Электролизер для получения легких металлов

. Кд, с присоединением заявки РЙ(23) Приоритет С 25 С 3/00 С 25 С 3/04 Гесударстевнный хематет СССР па делам хзааретенхй и ютхритхйта опубликования писания 28.03.80(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ ения ыход по току в результате ув потерь магния со Наиболее близ ности и достигаемламо ой сушдлагаим по техничеому эффекту и 1 зобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому способу производства легких металлов и направлено на совершенствование конструкции электролизера,5В настоящее время в магниевой промышленности эксплуатируются электролиевры, футеровка которых состоит из огнеупорного и теплоизоляционного слоев. Как правило, огнеупорный слой состоит из шамотного кирпича, теплоизоляционный -. из диатомитового.Одним из существенных недостатков этих электролизеров является высокая теплопроводность подины, что приводит к образованию настылей, накапливанию шлама, а в конечном итоге к уменьшению выхода по току, увеличению расхода электроэнергии, снижению производительности электролизера и т.п. Причиной высокой теплопроводности футеровки подины существующих электролизеров являются недоста точ но высок ие теплоизоли рующие свойства применяемых материалов и несовершенство ее конструктивного исполнен ия. Известен электролизер, в котором внут ренняя поверхность футеровки облицована металлическими листами в виде соединенных между собой панелей, что позволяет всю футеровку выполнить из диатомитового кирпича, обладающего более высокими теплоизоляционными свойствами 111 .Однако применить это техническое решение в производстве затруднительно так как непосредственный контакт облицовки с с электролитом и хлором приводит к быстрому ее выходу из строя и загрязнению электролита железом, неизбежно коробление облицовки в результате различия коэффициентов термического расширения облицовки и футеровки, а также значительной плошади облицовки, подовая часть облицовки связана с катодами, что снизит7230 емому является электролизер для получения легких металлов (например, алюминия), содержащий заключенную в металлический кожух футерованную огнеупорным материалом ванну с установленными в 5 ней электродами и имеющий теплоизоляцию в виде воздушного слоя, Для теплового регулирования воздух подают в ко - робчатые секции, обрамляющие днище кожуха стены электролизера, причем каждая 10 секция имеет окно с заслонкой для регулирования количества приточного воздуха 12.Однако указанный электролизер обладает рядом недостатков. Во в перв, короб чатые секции электролизера не только непосредственно связаны с окружающей средой, но и предполагают организацию принудительной циркуляции воздуха, для чего каждая секция снабжена окном с заслон - 0 кой, Это предопределяет интенсивную конвекцию воздуха в секции и теплообмен с окружающей средой, что не только не улучшает теплоизоляцию водицы, но и ухудшает ее. Во-вторых, конструктивное 25 исполнение теплоизоляции предполагает значительную поверхность контакта между ограпичиваюцими воздушную прослойку плоскостями, так как коробчатые секции образованы днищем. металлического 30 кожуха, металлическими двутавровыми балками и Горизонтальной плоскостью которая также может быть изготовлена из стали. Это неизбежно приведет к значительным потерям тепла через конструктив- З 5 пые элементы электролизера, минуя воздушный зезор, что снизит эффективность теплоизоляции. В-третьих, теплоизоляция только днища кокуха не решает вопросов повышения технологических показатэлей 40 применительно к получению магния, так кек зоной наиболее интенсивного настылеобразования являются углы рабочего объеме электролизера, Образование настылей в углах приводит к охлаждению близ лежащих участков подины и дальнейшему распространению настылей. Указанные процессы обусловлены тем, что основной теплоотдаюшей поверхностью подины является нижия часть вертикальных стен. 0 11 ель изобретения - повышение механической прочности конструкции и увеличение выхода магния по току,Указанпая цель достигается тем, что теплоизоляция электролизера выполнена в виде одного или нескольких воздушных слоев, каждый из которых изолирован от окружающей среды и расположен вдоль 01 4внутренней поверхности днища кожуха и части стен выше подошвы электродов на 0,5 - 1,5 расстояния электрод-подина, а по крайней мере одной ограничивающей его поверхностью является огнеупорный блок, противополокные поверхности которого, расположенные вдоль кожуха, снабжены соосно размещенными опорами, предпочтительно пятачкового типа, с обшей плошадью их не более 1/35 поверхностей блоков, на которых расположены опоры, При этом каждый воздушный слой изолирован друг от друга, футеровка электролизера может быть выполнена из блоков, поверхность которых покрыта непропитываюшимся материалом, предпочтительно кремнийорганическим лаком.Необходимость изоляции каждой из воздушных просаоек друг от друга и от окружающей среды обусловлена различием температуры. При наличии связи между воздушными прослойками и окружающей средой неизбежно возникновение конвекции воздуха и непосредственный теплообмен, Это приведет к снижению теплоизолируюших свойств воздушных прослоек. Влияние указанных процессов на настылеобразование проверено на практике, Температура воздуха в воздушной прослойке электролизере при отсутствии связи с окружающей средой составляет 70 110 С при температуре окружающей среды 20 С. В этих условиях настыль наОподине электролизера отсутствовала. При наличии связи с окружающей средой средний уровень настылей на подине электролизера составил 30 мм.