WO2014065692A1 - Способ и устройство футеровки катодного электролизера - Google Patents

Способ и устройство футеровки катодного электролизера Download PDF

Info

Publication number
WO2014065692A1
WO2014065692A1 PCT/RU2012/000875 RU2012000875W WO2014065692A1 WO 2014065692 A1 WO2014065692 A1 WO 2014065692A1 RU 2012000875 W RU2012000875 W RU 2012000875W WO 2014065692 A1 WO2014065692 A1 WO 2014065692A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
static
cathode
dynamic
processing unit
compaction
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000875
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Владимирович ПРОШКИН
Самуил Яковлевич ЛЕВЕНСОН
Виталий Валерьевич ПИНГИН
Алексей Васильевич МОРОЗОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority to PCT/RU2012/000875 priority Critical patent/WO2014065692A1/ru
Priority to RU2013151911/02A priority patent/RU2553145C1/ru
Priority to CA2950888A priority patent/CA2950888C/en
Priority to CN201280076603.9A priority patent/CN104937143B/zh
Priority to AU2012393038A priority patent/AU2012393038B2/en
Priority to US14/437,388 priority patent/US9822457B2/en
Priority to CA2889749A priority patent/CA2889749C/en
Publication of WO2014065692A1 publication Critical patent/WO2014065692A1/ru
Priority to AU2017200397A priority patent/AU2017200397B2/en
Priority to US15/496,901 priority patent/US10501856B2/en

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/023—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface
    • B05C11/025—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface with an essentially cylindrical body, e.g. roll or rod
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02—Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/08—Spreading liquid or other fluent material by manipulating the work, e.g. tilting

