×
25.08.2017
217.015.bddb

Результат интеллектуальной деятельности: АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ИСКУССТВЕННОЙ НАСТЫЛЬЮ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Электролизер содержит катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенными в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее один или несколько угольных анодов, соединенных с анодной шиной, размещенных в верхней части ванны и погруженных в расплавленный электролит. На периферийной поверхности подины между бортовыми блоками и линией проекции анода на катоде размещены огнеупорные электроизоляционные криолитоустойчивые материалы. Обеспечивается уменьшение межполюсного расстояния (МПР), напряжения и энергопотребления, увеличение выхода по току. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции электролизеров для получения алюминия.

Известен электролизер, содержащий катодное устройство и анодное устройство. Катодное устройство содержит ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными токоподводами, заключенными в металлический кожух. Между металлическим кожухом и угольными блоками размещены огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Анодное устройство содержит один или несколько угольных анодов, соединенных с анодной шиной. Аноды размещены в верхней части ванны и погружены в расплавленный электролит. (Х. Чанг, В. де Нора и Дж.А. Секхар «Материалы, используемые в производстве алюминия методом Эру-Холла». - Изд. Красноярск. гос. ун-т, Красноярск, 1998.)

Недостатком известной конструкции электролизера является то, что разработанные для нее технологии характеризуются весьма высоким удельным расходом энергии W, определяемым уравнением:

где V - напряжение на ванне, В; η - выход по току, k - электрохимический эквивалент [кг/кА*ч].

Обычно в технологиях получения алюминия W=13-15 кВтч/кг металла. Однако, этот расход энергии приблизительно в 2 раза больше, чем предсказываемый теоретически. Для этого есть две причины:

1. В напряжении V большую часть занимает омическое падение напряжения в электролите, определяемое величиной межэлектродного (межполюсного) расстояния (МПР). Обычно это расстояние составляет около 5 см.

2. Выход по току η снижается при резком увеличении взаимодействия (так называемое «обратное взаимодействие») анодных продуктов (углекислого газа) и катодных продуктов (растворенного алюминия) при увеличении гидродинамического перемешивания (циркуляции) электролита и/или металла.

3. В традиционной технологии после обжига и пуска, пока на периферийной поверхности катода не образуется естественная настыль, состоящая из смеси замерзшего электролита и глинозема, ток от границы раздела «электролит-катодный алюминий» устремляется в толще алюминия по пути наименьшего сопротивления к краю углеродного катодного блока подины, ближе к бортовой футеровке, т.е. туда, где в период пуска электролизера еще не образовалась естественная настыль. При этом образуются горизонтальные составляющие тока, которые взаимодействуют с магнитным полем ошиновки электролизера и согласно закону Ампера (правилу левой руки) приводят в МГД движение расплавленный катодный алюминий, следствием чего является увеличение вероятности обратной реакции окисления алюминия, т.е. уменьшение выхода по току. Для предотвращения уменьшения выхода по току вынужденно увеличивают межполюсное расстояние (МНР), т.е. увеличивают напряжение, тепловые потери и энергозатраты электролиза.

Таким образом, одним из важнейших недостатков вышеуказанной конструкции являются относительно высокое омическое сопротивление МПР и высокий расход энергии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является патент РФ №2149924 «Катодное устройство электролизера для получения алюминия», МПК С25С 3/08, опубл. 27.05.2000 г. Катодное устройство, содержащее металлический кожух, выполненный в виде короба с продольными и поперечными стенками, и днище. Днища и стенки футерованы огнеупорными и теплоизоляционными слоями, при этом поперечные стенки содержат дополнительный слой изоляции в виде искусственной настыли из холоднонабивной подовой массы, расположенный между теплоизоляционными плитами поперечных стенок и днища. Между огнеупорным и теплоизоляционным слоями днища расположен слой теплопроводящего материала, выполненный из графитизированных плит.

Недостатком прототипа является наличие искусственной настыли только вдоль стенок на поперечных сторонах ванны, что лишь увеличивает тепловые потоки в продольных направлениях, но никак не ускоряет приведение технико-экономических параметров электролиза к оптимальным значениям режима нормальной эксплуатации и не защищает футеровку вдоль продольных стенок катода.

Задачей изобретения является увеличение срока службы катода электролизера, снижение длительности пускового и послепускового периодов для снижения расхода электроэнергии.