Наличие воздушных прослоек на части вертикальных стен выше подошвы электродов на 0,5-1,5 расстояния электрод-подина необходимо для снижения настылеобразования в углах рабочего объема ванны. В этом случае резко возрастает количество тепла, аккумулированное футеровкой подины, увеличивается температура ее верхнего слоя и снижается настылеобразование, так как основной теплоотдающей поверхностью подины является нижняя часть вертикальных стен. Если теплоизоляция стен выше подошвы электродов больше 1,5 расстояния электрод-подина, то возможно нарушение теплового режима работы электролизера, так как основной теплоотдающей поверхностью кожуха являются его вертикальные стены, имеющие непосредственный контакт с рабочим объемом ванны. Теплопотери в окружаю - шую среду днищем кожуха в данном случае снижаются в 2 раза, а соответству7230 5ющими участками стен - в 3 раза. Повышение эффективности извлечения шлама обеспечивает нормальный тепловой режим работы электролизера, что связано с уменьшением истинной плотности тока в результате снижения пассивации катодов.Расположение воздушных прослоек внутри футеровки позволяет также снизить расход огнеупорных материалов и уменьшить простои электролизера при капиталь ных ремонтах, Использованием менее теплопроводных в сравнении с известными техническими решениями материалов, например блоков из огнеупорного бетона, снабженных опорами пятачкового типа, до стигается минимальная поверхность контакта между блоками, а также блоками и кожухом, что в значительной мере сокращает приток. тепла к кожуху, а значит потери в окружающую среду, минуя воз душный зазор, Количество опор пятачкового типа выбирается из соображений механической прочности и обеспечения.необходимой теплоизоляции подины. Экспериментально установлено, что суммарная 25 плошадь опор должна составлять не более 1/35 обшей площади поверхностей блоков, на которых они расположены. Опоры расположенных на противоположных плоскостях блоков желательно размешать соосно, З 0 что обеспечивает механическую прочность конструкции и необходимую теплоизоляцию по дины. 04кет быТь достигнуто покрытием поверхности огнеупорных блоков непропитываюшимся материалом, например кремнийорганическим лаком.На чертеже изображен предлагаемый электролизер.Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2 из огнеупорного материала, электродов 3, бетонных блоков 4 один из которьп снабжен соосно размещенными опорами 5, воздушных прослоек 6.В процессе электролиза между электродами 3 выделяется тепло. Тепловой поток, пронизывая огнеупорный слой футеровки 2, встречает на своем пути воздушные прослойки 6, ограниченные кожухом 1, бетонными блоками 4, которые благодаря отсутствию связи с окружающей средой и друг с другом обладают большим тепловым сопротивлением, что способствует аккумулированию футеровкой подины значительного количества тепла и снижает настылеобразование.Использование данной конструкции электролизера позволит повысить эффективность извлечения шлама и выход магния по току, экономить огнеупорные материалы, снизить трудозатраты и простои электролизера при капитальных ремонтах, эффективнее использовать объем электролизера, что создает условия для наращивания его мощности.Предлагаемая конструкция электроли зера создает благоприятные условия ди внедрения блочных методов ремонта н монтажа магниевых электролизеров. Устраняется повышенная теплопроводчость футеровки подины блочных электролизе" ров, обусловленная недостаточно высокими теплоизолируюшими свойствами огнеупорных бетонов, а также сложность демонтажа блочных электролизеров, связанная с пропиткой огнеупорных блоков электролитом и значительной поверхностью контакта, между огнеупорным и тэплоиз - ляционным слоями футеровки. Использование бетонных блоков, снабженных опорами пятачкового типа, резко сокращает поверх нос ть конта к та и облегчает дэ монтаж электролизера,Учитывая повышенную пористость огнеупорного бетона, а также необходимость использования многослойной воздушной теплоизоляции, может возникнуть потребность в предотвращении возможности ог,неупорных блоков электролитом, Это мо 1, Электролизер для получения легких металлов, содержащий заключенную в металлический кожух футерованную огнеупорным материалом ванну с установленными в ней электродами и имеющий тепло- изоляцию в виде воздушного слоя, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения настылеобразования, повышения механической прочности конструкции и увеличения выхода магния по току, теплоизоляция выполнена в виде одйого или нескольких воздушных. слоев каждый из которых изолирован от окружающей среды и расположен вдоль внутренней поверхности днища кожуха и части стен вы - ше подошвы электродов на 0,5-1,5 расстояния электрод-подина, а по крайней мере одной ограничивающей его поверх- ностью является огнеупорный блок, противоположные поверхности которого, расположенные вдоль кожуха, снабжены соосно. размещенными опорами, предпочтитель 40 45 50 55 Формула изобр етенияСоставитель Г, ТитоваРедактор А, Кравченко Техред М, Петко Корректор В. Бутя Подписноеомитета СССРоткрытийская набд, 4/ Тираж 698 И Государственного делам изобретений и Москва, Ж, Рау аказ 534/7 ЦН1130 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 7 723004 8но пятачкового типа, с обшей плошадью которых покрыта непропитываюшимся млих не более 1/35 поверхностей блоков, териалом, предпочтительно кремнийоргана которых расположены опоры. ническим лаком,2. Электролизер по и, 1, о т л и ч а- Источники инФормации,ю щ и й с я тем, что каждый воздушный 5 принятые во внимание при экспертизеслой изолирован друг от друга, 1. Авторское свидетельство СССР3, Злектролизер по пп. 1, 2, о т -520419, кл. С.25 С 3/04, 1975,л и,ч а ю ш и й с я тем, что его футе, Авторское свидетельство СССРровка выполнена из блоков, поверхность576355 кл. С 25 С 3/08, 1975,