramic materials and (silicon powder. Titanium boride or titanium carbide may be used as the preferred non-oxide materials. If silicon (powder) is used, it during the firing process, it turns into silicon carbide. It is also possible to use a precursor (precursor) to obtain silicon carbide bound by silicon nitride, and a mixture of silicon carbide and silicon powder is used. Here, the firing process must be carried out with a controlled nitrogen content in the fuel gas at
Зо температурі до 1400 "С, щоб забезпечити перетворення кремнію у власне зв'язувальну фазу нітриду кремнію. Як правило, тут термічна обробка проводиться шляхом випалення, як для звичайних керамічних матеріалів, тобто при температурі випалення відповідно використовуваному керамічному матеріалу. Таким чином, може бути так, що при виготовленні шаруватого елемента повинні братися до уваги різні вимоги до процесу випалювання окремих використовуваних матеріалів. Відносно цього шару мова йде, зокрема, про шар, який при експлуатації контактує з навколишньою сталевою ванною і тим самим наражається на підвищену небезпеку окислювального спрацювання.From a temperature of up to 1400 "C to ensure the transformation of silicon into the actual bonding phase of silicon nitride. As a rule, heat treatment here is carried out by firing, as for ordinary ceramic materials, that is, at the firing temperature corresponding to the ceramic material used. Thus, it can be so that when manufacturing a layered element, different requirements for the firing process of the individual materials used must be taken into account.Regarding this layer, we are talking, in particular, about the layer that during operation comes into contact with the surrounding steel bath and thereby is exposed to an increased risk of oxidation.
Бічний блок переважно виготовляється монолітним так, щоб шари бічного блока були з'єднані між собою у вигляді єдиної суцільної деталі і із замиканням по матеріалу. Таке з'єднання відрізняється від клейового або механічного з'єднання підвищеною стабільністю.The side block is preferably made monolithic, so that the layers of the side block are connected to each other in the form of a single continuous part and with a lock on the material. Such a connection differs from an adhesive or mechanical connection by increased stability.
Бічний блок при цьому може утворювати композитний елемент з окремих шарів. Внаслідок цього виходить особливо висока термічна, механічна і хімічна стабільність бічного блока, і тим самим особливо тривалий термін експлуатації забезпеченого бічним блоком електролізера.At the same time, the side block can form a composite element from separate layers. As a result, a particularly high thermal, mechanical and chemical stability of the side block is obtained, and thus a particularly long service life of the electrolyzer equipped with a side block.
Зокрема, бічний блок може бути одержаний суцільним із сировинної заготовки, яка може містити відповідні готовому бічному блоку різні шари з численних різних сировинних сумішей, які утворюють вихідні матеріали для різних шарів бічного блока. Бічний блок може бути одержаний випаленням сировинної заготовки, причому, зокрема, може проводитися карбонізація і/або графітизація сировинного матеріалу в сировинній заготовці.In particular, the side block can be obtained in one piece from a raw material, which can contain different layers corresponding to the finished side block from numerous different raw material mixtures that form the starting materials for the different layers of the side block. The side block can be obtained by burning the raw material, and, in particular, carbonization and/or graphitization of the raw material in the raw material can be carried out.
Наприклад, теплопровідність бічного блока може бути виміряна при температурі між 920 "С і 1000 С згідно зі стандартом СІМ 51936. При цьому при вимірюваннях, які перевищують температури 400 "С, використовується імпульсний лазер. Всередині одного шару бічний блок може мати щонайменше по суті однорідну теплопровідність. Між шаром, який має нижчу теплопровідність, і шаром, який має вищу теплопровідність, може бути утворена перехідна область, в якій теплопровідність, наприклад, щонайменше по суті безперервно знижується від вищого до нижчого значення. Така перехідна область, яка може бути виконана відносно малою порівняно з сукупною протяжністю шарів, може розглядатися як частина обох шарів.For example, the thermal conductivity of the side block can be measured at a temperature between 920 "C and 1000 C according to the standard SIM 51936. At the same time, for measurements that exceed temperatures of 400 "C, a pulsed laser is used. Within one layer, the side block can have at least substantially uniform thermal conductivity. Between a layer having a lower thermal conductivity and a layer having a higher thermal conductivity, a transition region may be formed in which the thermal conductivity, for example, decreases at least substantially continuously 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.
Додатковим предметом винаходу є спосіб виготовлення відповідного винаходу описаного вище бічного блока, який включає етапи:An additional subject of the invention is a method of manufacturing the corresponding invention of the side block described above, which includes the steps:
а) підготовки суміші для шару з нижчою теплопровідністю, суміші для шару з вищою теплопровідністю, і при необхідності однієї або багатьох сумішей щонайменше для одного додаткового шару, р) формування сировинної заготовки з шаруватою конфігурацією з сумішей згідно з етапом а), і с) випалення сировинної заготовки згідно з етапом Б) при температурі від 800 до 1400 "С, переважно від 1000 до 1300 "С.a) preparation of a mixture for a layer with a lower thermal conductivity, a mixture for a layer with a higher thermal conductivity, and if necessary one or many mixtures for at least one additional layer, p) formation of a raw material with a layered configuration from the mixtures according to stage a), and c) firing raw material according to stage B) at a temperature from 800 to 1400 "C, preferably from 1000 to 1300 "C.
Виготовленням бічного блока шляхом випалення сировинної заготовки з різними сировинними сумішами, що створюють вихідні матеріали для шарів, виходить суцільний бічний блок з високою стабільністю і замиканням по матеріалу і монолітним зчепленням між окремими шарами бічного блока.The production of the side block by burning the raw material with various raw material mixtures, which create the starting materials for the layers, results in a solid side block with high stability and locking in the material and a monolithic bond between the individual layers of the side block.
Формування сировинної заготовки згідно з етапом Б) може передбачати, що сировинні суміші вводяться в одну форму. При цьому в формі можуть бути утворені численні шари сировинних сумішей відповідно до шаруватої структури готового бічного блока. Виготовлення шаруватої структури може бути простим шляхом виконане так, що шари сировинних сумішей слідують один за одним в напрямку розкривання форми. В особливо простому підході шари можуть бути введені в форму таким чином, що вони орієнтовані по суті горизонтально, переважно горизонтально, і слідують один за одним переважно у вертикальному напрямку.The formation of the raw material according to stage B) may provide that the raw material mixtures are introduced into one form. At the same time, multiple layers of raw material mixtures can be formed in the form according to the layered structure of the finished side block. The production of a layered structure can be done in a simple way so that the layers of raw materials follow one another in the direction of the opening of the mold. In a particularly simple approach, the layers can be molded in such a way that they are oriented essentially horizontally, preferably horizontally, and follow one another preferably in a vertical direction.
Крім того, формування сировинної заготовки згідно з етапом Б) може включати вібраційне формування і/або пресування в блок сировинних матеріалів. Це може бути проведене з вакуумування або без нього. Внаслідок цього можуть бути повністю або частково усунуті порожнини, що є всередині матеріалу, так що досягається повсюдно однорідна бажана об'ємна густина. Крім того, особливо висока однорідність відносно об'ємної густини може бути досягнута, коли формування сировинної заготовки включає прикладання тиску або, відповідно, спресовування сировинного матеріалу, щоб ущільнити матеріал.In addition, the formation of the raw material according to stage B) may include vibration forming and/or pressing into a block of raw materials. This can be done with or without vacuuming. As a result, the cavities inside the material can be completely or partially eliminated, so that a uniform desired bulk density is achieved everywhere. In addition, particularly high homogeneity relative to the bulk density can be achieved when the formation of the raw material includes the application of pressure or, accordingly, the pressing of the raw material to compact the material.
Як матеріали для сировинних сумішей особливо придатні всі сировинні матеріали, які можуть бути піддані випалюванню з утворенням вищезгаданих відносно готового бічного блока переважних матеріалів. Наприклад, щонайменше одна сировинна суміш може містити матеріал, який вибраний з групи, яка складається з вуглецьвмісного матеріалу, наприклад, такого якAll raw materials that can be fired to form the above-mentioned relatively ready-made lateral block of preferred materials are particularly suitable as materials for raw mixtures. For example, at least one feedstock mixture may contain a material that is selected from the group consisting of carbon-containing material, for example, such as
Зо антрацит, графітового або графітизованого матеріалу, наприклад, такого як синтетичний графіт і пек, або будь-якої суміші цих матеріалів. Крім того, в суміші може міститися, зокрема, вуглецьвмісний зв'язувальний матеріал, наприклад, такий як зв'язувальний пек.Of 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 binding material, for example, such as binding pitch.