Definitions

  • the proposed technical solution relates to non-ferrous metallurgy, in particular, to the installation of cathode devices of electrolyzers for the production of primary aluminum using unshaped materials.
  • the cathode devices of electrolytic cells for the production of primary aluminum consist of conductive cathode blocks that are thermally insulated from below. Between the cathode blocks and the thermal insulation there is a layer of barrier refractory materials designed to prevent the penetration of fluorine salts and sodium vapor into the thermal insulation layers.
  • the process of leakage and interaction of the liquid phase of the electrolyte components from the hearth blocks into refractory materials is a complex phenomenon that includes physical and chemical interaction at the interface of a liquid melt consisting of NaF and Na3AlF6 and the refractory material, the structure of which is the primary factor for the indicated interaction.
  • the driving force of the process of penetration of molten fluoride salts into barrier materials is the pressure gradient along the height of the barrier material.
  • q is the volumetric flow rate of molten fluoride salts through
  • barrier materials are heterogeneous structures with different pore size distributions, the conditionally range of pore sizes can be divided into three regions.
  • the pressure gradient is caused mainly by hydrostatic and gravitational forces.
  • capillary forces begin to appear. Due to the potential energy of the field of capillary forces, the pressure gradient is much higher than for large pores and such capillaries are able to intensively absorb molten fluorosols.
  • the penetration depth of molten fluorosols can be determined by the relation following from the Poiseuille law:
  • the penetration depth of the fluorine-containing melt decreases with an increase in its viscosity, a decrease in surface tension, and a decrease in the contact angle.
  • the physicochemical characteristics of the melt included in relation (2) depend on both the temperature and the composition of the melt.
  • the main component in the subcathode region is NaF, which is explained by the following reaction in the cathode block body during cryolite infiltration:
  • nepheline reacts with silicon dioxide to form NaAlSi308 albite, which will be in a viscous glassy molten state that prevents further movement of the front of interaction into the lower part of the cathode of the electrolyzer:
  • An increase in melt viscosity due to the presence of albite in the reaction zone between the aluminosilicate refractory lining and molten cryolite reduces the probability of fluorine salts penetrating into the lower heat-insulating layers of the base.
  • the most widely used materials are aluminosilicate composition with a content of 28% ⁇ A1203 ⁇ 34%. A rather important role is played by their relatively low cost.
  • barrier materials with thin winding channels having a dense packing of small particles are characterized by low gas permeability and, obviously, a slowed down process of penetration of molten fluoride salts or their reaction products with barrier materials ..
  • there is a temperature gradient in the direction penetration increase in melt viscosity due to the formation of albite will also slow down the penetration process.
  • lining of cathode devices of electrolytic cells uses molded products in the form of bricks of various sizes, mainly aluminosilicate composition, having low gas permeability and low porosity.
  • the gas permeability of the barrier masonry as a whole is determined not by the properties of individual bricks, but mainly by the state of the joints between them.
  • the mortar used for sealing by sealing joints, on the basis of which the masonry mortar is made, is vulnerable to fluorine salts and aggressive gases due to its high porosity.
  • the water used in the preparation of masonry mortars causes problems in the installation of electrolytic cells at low temperatures and negatively affects the resistance of heat-insulating materials in the cathode device of the electrolyzer.
  • a known method of lining including filling powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with a rail, characterized in that it uses a bulk unshaped material that reacts with fluorine salts to form a product that is in a solid state at operating temperatures in the cathode device.
  • a bulk unshaped material that reacts with fluorine salts to form a product that is in a solid state at operating temperatures in the cathode device.
  • a known method of lining including filling powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with a rail, characterized in that the compaction was carried out using ordinary rollers (Forresblad L. Vibration compaction of soils and bases. Transl. From English under the editorship of M. Kostelov M. P. Transport, 1987, 191 c).
  • the evaluation of the results of static molding shows that they do not provide the required structure of the lining material - low porosity and small pore sizes.
  • a known method of lining including filling powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with a rail, characterized in that the sealing of unformed materials, is carried out by external vibration of the railway platform on which the cathode device is installed (Siljan O, Junge O, Trygve B., Svendsen T., Thovsen K. Experiences with dry barrier powder materials in aluminum electrolysis cells - Light Metals, 1998, p. 573 -581).
  • the disadvantage of this method is the diffraction of the material and the separation of particles along the layer height, and hence the insufficient degree of resistance to penetration of fluoride salts. This leads to high rates of chemical reactions, which reduces the life of the electrolytic cells.
  • a known method of lining the cathode device of an aluminum electrolyzer includes filling powder material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with a rail, characterized in that the compaction is performed by pneumatic ramming from above through a heat-resistant carbon mass (Weibel R. Advantages and disadvantages of using various refractory materials for Cathodes. In the book: Aluminum of Siberia. Krasnoyarsk, 2002, pp. 14-24). However, the use of the hot ramming mass is environmentally hazardous, and with the transition to the cold ramming mass and a decrease in the cryolite ratio, the service life of such electrolytic cells has become short.
  • a known method of lining (Refractories for the cathodes of aluminum electrolysis cells / SG Sennikov and others - Refractories and technical ceramics, 2003, N2I O, p.22-31), which consists in filling powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it using a rail, sequentially laying polyethylene film layers, fiberglass sheets or fiberboard on a filled material and packing the material dynamically using a sled with a vibrator).
  • both compaction and decompression of the mixture occur simultaneously, as a result of which dusting of the rammed material is observed.
  • a known method of lining includes filling powder material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with rails, characterized in that the seal is made by rollers equipped with vibration mechanisms (Patent US 4184787; ⁇ 19/38). This leads to a slight increase in packing density, however, the resulting barrier layer nevertheless has a rather high porosity (up to 25%), and, in addition, its surface has wave-like defects.
  • a known method of lining a cathode device of an aluminum electrolysis cell comprising filling powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with a rail, characterized in that the seal starts from the corner of the cathode casing and is made in a spiral direction from the outside to the center of the cathode.
  • the vibrator is moved with a overlap of a few centimeters of the previous densified area. For the final compaction of barrier mixtures, it is necessary to make several complete cycles of vibrator passes.
  • the main disadvantage of this method of lining is the need for multiple passes of the vibrating plate over the surface of the barrier material in the cathode device due to the small size of the platform.
  • the parameters of the resulting barrier layer depend on the qualification and integrity of the operator.
  • the most significant drawback is that the operation of the vibrating plate is based mainly on the dynamic molding method with non-optimal amplitude-frequency and weight characteristics. In conditions of low bulk density of the lining material, this leads to the fact that both processes of compaction and decompression of the mixture occur simultaneously. As a result of this, dusting of the compacted material is observed.
  • a known method of forming seamless lining layers in aluminum electrolysis cells including filling powdered material into the cathode casing of the electrolytic cell, leveling it with a rail, covering the filled material with a dust insulating film and sealing, characterized in that the material is compacted in two stages: preliminary static and final dynamic impact by sequential movement of the working bodies of static and dynamic compaction along the longitudinal axis of the cat yes aluminum electrolysis over the entire width futero- novel developing layer formed via a flexible gasket, the dynamic uplotne- of material is carried out at a constant vibroblokami of the static load acting on them.
  • the compaction is carried out in two stages: preliminary static and final dynamic action, by sequentially moving the working bodies of the static and dynamic compaction along the longitudinal axis of the cathode of the aluminum electrolyzer over the entire width of the formed lining layer through an elastic gasket, while the dynamic compaction of the material they are vibroblocked with a constant static load on them.
  • This method of lining does not meet the requirement of obtaining a high-quality barrier layer of great depth with a low bulk density.
