UA118098C2 - Бічний блок для стінки в електролізері для відновлення алюмінію - Google Patents
Бічний блок для стінки в електролізері для відновлення алюмінію 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
Даний винахід стосується бічного блока для стінки в електролізері, зокрема для одержання алюмінію, способу виготовлення такого бічного блока і застосування такого бічного блока, а також електролізера з таким бічним блоком. Бічний блок (28) являє собою шаруватий елемент, що включає шар з вищою теплопровідністю і шар з нижчою теплопровідністю, причому різниця в теплопровідності становить щонайменше 5 Вт/(м·Κ).
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.
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,
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.
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 днищем
Зо сталевої ванни, в якій розміщуються катоди, звичайно передбачена футерівка з вогнетривкого матеріалу, який термічно ізолює днище сталевої ванни від катодного днища.
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.
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.
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.
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.
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 і
Зо підвищене навантаження для навколишнього середовища і обслуговуючого електролізер персоналу, оскільки в традиційній набивній масі знаходяться шкідливі для здоров'я речовини.
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.
Клейовий матеріал також може застосовуватися між окремими бічними блоками, які складають бічну стінку, в формі тонкого клейового шару.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 10
Вт/меК і 50 Вт/меК.
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.
Наприклад, може бути передбачена різна теплопровідність в областях бічного блока, які при застосуванні бічного блока в електролізері контактують з різними середовищами електролізера.
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.
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).
Переважні варіанти здійснення винаходу представлені в залежних пунктах формули винаходу, в описі і в фігурах.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 вздовж
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.
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.
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.
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.
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.
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 до
З, що мають довжину 5000 мм.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Бічний блок по своїй висоті може знаходитися в контакті з різними компонентами або
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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 при
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.
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.
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.
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.
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.
Додатковим предметом винаходу є спосіб виготовлення відповідного винаходу описаного вище бічного блока, який включає етапи:
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.
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.
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.
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.
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 як
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 катодних
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.
Катодні блоки, які в напрямку довгої сторони катода мають різні шари, утворені внаслідок застосування різних матеріалів, також мають різну теплопровідність всередині катодного блока.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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'язувальний
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.
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.
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.
Далі даний винахід буде описаний на прикладі переважних варіантів здійснення з посиланням на супровідні Фігури, на яких показано:
Фіг. 1 - перспективне зображення в розрізі електролізера згідно з одним варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 2 - перспективне зображення бічного блока згідно з одним варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 3 - перспективне зображення бічного блока згідно з додатковим варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 4 - перспективне зображення базового елемента, від якого можуть бути відділені численні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 5 - перспективне зображення додаткового базового елемент, від якого можуть бути відділені численні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу.
Фіг. 6 - в розрізі різні варіанти і здійснення композитного бічного блока;
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;
Фіг. 8 - перспективне зображення додаткового базового елемента, від якого можуть бути відділені численні композитні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 9 - в розрізі додатковий базовий елемент, від якого можуть бути відділені численні композитні бічні блоки згідно з одним варіантом здійснення винаходу;
Фіг. 10 - перспективне зображення катодного блока, і
Фіг. 11 - катодний блок, що має різноманітні форми шарів.
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.
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.
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.
Бічні стінки сталевої ванни 24 футеровані численними прямокутними бічними блоками 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 бічним
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.
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.
Під час роботи електролізера в електролізері виділяються значні кількості теплової енергії.
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.
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.
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.
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.
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.
При інших термічних параметрах в електролізері може бути доцільним зворотне розташування шарів відносно їх термічної провідності.
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, розташованої
Ко) між обома шарами 36, 38.
На Фіг. 5 показаний додатковий базовий елемент 48, який по суті відповідає показаному на
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.
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.
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.
На Фіг. б(а) шар 38 має трапецієподібну форму, на Фіг. 6(5) шар 38 має трикутну форму, і на
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.