Цілеспрямованим підбором складу матеріалу окремих шарів сировинної заготовки може бути цілеспрямовано відрегульована теплопровідність різних шарів одержаного бічного блока. Коли сировинна суміш включає вуглецьвмісний матеріал, під час випалювання сировинної заготовки переважно відбувається карбонізація матеріалу сировинної суміші. Крім того, як додатковий етап 4) може бути виконана графітизація матеріалу. Для цього карбонізований або сировинний формувальний виріб піддається нагріванню при температурах більше 2000 "С, і переважно більше 2200 "С.Purposeful selection of the material composition of individual layers of raw material can be purposefully adjusted thermal conductivity of various layers of the obtained side block. When the raw material mixture includes carbon-containing material, carbonization of the material of the raw material mixture mainly occurs during firing of the raw material. In addition, graphitization of the material can be performed as an additional step 4). For this, the carbonized or raw molding product is heated at temperatures above 2000 °C, and preferably above 2200 °C.
Для додаткового поліпшення термічних і механічних властивостей бічного блока після етапу с) випалювання і/або після передбаченого за обставинами етапу а) графітизації може бути передбачений додатковий етап є), який включає імпрегнування пеком підданої випалюванню і, при необхідності, графітизованої сировинної заготовки.In order to further improve the thermal and mechanical properties of the side block after stage c) firing and/or after stage a) graphitization provided for under the circumstances, an additional stage g) can be provided, which includes impregnation with pitch of the fired and, if necessary, graphitized raw material.
Переважно описаним вище способом спочатку виготовляється базовий елемент з численними шарами, від якого на етапі, що слідує за вищеописаними етапами способу, е відділяються, зокрема, в процесі різання, численні бічні блоки з бажаними розмірами. Це справедливо також для виготовлення композитного бічного блока.Preferably, the above-described method first produces a basic element with multiple layers, from which, in the step following the above-described method steps, e are separated, in particular, in the cutting process, numerous side blocks with the desired dimensions. This is also true for the production of a composite side block.
Додатковим предметом винаходу є бічний блок, який виходить по виконанню описаного тут способу. Бічний блок при його застосуванні в електролізері забезпечує оптимізацію термічних умов в електролізері під час проведення електролізу і, крім того, має високу механічну стабільність і дуже міцне зчеплення між різними шарами бічного блока. Залежно від ширини бічного блока, можна відмовитися від клейового матеріалу між бічними блоками. Якщо використовується композитний бічний блок, то, крім того, частково або повністю можна відмовитися від набивної маси між бічним блоком і катодним блоком.An additional subject of the invention is the side block obtained by the method described here. The side block when used in an electrolyzer ensures optimization of thermal conditions in the electrolyzer during electrolysis and, in addition, has high mechanical stability and very strong adhesion between the different layers of the side block. Depending on the width of the side block, you can refuse the adhesive material between the side blocks. If a composite side block is used, then, in addition, the packing mass between the side block and the cathode block can be partially or completely abandoned.
Застосування відповідного винаходу бічного блока згідно з даним описом для футерівки бічних стінок в електролізері являє собою додатковий незалежний об'єкт даного винаходу. У рамках винаходу також можливо, що для футерівки бічної стінки також щонайменше один бічний блок, який застосовується для узгодження термічних умов, комбінується щонайменше з одним композитним бічним блоком. Кількість використовуваних тут бічних блоків і, відповідно, 60 композитних бічних блоків може бути відрегульована залежно від потреби.The application of the corresponding invention of the side block according to this description for the lining of the side walls in the electrolyzer is an additional independent object of this invention. Within the framework of the invention, it is also possible that for the lining of the side wall also at least one side block, which is used for matching thermal conditions, is combined with at least one composite side block. The number of side blocks used here, and thus the 60 composite side blocks, can be adjusted as needed.
Додатковим об'єктом винаходу є електролізер, зокрема, для одержання алюмінію, який включає катод, анод і стінку, причому щонайменше одна ділянка стінки утворена відповідним винаходу бічним блоком згідно з даним описом. Цей бічний блок може являти собою також композитний описаний вище бічний блок. Описані тут відносно бічного блока, його виготовлення і застосування, і, зокрема, його використання в електролізері, переваги і переважні варіанти виконання при відповідному застосуванні представляють переваги і переважні варіанти виконання відповідного винаходу електролізера. Щонайменше один бічний блок переважно утворює одну бічну стінку ванни, в якій міститься шар рідкого алюмінію і шар розплаву. Бічний блок при цьому може облицьовувати бічну стінку зовнішньої сталевої ванни, яка охоплює внутрішню ванну, утворену бічним блоком.An additional object of the invention is an electrolyzer, in particular, for the production of aluminum, which includes a cathode, an anode and a wall, and at least one part of the wall is formed by a side block corresponding to the invention according to this description. This side block can also be a composite side block described above. Described here with respect to the side block, its manufacture and application, and in particular its use in an electrolyzer, the advantages and preferred embodiments in the corresponding application represent the advantages and preferred embodiments of the corresponding invention of the electrolyzer. 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. At the same time, the side block can face the side wall of the outer steel bath, which covers the inner bath formed by the side block.
Як було згадано вище, з одного боку, визначена частина виділеної в електролізері кількості теплової енергії повинна бути відведена, але, з іншого боку, повинні бути відвернуті надмірні втрати тепла, щоб забезпечити заданий розподіл температур в електролізері. Нарівні з описаними досі відповідними винаходу бічними блоками і, відповідно, композитними бічними блоками, і вогнетривкою футерівкою, яка знаходиться між катодом і сталевою ванною, катод також впливає на регулювання теплової енергії в електролізері. Коли від електролізера відводиться дуже велика кількість тепла, кріоліт твердне в розплаві в надмірній кількості і може дійти до поверхні катода. Внаслідок цього порушується проходження струму через катод, що приводить до нерівномірного розподілу струму вздовж поверхні катода і разом з тим - до підвищеного електричного опору і тим самим зниженої ефективності використання енергії в електролізері. Регулювання теплопередачі від катода на розташовану під ним вогнетривку футерівку може бути ефективно виконане, тоді як регулювання теплопередачі від катода на бічні стінки проводиться набагато важче. Звичайно катодні блоки, які утворюють катод, складаються з одноманітного матеріалу, тобто, ці однорідні катодні блоки мають однакову теплопровідність, так що ці катодні блоки трохи або взагалі не в змозі підтримувати оптимальне регулювання теплопередачі в електролізері. Зокрема, це справедливо для налаштування терморегуляції катода для теплопередачі на бічні стінки.As mentioned above, on the one hand, a certain part of the amount of thermal energy allocated in the electrolyzer must be diverted, but on the other hand, excessive heat losses must be diverted to ensure the given temperature distribution in the electrolyzer. Along with the side blocks described so far according 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 electrolyzer. When a very large amount of 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, the passage of current through the cathode is disturbed, which leads to an uneven distribution of current along the surface of the cathode and, at the same time, to increased electrical resistance and thereby reduced efficiency of energy use in the electrolyzer. Controlling the heat transfer from the cathode to the underlying refractory lining can be done effectively, while controlling the heat transfer from the cathode to the sidewalls is much more difficult. Usually, the cathode blocks that make up the cathode are made of uniform material, that is, these homogeneous cathode blocks have the same thermal conductivity, so that these cathode blocks have little or no ability to maintain optimal control of heat transfer in the electrolyzer. In particular, this is true for setting the temperature regulation of the cathode for heat transfer to the side walls.
Документ УМО 02/064860 описує катодні блоки, які, якщо дивитися в напрямку довгої сторони катода, мають різні шари, які мають різний електричний опір, тобто для виготовлення катоднихUMO document 02/064860 describes cathode blocks which, when viewed in the direction of the long side of the cathode, have different layers having different electrical resistances, i.e. for making cathode
Зо блоків пошарово застосовуються різні в напрямку довгої сторони катода матеріали (які мають різні величини питомого електричного опору). З такими катодними блоками протікання струму через електролізер повинне наближатися до ідеальної струменевої характеристики також без дорогого розміщення струмопровідних шин.From the blocks, different materials (which have different values of specific electrical resistance) are applied layer by layer in the direction of the long side of the cathode. With such cathode blocks, the flow of current through the electrolyzer should approach the ideal jet characteristics also without the expensive placement of conductive buses.
Катодні блоки, які в напрямку довгої сторони катода мають різні шари, утворені внаслідок застосування різних матеріалів, також мають різну теплопровідність всередині катодного блока.Cathode blocks, which in the direction of the long side of the cathode have different layers formed due to the use of different materials, also have different thermal conductivity inside the cathode block.
