RU2270887C2 - Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer - Google Patents
Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270887C2 RU2270887C2 RU2003137545/02A RU2003137545A RU2270887C2 RU 2270887 C2 RU2270887 C2 RU 2270887C2 RU 2003137545/02 A RU2003137545/02 A RU 2003137545/02A RU 2003137545 A RU2003137545 A RU 2003137545A RU 2270887 C2 RU2270887 C2 RU 2270887C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- electrolyzer
- lining
- side lining
- coat
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к- цветной металлургии, в частности, к производству алюминия электролитическим способом. В указанной области возможно применение на электролизерах всех известных типов при введении их в промышленную эксплуатацию.The present invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular, to the production of aluminum by electrolytic method. In this area, it is possible to use on electrolyzers of all known types upon their introduction into commercial operation.
Известно, что в процессе подготовки электролизеров к эксплуатации (обжиг и пуск) его катодная часть в наибольшей степени подвергается воздействию агрессивных факторов, что приводит к различным видам разрушения катода.It is known that in the process of preparing electrolyzers for operation (firing and start-up), its cathode part is most exposed to aggressive factors, which leads to various types of cathode destruction.
Разрушение боковой футеровки является наиболее распространенным и опасным видом разрушения.Destruction of the side lining is the most common and dangerous type of destruction.
Основная причина разрушения - эрозия боковой футеровки, вызванная воздействием различных факторов в равные периоды жизни ванны, а именно:The main reason for the destruction is the erosion of the side lining caused by the influence of various factors during equal periods of the bath's life, namely:
- окисление и термическое разрушение угольной футеровки в период обжига катода;- oxidation and thermal destruction of the coal lining during the cathode firing;
- активная диффузия паров щелочных металлов, в основном Na и К, в угольную футеровку в период пуска;- active diffusion of alkali metal vapors, mainly Na and K, into the coal lining during the start-up period;
- размывание угольной футеровки под действием циркулирующих потоков металла и электролита в послепусковой период.- erosion of the coal lining under the influence of circulating flows of metal and electrolyte in the post-launch period.
При отсутствии бокового гарнисажа угольные блоки боковой футеровки разрушаются под воздействием металла и электролита со значительной скоростью. Из литературных источников ("Light Metals, 1982 г., рр 299/309) эта скорость равна 1 мм в сутки. Если не остановить этот процесс, то возможно локальное разрушение боковой футеровки, растворение стального кожуха и, в конечном итоге, прорыв расплава, как правило, на уровне границы раздела "металл-электролит".In the absence of a side skull, the coal blocks of the side lining are destroyed under the influence of metal and electrolyte at a considerable speed. From literary sources ("Light Metals, 1982, pp 299/309), this speed is 1 mm per day. If this process is not stopped, then local destruction of the side lining, dissolution of the steel casing and, ultimately, breakthrough of the melt are possible, usually at the metal-electrolyte interface.
Механизм разрушения боковой угольной футеровки можно представить следующим образом. В момент пуска боковая угольная футеровка через открытые поры подвергается активному воздействию натриево-калиевыми парами электролита, разрыхляя поверхностный слой футеровки и обеспечивая высокую смачиваемость углерода криолитом. Процесс проникновения криолита идет до момента полного насыщения футеровки, от 4 до 200 дней в зависимости от материала блока (200 дней для аморфного графита). После того как произошла полная пропитка, катод становится проницаемым для расплава, который продолжает "протекать" через катод из-за жидкостно-статического давления на него.The destruction mechanism of the lateral coal lining can be represented as follows. At the time of start-up, the lateral coal lining through open pores is actively exposed to sodium-potassium vapor of the electrolyte, loosening the surface layer of the lining and providing high wettability of carbon with cryolite. The process of cryolite penetration continues until the lining is completely saturated, from 4 to 200 days depending on the block material (200 days for amorphous graphite). After complete impregnation has occurred, the cathode becomes permeable to the melt, which continues to “flow” through the cathode due to liquid-static pressure on it.
Данный процесс на практике, в лучшем случае, прекращается в момент достижения равновесия в системе "пропитанная углеродсодержащая футеровка - прореагировавший огнеупор", но возможны и аварийные ситуации - прорыв расплава.This process, in practice, at best, stops when equilibrium is reached in the system “impregnated carbon-containing lining - reacted refractory”, but emergency situations are also possible - breakthrough of the melt.