Техническим результатом является уменьшение МПР, напряжения и энергопотребления, увеличение выхода по току.

Технический результат достигается тем, что в электролизере для производства алюминия, включающем катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенными в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее один или несколько угольных анодов, соединенных с анодной шиной, размещенных в верхней части ванны и погруженных в расплавленный электролит, согласно заявляемому изобретению на периферийной поверхности подины между бортовыми блоками и линией проекции анода на катоде размещены огнеупорные электроизоляционные криолитоустойчивые материалы.

Существуют частные варианты выполнения данного устройства, способствующие достижению указанного технического результата.

В качестве огнеупорного электроизоляционного криолитоустойчивого материала могут использовать плиты из карбида кремния и/или лом футеровки электролизеров, или магнезитовые кирпичи и/или лом футеровки электролизеров. Кроме того, огнеупорные электроизоляционные криолитоустойчивые материалы могут быть соединены между собой и катодом посредством огнеупорного клея.

Приведенные выше варианты частного выполнения по изобретению не являются единственно возможными. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной первым пунктом формулы.

В результате достигается существенная экономия энергии на ранней стадии работы электролизера в связи с возможностью уменьшения межполюсного расстояния (МПР) и напряжения электролизера, увеличивается срок службы катода алюминиевого электролизера, увеличивается выход по току.

В предлагаемом техническом решении, расположение дополнительного блока огнеупорного электроизоляционного криолитоустойчивого материала в зоне начала образования настыли, ближе к бортовой футеровке, уменьшает горизонтальные составляющие тока. Следовательно, увеличивается выход по току, уменьшается напряжение, тепловые потери и энергозатраты электролиза.

Закрытие периферийного шва катода плитами карбида кремния или магнезитовыми кирпичами приводит к защите периферийного шва от раннего проникновения электролита в периферийный шов, уменьшению натриевого расширения катода и увеличению срока службы катода электролизера.

В течение первых 2-3 недель после пуска ванна начинает зарастать гарнисажем и формировать настыли. В традиционной конструкции настыль состоит, в основном, из оксида алюминия и электролита. В предлагаемом техническом решении материал настыли частично замещен дополнительными плитами из карбида кремния, возможно из лома футеровки электролизеров (например, боя блоков карбида кремния).

Возможно приклеивание плит карбида кремния или магнезитовых кирпичей огнеупорным клеем к поверхности катода и между собой.

В отличие от прототипа, материалом искусственной настыли служат плиты из карбида кремния, или магнезитовые кирпичи, или плиты другого огнеупорного электроизоляционного криолитоустойчивого материала, возможно из отходов боя ранее использованного. Это обеспечивает дешевизну. При изготовлении материала искусственной настыли следует учитывать свойства выбранного материала. Выбранный материал должен иметь плотность выше плотности криолитоглиноземного расплава и жидкого алюминия, также иметь высокую теплопроводность и низкую электропроводность и высокую стойкость к криолитоглиноземному расплаву. Величина плотности материала выше плотности криолитоглиноземного расплава и расплава алюминия необходима для предотвращения перемещения блоков в электролизере. Высокая теплопроводность материала необходима для формирования на поверхности материала искусственной настыли слоя естественной настыли, защищающей материал от растворения в криолитоглиноземном расплаве в послепусковой период. Низкая электропроводность необходима для создания требуемой формы рабочего пространства, уменьшающей горизонтальные токи в алюминии и тем самым позволяющей уменьшить МПР при сохранении устойчивой работы электролизера, что, в свою очередь, уменьшает расход энергии.

В качестве материала искусственной настыли могут быть использованы различные материалы. Предлагается использование карбидокремниевых блоков, поскольку при взаимодействии с криолитоглиноземным расплавом на поверхности блока карбида кремния формируется слой SiO2, предотвращающий дальнейшее растворение блока в расплаве. Магнезитовый кирпич обладает меньшей стойкостью к криолитоглиноземному расплаву, однако, как предполагается, не растворяется в расплаве из-за низкой скорости движения (циркуляции) расплава в первые 48 часов работы электролизера. Обычно после первых 48 часов с начала пуска в электролизер заливают алюминий, закрывающий поверхности магнезитовых кирпичей. Поскольку магнезит не смачивается алюминием, на границе между магнезитом и алюминием появляется слой замерзшего криолита, защищающий кирпич при дальнейшей работе электролизера.

