RU2449060C2 - Electrolysis unit bottom for obtaining aluminium - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to metallurgy, and namely to devices used during aluminium manufacture with electrolytic method. Electrolysis unit bottom for obtaining of aluminium includes bottom units with slots, current-carrying bars, inter-unit connection in the form of refractory elements from silicone carbide, which are connected by means of inter-unit pulley from bottom mass and having the length equal to length of bottom unit, and the height equal to 0.35-1 of height of inter-unit joint.

EFFECT: providing the possibility of increasing service life of cathode device of aluminium electrolysis unit owing to improving the stability of inter-unit joint to sodium penetration, improving the stability to bottom destruction with compensation of its burning-out, improving grade of manufactured metal and reducing specific power consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам, как правило, технологического назначения, используемым при производстве алюминия электролитическим способом.The invention relates to metallurgy, and in particular to devices, as a rule, for technological purposes, used in the production of aluminum by the electrolytic method.

Известна «Подина электролизера», содержащая углеродистые блоки с пазами и межблочные швы, отличающаяся тем, что боковые стенки углеродистых блоков выполнены со скосами, плавно переходящими в пазы, например цилиндрические, в которые помещены сопрягаемые с ними уплотнители, выполненные, например, в виде стальных труб (патент RU №2068035, опубл. 20.10.1996). В уплотнителях выполнены термокомпенсаторы в виде винтовой канавки вдоль трубы.The well-known "bottom of the electrolyzer" containing carbon blocks with grooves and interblock seams, characterized in that the side walls of the carbon blocks are made with bevels, smoothly turning into grooves, for example cylindrical, in which are placed mating seals made of, for example, in the form of steel pipes (patent RU No. 2068035, publ. 20.10.1996). In the gaskets, temperature compensators are made in the form of a helical groove along the pipe.

Недостатком данного устройства является сложная конфигурация пазов. Применение стальных труб в качестве уплотнителя увеличивает затраты при монтаже, а также нарушает токораспределение в ванне. В случае разрушения подины повышается вероятность более существенного снижения сортности алюминия, при этом вызывает затруднение диагностирование причины ухудшения качества металла.The disadvantage of this device is the complex configuration of the grooves. The use of steel pipes as a sealant increases installation costs and also disrupts the current distribution in the bath. In the case of the destruction of the hearth, the likelihood of a more significant decrease in the grade of aluminum increases, while it is difficult to diagnose the cause of the deterioration of the quality of the metal.

Известна «Подина алюминиевого электролизера», в которой уровень углеродсодержащего межблочного шва расположен ниже уровня рабочей поверхности подобного блока (патент RU №2085619, опубл. 27.07.1997). Уровень шва может совпадать с уровнем нижнего (большего) основания трапецеидальной части подового блока. Высота уровня углеродсодержащего межблочного шва составляет 1,0-2,0 высоты паза нижней части подового блока. Образующаяся трапецеидальная полость в верхней части шва заполняется неэлектропроводящим материалом (глиноземом).The well-known "bottom of the aluminum electrolyzer", in which the level of the carbon-containing interblock seam is located below the level of the working surface of such a block (patent RU No. 2085619, publ. 07.27.1997). The level of the seam may coincide with the level of the lower (larger) base of the trapezoidal part of the hearth block. The level height of the carbon-containing interblock seam is 1.0-2.0 of the groove height of the bottom of the hearth block. The resulting trapezoidal cavity in the upper part of the seam is filled with non-conductive material (alumina).

Недостатком данного устройства является ухудшение токораспределения и увеличение падения напряжения в результате использования неэлектропроводящего материала подине. Появление объемного расширения подовых блоков при эксплуатации электролизера приводит к нарушению структуры глиноземного участка шва, пропитанного смолистыми возгонами при коксовании нижнего углеродистого слоя шва, выполненного из подовой массы. При этом снижается качество обжига межблочного шва в целом и появляется вероятность проникновения расплава в подину. Также возможно вымывание глиноземного осадка в результате движения расплава или при проведении технологической обработки.The disadvantage of this device is the deterioration of the current distribution and the increase in voltage drop due to the use of non-conductive material bottom. The appearance of volume expansion of the hearth blocks during operation of the electrolyzer leads to a disruption in the structure of the alumina portion of the weld impregnated with tarry sublimates during coking of the lower carbon layer of the weld made from the hearth mass. At the same time, the quality of firing of the interblock seam as a whole decreases and the probability of melt penetrating into the bottom appears. It is also possible to wash alumina sediment as a result of melt movement or during processing.