При інших термічних параметрах в електролізері може бути доцільним зворотне розташування шарів відносно їх термічної провідності.
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.
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.
Тут можна шляхом орієнтації шарів при виготовленні відповідного базового елемента - або в
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.
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.
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.
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.
Приклади виконання:
Приклад 1 виконання:
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.
Після цього виконується випалювання сировинної заготовки в кільцевій печі при температурі 1200 "С для виготовлення базового елемента.
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.
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 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.
Виміряна при температурі між 920 "С до 1000 "С теплопровідність становить для матеріалу
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.
Приклад 2 виконання:
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 суміші
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.
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.
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.
Виміряна при температурі між 920 "С до 1000 "С теплопровідність становить для матеріалу
А близько 9 Вт/меК і для матеріалу В близько 37 Вт/меК.
Приклад З виконання:
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.
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.
Крім того, суміш В має наступний склад: - 80 90 за вагою графіту, і бо - 20 9Уо за вагою зв'язувального пеку.
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.
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.
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 блок
Набивна маса 32 Опорна поверхня
Зо 34 Бічна поверхня 36 Шар із нижчою теплопровідністю 38 Шар із вищою теплопровідністю 40, 42 Опорна поверхня 44, 46 Бічна поверхня 48 Базовий елемент
Б Ширина п Висота а Товщина
Н Висота катодного блока
Ї Довжина катодного блока
Claims (15)
1. Бічний блок для стінки в електролізері, причому бічний блок (28) являє собою шаруватий елемент, що включає шар (36) з нижчою теплопровідністю і шар (38) з вищою теплопровідністю, причому різниця між нижчою і вищою теплопровідністю становить щонайменше 5 Вт/м'К - по вимірюванню при температурі між 920 "С ї 1000 С, причому щонайменше один із шарів (36, 38) легований кремнієм, оксидним керамічним матеріалом або неоксидним матеріалом.
2. Бічний блок за п. 1, який відрізняється тим, що шаруватий елемент має послідовність, що чергується, з шару (36) з нижчою теплопровідністю і шару (38) з вищою теплопровідністю.
З. Бічний блок за п. 2, який відрізняється тим, що зовнішній шар шаруватого елемента являє собою шар (36) з нижчою теплопровідністю, й інший зовнішній шар являє собою шар (38) з вищою теплопровідністю.
4. Бічний блок за одним з пп. 1-3, 60 який відрізняється тим, що шари (36, 38) мають блокову форму, зокрема прямокутну форму, і з'єднані між собою контактними поверхнями, зокрема своїми опорними поверхнями (40, 42) або своїми бічними поверхнями (44, 46).
5. Бічний блок за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що один із шарів (36, 38) має блокову форму, зокрема прямокутну форму, і інший шар (36, 38) має багатокутну форму, причому обидва шари з'єднані між собою контактними поверхнями, зокрема своїми опорними поверхнями (40, 42).
6. Бічний блок за п. 5, який відрізняється тим, що шар (36, 38), що має багатокутну форму, являє собою багатокутник з кількістю кутів від трьох до шести.
7. Бічний блок за одним з пп. 1-6, який відрізняється тим, що, коли шари (36, 38) з'єднані між собою своїми опорними поверхнями (40, 42), товщина шаруватого елемента становить від 50 до 700 мм.
8. Бічний блок за п. 4, який відрізняється тим, що, коли шари (36, 38) з'єднані між собою своїми бічними поверхнями (44, 46), висота шарів становить від 150 до 450 мм.
9. Бічний блок за одним з пп. 1-8, який відрізняється тим, що щонайменше один шар (36, 38) складається 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.
10. Бічний блок за одним з пп. 1-9, який відрізняється тим, що різниця між нижчою і вищою теплопровідністю становить від 5 до 80 Вт/м'К, переважно від 5 до 70 Вт/м-К, особливо переважно від 8 до 60 Вт/м'К, і найбільш переважно між 10 Вт/м'К і 50 Зо Вт/м: К.