  • the technical device with which the aforementioned lining process is carried out is a device for forming lining of seamless lining layers in aluminum electrolyzers, (RF Patent RU 2296819 class. ⁇ 25 ⁇ 3/06, ⁇ 25 ⁇ 3/08, published in BI JYS IO, 2007).
  • a device for forming seamless lining layers in aluminum electrolyzers contains a drive, a sealing device, consisting of a block for static processing and a block of dynamic processing, a block for static processing is made in the form of a roller with a drive and is connected to the roller by means of a rocker arm and pull unit dynamic processing, made in the form of a vibration unit, including a vibration exciter with a directed driving force and installed with the possibility of its movement around the horizontal axis of the roller.
  • the main disadvantage of the prototype device is the extrusion of the material being compacted in front of the static processing unit during the formation of a barrier layer of great depth with a low bulk density.
  • the lack of structural elements in the prototype device that contribute to the damping of the horizontal component of vibration exposure leads to technical difficulties when using vibration exciters with circular driving force or vibration exciters with directed driving force mounted on the vibrating unit at an acute angle to the surface to be machined. due to vibration transmission of the entire structure.
  • the motors of the static processing unit and other elements of the device are subjected to vibration, which can lead to their failure and, consequently, the reliability and durability of the device as a whole are reduced.
  • the objective of the proposed technical solution is to reduce the apparent porosity of the lining layers obtained from unformed materials and to increase the reliability of its operation.
  • the technical result of the invention is to slow down the penetration rate of molten fluorosols and aggressive gaseous components through the barrier layer into the cathode thermal insulation, improve the performance of the electrolyzer (reduce energy costs for the production of 1 ton of aluminum, increase the service life).
  • the problem is solved in that in the method of lining the cathode devices of aluminum electrolytic cells, which includes filling the powdered material into the cathode casing of the electrolyzer, leveling it with the help of a rail, covering the filled material with a dust-proof film and sealing in two stage: preliminary static and final dynamic action, by sequentially moving the working bodies of static and dynamic compaction along the longitudinal axis of the cathode aluminum of the electrolyser through an elastic gasket, the elastic gasket is made of at least two layers: the lower one, which prevents the powder-like material from being squeezed forward in the direction of travel, and the upper one, which provides the adhesion of the gasket to the working body of static consolidation.
  • the seal is made along the longitudinal sides of the cathode device to a width of at least 0.5 of the width of the cathode device; the stiffness of the gasket varies in the range 80+ 270 Nm 2 , and as the lower layer of the gasket use steel sheets with a thickness of (2.5 + 4) * 10-4, a width of 0.12 + 0.15 and a length of 0.2 + 0.25 from the width of the moldable layer, and steel sheets are laid across the entire sealing area end-to-end along the long side of the cathode device in 3-4 rows, and rubber fabric material with a thickness of 2 is laid as the upper layer that provides adhesion of the gasket to the working member of the static seal -3 of the thickness of the steel sheet.
  • a device for implementing the method comprising a static processing unit, made in the form of a roller with a drive and a dynamic processing unit with installed on it by a vibration exciter, the dynamic processing unit is connected to the static processing unit by means of elastic elements with the possibility of simultaneous movement relative to the horizontal and vertical axes of the roller.
  • the proposed device is complemented by private distinctive features aimed at solving the task.
  • the device can be made in such a way that the connection of the dynamic processing unit with the static processing unit can be performed by means of elastic elements made of rubber or by means of metal springs. This excludes the transmission of vibration to the electric motor and other elements, in particular, to the metal structure of the device when using vibration exciters with circular driving force or vibration exciters with directed driving force mounted on the vibration unit at an acute angle to the processed surface, as well as improving the reliability and durability of the device as a whole.
  • FIG. 1 shows a device for forming seamless lining layers in aluminum electrolytic cells (side view) with elastic elements from metal springs;
  • FIG. 2 - a device for forming seamless lining layers in aluminum electrolyzers (side view) with elastic elements made of rubber.
  • a device for forming seamless lining layers in aluminum electrolysis cells consists of drive disks 1, which form a drive unit for static compaction in the form of a roller, vibro-block 2 with vibrator 3, weights 4, located on the cargo area 5, which is connected to vibro-block 2 by means of elastic elements 6 and 7 (from metal springs of Fig. 1, from rubber of Fig. 2), combining the vibro-block and the block for static impact on the material into the sealing device using the rocker arm 8 with the possibility of free movement in Ibrobloc relative to the horizontal and vertical axes (anchor) of the roller.
  • the drive of the device for forming seamless lining layers in aluminum electrolyzers consists of a geared motor 9, a chain gear 10.
  • the geared motor 9 is mounted on the skid 8, to which a load platform 5 is also attached.
  • the gear motor 9 and the vibrators 3 are started from the control panel.
  • the stand includes a container for placing bulk material and a local VPU block, which allows for the deformation of bulk media by static loading with the imposition of vibration loads of different frequency spectrum and intensity.
  • the VPU When moving into containers with material, the VPU creates preliminary static loading by rollers 1, which are also a movement mechanism, and dynamic loading is carried out by vibro-block 2, the amplitude-frequency characteristic of which is set by vibration exciter 3.
  • a vibration exciter with directional excitation was used as the oscillation source or circular driving force.
  • VPU was installed in a container 4 filled with bulk material 5, the filling height was 300 ... 500 mm.
  • the material was densified through an elastic coating consisting of a metal sheet 6 (Fig. 4) 2 mm thick and a rubber plate 7 5 mm thick.
  • the coating prevented the extrusion of material from under the rollers, helped to reduce dustiness of the air, and kept the installation on the surface of the material with a large thickness of the sealing layer.
  • two loading methods are possible: the first is static (the vibration unit is off), the second is combined (simultaneous static and dynamic loading).
  • the material located between the roller and the vibrating unit When combined exposure, the material located between the roller and the vibrating unit, is closed in a limited volume. Its extrusion from the side of the vibratory block is prevented by the final compaction material, on the roller side - pre-compacted material, on top - an elastic coating.
  • Vibration acceleration in the material and on the vibration unit was recorded by piezoelectric sensors 8 and 9 (Fig. 5), which made it possible to simultaneously track the horizontal and vertical components of the vibrations.
  • the signal from the sensors was amplified, integrated, and transmitted to a personal computer.
  • the density of the layers of the obtained compact was estimated using a B-1 static densitometer, and the density of the obtained compact was characterized by a dynamic modulus of elasticity, which was measured by a portable soil shrinkage meter ⁇ LFG (Fig. 3).
  • a compression wave arises under the vibratory block, which deforms the material, while some of it is squeezed into a closed region, exerting pressure on the bulk mass there.
  • this region under the action of vibration and the rheological effects associated with it, there is a mutual movement of material particles, which tend to form a denser structure, as well as the displacement of moisture and air, that is, preliminary dynamic compaction is carried out.
  • the process of deformation of the material ends after the direct impact on it of compressive loads created by the vibrating unit.
  • FIG. 9 shows the results of measuring the depth of vibration velocity in the array of material to be sealed.
  • the origin is aligned with the day surface of the material being compacted.
  • the dependences presented in Figure 3 correspond to oscillation frequencies of 25 Hz, 34 Hz, and 49.6 Hz (curves 1, 2, and 3, respectively).
  • Markers, g and ⁇ indicate points obtained experimentally and corresponding to vibrational frequencies of 25 Hz, 34 Hz and 49.6 Hz.
  • the frequency of vibration exposure does not significantly affect the density of the material in depth for a given frequency range.
  • the highest density of the material was recorded in the upper layers of the compacted array to a penetration depth (depth at which the oscillations decay by a factor of e), which was 230 mm, the packing density decreases at a greater depth, which is associated with a decrease in the intensity of vibration due to damping of vibrations .
  • cathode lining described above will make it possible to obtain a total economic effect per 1 cell of at least $ 2 thousand per year by reducing the cost of lining materials and reducing labor costs for their installation.

