Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера, що включає вуглецеву подину, теплоізоляційний шар на днищі катодного кожуха та вогнетривко-захисний шар, розташований поміж теплоізоляційним шаром і вуглецевою подиною, яка відрізняється тим, що вогнетривко-захисний шар футерівки виконаний із алюмосилікатного матеріалу із співвідношенням Аl2O3/SіO2 від 1 до 4, та має істинну пористість не більше 30%.

Текст

Винахід стосується кольорової металургії, а саме електролітичного виробництва алюмінію та може бути використаний при футерованні катодного вузла алюмінієвих електролізерів. Відома футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера, яка має вогнетривко-захисний шар і теплоізоляційний шар, що виконані із глинозему, Кольорові метали, 1982, №5, С.30-32, M.Sorlie and H.Æya, "Cathodes in Aluminium Electrolysis", 2 nd ed., Dusseldorf, Aluminium-Verlag GmbH, 1994, 294p. Дана футерівка не має постійного теплового опору із-за просочування її фтористими солями та можливості проникнення пари компонентів електроліту вглиб футеровки із-за великої пористості (~70%) глиноземного шару та відсутності в системі АІ 2О3-NaF-Na3 AIF 6 в'язких сполук. Протягом останніх років багато уваги приділяється розробці та випробовуванню футерівок алюмінієвих електролізерів зі застосуванням у якості вогнетривкого захисного шару порошкових бар'єрних матеріалів на основі анортиту, Ole-J. Silijan та інш., "Досліди з сухими бар'єрними матеріалами в алюмінієвих електролізерах", Light Metals, 1998, pp. 573-581. Застосування захисного бар'єру, як із чистого анортиту, так і з його суміші з глиноземом і алюмосилікатами не показали очікуваних захисних якостей по відношенню до фторидного розплаву, який проникає через вугільну футерівку. Це відбувається внаслідок того, що до постійно проникаючим під вугільну футерівку криоліту і фтористому натрію та присутнім у вогнетриві алюмосилікатам додаються сполуки кальцію. А, як відомо, для підтримки температури солідусу на високому рівні, необхідно мати якомога менше компонентів у суміші. Крім того, присутність в розплаві фтористого кальцію знижує в'язкість цього розплаву, а це в свою чергу прискорює дифузійні процеси в футерівці, що приводять до її руйн ування та проникнення фтористих солей в теплоізоляцію. Як прототип вибрана загальноприйнята футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера, яка включає вуглецеву подину, теплоізоляційний шар на днищі катодного кожуху, вогнетривко-захисний шар із 2-3 рядів шамотної цегли, що виконує роль бар'єру на шляху проникаючих фтористих солей та розташований поміж теплоізоляційним шаром і вуглецевою подиною, описаний в Довіднику металурга по кольоровим металам. Виробництво алюмінію. М., 1971., С. 194. Наявність швів поміж цеглами (до 2мм), відносно висока пористість шамоту (тільки відкрита пористість складає до 23%), низький вміст АІ2 О3 по відношенню до SiO2 (вагове співвідношення АІ2О 3/SiO 2=0.5-0.6), приводить до взаємодії шамоту з фтористими солями та утворенню сполук, які збільшуються в об'ємі при їх кристалізації. Фтористі солі по швах і порах вогнетривкої - бар'єрної футерівки проникають до теплоізоляційної частини футерівки і ушкоджують її. Внаслідок цього погіршуються теплофізичні властивості футерівки та збільшуються витрати фтористих солей і знижується строк служби електролізерів. В основу винаходу поставлена задача зменшення питомих витрат фтористи х солей і підвищення строку служби електролізеру за рахунок підвищення захисних функцій бар'єрного шару катодної футерівки електролізеру