RU2037565C1 - Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting - Google Patents
Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2037565C1 RU2037565C1 SU5016211A RU2037565C1 RU 2037565 C1 RU2037565 C1 RU 2037565C1 SU 5016211 A SU5016211 A SU 5016211A RU 2037565 C1 RU2037565 C1 RU 2037565C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hearth
- layer
- cell
- interblock
- titanium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 8
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 abstract description 6
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 abstract 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 37
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000012260 resinous material Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности электролитическому производству алюминия. Применение его в указанной области возможно на электролизерах всех известных типов, а также при разработке новых конструкций электролизеров. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular the electrolytic production of aluminum. Its use in this area is possible on electrolyzers of all known types, as well as in the development of new designs of electrolyzers.
Известна подина алюминиевого электролизера с послойной забивкой межблочных швов: снизу на 1/3 высоты слой самотвердеющего жаропрочного химически стойкого бетона, сверху на 50-80 мм прослойка из порошка глиняного кирпича. The hearth of an aluminum electrolyzer with layer-by-layer blocking of interblock joints is known: a layer at the
Основным недостатком указанного устройства является значительная пористость забивочной массы, что приведет к пропитыванию швов расплавленным металлом и затеканию расплава под угольные подовые блоки. Это приводит к выходу из строя всего катодного устройства, т.е. снижению срока его службы. The main disadvantage of this device is the significant porosity of the driving mass, which will lead to impregnation of the seams with molten metal and flowing of the melt under the coal hearth blocks. This leads to failure of the entire cathode device, i.e. reduction of its service life.
В другом известном устройстве предложено заделывать швы полимеризующейся смесью, состоящей в основном из обожженного антрацита в смеси со смолистыми материалами, фурфуроловым спиртом и другими катализаторами. Углеродистая основа межблочного шва подвержена воздействию криолитоглиноземного расплава, что приводит к набуханию швов, растрескиванию угольных блоков, снижению срока службы подины электролизера. In another known device, it is proposed to seal the seams with a polymerizable mixture consisting mainly of calcined anthracite mixed with resinous materials, furfural alcohol and other catalysts. The carbon base of the interblock weld is exposed to cryolite-alumina melt, which leads to swelling of the joints, cracking of the coal blocks, and a decrease in the service life of the bottom of the cell.
Способ забивки межблочных швов, когда нижний слой набивается корундовым материалом, основным своим недостатком имеет проникновение расплавленного металла и электролита через поры верхнего углеродосодержащего слоя и разрушение корундовой засыпки. Такое нарушение герметичности швов подины приводит к снижению срока службы электролизера и загрязнению катодного металла железом при проникновении электролита через трещины подобных блоков к блюмсам. The method of clogging interblock seams, when the lower layer is stuffed with corundum material, the main drawback is the penetration of molten metal and electrolyte through the pores of the upper carbon-containing layer and the destruction of the corundum backfill. Such a violation of the tightness of the seams of the hearth leads to a decrease in the service life of the cell and contamination of the cathode metal with iron when the electrolyte penetrates through cracks of such blocks to blooms.
Известен также способ заполнения верхнего слоя межблочных швов смесью жидкого стекла, ортофосфорной кислоты и тонкодисперсного графитового порошка. Причем этот слой набивается таким образом, что после обжига он оказывается выступающим над подовым блоком в виде части сферической поверхности. Главным недостатком указанного способа является недостаточная адгезия материала шва с подовым блоком, и, как следствие, проникновение расплавленной среды через межблочные швы под угольные блоки подины и в трещины подовых секций. Это приводит к снижению срока службы электролизера и загрязнению катодного металла железом. There is also a method of filling the upper layer of interblock joints with a mixture of water glass, phosphoric acid and fine graphite powder. Moreover, this layer is packed in such a way that after firing it appears to be protruding above the hearth block in the form of a part of a spherical surface. The main disadvantage of this method is the insufficient adhesion of the weld material with the hearth block, and, as a consequence, the penetration of the molten medium through the interblock seams under the coal blocks of the hearth and into the cracks of the hearth sections. This leads to a decrease in the service life of the cell and contamination of the cathode metal with iron.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является подина электролизера с послойным заполнением межблочных швов. The closest in technical essence to the claimed device is the bottom of the cell with layer-by-layer filling of interblock seams.