Поэтому, очень важно обеспечить хорошую защиту боковой футеровки в течение всего времени работы электролизера, а особенно, в период пуска в эксплуатацию.Therefore, it is very important to ensure good protection of the lateral lining during the entire operation of the electrolyzer, and especially during commissioning.
Для повышения стойкости футеровки используют реагенты, например борсодержащие, которые в процессе обжига и пуска под воздействием термических и электрических нагрузок, взаимодействуя с материалом футеровки, металлом и электролитом, образуют покрытия, повышающие стойкость футеровки к алюминию и электролиту.To increase the lining resistance, reagents are used, for example, boron-containing reagents, which during firing and starting under the influence of thermal and electric loads, interacting with the lining material, metal and electrolyte, form coatings that increase the lining resistance to aluminum and electrolyte.
Так, известен "Способ нанесения покрытия на катодную подложку из пересыщенного раствора" по патенту США №5227045 (С 25 С 3/06), согласно которому на поверхности катода образуется боридное покрытие из электролита, обогащенного на соединения бора.Thus, the “Method for coating a cathode substrate from a supersaturated solution” is known according to US Pat. No. 5,227,045 (C 25 C 3/06), according to which a boride coating of an electrolyte enriched in boron compounds is formed on the surface of the cathode.
Известно "Катодное устройство алюминиевого электролизера" по патенту США №3764509 (кл.204-243R, опубл.: 1974 г.), согласно которому полностью или частично поверхность катода покрывается пластинами или другими элементами из чистого TiB2 или из композитного материала, содержащего по меньшей мере 30% TiB2. Либо возможно осаждение TiB2 или композитного материала на его основе на всей или части катодной поверхности. Возможен также вариант введения TiB2 в углеродсодержащую пасту.Known "Cathode device of an aluminum electrolyzer" according to US patent No. 3764509 (CL 204-243R, publ.: 1974), according to which fully or partially the surface of the cathode is covered with plates or other elements of pure TiB 2 or of a composite material containing at least 30% TiB 2 . Or, it is possible to deposit TiB 2 or a composite material based on it on all or part of the cathode surface. A variant of introducing TiB 2 into a carbon-containing paste is also possible.
Перечисленные выше решения с точки зрения реализации не технологичны, дороги и трудоемки. Получать металл стабильного качества по данным технологиям представляется возможным лишь при наличии передовой контрольно-измерительной техники и технологии, позволяющей оперативно вмешиваться в процесс электролиза по результатам экспресс-анализа.The solutions listed above from the point of view of implementation are not technological, expensive and time-consuming. It is possible to obtain stable quality metal using these technologies only if there is an advanced control and measuring equipment and technology that allows you to quickly intervene in the electrolysis process according to the results of rapid analysis.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности, по наличию сходных признаков является изобретение по патенту РФ №2133302 (С 25 С 3/06) "Футеровка для электролизера для производства алюминия", в котором боковая футеровка имеет слой облицовки из керамического материала, выбранного из группы, включающей карбид бора, имеющего плотность по меньшей мере 95% от теоретической плотности и имеющего, по меньшей мере, закрытую пористость.Closest to the proposed technical solution according to the technical essence, according to the presence of similar features, is the invention according to RF patent No. 213302 (
Данное техническое решение базируется на применении керамики с практически отсутствующей открытой пористостью, что препятствует проникновению расплава в футеровку ванны. Данный материал наносится в виде облицовочной пленки.This technical solution is based on the use of ceramics with virtually no open porosity, which prevents the penetration of the melt into the lining of the bath. This material is applied in the form of a facing film.
С теоретической точки зрения это решение идеально, но практически получить керамику с отсутствием наружных пор и в количестве, необходимом для промышленного применения, не реально из-за высокой стоимости и технической сложности технологического процесса. Тем более, что при монтаже облицовки неизбежны стыки, заделка которых в условиях электролизного цеха не позволит получить стык с качественными характеристиками, близкими к характеристикам самой керамики.From a theoretical point of view, this solution is ideal, but it is not realistic to obtain ceramics with the absence of external pores and in the quantity necessary for industrial applications because of the high cost and technical complexity of the process. Moreover, when installing the cladding, joints are inevitable, sealing them under the conditions of the electrolysis shop will not allow to obtain a joint with qualitative characteristics close to the characteristics of the ceramics themselves.