Известна «Подина электролизера для получения алюминия и способ ее монтажа» (патент RU №2037565, опубл. 19.06.1995), в которой подовые угольные блоки с блюмсами укладываются на цоколь, а межблочные швы заполняются послойно. Один из промежуточных слоев выполняется из смеси борида титана, титана и связующего толщиной 0,05-0,1 высоты блока и располагается на уровне 0,25-10 этой высоты от верхнего основания.The well-known "the bottom of the electrolyzer to obtain aluminum and the method of its installation" (patent RU No. 2037565, publ. 06/19/1995), in which the hearth coal blocks with blooms are laid on the base, and the interblock seams are filled in layers. One of the intermediate layers is made of a mixture of titanium boride, titanium and a binder with a thickness of 0.05-0.1 block height and is located at the level of 0.25-10 this height from the upper base.

Недостатком данной подины является применение дорогостоящих материалов, которые малоэффективны к проникающему воздействию расплава.The disadvantage of this hearth is the use of expensive materials that are ineffective against the penetrating effect of the melt.

Известна «Подина электролизера для получения алюминия» (патент SU №1477786, опубл. 07.05.1989), принятая за прототип. Подина содержит углеграфитовые подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни и межблочные соединения. В качестве межблочного соединения использованы углеграфитовые элементы с высотой, равной 0,2-1,0 высоты межблочного соединения, введенных между углеграфитовыми блоками и заполненных углеродистой массой.The well-known "the bottom of the electrolyzer for aluminum" (patent SU No. 1477786, publ. 07.05.1989), adopted as a prototype. The hearth contains carbon-graphite hearth blocks with grooves, current-carrying rods and interblock connections. As the interblock connection, carbon-graphite elements with a height equal to 0.2-1.0 of the height of the interblock connection introduced between the carbon-graphite blocks and filled with carbon mass were used.

Недостатком известного устройства является, во-первых, низкая стойкость к деформации, в результате чего образуются микротрещины, и, во-вторых, недостаточная стойкость к проникающему воздействию компонентов расплава, что приводит к преждевременному выходу из строя катодного устройства электролизера.A disadvantage of the known device is, firstly, low resistance to deformation, resulting in microcracks, and, secondly, insufficient resistance to penetrating effects of the components of the melt, which leads to premature failure of the cathode device of the electrolyzer.

Стойкость к деформации подовых блоков и межблочных соединений в данной конструкции обеспечивается за счет введения углеграфитовых элементов между подовыми блоками. Так как во время обжига происходит увеличение линейных размеров всех элементов подины, а углеграфитовые элементы вводятся небольшими отдельными элементами, происходит неравномерное распределение напряжения по длине подового блока. Это приводит к искривлению межблочного шва в местах, заполненных углеродистой массой, с максимальным изгибом по углам углеграфитовых элементов, что является причиной образования трещин в подовом блоке и шве.Resistance to deformation of the hearth blocks and interblock joints in this design is ensured by the introduction of carbon-graphite elements between the hearth blocks. Since during firing, the linear dimensions of all the hearth elements increase, and the carbon-graphite elements are introduced by small individual elements, an uneven voltage distribution occurs along the length of the hearth block. This leads to a curvature of the interblock weld in places filled with carbon mass, with a maximum bend at the corners of the carbon-graphite elements, which causes cracks in the hearth block and the weld.