Landscapes

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

Abstract

 Изобретение относится способу и устройству для футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера. Способ включает засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, укрытие засыпанного материала пылеизолирующей пленкой и уплотнение. Уплотнение осуществляют в два этапа пу тем предварительного статического и окончательного динамического воздействия соответствующими рабочими органами, последовательно перемещаемыми вдоль оси катода через упругую прокладку, выполненного не менее, чем из двух слоев -нижнего, предотвращающего выдавливание порошкообразного материала вперед по ходу движения, и верхнего, обеспечивающего сцепление прокладки с рабочим органом статического уплотнения. В устройстве блок статического уплотнения, выполненный в виде катка с приводом соединен упругими элементами с возможностью перемещения относительно горизонтальной и вертикальной осей катка с блоком динамического уплотнения с установленным на нем вибровозбудителем. Обеспечивается замедление скорости расплавленных фторсолей в теплоизоляцию катода и увеличение срока службы электролизера.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФУТЕРОВКИ КАТОДНОГО
ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
Предлагаемое техническое решение относится к цветной металлургии, в частности, к монтажу катодных устройств электролизёров для производ- ства первичного алюминия с использованием неформованных материалов.
Катодные устройства электролизёров для производства первичного алюминия состоят из токопроводящих катодных блоков, теплоизолиро- ванных снизу. Между катодными блоками и теплоизоляцией располагается слой барьерных огнеупорных материалов, предназначенных для предот- вращения проникновения фторсолей и паров натрия в теплоизоляционные слои. Процесс просачивания и взаимодействия жидкой фазы компонентов электролита из подовых блоков в огнеупорные материалы является ком- плексным явлением, включающим физическое и химическое взаимодей- ствие на границе жидкого расплава, состоящего из NaF и Na3AlF6 и мате- риала огнеупора, структура которого является первичным фактором при указанном взаимодействии.
В соответствии с законом Дарси движущей силой процесса проник- новения расплавленных фтористых солей в барьерные материалов являет- ся градиент давления по высоте барьерного материала.
Figure imgf000003_0001
где: q - объемный расход расплавленных фтористых солей через
3 2 2 поперечное сечение S, м /(м с); к - коэффициент проницаемости, м ; dP/dx - градиент давления по высоте барьерного материала, Па; μ динамическая вязкость, Па* с.
Поскольку барьерные материалы представляют собой гетерогенные структуры с различными распределениями пор по размерам, то условно интервал размеров пор можно разбить на три области. Для крупных пор (более 100 мкм) градиент давления обусловлен преимущественно гидро- статическими и гравитационными силами. Для более мелких канальных пор наряду с указанными силами начинаются проявляться капиллярные силы. За счет потенциальной энергии поля капиллярных сил, градиент давления гораздо выше, чем для крупных пор и такие капилляры способ- ны интенсивно впитывать расплавленные фторсоли. При этом глубина проникновения расплавленных фторсолей может быть определена по со- отношению, вытекающему из закона Пуазейля:
Figure imgf000004_0001
(2) где h - глубина проникновения; d - диаметр пор; σ - поверхностное натяжение; μ- вязкость расплава.
С дальнейшим уменьшением размеров пор градиент давлений, обу- словленный капиллярными силами, возрастает, однако при этом гораздо быстрее растет гидравлическое сопротивление движению жидкости и проникновением фторсолей по таким порам можно пренебречь.
Как следует из уравнения (2), глубина проникновения фторсодержа- - щего расплава уменьшается с ростом его вязкости, снижением поверх- ностного натяжения и уменьшением краевого угла смачивания. Физико- химические характеристики расплава, входящие в соотношение (2) зави- сят как от температуры, так и состава расплава.
В начальный период процесса проникновения основным компонентом в подкатодной области является NaF, что объясняется протеканием сле- дующей реакции в теле катодного блока при инфильтрации криолита:
4Na 3 AlF6 + \2 Na + ЗС = А! 4С3 + 24 NaF (3)
Взаимодействие между чисто глиноземными огнеупорами и фтори- стым натрием протекает по реакции образования β-глинозема: \2 NaF + 34 Al 203 = 3(Na 20 * \ \ 3 Al 20 ) + 2Na 3 AIF 6 (4)
При этом из-за значительно более низкой плотности продукта реак- ции β-глинозема происходят объемные изменения в футеровке, вызыва- ющие вертикальные напряжения в подине и возможное ее разрушение. При появлении в огнеупоре относительно небольшого количества Si02 (-25%) в дополнении к реакции (4) будет происходить реакция образова- ния нефелина (5):
6N F + 2А1203 + 3Si0 2 = NaAlSiO 4 + Na 3 AlF6 (5)
При избытке огнеупорного материала и небольшом количестве NaF, нефелин реагирует с диоксидом кремния с образованием альбита NaAlSi308, который будет находиться в вязком стеклообразном расплав- ленном состоянии, предотвращающем дальнейшее движение фронта взаи- модействия в нижнюю часть катодного устройства электролизера:
NaAlSi04 + 2Si02 = NaAlSi308 (
Повышение вязкости расплава из-за наличия альбита в зоне реакции между алюмосиликатной огнеупорной футеровкой и расплавленным крио- литом уменьшает вероятность проникновения фторсолей в нижние тепло- изоляционные слои цоколя.
Дальнейшее увеличение содержания Si02 в алюмосиликатном огне- упорном материале (свыше 47%) приводит к тому, что в зоне реакции β- глинозем отсутствует, а нефелин и альбит образуются с помощью комби- наций реакций (5) и (6). При очень высоком содержании Si02 (более 72%) из-за недостатка А1203 будет затруднено образование нефелина.
Поэтому среди значительного количества огнеупоров, используемых в цоколях электролизеров, наибольшее распространение получили материа- лы алюмосиликатного состава с содержанием 28%<А1203<34%. Немало- важную роль при этом имеет их относительно невысокая стоимость.
Вышеизложенное показывает, что барьерные материалы с тонкими извилистыми каналами, имеющие плотную укладку мелкоразмерных ча- стиц, характеризуются низкой газопроницаемостью и очевидно, замед- ленным процессом проникновения расплавленных фтористых солей или продуктов их реакции с барьерными материалами.. Кроме того, наличие градиента температур в направлении внедрения, увеличение вязкости рас- плава за счет образования альбита также будет замедлять процесс внедре- ния.
Традиционно при футеровке катодных устройств электролизеров ис- пользуются формованные изделия в виде кирпичей различных размеров, преимущественно алюмосиликатного состава, имеющие невысокую га- зопроницаемость и малую пористость. Однако газопроницаемость барьер- ной кладки в целом определяется не свойствами отдельных кирпичей, а преимущественно состоянием швов между ними. Применяемый для герме- тизации путем заделки швов мертель, на основе которого изготавливается кладочный раствор, уязвим по отношению к фторсолям и агрессивным газам в силу своей высокой пористости. К тому же, используемая при подготовке кладочных растворов вода, обуславливает проблемы монтажа электролизеров в условиях низких температур и оказывает негативное влияние на стойкость теплоизоляционных материалов в катодном устрой- стве электролизера.
Наряду с формованными барьерными материалами к настоящему времени накоплен значительный опыт применения рыхлых порошков различного гранулометрического и минералогического составов, которые позволяют получать бесшовные слои. Технология использования нефор- мованных материалов при монтаже катодных устройств электролизеров выгодно отличается от технологии с применением кирпичной кладки со- кращенным временем монтажа футеровочных материалов и меньшими трудозатратами.