Такі катодні блоки також можуть бути переважно використані для того, щоб скоротити зумовлені катодом теплові втрати, зокрема, в напрямку довгої сторони катода, тобто, в напрямку бічних стінок. Внаслідок цього навіть на окремих катодних блоках, і тим самим для всього катода загалом, регулюється напрямок теплового потоку. При цьому даний катодний блок в напрямку довгої сторони катода переважно включає щонайменше три шари, переважно від трьох шарів до семи шарів, особливо переважно від трьох шарів до п'яти шарів, і найбільш переважно три шари. При цьому є шари з вищою теплопровідністю і шари з нижчою теплопровідністю, причому потрібно розуміти, що для суміжних шарів один шар має вищу теплопровідність порівняно з іншим шаром. Різниця величин теплопровідності між шаром з вищою теплопровідністю і шаром з нижчою теплопровідністю становить щонайменше 10 95, відносно матеріалу з нижчою теплопровідністю, в діапазоні температур від 920 до 1000 "С, виміряної у напрямку довгої осі катодного блока. Катодний блок може включати щонайменше два шари, які мають однакову теплопровідність, тобто, які складаються з одного і того ж матеріалу. При цьому мова може йти про обидва зовнішні, тобто, крайові шари катодного блока. З таким катодним блоком шляхом вибору кількості шарів, послідовності шарів і вибору величини теплопровідності для кожного окремого з шарів можна цілеспрямовано регулювати тепловий потік в цьому катодному блоці.Such cathode blocks can also be preferably used in order to reduce cathode-induced heat losses, 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 thus for the entire cathode in general, the direction of the heat flow is regulated. At the same time, this cathode block in the direction of the long side of the cathode preferably includes at least three layers, preferably from three layers to seven layers, especially preferably from three layers to five layers, and most preferably three layers. At the same time, there are layers with higher thermal conductivity and layers with lower thermal conductivity, and it is necessary to understand that for adjacent layers, one layer has a higher thermal conductivity compared to another layer. The difference in thermal conductivity values between the layer with higher thermal conductivity and the layer with lower thermal conductivity is at least 10 95, 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 can include at least two layers, which have the same thermal conductivity, that is, which consist of the same material. In this case, we can be talking about both outer, i.e., edge layers of the cathode block. With such a cathode block, by choosing the number of layers, the sequence of layers and choosing the value of thermal conductivity for each individual of the layers, it is possible to purposefully regulate the heat flow in this cathode unit.
Для ситуації, коли переважне зменшене тепловідведення з електролізера, може бути застосований катодний блок, який, наприклад, має три шари. Обидва зовнішні шари, тобто, обидва шари, які знаходяться в безпосередньому або через набивну масу термічному контакті з бічною стінкою електролізера, являють собою шари з нижчою теплопровідністю, тоді як третій, середній, шар присутній як шар з вищою теплопровідністю. Якщо, навпаки, бажане інтенсивніше тепловідведення з електролізера, то в катодному блоці, що має три шари, присутні обидва зовнішні шари, які мають вищу теплопровідність порівняно з третім, середнім, шаром.For a situation where reduced heat removal from the electrolyzer is preferred, a cathode block can be used, which, for example, has three layers. The two outer layers, that is, the two layers that are in direct or through the packing mass thermal contact with the side wall of the electrolyzer, are layers with lower thermal conductivity, while the third, middle, layer is present as a layer with higher thermal conductivity. If, on the contrary, more intensive heat removal from the electrolyzer is desired, then in the cathode block, which has three layers, both outer layers are present, which have a higher thermal conductivity compared to the third, middle, layer.
Довжина катодного блока звичайно становить 2500-3500 мм. Довжина одного з 60 вищезгаданих окремих шарів - якщо дивитися в напрямку довгої сторони катода - залежить від бажаного теплового потоку в катодному блоці, і може бути цілеспрямовано вибрана залежно від цього теплового потоку. Крім того, ця довжина окремого шару залежить від кількості шарів в катодному блоці. Якщо, наприклад, є сім шарів, то окремий шар має довжину 300-600 мм. Якщо застосовуються тільки три шари, то зовнішні, тобто, крайові шари мають довжину від 400 до 600 мм, і внутрішній шар має довжину 1700-2300 мм. Незалежно від кількості шарів, зовнішні, відповідно, крайові шари катодного блока мають довжину від 400 до 600 мм, переважно 500 мм.The length of the cathode block is usually 2500-3500 mm. The length of one of the above-mentioned 60 individual layers - when viewed in the direction of the long side of the cathode - depends on the desired heat flow in the cathode unit, and can be purposefully selected depending on this heat flow. In addition, this length of a single 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.
Окремі шари вказаних катодних блоків складені на основі вуглецю, тобто, з матеріалу, який містить вуглець. Відносно теплопровідності виявилося переважним, коли катодний блок складається з матеріалу, який містить щонайменше 50 956 за вагою, переважно щонайменше 8095 за вагою, особливо переважно щонайменше 9095 за вагою, найбільш переважно щонайменше 95 95 за вагою, і вкрай переважно щонайменше 99 95 за вагою вуглецю. Вказаний вуглець при цьому може бути вибраний з групи, що складається з аморфного вуглецю, графітового вуглецю, графітизованого вуглецю, і будь-яких сумішей двох або більше з вищезгаданих сортів вуглецю.The individual layers of the specified cathode blocks are composed on the basis of carbon, that is, from a material that contains carbon. With respect to thermal conductivity, it has been found to be advantageous for the cathode block to consist of a material that contains at least 50,956 by weight, preferably at least 8,095 by weight, most preferably at least 9,095 by weight, most preferably at least 95,95 by weight, and most preferably at least 99,95 by weight of carbon. . This carbon can be selected from the group consisting of amorphous carbon, graphitic carbon, graphitized carbon, and any mixtures of two or more of the aforementioned types of carbon.
Для виготовлення цих катодних блоків може бути застосований такий же спосіб, як для описаного вище відповідного винаходу бічного блока. Тому для виготовлення катодних блоків у відповідних вищезгаданих варіантах виконання робиться відсилання на спосіб виготовлення відповідного винаходу бічного блока.For the manufacture of these cathode blocks, the same method as for the corresponding invention of the side block described above can be used. Therefore, for the manufacture of cathode blocks in the corresponding above-mentioned variants of execution, reference is made to the method of manufacturing the corresponding invention of the side block.
Для виготовлення катодних блоків також дійсно, що шляхом випалення сировинної заготовки з різними сировинними сумішами, що створюють вихідні матеріали для шарів, виходить суцільний катодний блок з високою стабільністю і нерознімним по матеріалу зчепленням між окремими шарами одержаного монолітного катодного блока.For the manufacture of cathode blocks, it is also true that by burning the raw material with various raw material mixtures, which create the starting materials for the layers, a solid cathode block with high stability and material-inseparable adhesion between the individual layers of the resulting monolithic cathode block is obtained.
Як матеріали для сировинних сумішей при виготовленні катодних блоків також придатні особливо всі сировинні матеріали, які можуть бути піддані випалюванню з утворенням вищезгаданих відносно готового катодного блока переважних матеріалів. Наприклад, щонайменше одна сировинна суміш може містити матеріал, який вибраний з групи, яка складається з вуглецьвмісного матеріалу, наприклад, такого як антрацит, графітового або графітизованого матеріалу, наприклад, такого як синтетичний графіт і пек, або будь-якої суміші цих матеріалів. Крім того, в суміші може міститися, зокрема, вуглецьвмісний зв'язувальнийAs materials for raw mixtures in the manufacture of cathode blocks, all raw materials that can be fired to form the above-mentioned preferred materials relative to the finished cathode block are also suitable. 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, a 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
Зо матеріал, наприклад, такий як зв'язувальний пек. Цілеспрямованим підбором складу матеріалу окремих шарів сировинної заготовки може бути цілеспрямовано відрегульована теплопровідність різних шарів одержаного бічного блока.From the material, for example, such as binding peck. Purposeful selection of the material composition of individual layers of raw material can be purposefully adjusted thermal conductivity of different layers of the obtained side block.
Форма шарів у катодному блоці може бути різною. Поряд з шарами, які займають всю висоту Н катодного блока, можуть також бути шари, які займають тільки частину цієї висоти Н, як, наприклад, показано в Фігурах 10 і 11. Це формування шарів може виконуватися залежно від бажаного теплового потоку в катодному блоці, тобто, за допомогою цього формування, нарівні з вибором матеріалів шарів, і тим самим значень теплопровідності, може цілеспрямовано регулюватися цей тепловий потік.The shape of the layers in the cathode block can be different. Along with layers that occupy the entire height H of the cathode block, there may also be layers that occupy only part of this height H, as for example shown in Figures 10 and 11. This formation of layers can be performed depending on the desired heat flux in the cathode block, that is, with the help of this formation, along with the choice of materials of the layers, and thereby the values of thermal conductivity, this heat flow can be purposefully regulated.
За допомогою комбінації відповідного винаходу бічного блока з вищезгаданими катодними блоками в електролізері, тобто коли в електролізері застосовуються як відповідні винаходу бічні блоки, так і вищеописані катодні блоки, термічні умови в електролізері можуть регулюватися ще більш цілеспрямовано - ніж тільки одними відповідними винаходу бічними блоками. Завдяки цьому оптимізуються технологічні умови в електролізері, внаслідок чого поліпшуються досяжні стабільність і економічність процесу електролізу, і підвищується термін експлуатації електролізера. При цьому потрібно розуміти, що кожний вказаний варіант виконання бічного блока може бути скомбінований з кожним вказаним варіантом виконання катодних блоків.With the help of a combination of the side block according to the invention with the above-mentioned cathode blocks in the electrolyzer, that is, when both the side blocks according to the invention and the above-described cathode blocks are used in the electrolyzer, the thermal conditions in the electrolyzer can be regulated even more purposefully - than only with the side blocks according to the invention alone. Thanks to this, the technological conditions in the electrolyzer are optimized, as a result of which the achievable stability and economy of the electrolysis process are improved, and the service life of the electrolyzer is increased. At the same time, it should be understood that each of the specified variants of the side block can be combined with each of the specified variants of the cathode blocks.