Высокая вероятность образования глубоких трещин по углам углеграфитовых элементов способствует проникновению компонентов расплава вглубь подины и разрушению футеровки. Так как углеграфитовые элементы располагаются отдельными элементами вдоль подового блока, это не может предотвратить проникновение расплава по всей длине межблочного соединения. Так как места контакта подового блока с углеграфитовой вставкой испытывают большие напряжения сжатия из-за отсутствия на границе достаточного количества подовой массы, что может привести к вспучиванию подины вблизи углеграфитовой вставки и, как следствие, вызвать нарушение токораспределения и образованию микротрещин, в которые проникает расплав и в свою очередь вызывает разрушение подины.The high probability of the formation of deep cracks in the corners of carbon-graphite elements facilitates the penetration of the melt components deep into the hearth and the destruction of the lining. Since carbon-graphite elements are located as separate elements along the hearth block, this cannot prevent the penetration of the melt along the entire length of the interblock connection. Since the contact points of the hearth block with the carbon graphite insert undergo large compressive stresses due to the absence of a sufficient amount of hearth mass at the boundary, which can lead to the expansion of the hearth near the carbon graphite insert and, as a result, cause a violation of current distribution and the formation of microcracks into which the melt and in turn, causes the destruction of the hearth.

В основу изобретения положена задача разработать подину алюминиевого электролизера, конструкция которого обеспечивала бы высокую стойкость подовых блоков к деформации во время обжига и низкую вероятность проникновения расплава внутрь подины, что позволит увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии.The basis of the invention is the task of developing the hearth of an aluminum electrolyzer, the design of which would provide high resistance of the hearth blocks to deformation during firing and a low probability of penetration of the melt inside the hearth, which will increase the service life of the cathode device of the aluminum electrolyzer, improve the grade of the metal produced, and reduce the specific energy consumption .

Технический результат достигается тем, что в подине электролизера для получения алюминия, содержащей подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни, межблочное соединение в виде элементов, соединенных межблочным швом из подовой массой, элементы межблочного соединения выполнены в виде огнеупорных элементов из карбида кремния с длиной, равной длине подового блока, и высотой 0,35-1,00 от высоты межблочного соединения, а высота межблочного шва из подовой массы составляет 0,3-0,5 от высоты межблочного соединения.The technical result is achieved by the fact that in the bottom of the electrolytic cell to produce aluminum, containing the hearth blocks with grooves, current-conducting rods, interblock connection in the form of elements connected by an interblock seam from the hearth mass, the interblock connection elements are made in the form of silicon carbide refractory elements with a length equal to the length of the hearth block, and a height of 0.35-1.00 of the height of the interblock connection, and the height of the interblock seam from the hearth mass is 0.3-0.5 of the height of the interblock connection.

Использование в межблочных соединениях подовых блоков огнеупорных элементов из карбида кремния, имеющих длину, равную длине подового блока, и высоту, равную 0,35-1,0 высоте подового блока, использование в качестве межблочного соединения подовой массы обеспечивает плотное сцепление элементов подины, предотвращение растрескивания в результате расширения подовых блоков за счет выдавливания подовой массы, повышение барьерной защиты от проникающего воздействия натрия и расплава в зоны токоотводящих штырей. Выполнение огнеупорных элементов высотой 0,35-1,0 от высоты межблочного соединения и межблочного шва из подовой массы высотой 0,3-0,5 от высоты межблочного соединения исключает образование неровностей в подине при обжиге и пуске, что позволит снизить нарушение токораспределения. Это позволяет увеличить срок службы подины, повысить сортность производимого алюминия, снизить удельный расход электроэнергии.The use of silicon carbide refractory elements in the interblock joints of the hearth blocks having a length equal to the length of the hearth block and a height equal to 0.35-1.0 the height of the hearth block, the use of the hearth mass as an interblock connection ensures tight adhesion of the hearth elements, preventing cracking as a result of the expansion of the hearth blocks due to the squeezing of the hearth mass, an increase in the barrier protection against the penetrating effect of sodium and melt in the zones of the current-carrying pins. The implementation of refractory elements with a height of 0.35-1.0 from the height of the interblock connection and the interblock weld from the hearth mass with a height of 0.3-0.5 from the height of the interblock connection eliminates the formation of irregularities in the hearth during firing and start-up, which will reduce current distribution disturbance. This allows you to increase the service life of the hearth, to increase the grade of aluminum produced, to reduce the specific energy consumption.