Верхний и нижний слои выполнены из угольного материала, а средний из коксовой пыли с размером зерен менее 1 мм. В этом случае при обжиге подины в период пуска электролизера угольные материалы подвержены растрескиванию как в межблочных швах, так и в подовых блоках. The upper and lower layers are made of coal material, and the middle one is made of coke dust with a grain size of less than 1 mm. In this case, when firing the hearth during the start-up of the electrolytic cell, coal materials are susceptible to cracking both in interblock joints and in hearth blocks.
В дальнейшем при эксплуатации электролизера в эти трещины затекает расплав, взаимодействие угольных материалов с которым приводит к разбуханию межблочных швов. Это в свою очередь приводит к развитию трещин в подовых блоках. Проникающий в трещины электролит и расплавленный металл являются источником загрязнения катодного металла железом. Образующиеся трещины выводят из строя катодные блоки, чем сокращается срок службы электролизера. Subsequently, during operation of the electrolyzer, a melt flows into these cracks, the interaction of coal materials with which leads to swelling of interblock joints. This in turn leads to the development of cracks in the hearth blocks. The electrolyte penetrating into the cracks and molten metal are a source of iron contamination of the cathode metal. The resulting cracks disable the cathode blocks, which reduces the service life of the cell.
Способ монтажа подины электролизера, наиболее близкий к заявляемому решению, представляют собой укладку угольных блоков, послойное заполнение межблочных швов и их термическую обработку. Верхний и нижний слои межблочных швов набиваются углеродистой массой, а средний порошком шихты, составленной из компонентов электролита. Причем перед засыпкой среднего слоя проводится термическая обработка нижнего. The method of mounting the bottom of the cell, the closest to the claimed solution, is the laying of coal blocks, layer-by-layer filling of interblock joints and their heat treatment. The upper and lower layers of interblock seams are filled with carbon mass, and the middle one is with a powder of a mixture composed of electrolyte components. Moreover, before filling the middle layer, the lower layer is heat treated.
Недостатком этого способа монтажа является то, что получаемые межблочные швы сильно разбухают. При сборке подовой секции требуется дополнительная операция отдельная термическая обработка нижнего слоя межблочного шва. Однако главный недостаток обнаруживается в процессе эксплуатации электролизера. При разогреве подины компоненты расплавленного электролита взаимодействуют с угольными материалами, вызывая их разбухание. Это приводит к повреждению подовых блоков, развитию трещин и проникновению в трещины расплавленного металла и электролита. The disadvantage of this installation method is that the resulting interlock seams swell strongly. When assembling the hearth section, an additional operation is required; separate heat treatment of the lower layer of the interblock seam. However, the main disadvantage is found during the operation of the electrolyzer. When the hearth is heated, the components of the molten electrolyte interact with coal materials, causing them to swell. This leads to damage to the hearth blocks, the development of cracks and penetration into the cracks of molten metal and electrolyte.
Целью изобретения является повышение срока службы электролизера и сортности металла. The aim of the invention is to increase the service life of the cell and the grade of metal.
Это достигается тем, что в подине электролизера, содержащей подовые угольные блоки с катодными стержнями и межблочные швы, выполненные послойно из различных материалов, причем верхний и нижний слои выполнены из подовой массы, хотя бы один промежуточный слой заполнен массой из смеси борида титана, титана и связующего, имеет толщину 0,5.0,1 высоты блока и расположен на уровне 0,25.1,0 этой высоты, считая от верхнего основания. This is achieved by the fact that in the bottom of the electrolyzer, containing hearth coal blocks with cathode rods and interblock seams made in layers of various materials, the upper and lower layers are made of a hearth mass, at least one intermediate layer is filled with a mass of a mixture of titanium boride, titanium and binder, has a thickness of 0.5.0.1 block height and is located at the level of 0.25.1.0 of this height, counting from the upper base.