Далі даний винахід буде описаний на прикладі переважних варіантів здійснення з посиланням на супровідні Фігури, на яких показано:Next, the present invention will be described by way of example of preferred embodiments with reference to the accompanying Figures, which show:
Фіг. 1 - перспективне зображення в розрізі електролізера згідно з одним варіантом здійснення винаходу;Fig. 1 - perspective view in section of an electrolyzer according to one embodiment of the invention;
Фіг. 2 - перспективне зображення бічного блока згідно з одним варіантом здійснення винаходу;Fig. 2 - a perspective view of the side block according to one embodiment of the invention;
Фіг. 3 - перспективне зображення бічного блока згідно з додатковим варіантом здійснення винаходу;Fig. 3 - a perspective view of the side block according to an additional variant of the invention;
Фіг. 4 - перспективне зображення базового елемента, від якого можуть бути відділені численні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;Fig. 4 is a perspective view of the base element from which multiple side blocks can be separated according to one embodiment of the invention;
Фіг. 5 - перспективне зображення додаткового базового елемент, від якого можуть бути відділені численні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу.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.
Фіг. 6 - в розрізі різні варіанти і здійснення композитного бічного блока;Fig. 6 - in section, various options and implementation of the composite side block;
Фіг. 7 - перспективне зображення базового елемента, від якого можуть бути відділені численні композитні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу, а також один відділений композитний бічний 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;
Фіг. 8 - перспективне зображення додаткового базового елемента, від якого можуть бути відділені численні композитні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;Fig. 8 is a perspective view of an additional base element from which multiple composite side blocks can be separated in accordance with one embodiment of the invention;
Фіг. 9 - в розрізі додатковий базовий елемент, від якого можуть бути відділені численні композитні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;Fig. 9 - a cross-section of an additional base element from which multiple composite side blocks can be separated according to one variant of the invention;
Фіг. 10 - перспективне зображення катодного блока, іFig. 10 - a perspective view of the cathode block, and
Фіг. 11 - катодний блок, що має різноманітні форми шарів.Fig. 11 - a cathode block having various forms of layers.
На Фіг. 1 показане перспективне зображення в частковому розрізі електролізера для одержання алюмінію згідно з одним варіантом здійснення винаходу. Електролізер включає катод, який складений з численних катодних блоків 12, що формують катодне днище. На верхній стороні катода розташовується шар 14 рідкого алюмінію і на ньому шар 16 рідкого розплаву, і зверху шару 16 рідкого розплаву шар, або кірка 18, із застиглого розплаву.In Fig. 1 shows a perspective view in partial section of an electrolyzer for the production of aluminum according to one embodiment of the invention. The electrolyzer includes a cathode, which is composed of numerous cathode blocks 12 forming the cathode bottom. On the upper side of the cathode there is a layer 14 of liquid aluminum and on it a layer 16 of liquid melt, and on top of the layer 16 of liquid melt a layer, or crust 18, of solidified melt.
Зверху шару 16 розплаву розміщений анод, який складається з численних анодних блоків 20, навантажених у шар 16 розплаву. Під час роботи електролізера електричний струм підводиться через анодні блоки 30 і пропускається через шар 16 розплаву і шар 14 рідкого алюмінію до катодних блоків 12. Струм відводиться через катодні блоки 12 і через струмопровідні шини 22, вставлені у відповідні пази на нижній стороні катодних блоків 12. У шарі 16 розплаву при цьому відбувається електроліз, який веде до виділення з розплаву елементарного алюмінію, який збирається на верхній стороні катодного днища з утворенням шару 16 рідкого алюмінію.On top of the layer 16 of the melt, an anode is placed, which consists of numerous anode blocks 20 loaded into the layer 16 of the melt. During operation of the electrolyzer, the electric current is supplied through the anode blocks 30 and passes through the layer 16 of the melt and the layer 14 of liquid aluminum to the cathode blocks 12. The current is removed through the cathode blocks 12 and through the current-conducting buses 22 inserted into the corresponding grooves on the underside of the cathode blocks 12. At the same time, electrolysis takes place in the melt layer 16, which leads to the separation of elemental aluminum from the melt, which is collected on the upper side of the cathode bottom to form a layer 16 of liquid aluminum.
Електролізер має сталеву ванну 24, яка служить як зовнішня обшивка, в донній області якої розміщені один над одним численні пластини 26 з вогнетривкого матеріалу, які термічно ізолюють катодні блоки 12, які лежать на них вище, від днища сталевої ванни 24.The electrolyzer has a steel bath 24, which serves as an outer casing, in the bottom region of which numerous plates 26 of refractory material are placed one above the other, which thermally insulate the cathode blocks 12, which lie above them, from the bottom of the steel bath 24.
Бічні стінки сталевої ванни 24 футеровані численними прямокутними бічними блоками 28.The side walls of the steel tub 24 are lined with numerous rectangular side blocks 28.
Бічні блоки 28 утворюють бічну стінку внутрішньої ванни, в якій укладені шар 14 рідкого алюмінію, шар 16 рідкого розплаву і шар 18 затверділого розплаву, і її днище утворене катодним днищем, утвореним катодними блоками 12. Утворені між катодним блоком 12 і бічнимSide blocks 28 form the side wall of the inner bath, in which layer 14 of liquid aluminum, layer 16 of liquid melt and layer 18 of solidified melt are laid, and its bottom is formed by the cathode bottom formed by cathode blocks 12. Formed between the cathode block 12 and the side
Зо блоком 18 шви ущільнені набивною масою 30. Така набивна маса також може бути передбачена для ущільнення швів між катодними блоками 12 і для ущільнення швів між бічними блоками 28.With the block 18, the seams are sealed with a sealing mass 30. Such a sealing mass can also be provided for sealing the seams between the cathode blocks 12 and for sealing the seams between the side blocks 28.
Як показано на фіг. 1, бічні блоки 28 виконані по суті прямокутними і встановлені вертикально в сталевій ванні 24 так, що напрямок по висоті бічних блоків 28 паралельний до вертикалі. При цьому поверхні бічних блоків 28, що обмежують внутрішність ванни, утворені їх опорними поверхнями 32, паралельними до напрямку по висоті і напрямку по ширині бічних блоків 28, і бічні блоки 28 з'єднані між собою своїми бічними поверхнями 34, паралельними до напрямку по висоті і напрямку по ширині. При цьому бічні блоки 28, як показано на фіг. 1, на різних ділянках їх висоти знаходяться в контакті з різними компонентами і, відповідно, середовищами електролізера, а саме - з набивною масою 30 і, при відомих обставинах, з шаром 14 рідкого алюмінію, шаром 16 рідкого розплаву і з шаром 18 затверділого розплаву.As shown in fig. 1, the side blocks 28 are made essentially rectangular and are installed vertically in the steel bath 24 so that the height direction of the side blocks 28 is parallel to the vertical. At the same time, the surfaces of the side blocks 28, which limit the interior of the bath, are formed by their support surfaces 32, parallel to the height direction and the width direction of the side blocks 28, and the side blocks 28 are connected to each other by their side surfaces 34, parallel to the height direction and width direction. At the same time, the side blocks 28, as shown in Fig. 1, at different parts of their height are in contact with different components and, accordingly, the electrolyzer medium, namely, with the packing mass 30 and, under known circumstances, with a layer 14 of liquid aluminum, a layer 16 of a liquid melt and a layer 18 of a solidified melt.
Під час роботи електролізера в електролізері виділяються значні кількості теплової енергії.During operation of the electrolyzer, significant amounts of thermal energy are released in the electrolyzer.
Звичайно приблизно третина цієї теплової енергії сприймається бічними блоками 28 і відводиться назовні. При цьому основний напрямок теплового потоку відповідає напрямку по товщині бічних блоків 28. Приблизно 15 95 теплової енергії сприймаються катодним днищем або, відповідно, брусами.Usually, about a third of this thermal energy is received by the side blocks 28 and transferred to the outside. At the same time, the main direction of the heat flow corresponds to the direction along the thickness of the side blocks 28. Approximately 15 95 of the thermal energy is perceived by the cathode bottom or, accordingly, the bars.