На фигуре 1 показана подина алюминиевого электролизера в продольном разрезе. Подина содержит межблочные огнеупорные элементы 1, подовую массу 2, подовые блоки 3, боковые карбидокремниевые или углеграфитовые блоки 4, токоотводящие стержни 5, теплоизоляционную футеровку 6.The figure 1 shows the bottom of an aluminum electrolyzer in longitudinal section. The hearth contains interblock refractory elements 1, the hearth mass 2, the hearth blocks 3, the lateral silicon carbide or carbon graphite blocks 4, the current-removing rods 5, the insulating lining 6.

Подина является составной частью алюминиевого электролизера. Рабочая среда - расплавленный алюминий и фтористые соли при температуре 930÷1100°C.The hearth is an integral part of the aluminum electrolyzer. Working medium - molten aluminum and fluoride salts at a temperature of 930 ÷ 1100 ° C.

Пример. Подина выполнена из 24 катодных секций с монолитным полуграфитовым подовым блоком и составными токопроводящими стержнями, закрепленными в подовом блоке посредством чугуна. В межблочные швы вмонтированы карбидокремниевые элементы размером 3100×35×270. Верхняя часть межблочного шва выполнена из подовой массы. Обжиг проводят с помощью газопламенных горелок до температуры 970-990°C. Сравнительные испытания проводят для двух вариантов выполнения подины - когда межблочные швы заполняются подовой массой, и предлагаемого, когда в межблочные швы монтируются огнеупорные элементы на всю длину межблочного шва и сверху уплотняются подовой массой. Электролизер с предлагаемой подиной был отключен через 2217 суток после пуска. В среднем срок службы электролизеров данного типа со стандартной подиной составляет 1800 суток. Сухая выбойка подины показала, что разрушения блюмса были не критичны и ванна могла бы еще работать.Example. The hearth is made of 24 cathode sections with a monolithic semi-graphite hearth block and composite conductive rods fixed in the hearth block by means of cast iron. Silicon carbide elements 3100 × 35 × 270 in size are mounted in the interblock seams. The upper part of the interblock seam is made of a hearth mass. Firing is carried out using gas-flame burners to a temperature of 970-990 ° C. Comparative tests are carried out for two embodiments of the hearth - when the interblock seams are filled with a hearth mass, and the proposed one, when refractory elements are mounted in the interblock seams for the entire length of the interblock seam and are sealed from above with a hearth mass. The electrolyzer with the proposed hearth was turned off 2217 days after the start. On average, the life of electrolyzers of this type with a standard hearth is 1800 days. The dry break of the hearth showed that the destruction of the bloom was not critical and the bath could still work.

Изобретение обеспечивает высокую стойкость подовых блоков к деформации во время обжига и низкую вероятность проникновения расплава внутрь подины, что позволяет увеличить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера, улучшить сортность производимого металла, снизить удельный расход электроэнергии.The invention provides high resistance of the hearth blocks to deformation during firing and a low probability of penetration of the melt inside the hearth, which allows to increase the service life of the cathode device of the aluminum electrolyzer, improve the grade of the metal produced, and reduce the specific energy consumption.

Claims (1)

Подина электролизера для получения алюминия, содержащая подовые блоки с пазами, токоподводящие стержни, межблочное соединение в виде элементов, соединенных межблочным швом из подовой массы, отличающаяся тем, что элементы межблочного соединения выполнены в виде огнеупорных элементов из карбида кремния длиной, равной длине подового блока, и высотой 0,35-1,00 высоты межблочного соединения, а высота межблочного шва из подовой массы составляет 0,3-0,5 высоты межблочного соединения. The bottom of the electrolytic cell for producing aluminum, containing bottom blocks with grooves, current-carrying rods, an interblock connection in the form of elements connected by an interblock seam from a hearth mass, characterized in that the interblock connection elements are made in the form of silicon carbide refractory elements with a length equal to the length of the hearth block, and a height of 0.35-1.00 of the height of the interblock connection, and the height of the interblock seam from the hearth mass is 0.3-0.5 of the height of the interblock connection.

Images