На фиг. 1 изображен электролизер, состоящий из угольного анода 1, подины из катодных угольных блоков 2 с токоподводящими блюмсами 3, слоем криолит-глиноземного электролита 4 и слоя катодного алюминия 5, бортовых блоков 6, периферийного набивного шва 7, гарнисажа 8 и искусственной настыли 9, выполненной из огнеупорного электроизоляционного криолитоустойчивого материала в форме плиты из карбида кремния.

Пример 1.

В таблицах 1-6 даны результаты лабораторных испытаний цилиндрических образцов отходов боя плит из карбида кремния (табл. 1-2) и магнезитовых кирпичей (табл. 3-6) при воздействии потока расплава/электролита в диапазоне скоростей 8-32 см/с.

Из таблиц 1-6 видно, что абсолютное и относительное изменение массы и размеров образцов карбида кремния отходов боя плит из карбида кремния (табл. 1-2) и магнезитовых кирпичей (табл. 3-6) при воздействии потока расплава электролита в диапазоне скоростей 8-32 см/с составляет незначительную величину и пригодно для использования в качестве искусственной настыли катода алюминиевого электролизера.

Таким образом, применение материала искусственной настыли из плит карбида кремния или магнезитовых кирпичей является достаточно простым, не требует использования трудоемких технологических процессов и сложного оборудования. Материал настыли по своим свойствам (по величине теплопроводности, электропроводности, плотности и стойкости к криолитоглиноземному расплаву) удовлетворяет требованиям, для материала искусственной настыли, обеспечивает уменьшение длительности пускового режима электролизера, уменьшение МПР, напряжения и энергопотребления, увеличение выхода по току и срока службы катода электролизера.


АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ИСКУССТВЕННОЙ НАСТЫЛЬЮ
АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ИСКУССТВЕННОЙ НАСТЫЛЬЮ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 161-170 из 256.
10.05.2018
№218.016.42ee

Способ выплавки технического кремния

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства технического кремния в электрических печах, и может быть использовано для повышения качества кремния во время ведения восстановительной плавки. Способ включает дозирование, смешение, загрузку и непрерывное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649423
Дата охранного документа: 03.04.2018
10.05.2018
№218.016.4833

Шихта для получения технического кремния

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому получению технического кремния. Шихта для получения технического кремния включает кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь и древесную щепу, при этом она дополнительно содержит брикет из полукокса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651032
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.4bcb

Способ и устройство для определения состава электролита

Изобретение относится к способу и устройству для определения состава электролита на основе дифференциально-термических измерений для управления процессом электролиза алюминия. Устройство состоит из металлического блока, включающего эталон и емкость для отбора пробы электролита, температурных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651931
Дата охранного документа: 24.04.2018
10.05.2018
№218.016.4eca

Режущий сегмент инструмента, инструмент для обработки обожженных углеродных анодов и способ обработки с помощью инструмента

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессу пиления пазов в обожженных углеродных анодах, используемых при электролитическом получении алюминия, а именно к устройству с режущими сегментами и способу обработки обожженных углеродных анодов. Режущие сегменты поочередно с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652679
Дата охранного документа: 28.04.2018
16.06.2018
№218.016.6261

Катодный токоподводящий стержень алюминиевого электролизера

Изобретение относится к устройству катодного токоподводящего стержня для катодного устройства алюминиевого электролизера. Катодный токоподводящий стержень содержит металлическую основу с внутренней полостью и вкладыш, выполненный из материала с высокой удельной электропроводностью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657682
Дата охранного документа: 14.06.2018
16.06.2018
№218.016.6277

Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов. Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включает введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, при этом перед введением в расплав алюминия жидкий кремний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657681
Дата охранного документа: 14.06.2018
16.06.2018
№218.016.62b9

Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов

Изобретение относится к способу приготовления галогенидсодержащих флюсов. Способ включает взвешивание компонентов флюса, порционную загрузку в печь и плавление галогенидов, составляющих основу флюса, с последующим введением в расплав остальных галогенидов металлов, перемешивание расплава флюса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657680
Дата охранного документа: 14.06.2018
16.06.2018
№218.016.637a

Способ получения катанки из термостойкого сплава на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии получения алюминиевых сплавов, и может быть использовано для получения изделий электротехнического назначения, способных работать при повышенных температурах. Способ получения катанки из термостойкого сплава на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657678
Дата охранного документа: 14.06.2018
04.07.2018
№218.016.6a35