Таким образом, из предлагаемой керамики получить облицовку, полностью исключающую проникновение расплава в углеродную футеровку, практически не представляется возможным.Thus, from the proposed ceramics to obtain a lining that completely eliminates the penetration of the melt into the carbon lining, it is practically not possible.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей электролиза, снижение затрат на монтаж катодной секции, увеличение срока службы электролизеров.The objective of the invention is to increase the technical and economic indicators of electrolysis, reducing the cost of installing the cathode section, increasing the life of the electrolytic cells.
Техническим результатом предложенного способа является:The technical result of the proposed method is:
- обеспечение надежной защиты боковой футеровки электролизера от воздействия агрессивных факторов в разные периоды жизни ванны (обжиг, пуск, послепусковой и эксплуатационный периоды);- providing reliable protection of the lateral lining of the electrolyzer from the effects of aggressive factors in different periods of the bath's life (firing, start-up, after-launch and operational periods);
- возможность снижения межполюсного расстояния за счет улучшения магнитогидродинамической ситуации в электролизной ванне в результате снижения горизонтальной составляющей плотности тока в расплаве;- the possibility of reducing the interpolar distance by improving the magnetohydrodynamic situation in the electrolysis bath as a result of reducing the horizontal component of the current density in the melt;
- увеличение рабочего пространства электролизера за счет возможности варьирования толщиной гарнисажа в широком диапазоне.- increase the working space of the cell due to the possibility of varying the thickness of the skull in a wide range.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе монтажа боковой футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера, включающем установку теплоизоляционных и огнеупорных элементов, покрытие поверхности боковой футеровки защитным материалом на основе ковалентных нитридов, в качестве материала защитного покрытия на основе ковалентных нитридов используют материал на основе нитрида бора и наносят его на 0,3-1,0 высоты боковой футеровки заподлицо с ее верхом сплошным слоем, причем нижнюю границу покрытия выполняют ниже границы раздела "электролит-металл", а толщину покрытия выдерживают в интервале 0,1-1 мм, при этом открытую поверхностную пористость покрытия поддерживают в пределах 2-3%, причем консистенцию материала покрытия изменяют от текучего до вязко-текучего состояния и наносят его напылением, покраской, торкретированием с контролем размера открытых поровых каналов покрытия, причем, в случае целесообразности, покрытие боковой футеровки и подину электролизера подвергают одновременной термообработке.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of mounting the side lining of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including the installation of heat-insulating and refractory elements, coating the surface of the side lining with a protective material based on covalent nitrides, boron nitride-based material is used as a protective coating material based on covalent nitrides and apply it at 0.3-1.0 of the height of the side lining flush with its top in a continuous layer, and the lower boundary of the coating is performed neither e the electrolyte-metal interface, and the coating thickness is maintained in the range of 0.1-1 mm, while the open surface porosity of the coating is maintained within 2-3%, and the consistency of the coating material is changed from a fluid to a viscous-fluid state and applied by spraying, painting, gunning with control of the size of the open pore channels of the coating, and, if appropriate, the coating of the side lining and the bottom of the cell is subjected to simultaneous heat treatment.
В отличие от способа по прототипу, в котором в качестве материала покрытия предлагается керамика на основе карбида кремния, нитрида кремния и карбида бора, в предлагаемом техническом решении используется материал на основе нитрида бора, обладающего уникальными свойствами с точки зрения применения в электролизере с агрессивным расплавом.In contrast to the prototype method, in which ceramics based on silicon carbide, silicon nitride and boron carbide are proposed as a coating material, the proposed technical solution uses a material based on boron nitride, which has unique properties from the point of view of application in an electrolytic cell with aggressive melt.
Для пояснения выбора материала приводится табл.1.To clarify the choice of material, see table 1.
Свойства ковалентных нитридовTable 1.
Properties of covalent nitrides
Из таблицы 1 видно, что нитрид бора является прекрасным диэлектриком в широком интервале температур (до 2000°С). Низкая плотность BN по сравнению с другими ковалентными нитридами позволяет обеспечить максимальную защиту футеровки при минимальной толщине покрытия. При обычных условиях нитрид бора обладает гексагональной структурой типа графита, что обеспечивает хорошую адгезию к углероду материала на его основе.Table 1 shows that boron nitride is an excellent dielectric in a wide temperature range (up to 2000 ° C). The low density of BN compared to other covalent nitrides allows for maximum protection of the lining with a minimum coating thickness. Under ordinary conditions, boron nitride has a hexagonal structure such as graphite, which provides good adhesion to the carbon material based on it.