Бічні блоки 28 показаного на фіг. 1 електролізера в кожному випадку мають щонайменше один шар з нижчою теплопровідністю і один шар з вищою теплопровідністю, причому різниця між нижчою і вищою теплопровідністю становить щонайменше 5 Вт/меК. Завдяки цьому поглинання і відведення тепла через сформовану бічними блоками 28 бічну стінку регулюються таким чином, що в електролізері при його роботі встановлюються скрізь оптимальні термічні умови, внаслідок чого поліпшуються стабільність, надійність і продуктивність процесу електролізу, і підвищується термін експлуатації електролізера.Side blocks 28 shown in fig. 1 electrolyzer in each case has at least one layer with lower thermal conductivity and one layer with higher thermal conductivity, and the difference between the lower and higher thermal conductivity is at least 5 W/meK. Thanks to this, the absorption and removal of heat through the side wall formed by the side blocks 28 are regulated in such a way that optimal thermal conditions are established everywhere in the electrolyzer during its operation, as a result of which the stability, reliability and productivity of the electrolysis process are improved, and the service life of the electrolyzer is increased.
На Фіг. 2 і З показані в кожному випадку бічний блок 28 згідно з одним варіантом здійснення винаходу, який, наприклад, може бути застосований в показаному на фіг. 1 електролізері. Бічні блоки 28 в кожному випадку мають відносно невелику товщину й, а також ширину Б і висоту й, яка є більшою, ніж ширина б.In Fig. 2 and C show in each case a side block 28 according to one embodiment of the invention, which, for example, can be used in the one shown in FIG. 1 electrolyser. The side blocks 28 in each case have a relatively small thickness y as well as a width B and a height y that is greater than the width b.
Показаний на Фіг. 2 бічний блок 28 має два шари 36, 38 прямокутної форми, причому шар 36 має нижчу, і шар 38 - вищу теплопровідність. Шари 36, 38 з'єднані між собою своїми бо паралельними до напрямку по висоті і напрямку по ширині опорними поверхнями 40, 42, які в кожному випадку утворюють контактні поверхні, з'єднані один з одним, слідують один за одним в напрямку товщини бічного блока 28 і в кожному випадку є протяжними приблизно на половину товщини а бічного блока 28. Внаслідок цього теплові потоки в напрямку товщини і положення ізотерм всередині бічних блоків 28 можуть бути узгоджені таким чином, що оптимізуються термічні умови в електролізері під час роботи.Shown in Fig. 2 side block 28 has two layers 36, 38 of rectangular shape, and layer 36 has a lower, and layer 38 - a higher thermal conductivity. Layers 36, 38 are connected to each other by their supporting surfaces 40, 42, which are parallel to the height direction and width direction, which in each case form contact surfaces connected to each other, following each other in the direction of the thickness of the side block 28 and in each case are extended by approximately half the thickness a of the side block 28. As a result, the heat flows in the direction of the thickness and the position of the isotherms inside the side blocks 28 can be coordinated in such a way that the thermal conditions in the electrolyzer during operation are optimized.
Показаний на Фіг. З бічний блок 28 також має два шари 36, 38 прямокутної форми, причому шар 36 має нижчу, і шар 38 - вищу теплопровідність. Шари 36, 38 з'єднані між собою своїми паралельними до напрямку по ширині і напрямку по товщині бічними поверхнями 44, 46, які в кожному випадку утворюють контактні поверхні, з'єднані один з одним, слідують один за одним у напрямку висоти бічного блока 28 і в кожному випадку є протяжними приблизно на половину висоти п бічного блока 28. При цьому відносно місцеположення в електролізері верхня половина висоти переважно утворена шаром 36 з нижчою теплопровідністю. Внаслідок цього теплопровідність через бічний блок 28 може бути узгоджена з різними компонентами, що знаходяться у відповідній області висот в контакті з бічним блоком 28, або, відповідно, середовищами електролізера і термічними умовами, що є там, завдяки чому оптимізуються домінуючі під час електролізу в електролізері термічні умови. Таким чином, у вищеописаному випадку має місце те, що тепло відводиться через хороший термічний контакт між нижньою половиною висоти, що включає шар 38 з вищою теплопровідністю і катод, що відбувається через набивну масу 30.Shown in Fig. The side block 28 also has two layers 36, 38 of a rectangular shape, and the layer 36 has a lower, and the layer 38 has a higher thermal conductivity. The layers 36, 38 are connected to each other by their side surfaces 44, 46, which are parallel to the width direction and to the thickness direction, which in each case form contact surfaces connected to each other, following each other in the direction of the height of the side block 28 and in each case are extended by approximately half the height n of the side block 28. At the same time, relative to the location in the electrolyzer, the upper half of the height is preferably formed by a layer 36 with a lower thermal conductivity. As a result, the thermal conductivity through the side block 28 can be matched to the various components located in the appropriate region of heights in contact with the side block 28, or, accordingly, the environments of the electrolyzer and the thermal conditions there, thereby optimizing the dominant during electrolysis in the electrolyzer thermal conditions. Thus, in the case described above, the heat is dissipated due to a good thermal contact between the lower half of the height, which includes the layer 38 with higher thermal conductivity, and the cathode, which occurs through the packing mass 30.
При інших термічних параметрах в електролізері може бути доцільним зворотне розташування шарів відносно їх термічної провідності.With other thermal parameters in the electrolyzer, it may be appropriate to reverse the arrangement of the layers with respect to their thermal conductivity.
На Фіг. 4 показаний базовий елемент 48, який був виготовлений як напівфабрикат відповідного винаходу способу для виготовлення бічного блока. Базовий елемент 48 виконаний з прямокутною формою і складається з прямокутного шару 36 з нижчою теплопровідністю і прямокутного шару 38 з вищою теплопровідністю, які з'єднані один з одним своїми опорними поверхнями. У процесі різання від базового елемента 48 можуть бути відділені численні пластини, що утворюють бічні блоки, які мають два шари 36, 38 з різною теплопровідністю. Для цього базовий елемент 48, як визначено пунктирними лініями на Фіг. 4, розрізається вздовж декількох площин розрізу, які проходять перпендикулярно до граничної поверхні, розташованоїIn Fig. 4 shows the basic element 48, which was manufactured as a semi-finished product according to the invention of the method for manufacturing the side block. The base element 48 is made with a rectangular shape and consists of a rectangular layer 36 with a lower thermal conductivity and a rectangular layer 38 with a higher thermal conductivity, which are connected to each other by their support surfaces. In the process of cutting, numerous plates can be separated from the base element 48, forming side blocks, which have two layers 36, 38 with different thermal conductivity. For this, the basic element 48, as defined by dotted lines in Fig. 4, is cut along several cutting planes that pass perpendicular to the boundary surface located
Ко) між обома шарами 36, 38.Co) between both layers 36, 38.
На Фіг. 5 показаний додатковий базовий елемент 48, який по суті відповідає показаному наIn Fig. 5 shows an additional base element 48, which essentially corresponds to that shown in FIG
Фіг. 4 базовому елементу. Правда, базовий елемент 48 включає два шари 36 з нижчою теплопровідністю і розміщений між ними шар 38 з вищою теплопровідністю, які з'єднані між своїми опорними поверхнями. Як показано на Фіг. 5, базовий елемент 48 для виготовлення бічних блоків розрізається не тільки по декількох площинах перпендикулярно до граничних поверхонь між шарами 36, 38, а й додатково по серединній площині шару 38, що проходить паралельно до цих граничних поверхонь, таким чином, що одержані бічні блоки в кожному випадку мають два шари 36, 38 з різною теплопровідністю. Цей спосіб виготовлення має вищу економічність.Fig. 4 basic elements. True, the base element 48 includes two layers 36 with lower thermal conductivity and a layer 38 with higher thermal conductivity placed between them, which are connected between their support surfaces. As shown in Fig. 5, the base element 48 for the production of side blocks is cut not only along several planes perpendicular to the boundary surfaces between the layers 36, 38, but also additionally along the median plane of the layer 38, which runs parallel to these boundary surfaces, so that the obtained side blocks in each case has two layers 36, 38 with different thermal conductivity. This manufacturing method is more economical.
На Фіг. 6 показані в розрізі різні варіанти виконання відповідного винаходу композитного бічного блока 29, який, наприклад, може бути використаний в показаному на фіг. 1 електролізері.In Fig. 6 shows in section various variants of the corresponding invention of the composite side block 29, which, for example, can be used in the one shown in fig. 1 electrolyser.