11. Спосіб виготовлення бічного блока (28) за одним з пп. 1-10, що включає наступні етапи: а) підготовки суміші для шару (36) з нижчою теплопровідністю, суміші для шару (38) з вищою теплопровідністю, р) формування сировинної заготовки з шаруватою конфігурацією з сумішей згідно з етапом а), с) випалювання сировинної заготовки згідно з етапом б) при температурі від 1100 до 1400 "С.
12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що формування згідно з етапом Б) включає вібраційне формування.
13. Застосування бічного блока (28) за одним з пп. 1-10 для футерівки з бічних стінок електролізера.
14. Електролізер, який включає катод (12) і анод (20), а також бічну стінку, причому щонайменше одна ділянка стінки утворена бічним блоком (28) щонайменше за одним з пп. 1-10.
15. Електролізер за п. 14, причому катод утворений з катодних блоків, які являють собою шаруватий елемент, що включає шари з нижчою теплопровідністю і шари з вищою теплопровідністю.
не ор «ці тех 20 «кое Пон ЬЖ Те див о г | Дж Фе Х й сети ДОК 30 їх Е й ше 4 2 : с М / 05 4 в Ж 12 / Є
Фіг. 1 КУ у шт и К: се й - ; ЗВ ЗВ в- дент й 42 щ/й Кок ЕВ яз й
Фіг. 2 І шен В Дт й , ре Я, ав щи ще нт і ! Ї с ЯЛІЙ я А дин КЕ й фіг. 3
Ул 48 -- и У ві ра, шо ший т, роди в Аг, п сан -е й ри Кт: ям МИ ЛИ. ше / Її» зве-/ и Ффіс. 4 ОКУ / 48 Ка І, А ри і: й АК и у й й Ко А їй нави наше рова нини ла ианнне ОА ри КАК ми ла аа и ШИ, Ме и и ИЙ КО сирен 4 АХ и и така вн Я М п МИ НИ й х Ки я ій и р є нн нин Я : ще ред сежуйк титан я док й КЯ ра зд" ' є ну КІ Ж СИ а аа фоюесютесет ку ; ці 36 ЗВ «Фіг, 5
7 ї т ра ; 38 7/ / у // 7 / й -48 ! Е; 5 6 // // й // й / й 48 / ли | і/ / і о) р) ї/ ; / / / / Ї 7 / | // й Е, // // ненні А- | / ф-зв - 5 //. Г/ /г/ 0-й І зв -5 З Ї І; /
ху. -зв РК - / І 7 нер В - і е) Фнг, 6
Шк щи ще -О- т В РОК ЖК КІ КК кр ю й Гч пн шт ! | нт шк /ї / / | / -т Я и в ; гі / / й 7 / / я. НІ, й и ЛГ ря і і кі Я і зв ЗЕ, Машинна обробка щи явна ПК я Й і т ролу г й / / / А / / / й 46 / / / / / / / и / ІЙ лу Я ї шов. плиленианнй ; т р ший
Чис.