Материал покрытия представляет из себя плотный беспористый композиционный керамический материал на основе нитрида бора и оксида алюминия в соотношении ~1:6 и характеризуется однородной макроструктурой, состоящей из неравномерно диспергированных агломераций оксида алюминия различной случайной формы и размеров и волокнистой, похожей на губку неэлектропроводной сетки из имеющих размер менее 1 мкм зерен BN, образующей плотный контакт с указанными агломерациями оксида алюминия.The coating material is a dense non-porous composite ceramic material based on boron nitride and alumina in a ratio of ~ 1: 6 and is characterized by a homogeneous macrostructure consisting of unevenly dispersed agglomerations of alumina of various random shapes and sizes and a fibrous, sponge-like non-conductive mesh made of a size of less than 1 μm of BN grains forming close contact with said alumina agglomerations.
Данный материал с углеродной футеровкой вступает в реакцию замещения с образованием пересекающихся пространственных структур, что и объясняет высокую адгезию покрытия к боковой футеровке.This carbon lined material undergoes a substitution reaction with the formation of intersecting spatial structures, which explains the high adhesion of the coating to the side lining.
Необходимо отметить тот факт, что покрытие из указанного материала приобретает высокие защитные свойства при естественной сушке в течение суток, единственное требование - температура окружающей среды должна быть не ниже 10°С. Для материала покрытия характерна высокая термостойкость при быстрых и частых изменениях температуры. До 2000°С нитрид бора сохраняет высокую стойкость против окисления, действия расплавленных металлов, горячих кислот, различных агрессивных газов.It should be noted that the coating of the specified material acquires high protective properties during natural drying during the day, the only requirement is that the ambient temperature should not be lower than 10 ° С. The coating material is characterized by high heat resistance with rapid and frequent changes in temperature. Up to 2000 ° С boron nitride retains high resistance to oxidation, the action of molten metals, hot acids, and various aggressive gases.
Материал на основе нитрида бора, как отмечалось выше, обладает высокой жаропрочностью и жаростойкостью, при этом для него характерен умеренный коэффициент термического расширения, благодаря чему огнеупорное нитридное покрытие отличается высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью.The material based on boron nitride, as noted above, has high heat resistance and heat resistance, while it is characterized by a moderate coefficient of thermal expansion, due to which the refractory nitride coating is characterized by high hardness, wear resistance, and corrosion resistance.
Материалы на основе ковалентных нитридов известны достаточно широко. Поэтому авторы не претендуют на состав материала покрытия, как объект изобретения.Materials based on covalent nitrides are widely known. Therefore, the authors do not claim the composition of the coating material as an object of the invention.
Авторы предлагают способ нанесения покрытия из данного рода материалов применительно к электролитическому получению алюминия.The authors propose a method for applying a coating of this kind of materials as applied to the electrolytic production of aluminum.
В настоящее время покрытия на основе нитрида 6opа не получили широкого промышленного применения в связи с высокой стоимостью данного материала.Currently, coatings based on 6op nitride have not received wide industrial application due to the high cost of this material.
Авторы, основываясь на большом практическом опыте эксплуатации электролизеров, а также теоретических знаниях в области электролитического получения алюминия, предлагают способ нанесения покрытия на боковую футеровку с минимальным расходом материала покрытия. причем в зависимости от экономических возможностей предприятия при реализации способа расход материала покрытия можно снизить приблизительно в три раза. Данный момент отражен в формуле изобретения интервалом "...0,3-1,0 высоты боковой футеровки заподлицо с ее верхом".The authors, based on extensive practical experience in the operation of electrolytic cells, as well as theoretical knowledge in the field of electrolytic production of aluminum, propose a method for coating the side lining with a minimum consumption of coating material. and depending on the economic capabilities of the enterprise when implementing the method, the consumption of coating material can be reduced by approximately three times. This moment is reflected in the claims by the interval "... 0.3-1.0 of the height of the side lining flush with its top."
