Футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера

Я /" Е И двТО ИДЕТ ЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(71) Днепровский ордена Ленина алюминиевый завод им. С,М. Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промьппленности(56) Производство алюминия, Справоч. ник металлурга по цветным металлам, М.: Металлургия, 1976, с. 187Авторское свидетельство СССР У 619547, кл, С 25 С 3/08, 1971.Беляев А.И. и др. Электрометаллургия алюминия. М,: Иеталлургиздат, 1953, с, 37-40.Кайнарский И.С. и др, Корундовые огнеупоры и керамика, М.: Металлургия, 1981, с. 11.(54)(57) ФУТЕРОВКА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАс.катодным кожухом и угольными подовыми блоками, включающая огнеупорный и теплоизоляционный слой, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения срока службы и стаби.лизации теплового режима электролизера, снижения расхода фтористыхсолей на пропитку футеровки, теплоизоляционный слой выполнен из двухслоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности - верхнегос плотностью 1,2-1,8 т/м, нижнего0,8-1,1 т/м, общая высота теплоизо.ляционного слоя составляет 0,5-1,0высоты подового блока, причем соотношение высот верхнего и нижнегослоев составляет (1:1)-(1;2).Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия электролизом криолитглиноземного Расплава.Цель изобретения - повышение сро ка службы и стабилизация теплового режима электролизера, снижение расхода Фтористых солей на пропиткуфутеровки.Для этого теплоизоляционная часть 10 .Футеровки, расположенная между огнеупорным кирпичем и днищем катодного кожуха, выполнена из двух слоев хорошо уплотняющего насыпного материала с различной степенью уплотнения: 15 верхнего - максимально уплотненного и нижнего - уплотненного в меньшей степени, выполняющего роль тепло- изоляционного компенсационного слоя.20В качестве насыпного материала может "ыть использован глубокопрокаленный глинозем с содержанием А 1 0 852 3 95/., а так как А 1, О, входит в состав криолитглиноземного расплава, то после использования в качестве Футеровки он может применяться как компонент при электролизе (утилизация). Кроме того, глубокопрокаленный глинозем имеет значительные отличия от. других ЗО разновидностей глинозема. Высокая тем пература кальцинации (более 1200 С) при участии минерализаторов приводит к резкому изменению формы зерен гли.нозема. Межкристальные промежутки исчезают, а поверхность зерен в результате перекристаллизации, превращения у -в с-фазу становится шероховатой. Такой глинозем не течет, как жидкость. имеет угол естественного)откоса 48-50 и высокую сцепляемость. При глубокой прокалке поверхность глинозема снижается до 0;6-0,8 м /г. Снижается его химическая активность, способность адсорбировать фторсоли и растворимость в электролитах промышленных электролизеров. Глубокопро"каленный глинозем значительно уплотняется под действием статических нагрузок, При изменении нагрузки от 1 до 100 кг/см плотность его изменяется с 0,55 до 1,55 г/см, т.е. способность компенсировать усилия, развивающиеся в катоде электролизера,значительно выше, чем У дРУгих раз новидностей глинозема. Под воздействием вибрации глубокопрокаленный глинозем уплотняется до 1,39-1,87 г/см. Пористость уплотненного образца менее 657Уплотненный до 1,2-1,8 г/смэ глубокопрокаленный глинозем в верхнем слое имея низкую удельную поверхность и малую пористость, является надежной защитой днища катодного кожуха от воздействия жидкого алюминия и значительно снижает скорость пропитки расплавом фтористых солей нижнего слоя по сравнению с металлургическим глиноземом, Поэтому этот слой размещают в непосредственной близости от катодных угольных блоков или отделяют от блоков 1-2 рядами кирпича (выравнивающим слоем).Уплотненный до 0,8-1,2 г/см глубокопрокаленный глинозем в нижнем слое под,действием значительных вертикальных усилий, развивающихся в катоде электролизера, может уплотняться далее и компенсироватьэти усилия, предотвращая разрушение катода, За счет более высокой пористости он обладает низкой теплопроводностью. Теплопроводность нижнегослоя вследствие надежной защиты от пропитки верхним уплотненным слоемпри эксплуатации не только не повыша" ется, а наоборот уменьшается вследствие аномально сильного снижения теплопроводности глубокопрокаленногоглинозема с повышением температуры, Этот слой размещают между днищем и слоем, уплотенным до 1,2-1,8 г/смэ.На чертеже показана схема размещения слоев.