Всі наведені на Фіг. б композитні бічні блоки мають шар 36 прямокутної форми і багатокутний шар 38, причому шар 36 має нижчу теплопровідність, і шар 38 має вищу теплопровідність. Шари 36, 38 з'єднані між собою своїми паралельними до напрямку по висоті і напрямку по ширині опорними поверхнями 40, 42, які в кожному випадку утворюють контактні поверхні, з'єднані один з одним, слідують один за одним у напрямку товщини композитного бічного блока 29, і є протяжними в кожному випадку на 30-70 95, переважно 50 95 товщини й композитного бічного блока 29. Опорні поверхні 40, 42 при цьому можуть мати частковий або повний контакт між собою. За допомогою таких різноманітних конструкцій композитних бічних блоків, з одного боку, теплові потоки у напрямку товщини і положення ізотерм всередині композитного бічного блока 29 можуть бути відрегульовані так, що оптимізуються термічні умови в електролізері під час роботи, з іншого боку, також можна з таким композитним бічним блоком 29 частково або повністю відмовитися від набивної маси між цим композитним бічним блоком 29 і катодним блоком.All shown in Fig. b composite side blocks have a layer 36 of rectangular shape and a polygonal layer 38, and the layer 36 has a lower thermal conductivity, and the layer 38 has a higher thermal conductivity. The layers 36, 38 are connected to each other by their support surfaces 40, 42, which are parallel to the height direction and to the width direction, which in each case form contact surfaces connected to each other, following each other in the direction of the thickness of the composite side block 29, and are extended in each case by 30-70 95, preferably 50 95 of the thickness of the composite side block 29. The supporting surfaces 40, 42 can have partial or full contact with each other. With the help of such various designs of composite side blocks, on the one hand, the heat flows in the thickness direction and the position of the isotherms inside the composite side block 29 can be adjusted so that the thermal conditions in the electrolyzer during operation are optimized, on the other hand, it is also possible with such a composite side block 29 to partially or completely abandon the packing mass between this composite side block 29 and the cathode block.
На Фіг. б(а) шар 38 має трапецієподібну форму, на Фіг. 6(5) шар 38 має трикутну форму, і наIn Fig. b(a) layer 38 has a trapezoidal shape, in Fig. 6(5) layer 38 has a triangular shape, and on
Фіг. 6(с) шар 38 має форму неправильного п'ятикутника із закругленим кутом. При цих варіантах виконання опорні поверхні 40, 42 мають повний контакт. Навпаки, на Фіг. б(а4) і б(є) опорні поверхні 40, 42 мають тільки частковий контакт, причому на Фіг. б(4) шар 38 являє собою прямокутник, що має один закруглений кут, і на Фіг. б(е) шар 38 має форму неправильного п'ятикутника з одним закругленим кутом.Fig. 6(c), the layer 38 has the shape of an irregular pentagon with a rounded corner. In these embodiments, the support surfaces 40, 42 have full contact. On the contrary, in Fig. b(a4) and b(e) support surfaces 40, 42 have only partial contact, and in Fig. b(4) layer 38 is a rectangle with one rounded corner, and in Fig. b(e) layer 38 has the shape of an irregular pentagon with one rounded corner.
При інших термічних параметрах в електролізері може бути доцільним зворотне розташування шарів відносно їх термічної провідності.With other thermal parameters in the electrolyzer, it may be appropriate to reverse the arrangement of the layers with respect to their thermal conductivity.
На Фіг. 7 показаний базовий елемент 48, який був виготовлений як напівфабрикат відповідного винаходу способу для виготовлення композитного бічного блока 29. Цей базовий елемент 48 виконаний з прямокутною формою і складається з шару 36 прямокутної форми з нижчою теплопровідністю і шару 38 прямокутної форми з вищою теплопровідністю, які з'єднані між собою своїми опорними поверхнями. Ці шари являють собою горизонтальні шари. Шар 36 піддається машинній обробці таким чином, що цей шар приймає бажану багатокутну форму по всій довжині базового елемента 48. Потім, на наступному етапі, від цього базового елемента 48 відрізаються пластини з бажаною шириною. Тим самим можна використовувати орієнтацію зерен, що виникає при виготовленні базового елемента, і зумовлені цим різні у горизонтальному і вертикальному напрямках властивості, наприклад, такі як теплопровідність, і відрегулювати в бічному блоці, для чого при обробці базового елемента відповідно вибираються опорні поверхні.In Fig. 7 shows the base element 48, which was manufactured as a semi-finished product according to the invention of the method for manufacturing the composite side block 29. This base element 48 is made with a rectangular shape and consists of a layer 36 of a rectangular shape with a lower thermal conductivity and a layer 38 of a rectangular shape with a higher thermal conductivity, which with connected to each other by their supporting surfaces. These layers are horizontal layers. The layer 36 is machined so that this layer takes the desired polygonal shape along the entire length of the base element 48. Then, in the next step, plates of the desired width are cut from this base element 48. In this way, it is possible to use the grain orientation that occurs during the manufacture of the base element, and the resulting properties that differ in the horizontal and vertical directions, for example, such as thermal conductivity, and adjust in the side block, for which the support surfaces are selected accordingly during the processing of the base element.
На Фіг. 8 показаний базовий елемент 48, який був виготовлений як напівфабрикат відповідного винаходу способу для виготовлення композитного бічного блока 29. Цей базовий елемент 48 виконаний з прямокутною формою і складається з двох шарів 36 прямокутної форми з нижчою теплопровідністю і одного шару 38 прямокутної форми з вищою теплопровідністю, які з'єднані між собою своїми опорними поверхнями. Ці шари являють собою вертикальні шари, причому шари 36 являють собою обидва зовнішні шари. Тут від базового елемента 48 можуть бути відрізані численні пластини, які мають два зовнішні шари 36 і один внутрішній шар 38 з різною теплопровідністю. На подальшому етапі шар 38 прорізається так, що виходять два блоки, з яких на додатковому етапі шар 38 розрізається таким чином, щоб вийшла бажана багатокутна форма. В альтернативному варіанті, спочатку у подовжньому напрямку проводиться розділення на дві половини, виробляється багатокутник, і потім по обставинах відрізаються пластини бажаної довжини.In Fig. 8 shows the base element 48, which was manufactured as a semi-finished product according to the method for manufacturing the composite side block 29. This base element 48 is made with a rectangular shape and consists of two layers 36 of a rectangular shape with a lower thermal conductivity and one layer 38 of a rectangular shape with a higher thermal conductivity, which are connected to each other by their support surfaces. These layers are vertical layers, and layers 36 are both outer layers. Here, numerous plates can be cut from the base element 48, which have two outer layers 36 and one inner layer 38 with different thermal conductivity. At a further stage, the layer 38 is cut so that two blocks are obtained, from which, at an additional stage, the layer 38 is cut in such a way that the desired polygonal shape is obtained. In an alternative version, first the longitudinal direction is divided into two halves, a polygon is produced, and then, depending on the circumstances, the plates of the desired length are cut.
Тут можна шляхом орієнтації шарів при виготовленні відповідного базового елемента - або вHere it is possible by orienting the layers during the manufacture of the corresponding basic element - or in
Зо горизонтальній, або у вертикальній формі - впливати на різні властивості, наприклад, такі як теплопровідність. Основою тому є різна орієнтація зерен під час процесу формування і зумовлена цим залежність фізичних властивостей від напрямку.From a horizontal or vertical form - to influence various properties, for example, such as thermal conductivity. The basis of this is the different orientation of the grains during the formation process and the resulting dependence of physical properties on the direction.
На Фіг. 9 показаний також базовий елемент 48, який був виготовлений як напівфабрикат відповідного винаходу способу для виготовлення композитного бічного блока 29. Цей базовий елемент 48 виконаний прямокутним, і складається, як базовий елемент 48 на Фіг. 8, з двох шарів 36 прямокутної форми з нижчою теплопровідністю і одного шару 38 прямокутної форми з вищою теплопровідністю, які з'єднані між собою своїми опорними поверхнями. Ці шари являють собою вертикальні шари, причому шари 36 являють собою обидва зовнішні шари. Тут також від базового елемента 48 можуть бути відрізані численні пластини, які мають два зовнішні шари 36 і один внутрішній шар 38 з різною теплопровідністю. Потім на подальшому етапі шляхом належного розрізання з такого окремого відрізаного фрагмента можуть бути вирізані два композитного бічного блока 29, що мають однакову форму. Перевага цього способу полягає в послідовності обробки, яка забезпечує те, що майже не виникають втрати матеріалу.In Fig. 9 also shows the base element 48, which was manufactured as a semi-finished product according to the invention of the method for manufacturing the composite side block 29. This base element 48 is rectangular, and is assembled like the base element 48 in Fig. 8, from two layers 36 of a rectangular shape with a lower thermal conductivity and one layer 38 of a rectangular shape with a higher thermal conductivity, which are connected to each other by their support surfaces. These layers are vertical layers, and layers 36 are both outer layers. Here, too, numerous plates can be cut from the base element 48, which have two outer layers 36 and one inner layer 38 with different thermal conductivity. Then, at a later stage, by appropriate cutting, two composite side blocks 29 having the same shape can be cut from such a separate cut-off fragment. The advantage of this method lies in the processing sequence, which ensures that there is almost no loss of material.
На Фіг. 10 показаний катодний блок 12, що має три шари, причому обидва зовнішні шари складаються з однакового матеріалу А, і середній шар складається з матеріалу В. Окремі шари тут проходять по всій висоті катодного блока.In Fig. 10 shows a cathode block 12 having three layers, and both outer layers consist of the same material A, and the middle layer consists of material B. The separate layers here run along the entire height of the cathode block.