Цель достигается тем, что при монтаже подины электролизера, включающем укладку угольных блоков, послойную набивку межблочных швов, термическую обработку подины, нижний и верхний слои межблочных швов заполняют углеродистой массой, а средний массой из борида титана, титана и связующего, проводят постадийный нагрев подины до 1000оС, причем до температуры 600оС со скоростью 50-100о в 1 ч.The goal is achieved by the fact that when installing the bottom of the electrolyzer, including laying coal blocks, layer-by-layer packing of interblock seams, heat treatment of the bottom, the lower and upper layers of interblock seams are filled with carbon mass, and the average mass of titanium boride, titanium and a binder conducts step-by-step heating of the bottom to 1000 about With up to a temperature of 600 about With a speed of 50-100 about 1 hour
В состав массы промежуточных слоев введен нитрид алюминия в количестве до 80 мас. The composition of the mass of the intermediate layers introduced aluminum nitride in an amount of up to 80 wt.
В качестве связующего используют углеродистые компоненты и/или бакелит жидкий. Carbon components and / or liquid bakelite are used as a binder.
Сущность изобретения заключается в том, что подина электролизера состоит из подовых угольных блоков с катодными стержнями и межблочных швов, выполненных послойно из различных материалов, причем верхний и нижний слои выполнены из подовой массы. Промежуточных слоев может быть несколько, но хотя бы один должен быть выполнен из смеси борида титана, титана и связующего, содержащего углеродистые компоненты. The essence of the invention lies in the fact that the bottom of the cell consists of hearth coal blocks with cathode rods and interblock seams made in layers of various materials, and the upper and lower layers are made of hearth mass. There can be several intermediate layers, but at least one must be made of a mixture of titanium boride, titanium and a binder containing carbon components.
При такой конструкции верхний углеродистый слой предотвращает загрязнение металла титаном в момент обжига и пуска электролизера и является хорошим проводником тока, что необходимо для равномерного распределения тока по подине. With this design, the upper carbon layer prevents titanium contamination of the metal at the time of firing and starting the electrolyzer and is a good current conductor, which is necessary for uniform distribution of current along the bottom.
Промежуточный слой, выполненный из токопроводящего тугоплавкого материала, не дает расплаву проникать вдоль угольных блоков под подину. Это достигается, во-первых, за счет термостойкости набивочной массы, ее малой пористости, во-вторых, за счет плотного заполнения пазов на боковых гранях подовых блоков полужидкой набивочной массой, в состав которой входит угольный пек, в-третьих, за счет хорошей адгезии указанной массы на основе борида титана с угольными блоками подины. Толщина слоя не должна быть меньше 0,05 высоты блока, т.к. в противном случае возможны термические искривления защитного слоя и механическое нарушение его сплошности. Верхний предел толщины слоя обусловлен тем, что в состав набивочной массы входит дорогостоящий титансодержащий материал. В этом случае утолщение слоя приведет к необоснованному удорожанию конструкции. An intermediate layer made of conductive refractory material does not allow the melt to penetrate along the coal blocks under the hearth. This is achieved, firstly, due to the heat resistance of the packing mass, its low porosity, and secondly, due to the dense filling of the grooves on the side faces of the hearth blocks with a semi-liquid packing mass, which includes coal pitch, and thirdly, due to good adhesion the specified mass on the basis of titanium boride with coal blocks of the hearth. The layer thickness should not be less than 0.05 block height, because otherwise, thermal distortions of the protective layer and mechanical violation of its continuity are possible. The upper limit of the layer thickness is due to the fact that the composition of the packing material includes an expensive titanium-containing material. In this case, the thickening of the layer will lead to unreasonable rise in price of the structure.