Данный интервал обусловлен следующим:This interval is due to the following:
Наиболее эффективно с точки зрения выигрыша в показателях процесса электролиза наносить покрытие по всей высоте боковой футеровки. При этом реализуется как защита футеровки от разрушения, так и снижение до минимума горизонтальной составляющей плотности тока в расплаве со всеми вытекающими отсюда преимуществами по технологии. Но даже при покрытии 0,3 высоты футеровки, только обязательно ниже границы раздела "электролит-металл", эффект защиты футеровки от разрушения проявится в полной мере, но при этом токораспределение в ванне улучшится незначительно. Поэтому в зависимости от финансовых возможностей завода, то есть количества материала покрытия, высота защитного покрытия боковой футеровки может меняться, но при этом нижняя граница покрытия должна быть ниже границы раздела "металл-электролит".From the point of view of gain in terms of the electrolysis process, it is most effective to coat the entire height of the side lining. At the same time, both the protection of the lining from destruction and the minimization of the horizontal component of the current density in the melt to a minimum are realized with all the resulting technology advantages. But even with a coating of 0.3 of the lining height, it is only necessary below the electrolyte-metal interface, the effect of protecting the lining from destruction will be fully manifested, but the current distribution in the bath will improve slightly. Therefore, depending on the financial capabilities of the plant, that is, the amount of coating material, the height of the protective coating of the side lining may vary, but the lower coating boundary should be below the metal-electrolyte interface.
В формуле изобретения также заявляется интервал толщины покрытия, равный 0,1-1 мм. Изменение толщины покрытия в таком широком интервале обусловлено нестабильностью качества углеродных блоков боковой футеровки. Согласно техническим условиям плиты должны иметь пористость не более 24%, не иметь механических повреждений и сколов. Для футеровки из плит такого качества достаточно покрыть ее одним слоем материала на основе нитрида бора, что обеспечивает толщину 0,1 мм.The claims also declare a coating thickness range of 0.1-1 mm. The change in coating thickness over such a wide range is due to the instability of the quality of the carbon blocks of the side lining. According to the technical conditions, the slabs must have a porosity of not more than 24%, not have mechanical damage and chips. For a lining made of plates of this quality, it is sufficient to cover it with one layer of boron nitride-based material, which provides a thickness of 0.1 mm.
Для надежности защиты можно наносить на футеровку два и более слоя, причем не изменяя суммарную толщину покрытия за счет изменения консистенции материала покрытия. Оптимальная толщина покрытия подбирается, исходя из следующих позиций: с одной стороны, толщина должна быть достаточной для защиты боковой футеровки от воздействия электролита, а с другой стороны, не препятствовать нормальному теплоотводу из ванны с целью предотвращения перегрева расплава и, как следствие, размыва гарнисажа. Особенно это важно для электролизеров высокой мощности. Поэтому авторы дают верхний предел толщины покрытия - 1 мм. При подборе толщины покрытия необходимо руководствоваться показателем открытой поверхностной пористости, авторы рекомендуют поддерживать данный показатель в пределах 2-3%.For reliability of protection, two or more layers can be applied to the lining, without changing the total thickness of the coating due to a change in the consistency of the coating material. The optimal coating thickness is selected based on the following positions: on the one hand, the thickness should be sufficient to protect the side lining from exposure to electrolyte, and on the other hand, not to interfere with normal heat removal from the bath in order to prevent melt overheating and, as a result, the scouring erosion. This is especially important for high power electrolyzers. Therefore, the authors give an upper limit to the coating thickness of 1 mm. When selecting the coating thickness, it is necessary to be guided by the indicator of open surface porosity, the authors recommend maintaining this indicator within 2-3%.
Предлагаемый способ защиты боковой футеровки при всей своей простоте дает значительные преимущества как по ведению технологии электролиза, так и по технико-экономическим показателям процесса, а именно:The proposed method for protecting the lateral lining, with all its simplicity, gives significant advantages both in maintaining the electrolysis technology and in the technical and economic parameters of the process, namely:
1. Сокращение послепускового периода при введении электролизера в промышленную эксплуатацию.1. The reduction of the post-launch period with the introduction of the cell into commercial operation.
Данный период представляет собой промежуток времени с момента пуска до установления нормального технологического режима и характеризуется пониженным выходом алюминия по току, а также низкой сортностью выпускаемого металла. В течение послепускового периода на внутренней боковой поверхности шахты катода электролизера и по периферии подины происходит образование гарнисажа, представляющего собой слой замерзшего электролита, который формирует рабочее пространство.This period is a period of time from the moment of start-up to the establishment of a normal technological regime and is characterized by a reduced current output of aluminum, as well as a low grade of metal produced. During the post-launch period, on the inner side surface of the cell cathode of the cell and along the periphery of the hearth, a skull forms, which is a layer of frozen electrolyte that forms the working space.