ЗВ ! Ук ккАААК Юля вн нини діння ой Ше У рай м т в кит й т
Тр. юалячнестодан тя ей и і Я дит не ет най й р рай май ож вв с и шк рай рай Н ж кн ж ай сн кт кт «ж ра рн й шк ях р , й : - рай си їсЯ ай рі м й я ве ен Ка М ре й Ше ке Кк ОО й й: ! ( р я Й ра зай й ди души р і -ео Ка в ка и уд и й Слжммккдкиннннн і шеф
Фіг. 8 і З у / ДИ ! й й І ! Й й т х г я Ї / ре Її я ей і ий ІК, Я то СДН Я Ме я Ку че М Гея 38 А, ї гак шк Зв 00ЗВ
Фіг. 9 пе ра нн 4 / Ї пану М Махерівя Ї | | | | Л сп-- Матерівл В К ( в / ХЛ, І нн ше / ту и /
чиг. 10 Матерівз В І ! ши а) АХ х і ! їх ХУ ЧЕ ї А й КАХ у Ах ії чи ше У | ше У Фе н. куМ м зу й М, ши д/ Матері А Мигерівл А б) Матеріал В -- дж 12 й шина; М ж но Ян, ! ЛІ й . МатерілА -- Пл / / ; - Матеріал А Л/Й / // / МИ 0СШЗ сти Фіг
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102012223051 | 2012-12-13 | ||
| DE102013214322.2A DE102013214322A1 (de) | 2013-07-22 | 2013-07-22 | Seitenstein für eine Wand in einer Elektrolysezelle |
| PCT/EP2013/076624 WO2014091023A1 (de) | 2012-12-13 | 2013-12-13 | Seitenstein für eine wand in einer elektrolysezelle zur reduzierung von aluminum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA118098C2 true UA118098C2 (uk) | 2018-11-26 |
Family
ID=49779893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201506891A UA118098C2 (uk) | 2012-12-13 | 2013-12-13 | Бічний блок для стінки в електролізері для відновлення алюмінію |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2931945A1 (uk) |
| JP (1) | JP6457397B2 (uk) |
| CN (1) | CN104854264B (uk) |
| CA (1) | CA2893476C (uk) |
| RU (1) | RU2668615C2 (uk) |
| UA (1) | UA118098C2 (uk) |
| WO (1) | WO2014091023A1 (uk) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3023301B1 (fr) * | 2014-07-04 | 2016-07-01 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Cuve d'electrolyse |
| CN108048874A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-18 | 山西晋阳碳素有限公司 | 氮化硅结合炭块复合铝用侧部炭块 |
| FR3129157A1 (fr) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | Rio Tinto Alcan International Limited | Système de revêtement intérieur pour cuve d’électrolyse |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS608313B2 (ja) * | 1979-12-08 | 1985-03-01 | 株式会社日軽技研 | アルミニウム電解槽の保温方法 |
| GB2103657A (en) * | 1981-07-18 | 1983-02-23 | British Aluminium Co Ltd | Electrolytic cell for the production of aluminium |
| JPS58161789A (ja) * | 1982-03-19 | 1983-09-26 | Sumitomo Alum Smelt Co Ltd | アルミニウム電解炉用陰極炉底 |
| EP0095854B1 (en) * | 1982-05-28 | 1987-08-19 | Alcan International Limited | Improvements in electrolytic reduction cells for aluminium production |
| FR2537567B1 (fr) * | 1982-12-08 | 1986-07-18 | Savoie Electrodes Refract | Produits refractaires lies par des residus carbones et du silicium metal en poudre et procede de fabrication |
| DE3327230A1 (de) * | 1983-07-28 | 1985-02-07 | Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen | Auskleidung fuer elektrolysewanne zur herstellung von aluminium |
| CH658674A5 (de) | 1984-03-02 | 1986-11-28 | Alusuisse | Kathodenwanne fuer eine aluminium-elektrolysezelle und verfahren zur herstellung von deren seitenwand bildenden verbundkoerpern. |
| FR2566002B1 (fr) * | 1984-06-13 | 1986-11-21 | Pechiney Aluminium | Bloc cathodique modulaire et cathode a faible chute de tension pour cuves d'electrolyse hall-heroult |
| JPS63143279A (ja) * | 1986-12-04 | 1988-06-15 | Nippon Light Metal Co Ltd | 溶融塩電解によるマグネシウムの製造法およびその装置 |
| US5560809A (en) * | 1995-05-26 | 1996-10-01 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Improved lining for aluminum production furnace |