Высота расположения слоев обусловлена образованием трещин в угольных блоках в результате различия коэффициентов теплового расширения блюмсов и блоков. Защитный слой должен находиться на уровне выхода трещин на боковую грань блока. Это составляет 0,25 высоты блока. Поскольку образование трещин есть процесс хаотический и труднопредсказуемый, то разумно предусмотреть второй защитный слой, расположенный ниже первого. The height of the layers is due to the formation of cracks in coal blocks as a result of differences in the coefficients of thermal expansion of blooms and blocks. The protective layer should be at the level of crack exit to the side face of the block. This amounts to 0.25 block heights. Since cracking is a chaotic and difficult to predict process, it is reasonable to provide a second protective layer located below the first.
В случае, если блюмсы заделаны в подовые блоки при помощи углеродистого материала, то вероятность образования сквозных трещин значительно снижается. Тогда защитный слой может располагаться в крайнем нижнем положении. In the event that blooms are embedded in the hearth blocks using carbonaceous material, the likelihood of through cracks is significantly reduced. Then the protective layer can be located in the lowest position.
Сущность изобретения заключается в том, что достижения термостойкости, герметичности и прочности межблочных швов, что в конечном итоге приведет к увеличению срока службы электролизера и повышению качества металла, монтаж подины следует проводить следующим образом. The essence of the invention lies in the fact that the achievement of heat resistance, tightness and strength of interblock joints, which ultimately leads to an increase in the life of the cell and improve the quality of the metal, the installation of the hearth should be carried out as follows.
Укладка угольных блоков производится по обычной технологии. Затем межблочные швы заполняются последовательно углеродистой массой, титансодержащей шихтой и опять углеродистым материалом. Затем проводят обжиг подины "на орешке" по известной технологии, соблюдая следующий температурный режим: скорость нагрева не должна превышать 50-100оС в 1 ч при нагреве до 600оС, а далее до 1000оС, без контроля за скоростью.Coal blocks are laid using conventional technology. Then the interblock seams are sequentially filled with carbon mass, a titanium-containing charge, and again with carbon material. Then, firing is performed hearth "in Die" by known technique to respect the following temperature regime: the heating rate should not exceed 50-100 ° C in 1 hour while heating to 600 ° C, and further up to 1000 ° C without control of the speed.
Постепенность температурного нагрева (не более 100оС в 1 ч) на первом этапе обусловлена необходимостью синтеза карбида титана. Полное экспериментальное и теоретическое обоснование режима обжига можно найти в известной работе.The gradual temperature heating (not more than 100 о С in 1 h) at the first stage is due to the need for the synthesis of titanium carbide. A complete experimental and theoretical justification of the firing regime can be found in a well-known work.
Замедление скорости нагрева ниже 50оС в 1 ч приведет к необоснованному увеличению времени обжига подины.Slower heating rate below 50 C in 1 hour lead to unnecessary increase hearth firing time.
Введение нитрида алюминия в состав шихты уменьшает хрупкость материала после ее обжига. Однако увеличение содержания нитрида алюминия выше 80 мас. приведет к снижению электропроводности материала и, как следствие, образованию коржей и настылей на подине, снижению срока службы подины. The introduction of aluminum nitride in the composition of the charge reduces the brittleness of the material after firing. However, an increase in the content of aluminum nitride above 80 wt. will lead to a decrease in the electrical conductivity of the material and, as a consequence, the formation of cakes and deposits on the bottom, reducing the service life of the bottom.
Наличие бакелитового лака в составе связующего приводит к улучшению адгезии массы с угольным блоком, а следовательно, уменьшению вероятности проникновения расплавов в трещины и под подину, а следовательно, увеличению срока службы и сортности металла (нет проникновения железа чугунной заливки в катодный алюминий). The presence of bakelite varnish in the composition of the binder leads to an improvement in the adhesion of the mass to the coal block, and consequently, to a decrease in the probability of penetration of melts into cracks and under the hearth, and, consequently, to an increase in the service life and grade of metal (there is no penetration of cast iron into cathode aluminum).