На фіг. 11 а) і 5) показані різні форми шарів у катодному блоці 12, причому в цих катодних блоках в кожному випадку використовуються два матеріали, тобто матеріал А і матеріал В. При цьому обидва шари з матеріалу А займають в кожному випадку тільки частину висоти Н і довжини ГІ катодного блока.In fig. 11 a) and 5) show different forms of layers in the cathode block 12, and in these cathode blocks in each case two materials are used, that is, material A and material B. At the same time, both layers of material A occupy in each case only part of the height H and lengths of the GI of the cathode block.
Приклади виконання:Examples of execution:
Приклад 1 виконання:Example 1 execution:
Бічний блок виготовляється з суміші А, що містить 58 вагових процентів (95 за вагою) електрично кальцинованого антрациту, 995 за вагою синтетичного графіту, 17 96 за вагою зв'язувального пеку, 8 9о за вагою кремнію, а також 8 9о за вагою оксиду алюмінію, і суміші В, що містить 77 9о за вагою синтетичного графіту і 23 956 за вагою зв'язувального пеку. Для цього віброформа для виготовлення сировинної заготовки заповнюється обома сумішами так, щоб в сировинній заготовці два шари, які слідують один за одним в напрямку висоти бічного блока, що виготовляється, з суміші А і суміші В слідували один за одним. При цьому висота шарів у бо віброформі вибирається з урахуванням цільової об'ємної густини, яка виходить за допомогою наступного за заповненням ущільнення сировинної заготовки, таким чином, що після ущільнення обидва шари в кожному випадку займають половину висоти сировинної заготовки.The side block is made of mixture A containing 58 weight percent (95 by weight) of electrocalcined anthracite, 995 by weight of synthetic graphite, 17 96 by weight of binder pitch, 8 9o by weight of silicon, and 8 9o by weight of aluminum oxide , and mixture B containing 77 90 by weight of synthetic graphite and 23 956 by weight of binder pitch. For this, the vibroform for the production of the raw material is filled with both mixtures so that in the raw material two layers, which follow each other in the direction of the height of the side block being produced, from mixture A and mixture B follow each other. At the same time, the height of the layers in the vibroform is selected taking into account the target volume density, which is obtained by compacting the raw material after filling, so that after compaction, both layers in each case occupy half the height of the raw material.
Після цього виконується випалювання сировинної заготовки в кільцевій печі при температурі 1200 "С для виготовлення базового елемента.After that, the raw material is fired in a ring furnace at a temperature of 1200 "C for the production of the base element.
Після цього від підданого випалюванню і попередній обробці базового елемента відрізаються пластини з товщиною 10 см, які на подальшому етапі додатково обробляються і, наприклад, можуть бути піддані імпрегнуванню пеком. Зразковий готовий бічний блок має ширину 475 мм, висоту 640 мм і товщину 100 мм, причому відносно монтажної ситуації бічного блока в електролізері, в якому він розміщений вертикально вздовж напрямку своєї висоти, верхні 320 мм висоти бічного блока утворені матеріалом А, одержаним з суміші А, ї нижні 320 мм складені матеріалом В, одержаним з суміші В.After that, plates with a thickness of 10 cm are cut from the fired and pre-treated base element, which are further processed at a later stage and, for example, can be impregnated with pitch. An exemplary finished side block is 475 mm wide, 640 mm high and 100 mm thick, and relative to the installation situation of the side block in the electrolyzer, 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 mixture A , and the lower 320 mm are made of material B obtained from mixture B.
При цьому матеріал А має виміряну при кімнатній температурі в одному напрямку бічного блока теплопровідність близько 8 Вт/меК, тоді як матеріал В у тому ж напрямку бічного блока, в орієнтації зерен матеріалів А і В, має теплопровідність близько 45 Вт/меК.At the same time, material A has a thermal conductivity of about 8 W/meK measured at room temperature in one direction of the side block, while material B in the same direction of the side block, in the orientation of the grains of materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W/meK.
Теплопровідність при кімнатній температурі може бути виміряна згідно зі стандартом ІЗО 12987, а саме - у визначеному напрямку, у випадку навантаження тиском вихідного матеріалу під час виготовлення бічного блока, наприклад, перпендикулярно або паралельно до напрямку навантаження тиском, тобто проти або згідно з орієнтацією зерен.Thermal conductivity at room temperature can be measured according to the ISO 12987 standard, namely in a certain direction, in the case of pressure loading of the starting material during the manufacture of the side block, for example, perpendicular or parallel to the direction of pressure loading, that is, against or according to the orientation of the grains.
Виміряна при температурі між 920 "С до 1000 "С теплопровідність становить для матеріалуThe thermal conductivity measured at a temperature between 920 "C and 1000 "C is for the material
А близько 9 Вт/меК і для матеріалу В близько 37 Вт/меК. Вимірювання теплопровідності тут може бути виконане по орієнтації зерен згідно зі стандартом СІМ 51936 з використанням імпульсного лазера.A is about 9 W/meK and for material B about 37 W/meK. Thermal conductivity can be measured here by grain orientation in accordance with the SIM 51936 standard using a pulsed laser.
Приклад 2 виконання:Example 2 execution:
Композитний бічний блок виготовляється із суміші А, що містить 58 95 за вагою електрично кальцинованого антрациту, 9 до за вагою синтетичного графіту, 17 96 за вагою зв'язувального пеку, 8 9о за вагою кремнію, а також 8 95 за вагою оксиду алюмінію, і суміші В, що містить 65 95 за вагою синтетичного графіту, 5 9о за вагою оксиду алюмінію, 10 95 за вагою кремнієвого порошку і 2095 за вагою зв'язувального пеку. Для цього віброформа для виготовлення сировинної заготовки заповнюється обома сумішами так, щоб у сировинній заготовці два шари, які слідують один за одним в напрямку висоти композитного блока, що виготовляється, з сумішіThe composite side block is made from a mixture of A containing 58 95 by weight of electrocalcined anthracite, 9 by weight of synthetic graphite, 17 96 by weight of binder pitch, 8 9o by weight of silicon, and 8 95 by weight of aluminum oxide, and mixture B containing 65 95 by weight of synthetic graphite, 5 90 by weight of aluminum oxide, 10 95 by weight of silicon powder and 2095 by weight of binder pitch. For this, the vibroform for the production of the raw material is filled with both mixtures so that in the raw material there are two layers that follow each other in the direction of the height of the composite block being manufactured from the mixture
А і суміші В йшли один за одним. При цьому висота шарів у віброформі вибирається з урахуванням цільової об'ємної густини, яка виходить за допомогою ущільнення сировинної заготовки, що слідує за заповненням, таким чином, що після ущільнення обидва шари в кожному випадку займають половину висоти сировинної заготовки. Після цього виконується випалювання сировинної заготовки в кільцевій печі при температурі 1300 "С для виготовлення базового елемента.Mixtures A and B followed one after the other. At the same time, the height of the layers in the vibroform is selected taking into account the target volume density, which is obtained by compacting the raw material following filling, so that after compaction both layers in each case occupy half the height of the raw material. After that, the raw material is fired in a ring furnace at a temperature of 1300 "C for the production of the base element.
Після цього шар, що містить матеріал А, піддається обробці так, що він по всій довжині сировинної заготовки приймає бажану багатокутну форму. Потім на подальшому етапі від цього базового елемента відрізаються пластини з товщиною 50 см. Зразковий готовий композитний бічний блок має ширину 500 мм, висоту 700 мм і товщину 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. Then, at a further stage, plates with a thickness of 50 cm are cut from this base element. A sample finished composite side block is 500 mm wide, 700 mm high and 250 mm thick.
При цьому матеріал А має виміряну при кімнатній температурі в одному напрямку бічного блока теплопровідність близько 8 Вт/меК, тоді як матеріал В у тому ж напрямку бічного блока, в орієнтації зерен матеріалів А і В, має теплопровідність близько 45 Вт/меК. Теплопровідність при кімнатній температурі може бути виміряна згідно зі стандартом ІБО 12987, а саме - у визначеному напрямку, у випадку навантаження тиском вихідного матеріалу під час виготовлення бічного блока, наприклад, перпендикулярно або паралельно до напрямку навантаження тиском, тобто проти або згідно з орієнтацією зерен.At the same time, material A has a thermal conductivity of about 8 W/meK measured at room temperature in one direction of the side block, while material B in the same direction of the side block, in the orientation of the grains of materials A and B, has a thermal conductivity of about 45 W/meK. Thermal conductivity at room temperature can be measured according to the IBO 12987 standard, namely - in a specified direction, in the case of pressure loading of the starting material during the manufacture of the side block, for example, perpendicular or parallel to the direction of pressure loading, that is, against or according to the orientation of the grains.
Виміряна при температурі між 920 "С до 1000 "С теплопровідність становить для матеріалуThe thermal conductivity measured at a temperature between 920 "C and 1000 "C is for the material
А близько 9 Вт/меК і для матеріалу В близько 37 Вт/меК.A is about 9 W/meK and for material B about 37 W/meK.