Покрытие по предлагаемому способу, обладая высокими электроизоляционными свойствами, практически ликвидирует возникновение горизонтальных токов в расплаве или, по крайней мере, снижает их до минимума. Вследствие неэлектропроводности боковая футеровка не греется теплом ее омического сопротивления и гарнисаж намерзает быстрее. С другой стороны, формирующийся гарнисаж подвергается менее активному подмыву потоками расплава вследствие снижения скорости циркуляции расплава при практическом отсутствии горизонтальных токов.The coating according to the proposed method, having high electrical insulation properties, virtually eliminates the occurrence of horizontal currents in the melt or, at least, reduces them to a minimum. Due to the electrical conductivity, the side lining is not heated by the heat of its ohmic resistance and the skull freezes faster. On the other hand, the emerging skull is subjected to less active washing by melt flows due to a decrease in the melt circulation rate with the practical absence of horizontal currents.
В результате послепусковой период можно снизить до 7 суток.As a result, the post-launch period can be reduced to 7 days.
2. Повышение срока службы электролизера.2. Increasing the life of the electrolyzer.
Пленка материала покрытия, образующаяся на боковой футеровке, обладает минимальной открытой пористостью (в идеале беспористая), причем сечение порового канала соизмеримо или менее размера агрессивных ионов и молекул расплава, поэтому пленка покрытия является надежной преградой проникновению расплава электролита и металла в боковую футеровку.The film of the coating material formed on the side lining has minimal open porosity (ideally non-porous), and the cross section of the pore channel is commensurate with or less than the size of aggressive ions and molten molecules; therefore, the coating film is a reliable barrier to the penetration of molten electrolyte and metal into the side lining.
В результате срок службы электролизера увеличивается на 5-20 месяцев.As a result, the life of the cell is increased by 5-20 months.
3. Повышение сортности алюминия и увеличение выхода по току.3. Increasing the grade of aluminum and increasing current efficiency.
Снижение скорости циркуляции расплава за счет уменьшения горизонтальной составляющей тока в расплаве стабилизирует и снижает продольный перекос зеркала металла в течение всего периода работы ванны, что позволяет до минимума снизить МПР (межполюсное расстояние) и практически не менять его.A decrease in the melt circulation rate due to a decrease in the horizontal component of the current in the melt stabilizes and reduces the longitudinal distortion of the metal mirror during the entire period of the bath operation, which allows minimizing the MPR (interpolar distance) and practically not changing it.
В результате этого повышается сортность выпускаемого алюминия, а также увеличивается выход по току (приблизительно 1-2%).As a result of this, the grade of the produced aluminum increases, and the current efficiency increases (approximately 1-2%).
4. Повышение среднесуточной производительности электролизеров.4. Increasing the average daily productivity of electrolyzers.
При наличии покрытия по предлагаемому способу возможна работа при уменьшенной толщине гарнисажа, так как боковая футеровка надежно защищена. К тому же, при обеспечении прохождения тока, главным образом, вертикально через подину создается такой постоянный вертикальный профиль тепловых потерь, что значительно сокращает толщину верхнего слоя затвердевшего криолита, что очень важно в электролизерах, оснащенных АПГ (автоматическая система подачи глинозема).If there is a coating according to the proposed method, it is possible to work with a reduced thickness of the skull, as the side lining is reliably protected. In addition, while ensuring the passage of current, mainly vertically through the hearth, such a constant vertical profile of heat loss is created that significantly reduces the thickness of the upper layer of hardened cryolite, which is very important in electrolyzers equipped with APG (automatic alumina feed system).
К тому же, у технологов появляется возможность варьировать температурным режимом в более широком диапазоне.In addition, technologists have the opportunity to vary the temperature regime over a wider range.
