RU2164556C2 - Method for protecting graphite lining of aluminium cell - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for aluminium production. SUBSTANCE: method comprises steps of forming (before closing contacts of electric circuit of aluminium cell) onto anode projection bottom layer of electric resistance from charge containing boron anhydride or boron acid, titanium dioxide and coke; after forming such layer pouring onto anode projection bottom melt metal and closing contacts of electric circuit for applying electric current or pouring metal onto bottom after forming electric resistance layer and then applying electric current. EFFECT: improved strength of graphite lining, enhanced efficiency of aluminium cell, increased useful life period of cell, enhanced quality of produced aluminium, lowered electric energy and labor consumption. 3 cl, 3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолитно-глиноземных расплавов, и может быть использовано при вводе алюминиевого электролизера в эксплуатацию. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis of cryolite-alumina melts, and can be used when commissioning an aluminum electrolyzer.

Известен способ обжига алюминиевого электролизера на коксовой крупке, согласно которому для сохранения тепла и повышения температуры подины шахту ванны закрывают сверху металлическими листами, поверх которых для утепления насыпают фторсоли. Силу тока поднимают постепенно, на четвертый или пятый день ее доводят до проектной [1. А.А. Костюков и др. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971 г., с.255] . There is a method of firing an aluminum electrolyzer on coke grains, according to which, to preserve heat and increase the temperature of the hearth, the bath shaft is closed from above with metal sheets, over which fluorine salts are poured for insulation. The current strength is raised gradually, on the fourth or fifth day it is brought to the design [1. A.A. Kostyukov et al. Metallurgist Handbook of Non-Ferrous Metals. Aluminum production. M .: Metallurgy, 1971, p.255].

Расположение фторсолей пускового сырья вне проекции анода на подину и поверх листов укрытия исключает участие компонентов сырья в формировании защитных соединений на подине при обжиге, пуске электролизера. Кроме этого, обжиг на коксовой крупке /семечках/, как показывает практика испытаний электролизеров с самообжигающимися анодами на Братском алюминиевом заводе, приводит к неравномерной плотности тока на подине. В результате снижается срок службы электролизера, ухудшается сортность получаемого алюминия, перерасходуется сырье и увеличивается непроизводительное время работы электролизера. The location of the fluorine salts of the starting raw material outside the projection of the anode on the bottom and on top of the shelter sheets eliminates the participation of the components of the raw material in the formation of protective compounds on the bottom during firing, starting the electrolyzer. In addition, firing on coke pellets / seeds /, as the practice of testing electrolytic cells with self-firing anodes at the Bratsk aluminum plant shows, leads to an uneven current density on the bottom. As a result, the service life of the electrolyzer decreases, the grade of the obtained aluminum deteriorates, the raw materials are consumed, and the unproductive working time of the electrolyzer increases.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ защиты угольной футеровки алюминиевых электролизеров, включающий формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство "борт-анод" и включение тока серии [2. Авторское свидетельство СССР N 94407, С 25 С 3/06, заявлено 30.05.1950]. The closest in technical essence and the achieved result is a well-known method of protecting the coal lining of aluminum electrolytic cells, including the formation of a layer of electrical resistance at the bottom of the projection of the anode, the release of starting materials into the space "board-anode" and the inclusion of current series [2. USSR author's certificate N 94407, C 25 C 3/06, claimed 05/30/1950].

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкости угольной футеровки, производительности электролизера и срока его службы, улучшение сортности получаемого алюминия, снижение расхода электроэнергии и трудозатрат. The technical result of the invention is to increase the durability of the coal lining, the productivity of the electrolyzer and its service life, to improve the grade of the obtained aluminum, to reduce the energy consumption and labor costs.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе защиты угольной футеровки алюминиевого электролизера, включающем формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство "борт-анод" и включение тока серии, слой сопротивления формируют из шихты, содержащей борный ангидрид или борную кислоту, двуокись титана и кокс. После формирования слоя сопротивления на подину проекции анода могут заливать жидкий металл и включают электрический ток. Жидкий металл могут заливать на подину также после формирования слоя сопротивления и включения тока серии. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of protecting the coal lining of an aluminum electrolyzer, including the formation of a layer of electrical resistance at the bottom of the projection of the anode, the release of starting materials into the space "board-anode" and the inclusion of the series current, the resistance layer is formed from a mixture containing boric anhydride or boric acid, titanium dioxide and coke. After the formation of the resistance layer on the bottom of the projection of the anode can pour liquid metal and turn on the electric current. Liquid metal can be poured onto the hearth also after the formation of a resistance layer and the inclusion of current series.