Сопоставительный анализ с прототипами заявляемого устройства подины и способа ее монтажа показывает, что для увеличения срока службы катодного узла основным требованием является герметичность конструкции межблочных швов. Это требование в полной мере может быть выполнено лишь в случае, если достигается хорошая адгезия материала швов с угольным блоком или химическая инертность самого шва. Введение угольной пыли, как одного из слоев не удовлетворяет требованию герметичности шва, шихта, состоящая из компонентов электролита, не дает достаточной адгезии с угольным блоком. A comparative analysis with the prototypes of the inventive device of the hearth and the method of its installation shows that to increase the service life of the cathode assembly, the main requirement is the tightness of the design of interblock seams. This requirement can be fully met only if good adhesion of the joint material with the coal block or chemical inertness of the joint itself is achieved. The introduction of coal dust, as one of the layers does not satisfy the requirement of tightness of the seam, the mixture, consisting of electrolyte components, does not provide sufficient adhesion to the coal block.
В заявляемом решении предложено выполнять один из слоев из химически инертного по отношению к металлу и электролиту вещества на таком уровне, чтобы перекрыть возможность проникновения расплава через трещины угольных блоков. The claimed solution proposes to perform one of the layers of a substance chemically inert with respect to the metal and electrolyte at such a level as to block the possibility of melt penetration through cracks of coal blocks.
Термическая обработка межблочного шва в этом случае выполняется в процессе обжига подины без дополнительных операций. В процессе обжига связующая составляющая шихты придает хорошую адгезию материала шва с угольным блоком. In this case, the heat treatment of the interblock seam is carried out in the process of firing the hearth without additional operations. During the firing process, the binder component of the charge gives good adhesion of the weld material to the coal block.
Таким образом, заявляемое устройство подины и способ ее монтажа соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device hearth and the method of its installation meets the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявляемого технического решения с другими аналогами следует начать с классификации последних. До сих пор проблема заделки межблочных швов решалась либо путем введения корундовых материалов различного гранулометрического состава в шихту заделочных масс, либо путем заделки швов силикатными материалами. Comparison of the claimed technical solution with other analogues should begin with a classification of the latter. Until now, the problem of embossing interblock seams has been solved either by introducing corundum materials of various particle size distribution into the mixture of the grouting masses, or by sealing the joints with silicate materials.
В первом случае корундовые материалы, имеющие высокую механическую прочность, не выдерживают термохимического воздействия криолитоглиноземного расплава. Во втором случае карбид кремния, нитрид кремния и прочие силикатные материалы могут в значительной степени загрязнять катодный металл. Предложенная конструкция подины электролизера и способ ее монтажа коренным образом отличаются от описанных выше прежде всего тем, что химически стойкий, механически прочный материал, обладающий хорошей адгезией с угольным материалом, синтезируется прямо на электролизере в процессе его обжига. Единственным условием проведения полного глубокого синтеза тугоплавких соединений в межблочных швах является некоторое замедление скорости нагрева подины до температуры 600оС.In the first case, corundum materials having high mechanical strength do not withstand the thermochemical effects of cryolite-alumina melt. In the second case, silicon carbide, silicon nitride and other silicate materials can significantly contaminate the cathode metal. The proposed design of the bottom of the cell and the method of its installation are fundamentally different from those described above primarily in that a chemically resistant, mechanically strong material with good adhesion to carbon material is synthesized directly on the cell during its firing. The only condition for a full depth synthesis of refractory compounds in the interblock joints is a deceleration hearth heating rate to 600 ° C Temperature
Кроме того, фиксация положения промежуточных слоев межблочного шва на уровне не ниже 0,75 высоты блока, считая от нижней его поверхности, предотвращает затекание расплавленного металла в трещины подовых блоков. Тем самым исключается один из основных источников загрязнения алюминия железом. In addition, fixing the position of the intermediate layers of the interblock weld at a level not lower than 0.75 of the block height, counting from its lower surface, prevents the flow of molten metal into cracks in the hearth blocks. This eliminates one of the main sources of aluminum contamination with iron.
Таким образом, предлагаемое техническое решение вопроса заделки межблочных швов позволяет повысить срок службы катодного устройства и улучшить качество получаемого катодного металла. Thus, the proposed technical solution to the question of sealing interblock seams can increase the service life of the cathode device and improve the quality of the resulting cathode metal.