Известен способ футеровки, включающий засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отличающийся тем, что используется засыпной неформованный материал, который реагирует с фторсолями с образованием продукта, находящегося в твердом состоянии при рабочих температурах в катодном устройстве. ( Seltveit A., Diffusion barrier for aluminium electrolysis fernaces, United States Patent Pat. No.4,536/273, 1985). Однако проведенные испыта- ния не подтвердили жизненность этого способа футеровки, поскольку вы- сокая пористость неуплотненного слоя обеспечила непрерывное поступ- ление газообразных и жидких компонентов фторсолей в теплоизоляцию.
Известен способ футеровки, включающий засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отличающийся тем, что уплотнение осуществлялось с помощью обыкновенных катков (Форресблад Л. Вибрационное уплотнение грунтов и оснований. Пер. с англ. под ред. Костельова М. П. Транспорт, 1987, 191 с). Однако оценка результатов статического формования показывает, что они не обеспечивает требуемую структуру футеровочного материала - низкую пористость и малые размеры пор.
Известен способ футеровки, включающий засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отличающийся тем, что для уплотнения применяются катки, снаб- женные вибрационным механизмом (Патент US 4184787; Е01С 19/38). Это приводит к некоторому увеличению плотности упаковки, однако получае- мый барьерный слой все-таки имеет достаточно высокую пористость (до 25%), а, кроме того, его поверхность имеет волнообразные дефекты.
Известен способ футеровки, включающий засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отличающийся тем, что уплотнение неформованных материалов, осуществляется внешней вибрацией железнодорожной платформы, на которую установлено катодное устройства (Siljan О, Junge О, Trygve В., Svendsen Т., Thovsen К. Experiences with dry barrier powder materials in alu- minium electrolysis cells- Light Metals, 1998, p. 573-581). Недостатком этого способа является расфракционирование материала и разделение частиц по' высоте слоя, а отсюда - недостаточная степень сопротивления проникно- вению фтористых солей. Это приводит к высоким скоростям химических реакций, что сокращает срок службы электролизеров.
Известен способ футерования катодного устройства алюминиевого электролизера включающий засыпку порошкообразного материала в ка- тодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отли- чающийся тем, что уплотнение производят пневмотрамбовками сверху через горяченабивную углеродную массу (Вейбель Р. Преимущества и недостатки применения различных огнеупорных материалов для катодов. В кн.: Алюминий Сибири. Красноярск, 2002, с.14-24). Однако использова- ние горяченабивной массы экологически опасно, а с переходом на холодн- набивную массу и снижением криолитового отношения срок службы таких электролизеров стал невысоким.
Известен способ футерования (Огнеупоры для катодов алюминиевых электролизеров / Сенников С.Г. и др. - Огнеупоры и техническая керамика, 2003, N2I O, с.22-31), заключающийся в засыпке порошкообразного матери- ала в катодный кожух электролизера, разравнивании его с помощью рейки, последовательной укладке на засыпанный материал слоев пленки полиэти- леновой, листов стеклотекстолита или ДВП и уплотнении материала дина- мическим методом с использованием санок с вибратором). Однако при работе такого устройства одновременно протекают как процессы уплотне- ния, так и разуплотнения смеси, в результате чего наблюдается пыление утрамбовываемого материала.
Известен способ футерования включающий засыпку порошкообразно- го материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помо- щью рейки, отличающийся тем, что уплотнение производится катками, снабженными вибрационными механизмами (Патент US 4184787; Е01С 19/38). Это приводит к некоторому увеличению плотности упаковки, одна- ко получаемый барьерный слой все-таки имеет достаточно высокую пори- стость (до 25%), а, кроме того, его поверхность имеет волнообразные де- фекты.
Известен способ футерования катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий засыпку порошкообразного материала в ка- тодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, отли- чающийся тем, что уплотнение начинается с угла катодного кожуха и про- изводится по спирали по направлению снаружи к центру катода. При этом перемещение вибратора производится с перекрытием величиной в не- сколько сантиметров предыдущего уплотненного участка. Для оконча- тельного уплотнения барьерных смесей необходимо сделать несколько полных циклов проходов вибратора.
Основным недостатком такого способа футерования являются необ- ходимость в многократных прохождениях виброплощадкой по поверхно- сти барьерного материала в катодном усторойстве из за небольшого раз- мера платформы. При этом параметры получаемого барьерного слоя зави- сят от квалификации и добросовестности оператора. Но самым существен- ным недостатком является то, что работа виброплощадки основана пре- имущественно на динамическом методе формования при неоптимальных амплитудно-частотных и весовых характеристиках. В условиях низкой насыпной плотности футеровочного материала это приводит к тому, что одновременно протекают как процессы уплотнения, так и разуплотнения смеси. В результате этого наблюдается пыление утрамбовываемого мате- риала. Использование относительно тонких листов стеклотекстолита или ДВП, не обладающих достаточной жесткостью, приводит к получению неровной поверхности, в результате чего после укладки поверхность барь- ерного материала также, как и при использовании виброкатка, имеет вол- нообразную форму. Попытки увеличения жесткости материала, использу- емого для покрытия, наталкиваются на снижение эффективности процесса уплотнения (Патент ЕР 1 127983; Е01С 19/38; E02D 3/046).
Известен способ формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизерах, включающий засыпку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рейки, укрытие засыпанного материала пылеизолирующей пленкой и уплотнение, отличающийся тем, что уплотнение материала осуществляют в два этапа: предварительного статического и окончательного динамиче- ского воздействия, путем последовательного перемещения рабочих орга- нов статического и динамического уплотнения вдоль продольной оси ка- тода алюминиевого электролизера на всю ширину формируемого футеро- вочного слоя через упругую прокладку, при этом динамическое уплотне- ние материала проводят виброблоками при постоянно действующей стати- ческой нагрузке на них.
По назначению, наличию существенных сходных признаков приве- денное решение выбрано в качестве прототипа.
В известном решении уплотнение осуществляют в два этапа: предва- рительного статического и окончательного динамического воздействия, путем последовательного перемещения рабочих органов статического и динамического уплотнения вдоль продольной оси катода алюминиевого электролизера на всю ширину формируемого футеровочного слоя через упругую прокладку, при этом динамическое уплотнение материала прово- дят виброблоками при постоянно действующей статической нагрузке на них.
Такой способ футерования не отвечает требованию получения высо- кокачественного барьерного слоя большой глубины с малой насыпной плотностью.
Техническим устройством, с помощью которого осуществляется вы- шеуказанный процесс футерования, является устройство для формирова- ния бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизёрах, (Па- тент РФ RU 2296819 кл. С25С 3/06, С25С 3/08, опубл. в БИ JYS I O, 2007 г.).
По назначению, наличию существенных сходных признаков приве- денное решение выбрано в качестве прототипа.