В результате увеличивается рабочее пространство электролизера, а значит повышается его производительность.As a result, the working space of the electrolyzer increases, which means that its productivity increases.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом и другими известными решениями в данной области выявил следующее:A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype and other known solutions in this field revealed the following:
- использование ковалентных нитридов для защиты катодной ванны известно, например по А.С. СССР №631560 "Электролизер для получения металлов и сплавов" (С 25 С 3/16, 08.07.85г.), согласно которому нитрид бора послойно вводится в межблочные швы подины с целью предупреждения их разрушения. В предлагаемом техническом решении материал на основе нитрида бора наносится только на боковую футеровку, так как введение его в подину снижает ее электропроводность;- the use of covalent nitrides to protect the cathode bath is known, for example, according to A.S. USSR No. 631560 "Electrolyzer for the production of metals and alloys" (C 25 C 3/16, 07/08/85), according to which boron nitride is introduced in layers into the interblock seams of the hearth in order to prevent their destruction. In the proposed technical solution, boron nitride-based material is applied only to the side lining, since introducing it into the hearth reduces its electrical conductivity;
- известны различные способы снижения горизонтальной составляющей плотности тока в расплаве. Так, по А.С. РФ №1788091 (С 25 С 3/08) "Электролизер для получения алюминия" (12.03.91 г.) предлагается создавать в нижней части электролизера дискретные токонепроводящие зоны за счет установки на подовых углеродистых блоках брусьев из электроизоляционного материала, расположенных вдоль лицевой и глухой сторон электролизера. Это приводит к периодическому изменению направления горизонтальной составляющей плотности тока в расплаве, что, в свою очередь, влияет на периодичность изменения направления продольного перекоса зеркала металла, что приводит к уменьшению результирующей амплитуды продольного перекоса и стабилизации процесса электролиза. Но, в отличие от указанного технического решения, в предлагаемом способе токонепроводящая зона (зона боковой футеровки) непрерывна, поэтому продольный перекос зеркала металла будет стабилен в течение всего периода работы ванны.- there are various ways to reduce the horizontal component of the current density in the melt. So, according to A.S. RF №1788091 (
В отличие от известных решений в области защиты соковой футеровки высоту нанесения покрытия можно изменять в пределах 0,3-1,0 высоты, но обязательно выполнение следующих требований: нижняя граница покрытия должна быть ниже границы раздела "электролит-металл", а верхняя - заподлицо с верхом футеровки, а также покрытие наносится непрерывным слоем.Unlike the well-known solutions in the field of juice lining protection, the coating height can be changed within 0.3-1.0 heights, but the following requirements must be met: the lower coating boundary must be below the electrolyte-metal interface, and the upper one should be flush with the top of the lining, and also the coating is applied in a continuous layer.
Новая совокупность признаков как известных, так и неизвестных в их тесной взаимосвязи позволяет получить технический результат более высокого уровня.A new set of features, both known and unknown, in their close relationship allows to obtain a technical result of a higher level.
В настоящее время в условиях ИркАЗа данный способ прошел предварительные испытания.Currently, under the conditions of IrkAZ, this method has passed preliminary tests.
Испытания проводились на промышленных электролизерах С8Б, С8БМ, С3. В качестве материала покрытия использовалась высокотемпературная краска на основе нитрида бора. Материал покрытия готовится заранее и в зависимости от требования к толщине покрытия консистенция может изменяться от текучего до вязко-текучего состояния.The tests were carried out on industrial electrolyzers S8B, S8BM, C3. As the coating material, high-temperature boron nitride based paint was used. The coating material is prepared in advance and depending on the requirements for the thickness of the coating, the consistency can vary from fluid to viscous-fluid state.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
После окончания монтажа электролизной ванны внутреннюю поверхность боковой футеровки окрашивают кистью, валиком или пульверизатором. Сушат в течение суток при температуре окружающей среды. Далее осуществляют пуск согласно технологической инструкции ИркАЗа.After the installation of the electrolysis bath is completed, the inner surface of the side lining is painted with a brush, roller or spray gun. Dried during the day at ambient temperature. Next, they launch according to the technological instructions of IrkAZ.
В процессе работы ванны с покрытием по предлагаемому способу периодически осуществлялся контроль получаемою металла на содержание бора и титана в металле. Одновременно осуществлялся отбор проб с ванны-свидетеля (без покрытия).During the operation of the coated bath according to the proposed method, the resulting metal was periodically monitored for the content of boron and titanium in the metal. At the same time, samples were taken from the witness bath (uncoated).
Контроль по бору и титану осуществлялся для констатации факта устойчивости покрытия в расплаве, так как известно, что бор рафинирует катодный металл от примесей Ti и V путем образования с ним мелкодисперсных боридов.Boron and titanium control was carried out to ascertain the stability of the coating in the melt, since it is known that boron refines the cathode metal from Ti and V impurities by forming finely dispersed borides with it.
Результаты контроля представлены на фиг.1 и 2.The control results are presented in figures 1 and 2.
Из фиг.1 видно, что у опытных ванн содержание титана выше, чем у свидетелей. Это значит, что бор покрытия стоек и в расплав не переходит.Figure 1 shows that the experimental baths have a higher titanium content than witnesses. This means that the boron of the coating is resistant to the melt and does not pass.