Выявленные признаки в сочетании с положительным эффектом дают основание сделать вывод о соответствии заявляемой конструкции подины и способа ее монтажа критерию изобретения "существенные отличия". Identified signs in combination with a positive effect give reason to conclude that the claimed design of the hearth and the method of its installation meet the criteria of the invention "significant differences".
На фиг. 1 представлен разрез катодного узла электролизера по поперечной оси; на фиг. 2 фрагмент продольного разреза катодного узла с детальным изображением устройства межблочного шва. In FIG. 1 shows a cross section of the cathode assembly of the electrolyzer along the transverse axis; in FIG. 2 fragment of a longitudinal section of a cathode assembly with a detailed image of an interblock seam device.
Монтаж подины осуществляется следующим образом. The installation of the hearth is as follows.
Укладываются катодные секции, состоящие из угольных блоков 1, в которые заделаны стержни 2 с чугунной заливкой. Затем производится послойное заполнение межблочных швов (слоев) 3, 4, 5. Верхний слой 3 подовой массы предотвращает вымывание компонентов промежуточного слоя 4. Stacked cathode sections, consisting of
Состав массы, состоящей из порошков для заполнения промежуточного слоя межблочного шва, может варьироваться в широких пределах. Один из возможных вариантов состава, мас. Борид титана 15 Нитрид алюминия 55 Титан 20 Графит 3 Пек Остальное
Содержание нитрида алюминия может достигать 80 мас. без значительного снижения электропроводности cпеченной массы. Увеличение содержания пека дает болeе эластичную забивочную массу, что позволяет плотно забивать продольные пазы в подовых блоках.The composition of the mass consisting of powders for filling the intermediate layer of the interblock seam can vary within wide limits. One of the possible composition, wt. Titanium Boride 15 Aluminum Nitride 55 Titanium 20
The content of aluminum nitride can reach 80 wt. without a significant reduction in the conductivity of the sintered mass. Increasing the pitch content gives a more elastic driving mass, which allows you to tightly clog the longitudinal grooves in the hearth blocks.
Пек можно частично либо полностью заменять бакелитом жидким. Такая замена дает еще лучшую адгезию с подовыми блоками. Кроме того, в процессе обжига бакелит полимеризуется с образованием вертикальных связей между базисными плоскостями, чего не происходит при графитизации. Эти связи придают дополнительную эластичность и прочность обжигаемой смеси. The pitch can be partially or completely replaced with liquid bakelite. Such a replacement gives even better adhesion to the hearth blocks. In addition, during the firing process, bakelite polymerizes with the formation of vertical bonds between the basal planes, which does not occur during graphitization. These bonds give additional elasticity and strength to the fired mixture.
Учитывая вышеизложенные соображения, следует привести еще один из возможных составов смеси порошков для заполнения межблочных швов, мас. Борид титана 20 Титан 40 Нитрид алюминия 10 Графит 10
Бакелит Остальное
В процессе обжига указанной смеси порошки титана и графита синтезируются в карбид титана. Для полного протекания этого процесса следует замедлить процесс обжига подины до 50.100оС/ч до достижения температуры 600оС. Дальнейший обжиг следует проводить по обычной технологии, например, "на орешке", с конечной температурой 1000оС.Considering the above considerations, one more possible composition of the powder mixture should be given for filling interblock joints, wt. Titanium Boride 20 Titanium 40 Aluminum Nitride 10 Graphite 10
Bakelite Else
In the process of firing said mixture, titanium and graphite powders are synthesized into titanium carbide. To complete the percolation process should slow the hearth burning process to 50.100 ° C / h until reaching a temperature of 600 ° C. Further calcination should be carried out by conventional techniques, e.g., "on Die", with the final temperature of 1000 C.