Кристаллизатор для литья алюминиевых слитков

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при непрерывном литье алюминиевых слитков. Кристаллизатор содержит корпус (1) и крышку (2). Внутри крышки выполнено устройство подачи смазки, состоящее из проточки (5), выполненной со стороны внешнего контура крышки, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659548
Дата охранного документа: 02.07.2018
04.07.2018
№218.016.6a81

Литейный алюминиево-кремниевый сплав

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Литейный алюминиево-кремниевый сплав содержит, мас....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659514
Дата охранного документа: 02.07.2018
Показаны записи 161-170 из 188.
23.08.2018
№218.016.7e63

Способ выравнивания подошвы анода алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу выравнивания подошвы анода алюминиевого электролизера. Способ включает подачу под анод глинозема под давлением 1-2 атм, при этом первую подачу глинозема осуществляют через 2-4 часа после установки нового анода в электролизер, дальнейшие подачи глинозема...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664585
Дата охранного документа: 21.08.2018
13.12.2018
№218.016.a62c

Способ модифицирования алюминия и его сплавов

Изобретение относится к металлургии. Лигатурный пруток вводят через загубленную в расплав фурму одновременно с инертным газом в поток расплавленного металла. На металл с растворенным лигатурным прутком воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком. Излучатель колебаний располагают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674553
Дата охранного документа: 11.12.2018
02.02.2019
№219.016.b5f3

Способ переработки отработанных катализаторов, содержащих благородные металлы и рений

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано при переработке отработанных катализаторов на основе оксидов алюминия, кремния, магния, содержащих благородные металлы и рений. Отработанные катализаторы засыпают в электролизер, содержащий анод, катод и один...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678627
Дата охранного документа: 30.01.2019
21.03.2019
№219.016.eb01

Способ снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере

Изобретение относится к способу снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере с обожженным анодом. Способ включает нанесение покрытия в виде раствора или суспензии, обладающего низким электрическим сопротивлением, на элементы, контактирующие с угольным блоком электролизера, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682507
Дата охранного документа: 19.03.2019
06.04.2019
№219.016.fe07

Способ очистки дымовых газов тепловых устройств от токсичных соединений

Изобретение относится к области очистки от токсичных соединений дымовых газов тепловых устройств, работающих на сернистых видах топлива, твердыми адсорбентами, например, шламовыми отходами глиноземного производства и может быть использовано в энергетической, металлургической и других отраслях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684088
Дата охранного документа: 03.04.2019
10.04.2019
№219.017.0313

Устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, и в частности к устройству для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера при получении алюминия электролизом. Устройство содержит балку-коллектор с двойными вертикальными стенками и газоходными каналами переменного сечения, высота которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002316620
Дата охранного документа: 10.02.2008
10.04.2019
№219.017.0344

Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к способам обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами. Способ обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами включает покрытие подины, выполненной из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002318920
Дата охранного документа: 10.03.2008
10.04.2019
№219.017.05c0

Катодное устройство электролизера для получения алюминия

Изобретение относится к катодному устройству электролизера для получения алюминия. Катодное устройство содержит футерованный катодный кожух, опирающийся на фундамент через промежуточную опорную раму, состящую из отдельных секций, причем на концах крайних секций выполнено не менее четырех...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002321683
Дата охранного документа: 10.04.2008
29.04.2019
№219.017.3e6c

Многополярная электролизная ванна для получения жидких металлов электролизом расплавов и способ установки электролизных ванн

Группа изобретений относится к цветной металлургии, а именно к конструкциям для производства металлов электролизом расплавленного электролита, в частности алюминия, и способу установки электролизных ванн. Получаемыми металлами помимо алюминия могут быть магний, литий, натрий, свинец....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002275443
Дата охранного документа: 27.04.2006
29.04.2019
№219.017.4479

Анодный токоподвод алюминиевого электролизера

Изобретение относится к конструкции анодного токоподвода электролизера для получения алюминия. Анодный токоподвод алюминиевого электролизера, состоящий из вертикального наращиваемого стержня, выполнен из соединенных встык с созданием электрического контакта керамических открытопористых и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456382
Дата охранного документа: 20.07.2012
+ добавить свой РИД