При наличии указанной шихты на угольной подине под действием электрического тока из окислов восстанавливаются углеродом кокса бор и титан, которые образуют на поверхности угольной футеровки соединение диборид титана TiB₂. Под действием постоянного тока и роста температур происходит диффузия получаемого вещества в поры, трещины, пустоты футеровки в процессе обжига, пуска электролизера. Таким образом, удается устранить дефекты в угольной подине и не допускать фильтрации электролитического алюминия в катодное устройство.In the presence of the specified charge on the coal hearth, boron and titanium are reduced from oxides by carbon oxide from the oxides by carbon of carbon, which form the compound titanium diboride TiB ₂ on the surface of the coal lining. Under the influence of direct current and temperature increase, the obtained substance diffuses into pores, cracks, lining voids during the firing process, and the electrolyzer is started. Thus, it is possible to eliminate defects in the coal hearth and to prevent the filtration of electrolytic aluminum into the cathode device.

Заливка жидкого металла /сплава алюминия с тугоплавкими примесями/ после формирования слоя сопротивления улучшает электрический контакт "анод - катод", выравнивает плотность тока в цепи, что позволяет отключить шунты-реостаты, снизить расход электроэнергии и период непроизводительной работы электролизера. Кроме этого, тугоплавкие компоненты в соединении с алюминием дополнительно диффундируют в угольную подину под действием силы тока и, как известно, образуют тугоплавкие интерметаллические фазы, защищающие подину от фильтрации электролитического чистого алюминия. Filling a liquid metal / aluminum alloy with refractory impurities / after the formation of the resistance layer improves the anode-cathode electrical contact, evens out the current density in the circuit, which allows disconnecting rheostats and shunts, reducing power consumption and the period of non-productive operation of the electrolyzer. In addition, refractory components in conjunction with aluminum additionally diffuse into the coal hearth under the influence of current and, as is known, form refractory intermetallic phases that protect the hearth from filtration of pure electrolytic aluminum.

Заливка жидкого алюминия /сплава/ после формирования сдоя сопротивления и включения тока серии создает приоритетные условия образования TiB₂, насыщения им футеровки, с последующим образованием интерметаллических фаз в подине, что предпочтительно для угольной продукции более высокого качества, и позволяет за более короткий срок вывести электролизер на высшие сорта алюминия.Pouring liquid aluminum / alloy / after the formation of a resistance transition and turning on the series current creates priority conditions for the formation of TiB ₂ , saturation of the lining, followed by the formation of intermetallic phases in the hearth, which is preferable for coal products of higher quality, and allows the electrolyzer to be removed in a shorter time on the highest grades of aluminum.

Применение борной кислоты вместо борного ангидрида снижает себестоимость способа. При температурах процесса обжига происходят отгонка воды с образованием борного ангидрида и последующее его восстановление. The use of boric acid instead of boric anhydride reduces the cost of the method. At the temperatures of the firing process, water is distilled off with the formation of boric anhydride and its subsequent reduction.

Примеры реализации способа. Examples of the method.

Пример 1. На промышленном электролизере с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа C-8Б на силу тока 156 кА после капитального ремонта выполняют на подине проекции анода слой сопротивления толщиной 40 мм из шихты борной кислоты, двуокиси титана и кокса в пропорции /28, 32 и 40/ мас.% соответственно, что стехиометрически обеспечивает протекание реакций восстановления бора, титана до конца коксом шихты, без участия углерода подины. В пространство борт - анод загружают пусковое сырье в составе и очередности /мас. %/: глинозем 10; кальций фтористый 6; криолит 25; электролит оборотный 45; криолит Флотационный 6 и глинозем - остальное. Example 1. On an industrial electrolyzer with a self-burning anode and a top current supply of type C-8B for a current of 156 kA, after overhaul, a resistance layer 40 mm thick is made from a mixture of boric acid, titanium dioxide and coke in the ratio / 28, 32 and 40 / wt.%, Respectively, which stoichiometrically ensures the reactions of reduction of boron, titanium to the end with coke charge, without the participation of carbon bottom. In the space board - anode load starting materials in the composition and priority / wt. % /: alumina 10; calcium fluoride 6; cryolite 25; circulating electrolyte 45; cryolite Flotation 6 and alumina - the rest.

Включают ток с использованием шунтов-реостатов и ведут обжиг подины без заливки металла по известному способу [1]. Turn on the current using shunts-rheostats and firing the hearth without pouring metal by a known method [1].

Для сравнения, на аналогичном электролизере ведут обжиг на коксике по известному способу [1], без применения шихты. Пуск на электролиз обоих электролизеров осуществляют также по известному способу заливкой жидкого электролита с проплавлением сырья и удалением остатков кокса. For comparison, on a similar electrolyzer, firing is carried out on coke by the known method [1], without the use of a charge. The start-up of the electrolysis of both electrolysis cells is also carried out by a known method by pouring a liquid electrolyte with the penetration of raw materials and the removal of coke residues.