| JPH09143781A (ja) * | 1995-11-28 | 1997-06-03 | Nippon Light Metal Co Ltd | 高純度アルミニウム製造用三層型電解精製炉 |
| JP3385831B2 (ja) * | 1995-12-06 | 2003-03-10 | 住友金属工業株式会社 | 炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造 |
| EP1141446B1 (en) * | 1998-11-17 | 2003-06-04 | Alcan International Limited | Wettable and erosion/oxidation-resistant carbon-composite materials |
| EP1233083A1 (de) * | 2001-02-14 | 2002-08-21 | Alcan Technology & Management AG | Kohleboden einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium |
| JP2003095758A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Kobe Steel Ltd | 不定形耐火物材料及びその不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法 |
| NO20024048D0 (no) * | 2002-08-23 | 2002-08-23 | Norsk Hydro As | Fremgangsmåte for drift av en elektrolysecelle samt midler for samme |
| NO318012B1 (no) * | 2003-03-17 | 2005-01-17 | Norsk Hydro As | Strukturelle elementer for benyttelse i en elektrolysecelle |
| FR2882051B1 (fr) * | 2005-02-17 | 2007-04-20 | Saint Gobain Ct Recherches | Bloc refractaire fritte composite pour cuve d'electrolyse de l'aluminium et procede de fabrication de ce bloc |
| UA97819C2 (uk) * | 2006-11-01 | 2012-03-26 | Рио Тинто Алкан Интернешнл Лимитед | Суміш попередника бориду металу, спосіб її одержання та вуглецевий композитний матеріал, що її містить |
| JP5554117B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2014-07-23 | 日本電極株式会社 | アルミニウム精錬用カソードカーボンブロック及びその製造方法 |
-
2013
- 2013-12-13 WO PCT/EP2013/076624 patent/WO2014091023A1/de active Application Filing
- 2013-12-13 UA UAA201506891A patent/UA118098C2/uk unknown
- 2013-12-13 EP EP13807987.6A patent/EP2931945A1/de active Pending
- 2013-12-13 RU RU2015127998A patent/RU2668615C2/ru active
- 2013-12-13 CA CA2893476A patent/CA2893476C/en active Active
- 2013-12-13 CN CN201380065564.7A patent/CN104854264B/zh active Active
- 2013-12-13 JP JP2015547058A patent/JP6457397B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2668615C2 (ru) | 2018-10-02 |
| CA2893476A1 (en) | 2014-06-19 |
| CN104854264B (zh) | 2018-07-31 |
| WO2014091023A1 (de) | 2014-06-19 |
| RU2015127998A (ru) | 2017-01-16 |
| CN104854264A (zh) | 2015-08-19 |
| CA2893476C (en) | 2018-01-16 |
| JP6457397B2 (ja) | 2019-01-23 |
| EP2931945A1 (de) | 2015-10-21 |
| JP2016505714A (ja) | 2016-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9422199B2 (en) | Composite refractory for an inner lining of a blast furnace | |
| US7186357B2 (en) | High swelling ramming paste for aluminum electrolysis cell | |
| UA118098C2 (uk) | Бічний блок для стінки в електролізері для відновлення алюмінію | |
| CN102449202B (zh) | 阴极底、阴极底的生产方法和该阴极底在生产铝的电解槽中的应用 | |
| US4619750A (en) | Cathode pot for an aluminum electrolytic cell | |
| JP2016505714A5 (uk) | ||
| RU2495964C2 (ru) | Многослойный катодный блок | |
| 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 | |
| US4683046A (en) | Reduction pot for the production of aluminum | |
| US4673481A (en) | Reduction pot | |
| US8440059B2 (en) | Electrolytic cell for obtaining aluminium | |
| RU2568542C2 (ru) | Способ изготовления катодного блока для ячейки алюминиевого электролизера и катодный блок | |
| CN108166020B (zh) | 一种用于阳极炭块上部的定型保温组合砖块 | |
| CA2805562C (en) | Process for producing a cathode block for an aluminium electrolysis cell and a cathode block | |
| DE102013214322A1 (de) | Seitenstein für eine Wand in einer Elektrolysezelle | |
| Bessard | Cathode Pot for an Aluminium Electrolytic Cell |