Устройство для формирования бесшовных футеровочных слоёв в алюминиевых электролизёрах содержит привод, уплотняющее приспособ- ление, состоящее из блока для статической обработки и блока динамиче- ской обработки, блок для статической обработки выполнен в виде катка с приводом и подсоединён к катку посредством коромысла и тяги блока динамической обработки, выполненного в виде виброблока, включающего вибровозбудитель с направленной вынуждающей силой и установленный с возможностью его перемещения вокруг горизонтальной оси катка.
Основным недостатком прототипа-устройства являются выдавливание уплотняемого материала перед блоком статической обработки при форми- ровании барьерного слоя большой глубины с малой насыпной плотно- стью. Кроме того, отсутствие в прототипе-устройстве конструктивных элементов, способствующих гашению горизонтальной составляющей виб- ровоздействия приводят к возникновению технических трудностей при использовании в качестве источников колебаний вибровозбудителей с круговой вынуждающей силой или вибровозбудителей с направленной вынуждающей силой, установленных на виброблоке под острым углом к обрабатываемой поверхности из-за передачи вибровоздействия всей кон- струкции. При использовании таких источников колебаний вибровоздей- ствию подвергаются электродвигатели блока статической обработки и другие элементы устройства, что может привести к выходу их из строя и, следовательно, снижается надежность и долговечность устройства в це- лом.
Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение кажущейся пористости футеровочных слоев, получаемых из неформован- ных материалов и повышение надежности его работы. Техническим результатом изобретения является замедление скорости проникновения расплавленных фторсолей и агрессивных газообразных компонентов через барьерный слой в теплоизоляцию катода, улучшение показателей работы электролизера (снижение энергозатрат на производ- ство 1 т алюминия, рост срока службы).
Поставленная задача решается тем, что в способе футерования катод- ных устройств алюминиевых электролизеров, включающем в себя засып- ку порошкообразного материала в катодный кожух электролизера, разрав- нивание его с помощью рейки, укрытие засыпанного материала пылеизо- лирующей пленкой и уплотнение, осуществляемое в два этапа: предвари- тельного статического и окончательного динамического воздействия, пу- тем последовательного перемещения рабочих органов статического и ди- намического уплотнения вдоль продольной оси катода алюминиевого электролизера через упругую прокладку, упругая прокладка выполнена из не менее, чем двух слоев: нижнего, предотвращающего выдавливание по- рошкообразного материала вперед по ходу движения и верхнего - обеспе- чивающего сцепление прокладки с рабочим органом статического уплоне- ния. При этом уплотнение производят вдоль продольных сторон катодно- го устройства на ширину не менее 0,5 от ширины катодного устройства; жесткость прокладки варьируется в диапазоне 80+ 270 Нм2, а в качестве нижнего слоя прокладки используют стальные листы толщиной (2,5+4)* 10-4, шириной 0,12+0,15 и длиной 0,2+0,25 от ширины формуе- мого слоя, причем стальные листы укладываются по всей уплотняемой площади встык вдоль длинной стороны катодного устройства в 3-4 ряда, а в качестве верхнего слоя, обеспечивающего сцепление прокладки с рабо- чим органом статического уплотнения укладывают резинотканевый мате- риал толщиной 2-3 от толщины стального листа.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для осуществ- ления способа, содержащем блок статической обработки, выполненный в виде катка с приводом и блок динамической обработки с установленным на нем вибровозбудителем, блок динамической обработки соединен с бло- ком статической обработки посредством упругих элементов с возможно- стью одновременного перемещения относительно горизонтальной и верти- кальной осей катка.
Предлагаемое устройство дополняют частные отличительные призна- ки, направленные на решение поставленной задачи.
Устройство может быть выполнено таким образом, что соединение блока динамической обработки с блоком статической обработки может быть выполнено посредством упругих элементов из резины или посред- ством металлических пружин. При этом исключается передача вибровоз- действия на электродвигатель и другие элементы, в частности, на метал- локонструкцию устройства при использовании в качестве источника коле- баний вибровозбудителей с круговой вынуждающей силой или вибровоз- будителей с направленной вынуждающей силой, установленных на виброблоке под острым углом к обрабатываемой поверхности, а также повышение надежности и долговечности устройства в целом.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и призна- ков аналога и прототипа свидетельствуют о соответствии решения крите- рию «новизна».
Как показывает опыт работы указанного устройства характеризуются следующими положительными явлениями:
• Расширяется диапазон применяемых материалов при футерова- нии электролизеров за счет возможности уплотнения последних при более больших размеров слоев.
• Увеличивается степень уплотнения верхних слоев футеровочно- го материала
Достижение вышеуказанного возможно только при заявленных отно- шениях параметров способа и конструктивных элементов устройства.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами. На фиг. 1 представлено устройство для форми- рования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизёрах (вид с боку) с упругими элементами из металлических пружин; на фиг. 2 - устройство для формирования бесшовных футеровочных слоев в алюми- ниевых электролизёрах (вид с боку) с упругими элементами из резины.
Устройство для формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизёрах состоит из ведущих дисков 1, образующих приводной блок для статического уплотнения в виде катка, виброблока 2 с вибратором 3, пригрузов 4, расположенных на грузовой площадке 5, кото- рая соединена с виброблоком 2 при помощи упругих элементов 6 и 7 (из металлических пружин фиг. 1, из резины фиг. 2), объединяющих виброблок и блок для статического воздействия на материал в уплотняю- щее приспособление при помощи коромысла 8 с возможностью свободно- го перемещения виброблока относительно горизонтальной и вертикальной осей (анкера) катка. Привод устройства для формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизёрах состоит из мотор- редуктора 9, цепной передачи 10. Мотор-редуктор 9 установлен на коро- мысле 8, к которому прикреплена также грузовая площадка 5.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следу- ющем.
Мотор-редуктор 9 и вибраторы 3 запускаются с пульта управления.
Вращение от мотор-редуктора 9 через цепную передачу 10 передается на ведущие диски 1 катка. Ведущие диски 1, вращаясь, перемещают устрой- ство по поверхности упругой прокладки, уложенной на обрабатываемый материал. При этом осуществляется предварительное статическое уплот- нение неформованных футеровочных материалов. Окончательное уплот- нение происходит от воздействия на обрабатываемый материал вибробло- ком 2, совершающим перемещение относительно горизонтальной и верти- кальной осей катка и нагруженным пригрузами 4 через блоки упругих элементов.
Для определения оптимальных конструктивных и технологических параметров ВПУ экспериментальные исследования процесса уплотнения мелкодисперсного материала выполнялись на стенде, представленном на фиг.4. Стенд включает емкость для размещения сыпучего материала и локальный блок ВПУ, позволяющий обеспечить деформирование сыпучих сред статическим нагружением с наложением вибрационных нагрузок различного частотного спектра и интенсивности.