Исходные данные, технические параметры и технико-экономические показатели электролиза в течение 9 месяцев отражены в табл. 1. Initial data, technical parameters and technical and economic indicators of electrolysis for 9 months are shown in table. 1.

Как следует из полученных результатов, неравномерность токовой нагрузки по анодным штырям опытного электролизера ~ в 3 раза меньше, чем электролизера-свидетеля. Это, как следствие, привело к более низкому напряжению на опытном электролизере в ходе подключения и обжига, более равномерной и высокой температуре подины в конце обжига, более низкой и равномерной температуре борта после пуска на электролиз /п. 2.1/. В результате величина продольно-вертикальных деформаций катодного кожуха ~ в 3 раза меньше на опытном электролизере /п. 2.2/. As follows from the results obtained, the unevenness of the current load along the anode pins of the experimental cell is ~ 3 times less than that of the witness cell. This, as a result, led to a lower voltage on the experimental electrolyzer during connection and firing, a more uniform and higher temperature of the hearth at the end of firing, a lower and more uniform temperature of the bead after starting the electrolysis / p. 2.1 /. As a result, the magnitude of the longitudinal-vertical deformations of the cathode casing is ~ 3 times less in the experimental electrolyzer / p. 2.2 /.

Наличие более низкой температуры днища через 30 дней после пуска о опытного электролизера /на 40-45^oC ниже свидетеля/ указывает на предотвращение фильтрации электролитического алюминия в футеровку катода и разрушение последней. На это же указывает и более низкое падение напряжения в подине.The presence of a lower bottom temperature 30 days after the start of the test electrolyzer / at 40-45 ^o C below the witness / indicates the prevention of filtration of electrolytic aluminum in the lining of the cathode and the destruction of the latter. This is also indicated by a lower voltage drop in the hearth.

Как следствие, на опытном электролизере рабочее напряжение на ~ 0,1 В ниже, чем у свидетеля. При этом производительность опытного электролизера на 14 кг Al/сутки выше, содержание примесей в катодном металле меньше. Практическое отсутствие глиноземных осадков указывает на более стабильный ход опытного электролизера и подтверждается его большей производительностью. Следует ожидать увеличения срока службы подины на ~ 6-10 месяцев. As a result, in the experimental electrolyzer, the operating voltage is ~ 0.1 V lower than that of the witness. Moreover, the productivity of the experimental electrolyzer is 14 kg Al / day higher, the content of impurities in the cathode metal is less. The practical absence of alumina deposits indicates a more stable course of the experimental electrolyzer and is confirmed by its greater productivity. Expected to increase the life of the hearth by ~ 6-10 months.

Пример 2. На аналогичном промышленном электролизере после выполнения слоя сопротивления, загрузки пускового сырья на подину проекции анода заливают жидкий алюминий с содержанием железа - 3,52%, кремния - 0,68%, включают ток серии без использования шунтов-реостатов и ведут обжиг по известному способу [1]. Пуск на электролиз ведут заливкой электролита, проплавляют сырье и удаляют непрореагировавший кокс. Example 2. On a similar industrial electrolyzer, after performing the resistance layer, loading the starting raw material onto the bottom of the projection anode, pour liquid aluminum with an iron content of 3.52%, silicon - 0.68%, turn on the series current without using rheostats and carry out firing according to the known method [1]. Start-up on electrolysis is carried out by pouring the electrolyte, the raw material is smelted and unreacted coke is removed.

Исходные данные, технические параметры и показатели электролиза в течение 9 месяцев отражены в табл. 2. Initial data, technical parameters and electrolysis indicators for 9 months are shown in table. 2.

Судя по полученным данным, заливка жидкого металла на подину проекции анода с последующим подключением в цепь тока серии дополнительно снижает неравномерность распределения токовой нагрузки по штырям, повышает температуру обжига в подине в пространстве борт-анод, несколько снижает температуру борта после пуска, и как следствие, снижает величину деформаций днища катодного кожуха. Более низкие температуры днища после пуска, падение напряжения в подине указывают на уменьшение степени металлизации футеровки катода, приводят к экономии электроэнергии, увеличению производительности электролизера, на что также указывает почти полное отсутствие глиноземных осадков. Judging by the data obtained, pouring liquid metal onto the bottom of the projection of the anode and then connecting it to the series current circuit additionally reduces the uneven distribution of the current load across the pins, increases the firing temperature in the bottom in the side-anode space, slightly reduces the side temperature after starting, and, as a result, reduces the amount of deformation of the bottom of the cathode casing. Lower bottom temperatures after start-up, voltage drop in the hearth indicate a decrease in the degree of metallization of the cathode lining, lead to energy savings, increase the productivity of the electrolyzer, which is also indicated by the almost complete absence of alumina deposits.