Предложенное устройство подины электролизера и способ ее монтажа позволяют увеличить срок службы электролизера на 0,5 г, улучшить сортность алюминия и за счет этого увеличить годовой выпуск товарной продукции в стоимостном выражении на 1-3% The proposed device of the bottom of the cell and the method of its installation can increase the service life of the cell by 0.5 g, improve the grade of aluminum and thereby increase the annual output of marketable products in value terms by 1-3%
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5016211 RU2037565C1 (en) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5016211 RU2037565C1 (en) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2037565C1 true RU2037565C1 (en) | 1995-06-19 |
Family
ID=21591383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5016211 RU2037565C1 (en) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2037565C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649040B1 (en) | 1998-11-17 | 2003-11-18 | Alcan International Limited | Wettable and erosion/oxidation-resistant carbon-composite materials |
| RU2449060C2 (en) * | 2010-08-13 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Electrolysis unit bottom for obtaining aluminium |
| CN104711640A (en) * | 2013-12-12 | 2015-06-17 | 湖南创元铝业有限公司 | Electrolytic tank |
| CN116727205A (en) * | 2023-05-31 | 2023-09-12 | 麓丰新材料(广东)有限公司 | Corrosion prevention treatment method for metal bipolar plate |
-
1991
- 1991-12-04 RU SU5016211 patent/RU2037565C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 576353, кл. C 25C 3/08, 1976. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649040B1 (en) | 1998-11-17 | 2003-11-18 | Alcan International Limited | Wettable and erosion/oxidation-resistant carbon-composite materials |
| RU2449060C2 (en) * | 2010-08-13 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Electrolysis unit bottom for obtaining aluminium |
| CN104711640A (en) * | 2013-12-12 | 2015-06-17 | 湖南创元铝业有限公司 | Electrolytic tank |
| CN104711640B (en) * | 2013-12-12 | 2017-06-13 | 湖南创元铝业有限公司 | Electrolytic cell |
| CN116727205A (en) * | 2023-05-31 | 2023-09-12 | 麓丰新材料(广东)有限公司 | Corrosion prevention treatment method for metal bipolar plate |
| CN116727205B (en) * | 2023-05-31 | 2024-04-02 | 麓丰新材料(广东)有限公司 | Corrosion prevention treatment method for metal bipolar plate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4619750A (en) | Cathode pot for an aluminum electrolytic cell | |
| US4338177A (en) | Electrolytic cell for the production of aluminum | |
| US3028324A (en) | Producing or refining aluminum | |
| US6139704A (en) | Application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminum production cells | |
| AU2004219995B2 (en) | Cold ramming paste for aluminum electrolysis cell | |
| US3616045A (en) | Process for increasing the strength and electrical conductivity of graphite or carbon articles and/or for bonding such articles to each other to ceramic articles or to metals | |
| EP3348677B1 (en) | Lining of cathode assembly of electrolysis cell for producing aluminium | |
| RU2037565C1 (en) | Bottom of aluminium electrolyzer and method for its mounting | |
| US5062929A (en) | Linings for aluminum reduction cells | |
| EP1344846A1 (en) | Aluminium reduction cell refractory material and process for the manufacture of carboceramic material | |
| US3787300A (en) | Method for reduction of aluminum with improved reduction cell and anodes | |
| US3202600A (en) | Current conducting element for aluminum reduction cells | |
| RU2544727C1 (en) | Lining for aluminium electrolyser having inert anodes | |
| US3871986A (en) | Joint ramming cement for electrolytic reduction cell cathodes | |
| JPS58501172A (en) | Sintered refractory hard metal | |
| US3738918A (en) | Reduction of aluminum with improved reduction cell and anodes | |
| CA2997712C (en) | Method for lining a cathode of a reduction cell for production of primary aluminum | |
| JPS6038354B2 (en) | Carbonaceous paste for cold forming | |
| US3787310A (en) | Reduction of aluminum with improved reduction cell and anodes | |
| US4683046A (en) | Reduction pot for the production of aluminum | |
| US3267183A (en) | Method of lining an aluminum electrolytic cell | |
| US3925092A (en) | Joint ramming cement | |
| RU2125621C1 (en) | Lining of shell of cathode aluminum electrolyzer | |
| KR860000043B1 (en) | Lining method of electrolytic cell for aluminum production | |
| RU2299277C2 (en) | Aluminum cell cathode device |