Приклад З виконання:Example From execution:
Виготовляється катодний блок, як представлений на Фіг. 10, для чого віброформа, висота якої розглядається як висота готового сировинного формувального виробу, спочатку заповнюється сумішшю А, потім сумішшю В і потім знову сумішшю А.A cathode block is made, as shown in Fig. 10, for which the vibroform, the height of which is considered as the height of the finished raw molding product, is first filled with mixture A, then with mixture B and then again with mixture A.
При цьому суміш А має наступний склад: - 57 Уо за вагою антрациту - 24 9о за вагою графіту, і - 19 95 за вагою зв'язувального пеку.At the same time, mixture A has the following composition: - 57 Uo by weight of anthracite - 24 9o by weight of graphite, and - 19 95 by weight of binder pitch.
Крім того, суміш В має наступний склад: - 80 90 за вагою графіту, і бо - 20 9Уо за вагою зв'язувального пеку.In addition, mixture B has the following composition: - 80 90 by weight of graphite, and bo - 20 9Uo by weight of binder pitch.
Висота шарів у віброформі при цьому вибирається з урахуванням цільової об'ємної густини, яка виходить за допомогою ущільнення сировинної заготовки, що слідує за заповненням, таким чином, що після ущільнення обидва шари в кожному випадку займають половину висоти сировинної заготовки. Після цього виконується випалювання сировинної заготовки в кільцевій печі при температурі 1200 "С для виготовлення базового елемента. При цьому матеріал А має виміряну при кімнатній температурі в одному напрямку катодного блока теплопровідність близько 15 Вт/меК, тоді як матеріал В у тому ж напрямку катодного блока, в орієнтації зерен матеріалів А і В, має теплопровідність близько 40 Вт/меК. Теплопровідність при кімнатній температурі може бути виміряна згідно зі стандартом ІБО 12987, а саме - у визначеному напрямку, у випадку навантаження тиском вихідного матеріалу під час виготовлення катодного блока, наприклад, перпендикулярно або паралельно до напрямку навантаження тиском, тобто, проти або згідно з орієнтацією зерен.The height of the layers in the vibroform is selected taking into account the target volume density, which is obtained by compacting the raw material following filling, so that after compaction, both layers in each case occupy half the height of the raw material. After that, the raw material is fired in a ring furnace at a temperature of 1200 "C for the production of the base element. At the same time, material A has a thermal conductivity of about 15 W/meK measured at room temperature in one direction of the cathode block, while material B in the same direction of the cathode block , in the orientation of the grains of materials A and B, has a thermal conductivity of about 40 W/meK. The thermal conductivity at room temperature can be measured according to the IBO 12987 standard, namely - in a specified direction, in the case of pressure loading of the source material during the manufacture of the cathode block, for example , perpendicular or parallel to the direction of pressure loading, i.e. against or according to grain orientation.
Виготовлений таким чином катодний блок може мати ширину 420 мм, висоту 400 мм і довжину 3100 мм, і може бути використаний для виготовлення катодного днища, що має, наприклад, 24 катодні блоки. Такі катодні блоки спільно з відповідними винаходу бічними блоками можуть бути застосовані в електролізері.The cathode block produced in this way 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 corresponding side blocks of the invention can be used in an electrolyzer.
Список умовних позначень 12 Катодний блок 14 Шар рідкого алюмінію 16 Шар рідкого розплаву 18 Шар затверділого розплаву 20 Анодний блок 22 Струмопровідна шина 24 Сталева ванна 26 Вогнетривка пластина 28 Бічний блок 29 Композитний бічний блокList of Conventional Designations 12 Cathode Block 14 Liquid Aluminum Layer 16 Liquid Melt Layer 18 Solidified Melt Layer 20 Anode Block 22 Conductive Bus 24 Steel Bath 26 Refractory Plate 28 Side Block 29 Composite Side Block
Набивна маса 32 Опорна поверхняFilling mass 32 Support surface
Зо 34 Бічна поверхня 36 Шар із нижчою теплопровідністю 38 Шар із вищою теплопровідністю 40, 42 Опорна поверхня 44, 46 Бічна поверхня 48 Базовий елементFrom 34 Side surface 36 Layer with lower thermal conductivity 38 Layer with higher thermal conductivity 40, 42 Support surface 44, 46 Side surface 48 Base element
Б Ширина п Висота а ТовщинаB Width n Height a Thickness
Н Висота катодного блокаH Height of the cathode block
Ї Довжина катодного блокаY Length of the cathode block
Claims (15)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012223051 | 2012-12-13 | ||
DE102013214322.2A DE102013214322A1 (en) | 2013-07-22 | 2013-07-22 | Side brick for a wall in an electrolytic cell |
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 (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA118098C2 true UA118098C2 (en) | 2018-11-26 |
Family
ID=49779893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA201506891A UA118098C2 (en) | 2012-12-13 | 2013-12-13 | SIDE WALL UNIT IN ELECTROLYZER FOR ALUMINUM RESTORATION |
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) |
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 |
FR3129157B1 (en) * | 2021-11-18 | 2024-10-25 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | INTERIOR COATING SYSTEM FOR ELECTROLYSIS TANK |
Family Cites Families (20)
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 |
GB2103657A (en) * | 1981-07-18 | 1983-02-23 | British Aluminium Co Ltd | Electrolytic cell for the production of aluminium |
JPS58161789A (en) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | Cathode furnace bottom for aluminum electrolyzing furnace |
DE3373115D1 (en) * | 1982-05-28 | 1987-09-24 | Alcan Int Ltd | Improvements in electrolytic reduction cells for aluminium production |
FR2537567B1 (en) * | 1982-12-08 | 1986-07-18 | Savoie Electrodes Refract | REFRACTORY PRODUCTS LINKED BY CARBON RESIDUES AND POWDERED SILICON METAL AND METHOD OF MANUFACTURE |
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. |
FR2566002B1 (en) * | 1984-06-13 | 1986-11-21 | Pechiney Aluminium | MODULAR CATHODE BLOCK AND LOW VOLTAGE DROP CATHODE FOR HALL-HEROULT ELECTROLYSIS TANKS |
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 |
CA2350814C (en) * | 1998-11-17 | 2006-01-10 | Alcan International Limited | Wettable and erosion/oxidation-resistant carbon-composite materials |
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 |
FR2882051B1 (en) * | 2005-02-17 | 2007-04-20 | Saint Gobain Ct Recherches | FRITTE COMPOSITE REFRACTOR BLOCK FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS TANK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
JP2010508228A (en) * | 2006-11-01 | 2010-03-18 | アルカン・インターナショナル・リミテッド | Semi-solid TiB2 precursor mixture |
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 RU RU2015127998A patent/RU2668615C2/en active
- 2013-12-13 JP JP2015547058A patent/JP6457397B2/en active Active
- 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 CN CN201380065564.7A patent/CN104854264B/en active Active
- 2013-12-13 CA CA2893476A patent/CA2893476C/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2893476A1 (en) | 2014-06-19 |
RU2015127998A (en) | 2017-01-16 |
RU2668615C2 (en) | 2018-10-02 |
WO2014091023A1 (en) | 2014-06-19 |
JP6457397B2 (en) | 2019-01-23 |
CN104854264B (en) | 2018-07-31 |
CN104854264A (en) | 2015-08-19 |
CA2893476C (en) | 2018-01-16 |
EP2931945A1 (en) | 2015-10-21 |
JP2016505714A (en) | 2016-02-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9422199B2 (en) | Composite refractory for an inner lining of a blast furnace | |
RU2005131962A (en) | ELECTROLYZER AND CONSTRUCTION ELEMENTS USED IN IT | |
US20040178063A1 (en) | High swelling ramming paste for aluminum electrolysis cell | |
UA118098C2 (en) | SIDE WALL UNIT IN ELECTROLYZER FOR ALUMINUM RESTORATION | |
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 | |
JP2016505714A5 (en) | ||
RU2586381C2 (en) | Graphitised cathode unit having wear-resistant surface | |
RU2495964C2 (en) | Multilayer cathode unit | |
US4589967A (en) | Lining for an electrolysis cell for the production of aluminum | |
EP0299733A2 (en) | Linings for aluminium reduction cells | |
CA2805866A1 (en) | Cathode block for an aluminium electrolysis cell and a process for the production thereof | |
NO347208B1 (en) | Lining for an aluminum electrolyzer having inert anodes | |
US4683046A (en) | Reduction pot for the production of aluminum | |
US8440059B2 (en) | Electrolytic cell for obtaining aluminium | |
RU2568542C2 (en) | Method of manufacturing of cathode pack for cell of aluminium electrolyser and cathode pack | |
CN108166020B (en) | Shaping and heat-insulating combined brick block for upper part of anode carbon block | |
CA2805562C (en) | Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell and a cathode block | |
DE102013214322A1 (en) | Side brick for a wall in an electrolytic cell | |
Bessard | Cathode Pot for an Aluminium Electrolytic Cell |