Дополнительное снижение содержания Fe/Si в катодном металле по сравнению с опытным-1 электролизером указывает на исключение фильтрации электролитического алюминия в угольную подину и растворение катодного стержня, что позволяет предположить образование защитных интерметаллических фаз в угольной подине, предотвращающих фильтрацию чистого алюминия, и приводит к увеличению срока службы электролизера дополнительно на 3-5 месяцев. An additional decrease in the Fe / Si content in the cathode metal in comparison with the experimental 1 electrolyzer indicates the exclusion of the filtration of electrolytic aluminum into the coal bottom and the dissolution of the cathode rod, which suggests the formation of protective intermetallic phases in the coal bottom, preventing the filtration of pure aluminum, and leads to an increase the life of the cell for an additional 3-5 months.

Пример 3. На аналогичном промышленном электролизере после выполнения слоя сопротивления, загрузки пускового сырья и включения электрического тока с использованием шунтов-реостатов, последовательного отключения реостатов и доведения силы тока до номинальной /серийной/ на подину проекции анода заливают жидкий сплав алюминия с содержанием примесей, %: Fe 4,77; Si 0,36; Mn 0,01; Cu 0,1. Пуск на электролиз также ведут заливкой жидкого электролита, проплавляют пусковое сырье и удаляют остатки кокса из ванны. Example 3. On a similar industrial electrolyzer, after performing a resistance layer, loading starting raw materials and turning on the electric current using shunts-rheostats, sequentially turning off the rheostats and bringing the current to the nominal / serial / aluminum alloy alloy with the content of impurities is filled in at the bottom of the anode projection,% : Fe 4.77; Si 0.36; Mn 0.01; Cu 0.1. Start-up for electrolysis is also carried out by pouring liquid electrolyte, the starting raw material is smelted, and coke residues are removed from the bath.

Исходные данные, технические параметры и показатели 9 месяцев эксплуатации опытного-3 электролизера отражены в табл. 3. The source data, technical parameters and indicators of 9 months of operation of the pilot-3 electrolyzer are shown in table. 3.

Результаты показывают, что заливка жидкого металла на подину проекции анода после подключения электролизера в цепь тока серии при наличии слоя электросопротивления из шихты кокса с окислами бора и титана приводит к дополнительному снижению неравномерности токовой нагрузки по анодным штырям. The results show that the pouring of liquid metal on the bottom of the projection of the anode after connecting the electrolyzer to the series current circuit in the presence of a layer of electrical resistance from a charge of coke with boron and titanium oxides leads to an additional reduction in the uneven current load across the anode pins.

Некоторое дополнительное снижение температуры днища и величины деформаций днища кожуха указывает на уменьшение металлизации подины и температурной деформации катодного кожуха. Тем самым снижается вероятность разрушения подины, на что указывает также и некоторое понижение падения напряжения в подине. Как следствие, ~ на 0,5 кг Al/сутки возрастает производительность электролизера. Улучшение сортности катодного металла указывает на вероятное образование интерфаз в подине, защищающих ее от фильтрации алюминия. Some additional decrease in the temperature of the bottom and the magnitude of the deformation of the bottom of the casing indicates a decrease in metallization of the hearth and temperature deformation of the cathode casing. This reduces the likelihood of destruction of the hearth, as indicated by a certain decrease in the voltage drop in the hearth. As a result, ~ 0.5 kg of Al / day increases the productivity of the cell. An improvement in the cathode metal grade indicates a likely formation of interphases in the hearth, protecting it from aluminum filtration.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить стойкость угольной футеровки, производительность электролизера и срок его службы, улучшить сортность получаемого алюминия, снизить расход электроэнергии и трудозатрат на удаление глиноземных осадков. Thus, the proposed technical solution allows to increase the durability of the coal lining, the productivity of the electrolyzer and its service life, to improve the grade of the obtained aluminum, to reduce the energy consumption and labor costs for the removal of alumina deposits.

Claims (3)

1. Способ защиты угольной футеровки алюминиевого электролизера, включающий формирование слоя электрического сопротивления на подине проекции анода, отдачу пускового сырья в пространство борт - анод, включение тока серии, отличающийся тем, что слой сопротивления формируют из шихты, содержащей борный ангидрид или борную кислоту, двуокись титана и кокс. 1. A method of protecting the coal lining of an aluminum electrolyzer, including the formation of a layer of electrical resistance at the bottom of the projection of the anode, the release of starting materials into the board-anode space, the inclusion of a series current, characterized in that the resistance layer is formed from a mixture containing boric anhydride or boric acid, dioxide titanium and coke. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после формирования слоя сопротивления на подину проекции анода заливают жидкий металл. 2. The method according to claim 1, characterized in that after the formation of the resistance layer, liquid metal is poured onto the bottom of the projection of the anode. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после включения тока серии на подину проекции анода заливают жидкий металл. 3. The method according to claim 1, characterized in that after turning on the series current, liquid metal is poured onto the bottom of the projection of the anode.

Images