від проникнення через нього фтористих солей. Поставлена задача досягається тим, що у відомій футерівці катодного вузла алюмінієвого електролізера, який має вуглецеву подину, теплоізоляційний шар на днищі катодного кожуха та вер хній вогнетривко-захисний шар, що розташований поміж теплоізоляційним шаром і вуглецевою подиною, згідно з винаходом, вогнетривкозахисний шар футерівки виконаний із алюмосилікатного матеріалу при співвідношенні в ньому АІ2 О3 /SiO2 від 1 до 4 з істинною пористістю не більше 30%. Футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера, що пропонується, виконується таким чином. На днище катодного кожуху вкладається шар теплоізоляційного матеріалу, зверху котрого розташовують вогнетривко-захисний шар із ущільненого до істинної пористості, не більше 30%, порошкового алюмосилікатного матеріалу (наприклад: мінерали андалузит, силіманіт, кіаніт або суміш цих мінералів з корундом або з SiO2, або суміш корунду з SiO2). На поверхню вогнетривко-захисного шару монтується вуглецева футерівка ванн електролізеру. Приклад № 1. Проводили лабораторні випробування по визначенню стійкості алюмосилікатних матеріалів (АСМ) по відношенню до фтористих солей при різному ваговому співвідношенні АІ2 О3 /SiO2 та різній істинній пористості. Досліди проводили в графітових тр убках висотою 130мм, внутрішнім діаметром 30мм і товщиною стінки 4мм. В нижній частині трубки розміщували шар (АСМ) з різним співвідношенням АІ2 О3/SiO 2, висотою 50мм. Зверху наплавляли шар електроліту висотою 50мм. Електроліт використовували двох складів: взятий із промислового електролізера з К.O.=2.75 (К.О. - молярне співвідношення NaF/AIF3) і синтетичний з К.O.=6.0. Графітові трубки з (АС М), що досліджується, розміщували в шамотний тигель, при цьому простір поміж графітовими трубками та тиглем заповнювали коксовым порошком. Дослідні зразки видержували в печі 4 години при температурі 1000°С для електроліту з К.О.=2.75, і 950°С для електроліту з К.О.=6, після чого піч відключали. Зразки охолоджували до кімнатної температури разом з піччю. Після охолодження графітові тр убки розрізали вздовж осі, електроліт обережно відділяли від шару (АСМ), верхню частину (АСМ) (3 проби по 1см товщиною) розділяли та аналізували на вміст фтор у. Результати подані в таблиці №1. Нумерація шарів ведеться від границі з електролітом в глибину (АСМ). Таблиця 1 Результати лабораторних досліджень (АСМ) с різним співвідношенням АІ2О 3/SiO 2 і пористістю № СпівПорисдос- відношення тість К.О. роз- Вміст фтор у плаву, по шарам, % ліда АІ 2О 3/SiO2 істинна, ваг. % 1 9 24.5 2 4 25.2 3 25 4 30 2.33 5 37 6 1.5 25 7 1 25 8 0.43 24.5 9 0.25 24.4 10 9 24.8 11 2.33 25 12 1 25 13 0.43 24.6 мол. 2.75 6.0 1 4.6 2.7 1.0 2.6 5.5 2.6 2.9 4.9 7.2 1.3 0.8 0.7 0.9 2 1.1 0.7 Сл. 0.1 1.3 0.6 0.6 0.8 0.2 0.1 0.1 0.1 3 0.2 Сл. Сл. Сл. 0.1 Сл. 0.1 0.1 0.1 Сл. Сл. Сл. Сл. де: Сл. – сліди Після охолодження графітових тр убок було визначено, що в дослідах 8, 9 і 13 тр убки дали вертикальні тріщини, що розповсюдилися з нижньої їх частини до середини висоти, причому, судячи по тому, що електроліт не витікав із трубок, тріщини створювались в результаті збільшення об'єму продуктів взаємодії алюмосилікатного порошку з фтористими солями при їх кристалізації. Як видно з таблиці подібний процес спостерігається при величині співвідношення АІ2О 3/SiO2 менше 1 не залежно від К.