При перемещении в емкости с материалом ВПУ создает предвари- тельное статическое нагружение катками 1 , которые являются также меха- низмом передвижения, а динамическое нагружение осуществляется виброблоком 2, амплитудно-частотная характеристика которого задается вибровозбудителем 3. В качестве источника колебаний использовался виб- ровозбудитель с направленной или круговой вынуждающей силой. ВПУ устанавливалась в емкость 4, заполненную сыпучим материалом 5, высота заполнения составляла 300...500 мм.
Уплотнение материала осуществлялось через упругое покрытие, со- стоящее из металлического листа 6 (фиг.4) толщиной 2 мм и резиновой пластины 7 толщиной 5 мм. В процессе уплотнения покрытие препятство- вало выдавливанию материала из-под катков, способствовало снижению запыленности воздуха и удерживало установку на поверхности материала при большой толщине уплотняемого слоя. При этом возможны два способа нагружения: первый - статический (виброблок выключен), второй - комби- нированный (одновременное статическое и динамическое нагружение).
При комбинированном воздействии материал, находящийся между катком и виброблоком, оказывается замкнутым в ограниченном объеме. Его вы- давливанию со стороны виброблока препятствует окончательно уплотнен- ный материал, со стороны катка - предварительно уплотненный материал, сверху - упругое покрытие.
Вибрационное ускорение в материале и на виброблоке регистриро- валось пьезодатчиками 8 и 9 (фиг.5), которые позволяли одновременно отслеживать горизонтальную и вертикальную составляющие колебаний. Сигнал с датчиков усиливался, интегрировался и передавался на персо- нальный компьютер.
Плотность слоев полученного компакта оценивалась при помощи статического плотномера В-1, а плотность полученного компакта характе- ризовалась динамическим модулем упругости, который измерялся порта- тивным измерителем усадки грунта НМР LFG (рис. 3).
Сбор информации и последующая обработка результатов измерений осуществлялись с помощью "Программного комплекса автоматизации экспериментальных и технологических установок ACTest®".
В экспериментах использовался шестиканальный измерительный комплекс (Фиг. 4), включающий следующие приборы:
— пьезоэлектрические акселерометры (фирма Брюль и Къер, Дания);
- усилители заряда типа 2635 (фирма Брюль и Къер, Дания);
— аналого-цифровой преобразователь Е-440 (ЗАО Л-Кард, Россия);
- персональный компьютер.
При запуске ВПУ перемещается вдоль емкости, заполненной мел- кодисперсным материалом (Фиг. 5). При этом возможно или только стати- ческое воздействие на материал, если виброблок отключен, или совмест- ное действие статических и динамических нагрузок. Статическое уплотне- ние особого интереса не представляет, так как ничем не отличается от обычной укатки. Во втором случае в фиксированный момент времени часть предварительно уплотненного материала 1, находящегося между виброблоком 2 и катком 3 (на фиг. 5 границы отмечены буквами А и Б), оказывается замкнутой в ограниченном объеме. Его перемещению (выдав- ливанию) препятствуют с одной стороны уже уплотненный материал, с другой - давление, создаваемое катком, сверху - пластина 4. Непосред- ственно под виброблоком возникает волна сжатия, деформирующая мате- риал, при этом некоторая его часть выжимается в замкнутую область, ока- зывая давление на находящуюся там сыпучую массу. Кроме того, в этой области под действием вибрации и связанных с ней реологических эффек- тов происходит взаимное перемещение частиц материала, которые стре- мятся образовать более плотную структуру, а также вытеснение влаги и воздуха, то есть осуществляется предварительное динамическое уплотне- ние. Процесс деформации материала заканчивается после непосредствен- ного воздействия на него сжимающих нагрузок, создаваемых вибробло- ком.
Для определения оптимальных параметров в ходе проведения экспе- риментальных исследований изменялись амплитудно-частотные характе- ристики вибровозбудителя, скорость перемещения, статическая нагрузка.
Результаты экспериментальных исследований в виде графиков пред- ставлены на фиг. 6. Наиболее эффективно процесс уплотнения мелкодис- персного материала в замкнутом объеме осуществляется в частотном диа- пазоне 45-60 Гц; при одинаковом времени воздействия повышение частоты вибрации с 35 до 60 Гц позволяет увеличить плотность на 5-10%; даль- нейшее увеличение частоты не вызывает заметного изменения плотности упаковки. Увеличение времени воздействия при неизменных параметрах вибрации (ускорение и частота) вызывает повышение плотности, причем, основное формирование достаточно плотной упаковки происходит в пер- вые 6-7 сек; при дальнейшем нагружении продолжается рост плотности, но с существенно меньшей скоростью.
Установлено, что с ростом частоты вибрационного воздействия ди- намический модуль упругости уплотняемого материала изменяется более интенсивно, чем при увеличении вибровоздействия за счет амплитуды колебаний, что подтверждают результаты экспериментов, показанные на рисунке 7. Кривые la и 16 представляют зависимости модуля упругости уплотняемого материала от величины силы, действующей на систему, ко- торая изменяется от частоты при постоянном статическом моменте; кри- вые 2а, 26 соответствуют зависимостям модуля упругости от величины силы, изменяющейся от статического момента при постоянной частоте.
Экспериментально установлено, что на плотность дисперсного мате- риала при виброуплотнении основное влияние оказывает ускорение коле- баний, передаваемых сыпучей среде, при этом с ростом частоты вибраци- онного воздействия динамический модуль упругости уплотняемого мате- риала изменяется более интенсивно, чем при увеличении вибровоздей- ствия за счет амплитуды колебаний (фиг. 7). При частоте ниже 35 Гц эф- фективность вибровоздействия резко снижается.
Эксперименты показали, что статическая нагрузка не оказывает су- щественного влияния на динамический модуль упругости упаковки. При этом она, являясь частью колебательной системы, влияет только на дина- мические параметры последней. На рисунке 8 представлена зависимость динамического модуля упругости, отнесенного к ускорению, от величины статической нагрузки.
На фиг. 9 представлены результаты измерения виброскорости по глубине в массиве уплотняемого материала. Начало координат совмещено с дневной поверхностью уплотняемого материала. Зависимости, представ- ленные на рисунке 3, соответствуют частототам колебаний 25 Гц, 34 Гц и 49,6 Гц (кривые 1 , 2 и 3 соответственно). Маркерами , ж и · отмечены точки, полученные экспериментально и соответствующие частотам коле- баний 25 Гц, 34 Гц и 49,6 Гц.
Установлено, что в рассмотренном частотном диапазоне затухание вибрации в уплотняемом массиве происходит по экспоненциальному зако- ну:
ν = ν, . β-" , где vo - виброскорость на виброблоке (на дневной поверхности уплотняемого материала), м/с; v— виброскорость в слое уплотняемого ма- териала на глубине И, м/с; λ - коэффициент затухания, определенный экс- периментально (λ=4,4); h - расстояние от дневной поверхности до уплот- няемого слоя материала, м.
Для данного материала (СБС) в диапазоне частот 25...50 Гц, частота вибровоздействия не оказывает существенного влияния на плотность ма- териала по глубине для данного диапазона частот.
Наибольшая плотность материала зафиксирована в верхних слоях уплотняемого массива до глубины проникновения (глубина, на которой колебания затухают в е раз), которая составила 230 мм, на большей глу- бине плотность упаковки уменьшается, что связано с уменьшением интен- сивности вибровоздействия, вызванным затуханием колебаний.
Несмотря на уменьшение виброскорости в нижерасположенных сло- ях, их плотность с увеличением глубины уменьшается незначительно (на 5...10%) при уплотнении однородного по гранулометрическому составу и физико-механическим свойствам материала.
Использование вышеописанной катодной футеровки позволит полу- чить суммарный экономический эффект в расчете на 1 электролизер не менее 2 тыс. $ в год за счет сокращения расходов на футеровочные мате- риалы и уменьшении трудозатрат при их монтаже.