Данный факт подтверждается фиг.2. Содержание бора в опытных ваннах и ваннах-свидетелях практически одинаковое.This fact is confirmed by figure 2. The boron content in the experimental baths and witness baths is almost the same.
В заключение необходимо отметить, что испытания, проведенные на ИркАЗе, доказали эффективность использования покрытия по предлагаемому способу. Поэтому данный способ рекомендован к промышленному применению.In conclusion, it should be noted that the tests conducted at IrkAZ proved the effectiveness of using the coating according to the proposed method. Therefore, this method is recommended for industrial use.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137545/02A RU2270887C2 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137545/02A RU2270887C2 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003137545A RU2003137545A (en) | 2005-06-10 |
| RU2270887C2 true RU2270887C2 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=35833871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003137545/02A RU2270887C2 (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2270887C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553145C1 (en) * | 2012-10-25 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining of cathode device of electrolyser by unshaped materials |
| RU2593247C1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining of cathode device of electrolytic cell for aluminium production |
| RU2606374C1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining cathode device of electrolysis cell |
| RU2667270C1 (en) * | 2017-10-19 | 2018-09-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Lining layers in the aluminum cells cathode casing formation method and device for its implementation |
-
2003
- 2003-12-25 RU RU2003137545/02A patent/RU2270887C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553145C1 (en) * | 2012-10-25 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining of cathode device of electrolyser by unshaped materials |
| RU2593247C1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining of cathode device of electrolytic cell for aluminium production |
| RU2606374C1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of lining cathode device of electrolysis cell |
| RU2667270C1 (en) * | 2017-10-19 | 2018-09-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Lining layers in the aluminum cells cathode casing formation method and device for its implementation |
| US11566335B2 (en) | 2017-10-19 | 2023-01-31 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” | Formation of lining layers in the cathode shells of aluminum electrolytic reduction cells |
| US11885035B2 (en) | 2017-10-19 | 2024-01-30 | Obshchestvo S Organichennoy Otvetstvennost'yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” | Formation of lining layers in the cathode shells of aluminium electrolytic reduction cells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003137545A (en) | 2005-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5340448A (en) | Aluminum electrolytic cell method with application of refractory protective coatings on cello components | |
| NO843422L (en) | COMPONENTS FOR ALUMINUM PRODUCTION CELLS | |
| US6783656B2 (en) | Low temperature operating cell for the electrowinning of aluminium | |
| HU218031B (en) | Method and slurry for application of refractory boride coating for protection of carbonaceous component of cells for the production of aluminium, carbonaceous component of cells and cell for the production of aluminium | |
| NO831651L (en) | Aluminum electrolysis cells. | |
| PL185784B1 (en) | Method of producing a titanium boride containing coating | |
| CA2003660C (en) | Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells | |
| RU2270887C2 (en) | Method of mounting side lining of cathode device for aluminum electrolyzer | |
| JP2001518978A (en) | Support with protective coating | |
| EP1244824B1 (en) | Dense refractory material for use at high temperatures | |
| US4049511A (en) | Protective material made of corundum crystals | |
| CA2506219A1 (en) | Inert anode assembly | |
| NZ519430A (en) | Dense refractory material for use at high temperatures | |
| RU2724236C9 (en) | Method of protecting cathode blocks of aluminum electrolysis cells with burned anodes, a protective composition and a coating | |
| Becker et al. | TiB2-coated cathodes for aluminum smelting cells | |
| RU2281987C2 (en) | Porous aluminum-wetting ceramic material | |
| RU2401885C1 (en) | Method of protecting cathode assembly of aluminium electrolysis cell | |
| US20030224220A1 (en) | Dense refractory material for use at high temperatures | |
| Rybakova et al. | Stability of electroplated titanium diboride coatings in high-temperature corrosive media | |
| EP1366216B1 (en) | Cell for the electrowinning of aluminium operating with metal-based anodes | |
| KR100312134B1 (en) | Spray coating material having superior corrosion resistance to molten zinc in zinc pot | |
| RU2401886C1 (en) | Procedure for protection of cathode unit of aluminium electrolyser | |
| AU2002236145B2 (en) | Cell for the electrowinning of aluminium operating with metal-based anodes | |
| PL91835B1 (en) | ||
| AU2002236145A1 (en) | Cell for the electrowinning of aluminium operating with metal-based anodes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061226 |