Для уменьшения пропитки расплавом фторсолей цоколя и. обеспечения оптимального расхода глубокопрокаленного глинозема предлагаются пределы соотношения верхнего и нижнего слоев от 1:1 до 1:2 при общей высоте насыпного цоколя 0,5 - 1,0 высоты катодного блока. Эти пределы учитывают особенности конструкции катодных кожухов, применяемых в алюминиевой промышленности, а также расширяют воэможности в направлении снижения энергетических затрат.П р и м е р. В условиях действующего электролизного цеха смонтированы два электролизера: один опытный, футеровка катодного устройства которого выполнена из глубопрокаленного глинозема с с-А 1 О, 85-95 Е, уложенная двумя слоями в соотношении 1:1, др гой - типовой в качестве свидете4Продолжение табл. 1183564 а 3457 218 6 0-218 342-352 а дл зеро приведены в т Т Время, прошедш после пуска эл тролиэеров в эксплуатацию,сут емпература днища Ссытный Типовой 35 8 0 89 4097 0 0 3 5 1 331 ля. Верхний слойна опытной ваннеуплотнен до 1,6 г/см, нижний 2- до 1,05 г/см, Суммарная толщина слоев составляет 260 мм. Поверх слоев глинозема укладывают два ряда 5 шамотного кирпича 3 (выравнивающий слой), на который устанавливают катодные угольные блоки 4. Второй электролизер типовой, футеровка состоит из диатомового кирпича - 3 слоя, ша мотного кирпича - 2 слоя, угольной подушки толщиной 50 мм и угольных катодных блоков. Расчетное тепловое сопротивление футеровки для опытного электролиэера составляет 5мч С мчС 1,16, для типового 2,18вф ккал Оба электролизера вводят в эксплуатацию в одинаковых условиях Объектив" ным показателем, характеризующим 20 изменения, происходящие в футеровке, является изменение температуры днища кожуха электролизера при его эксплуатации.Изменение температуры днищ я 25 опытного и типового электроли в+ - стабильная температура дннщв течение 14 мес, со дняпускаИз приведенных данных видно, чтоопытная футеровка, имея гораздоменьшее начальное тепловое сопротивление, в значительно меньшей степе. ни подвергаясь физико-химическимпревращениям, медленнее пропитывается расплавом и поэтому ее тепловое сопротивление в процессе эксплуатации становится значительнобольшим, чем у типовой, уже на 10-йдень после пуска.Через 42,7 мес, эксплуатации опытный электролизер специально отключен для обследования состояния футеровки. Перед отключением электролиэер давал алюминий высших сортов.А 8Демонтаж электролизера производят "всухую", т.е, без заливки водой.В центральной части подины в верхнем уплотненном слое и нижнем неуплотненном отбирают по 3 пробы дляисследования химическим и рентгеноструктурными анализами,Результаты представлены в табл.2,из которых следует, что защитныйуплотненный слой практически непропитывается фторсолями, а в нижнем менее уплотненном слое лишь награнице с кожухом найден сконденсировавшийся А 1 Р , содержание которого 8-103.1183564 Т а блица 2 Химический аналз, % Место отбора Проба Рентгеноструктурный анализ с-А 1 О,Верхний уплотненныйдо 1,6 г/смзслой Не обнаружен 0,30 Оъ 28 с -А 120 з 0,22 с( -А 1,03 0128 с А 120 з Не обнаружен Нижний уплотненный Не обнаружен до 1,05 г/смзслой 5,32/7,826, 56/9,64 0,22 о-А 12 Оз А 1 Рз 020 -А 12 Оз А 1 Р- в знаменателе содержание А 1 Р,Футеровку типового электролизера, отключенного через 42 мес., также подвергают исследованию. В центральной части подины из каждого ряда диатомитовой кладки отбирают 3 пробы (по высоте), Результаты представле-. ны в табл. 3, из которых следует, что диатомитовая футеровка пропитывается практически на всю высоту фтористым натрием и фтористым алюминием, общее содержание которых 25 30 Таблица 3 тфазовый анализ Проба Суммафторсолей, % ФФ ш 4 чч еч А 1 Рз А 12 Оз 22,9422,9 14,66 39,5 43,0 31,0 10,0 74,0 11,64 39,9 41,9 31,0 3,1 72,9 22,9 14, 01 37,6 41,9 27,5 69,4 9,77 Футеровка из глубокопрокаленногоглинозема полностью использованадлявторой кампании электролизера,ра от воздействияжицкого алюминияи расплава фторидов, повысить технико-экономические показатели электролиза за счет стабилизации теплоизо.ляционных своиств футеровки во вречмени, Зкономический эффект составляет более 2 тыс. руб, на электролизер,Таким образом, внедрение изобретения позволяет экономить дорогостоящие фтористые соли, защитить днище катодного кожуха электролизеХимический анализ % составляет 69-74%, Таким образом, используя защитный уплотненный слой из хорошр уплотняющего малоактивного по отношению к расплаву материала можно практически полностью защитить нижний слой теплоизоляции из того же материала (в данном случае из гпубокопрокаленного глинозема).Степень пропитки опытной футеровки на порядок ниже, чем обычной из .диатомита.Ющ те Заказ 6232/28 Тираж 636 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4