О. розплаву. Дослід 1 показує, що при збільшенні співвідношення АІ2О 3/SiO2 в (АС М) вище 4 і однаковій пористості зразків, величина проникнення фтористих солей підвищується. Суттєвий вплив на ступінь дії фтористих солей на (АС М) чинить його істина пористість, це видно із дослідів 35. При збільшенні пористості шару (АС М) підви щується ступінь дії на нього фтористих солей. При оцінці впливу К.О. розплаву фтористих солей на ступінь дії його на (АСМ) видно, що при збільшенні К.О. ця дія знижується. Приклад № 2. Проводилась оцінка стабільності теплофізичних властивостей різних футерівок. На двох дослідних і двох контрольних електролізерах в футерівці встановлювали дві термопари: одну по центру ванни під теплоізоляційним шаром на днищі катодного кожуха (Т1) і другу поміж теплоізоляційним і вогнетривко-захисним шарами (Т2). Футерівки відрізнялись тим, що вогнетривко-захисний шар контрольних електролізерів був виконаний із шамотної цегли, а в дослідних електролізерах - із ущільненого до одержання істинної пористості 24,6% концентрату дистен-силіманітового (співвідношення АІ2О 3/SiO2 дорівнює 1,53). Результати показання термопар, що характеризують становище теплоізоляційного шару, наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Результати замірів температури в футерівці електролізерів Час після пуску Тип футерівки 1 місяць 3 місяці 6 місяців 12 місяців Т1 Т2 Т1 Т2 Т1 Т2 Т1 Т2 Дослідна 234 742 245 755 230 752 242 763 Контрольна 239 752 260 781 328 786 346 768 Футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера, що пропонується, дозволяє підвищити середній строк служби електролізерів до 8-10 років за рахунок підтримання стабільного теплового опору футеровки та виключення появи вертикальних зусиль в футерівці. Приклад № 3. Оцінювали кількість фтористих солей, що пішли на просочення футерованих матеріалів, які знаходяться під вуглецевою подиною. Для цього при демонтажі дослідного та контрольного електролізерів (змонтованих за прикладом 2) визначали середній вміст фтористих солей. Електролізери вибирали з однаковим строком служби (5 років). Вага відпрацьованої футеровки складає - 10 тон. Середній вміст фтористих солей у відпрацьованій футерівці дослідного електролізера складало 11%, а контрольного 23%. Різниця у кількості фтористих солей, що витрачені на просочення футерівок, складає: 10*0.23-10*0.11 =1.2т З цього визначається зниження питомої витрати фтористих солей при виробництві одної тони алюмінію на електролізерах з дослідною футерівкою. 1200/0.485*365*5=1.36кг/т де: в чисельнику - різниця кількості фтористих солей в футерівках, в кілограмах; в знаменнику - кількість металу, одержаного електролізером за строк експлуатації, в тонах (0.485т/добу - продуктивність електролізеру, 365 - кількість діб за рік, 5 років - час експлуатації електролізера). Таким чином виконання вогнетривко-захисного шару катодної футерівки із алюмосилікатного матеріалу із співвідношенням АІ2О3 /SiO2 від 1 до 4 і з істиною пористістю не більше 30% дозволить зменшити витрати фтористи х солей на 1,36кг/т і підвищити строк служби електролізерів.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

An aluminium electrolyzer cathode assembly lining

Автори англійською

Nikitenko Volodymyr Kuzmych

Назва патенту російською

Футеровка катодного узла алюминиевого электролизера

Автори російською

Никитенко Владимир Кузьмич

МПК / Мітки

МПК: C25C 3/08

Мітки: вузла, електролізера, алюмінієвого, катодного, футерівка

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/2-66252-futerivka-katodnogo-vuzla-alyuminiehvogo-elektrolizera.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Футерівка катодного вузла алюмінієвого електролізера</a>

Подібні патенти