Claims

Формула изобретения
Способ футеровки катодных устройств алюминиевых электроли- зерах, включающий засыпку порошкообразного материала в ка- тодный кожух электролизера, разравнивание его с помощью рей- ки, укрытие засыпанного материала пылеизолирующей пленкой и уплотнение, осуществляемое в два этапа: предварительного стати- ческого и окончательного динамического воздействия, путем по- следовательного перемещения рабочих органов статического и динамического уплотнения вдоль продольной оси катода алюми- ниевого электролизера через упругую прокладку, отличающийся тем, что упругая прокладка выполнена из не менее, чем двух сло- ев: нижнего, предотвращающего выдавливание порошкообразного материала вперед по ходу движения' и верхнего - обеспечивающе- го сцепление прокладки с рабочим органом статического уплотне- ния.
Способ по п. 1, отличающийся тем, что жесткость прокладки ва-
2
рьируется в диапазоне 80 270 Нм .
Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нижнего слоя прокладки используют стальные листы толщиной (2,5+4)* 10"4, шириной 0,12+0,15 и длиной 0,2+0,25 от ширины формуемого слоя.
Способ по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение производят вдоль продольных сторон катодного устройства на ширину не ме- нее 0,5 от ширины катодного устройства.
Способ по п. 1, отличающийся тем, что стальные листы уклады- ваются по всей уплотняемой площади встык вдоль длинной сторо- ны катодного устройства в 3-4 ряда.
Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве верхнего слоя, обеспечивающего сцепление прокладки с рабочим органом стати- ческого уплотнения укладывают резинотканевый материал тол- щиной 2-3 от толщины стального листа.
7. Устройство для формирования бесшовных футеровочных слоев в электролизёрах для производства первичного алюминия, содер- жащее блок статической обработки, выполненный в виде катка с приводом, и блок динамической обработки с установленным на нем вибровозбудителем, отличающееся тем, что блок динамиче- ской обработки соединен с блоком статической обработки посред- ством упругих элементов с возможностью одновременного пере- мещения относительно горизонтальной и вертикальной осей катка.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что соединение блока ди- намической обработки с блоком статической обработки выполне- но посредством упругих элементов из резины.
9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что соединение блока ди- намической обработки с блоком статической обработки выполне- но посредством металлических пружин.
PCT/RU2012/000875 2012-10-25 2012-10-25 Способ и устройство футеровки катодного электролизера WO2014065692A1 (ru)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000875 WO2014065692A1 (ru) 2012-10-25 2012-10-25 Способ и устройство футеровки катодного электролизера
RU2013151911/02A RU2553145C1 (ru) 2012-10-25 2012-10-25 Способ футеровки катодного устройства электролизера неформованными материалами
CA2950888A CA2950888C (en) 2012-10-25 2012-10-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
CN201280076603.9A CN104937143B (zh) 2012-10-25 2012-10-25 用于为电解池的阴极加装内衬的方法和设备
AU2012393038A AU2012393038B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Method and apparatus for lining the cathode device of an electrolytic cell
US14/437,388 US9822457B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
CA2889749A CA2889749C (en) 2012-10-25 2012-10-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
AU2017200397A AU2017200397B2 (en) 2012-10-25 2017-01-20 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
US15/496,901 US10501856B2 (en) 2012-10-25 2017-04-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/000875 WO2014065692A1 (ru) 2012-10-25 2012-10-25 Способ и устройство футеровки катодного электролизера

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/437,388 A-371-Of-International US9822457B2 (en) 2012-10-25 2012-10-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
US15/496,901 Division US10501856B2 (en) 2012-10-25 2017-04-25 Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014065692A1 true WO2014065692A1 (ru) 2014-05-01

Family

ID=50544953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000875 WO2014065692A1 (ru) 2012-10-25 2012-10-25 Способ и устройство футеровки катодного электролизера

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9822457B2 (ru)
CN (1) CN104937143B (ru)
AU (2) AU2012393038B2 (ru)
CA (2) CA2950888C (ru)
RU (1) RU2553145C1 (ru)
WO (1) WO2014065692A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667270C1 (ru) * 2017-10-19 2018-09-18 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ формирования футеровочных слоев в катодном кожухе алюминиевых электролизеров и устройство для его осуществления
EA202190684A1 (ru) 2018-09-04 2021-06-03 Норск Хюдро Аса Способ получения барьерного слоя катодной футеровки в электролитической ячейке и материал для этого слоя
RU2754560C1 (ru) 2020-11-25 2021-09-03 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6258224B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-10 Alcan International Limited Multi-layer cathode structures
CN1928161A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 王文 铝电解槽用侧部内衬及废阴极在制备其侧部内衬中的应用
RU2296819C1 (ru) * 2005-08-17 2007-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Способ формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизерах и устройство для его осуществления
RU2385972C1 (ru) * 2008-11-21 2010-04-10 ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2706667A1 (de) 1977-02-17 1979-01-11 Bosch Gmbh Robert Vibrationsgeraet zur bodenverdichtung
NO150007C (no) 1982-03-05 1984-08-01 Sintef Sperreskikt for aluminiumelektrolyseovner.
US5314599A (en) * 1992-07-28 1994-05-24 Alcan International Limited Barrier layer against fluoride diffusion in linings of aluminum reduction cells
DE10007869C1 (de) 2000-02-21 2001-08-23 Ammann Verdichtung Gmbh Vibrationsplatte
RU2270887C2 (ru) * 2003-12-25 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" (ОАО "СибВАМИ") Способ монтажа боковой футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера
RU2266983C1 (ru) * 2004-03-16 2005-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Катодная футеровка алюминиевого электролизера
CN101037775A (zh) * 2007-04-25 2007-09-19 中国铝业股份有限公司 一种大型预焙铝电解槽内衬结构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6258224B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-10 Alcan International Limited Multi-layer cathode structures
RU2296819C1 (ru) * 2005-08-17 2007-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Способ формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизерах и устройство для его осуществления
CN1928161A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 王文 铝电解槽用侧部内衬及废阴极在制备其侧部内衬中的应用
RU2385972C1 (ru) * 2008-11-21 2010-04-10 ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия

Also Published As

Publication number Publication date
AU2012393038A1 (en) 2015-05-14
RU2013151911A (ru) 2015-05-27
AU2017200397B2 (en) 2018-10-11
CN104937143A (zh) 2015-09-23
CA2889749C (en) 2017-05-02
AU2012393038B2 (en) 2017-02-16
US20170321337A1 (en) 2017-11-09
CA2950888C (en) 2018-01-02
CN104937143B (zh) 2017-06-16
US10501856B2 (en) 2019-12-10
US9822457B2 (en) 2017-11-21
AU2017200397A1 (en) 2017-02-09
RU2553145C1 (ru) 2015-06-10
US20150275381A1 (en) 2015-10-01
CA2950888A1 (en) 2014-05-01
CA2889749A1 (en) 2014-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10501856B2 (en) Method and apparatus for lining the cathode of the electrolytic cell
US4175022A (en) Electrolytic cell bottom barrier formed from expanded graphite
US11885035B2 (en) Formation of lining layers in the cathode shells of aluminium electrolytic reduction cells
RU2296819C1 (ru) Способ формирования бесшовных футеровочных слоев в алюминиевых электролизерах и устройство для его осуществления
CN107709624B (zh) 用于铝生产的还原槽的阴极组件的内衬
RU2266983C1 (ru) Катодная футеровка алюминиевого электролизера
JPH028437A (ja) 亀裂を予想される本体またはキャビティ形成壁を密閉する方法
RU2606374C1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера
NO317744B1 (no) Innvendig gulvutkledning for elektrolyseceller og fremgangsmate for fremstilling derav samt fremgangsmate for opparbeiding av en brukt gulvutkledning.
RU2614357C2 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения первичного алюминия (варианты)
CN205561551U (zh) 一种回转热设备悬空式炉衬结构
RU2754560C1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
CN105716428A (zh) 一种回转热设备悬空式炉衬结构
WO2021107813A1 (ru) Способ рециклинга футеровочного материала катодного устройства электролизера и устройство для его осуществления
SU1434331A1 (ru) Способ определени в зкости дисперсных систем
RU2068460C1 (ru) Способ монтажа футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера
Wilson New Zealand pumice as a lightweight concrete aggregate

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013151911

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12887170

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14437388

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2889749

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2012393038

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20121025

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12887170

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1