×
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 171-180 из 256.
04.07.2018
№218.016.6abc

Термостойкий сплав на основе алюминия

Изобретение относится к технологии алюминиевых сплавов и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах. Алюминиевый сплав, содержащий цирконий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей железо и никель, имеет структуру, представляющую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659546
Дата охранного документа: 02.07.2018
08.07.2018
№218.016.6dfe

Электрод алюминиевого электролизера (варианты)

Изобретение относится к вертикальным или наклонным электродам электролизера для электролитического получения алюминия из оксида алюминия. Электрод содержит основу электрода и поверхностное покрытие на основе тугоплавкой керамики. По первому варианту изобретения основа электрода выполнена из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660448
Дата охранного документа: 06.07.2018
28.08.2018
№218.016.800e

Способ литья алюминиевых плоских слитков

Изобретение относится к металлургии. Расплав алюминия подготавливают в миксере. Дегазируют и подают в расплав алюминия прутковую лигатуру состава AlTiB 5/1 в объеме не более 3 кг/т расплава, при этом температуру расплава алюминия в кристаллизаторе поддерживают 700-710°С. Осуществляют фильтрацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665026
Дата охранного документа: 24.08.2018
09.09.2018
№218.016.8537

Способ получения восстановителя для производства технического кремния

Изобретение относится к технологии производства восстановителей для металлургии. Предложен способ переработки углеродсодержащего сырья с получением восстановителя для производства технического кремния, который включает термообработку углеродсодержащего сырья в кипящем слое при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666420
Дата охранного документа: 07.09.2018
22.09.2018
№218.016.8932

Способ формирования футеровочных слоев в катодном кожухе алюминиевых электролизеров и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству для футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия. Способ включает укладку материалов одновременно с его распределением по поверхности цоколя и выравниванием по уровню, отсчитываемому от плоскости верхнего края кожуха катодного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667270
Дата охранного документа: 18.09.2018
04.10.2018
№218.016.8e53

Устройство для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере

Изобретение относится к устройству для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере с предварительно обожженными анодами. Устройство содержит систему газоходов, содержащую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668617
Дата охранного документа: 02.10.2018
04.10.2018
№218.016.8f0b

Способ получения длинномерных цилиндрических стержней из материалов на основе ti-al-c

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению длинномерных цилиндрических стержней из материалов на основе Ti-Al-C. Может быть использовано для получения электродных материалов при электролизе цветных металлов. Способ включает предварительное перемешивание исходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668638
Дата охранного документа: 02.10.2018
04.10.2018
№218.016.8f10

Способ вакуумной обработки алюминия и алюминиевых сплавов

Изобретение относится к рафинированию алюминия и его сплавов от водорода и других неметаллических включений. Способ включает вакуумную обработку алюминия и его сплавов в вакуум-транспортном ковше с крышкой во время охлаждения металла перед заливкой в миксер и выдержку жидкого металла в вакууме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668640
Дата охранного документа: 02.10.2018
05.10.2018
№218.016.8f53

Газоочистной блок очистки электролизных газов с газоочистным модулем, содержащим фильтр рукавный и реактор

Группа изобретений относится к цветной металлургии и предназначена для очистки газов электролизного производства алюминия от фтористого водорода и других примесей. Газоочистной блок очистки электролизных газов, отходящих от корпусов производства алюминия, включая очистку газа от фтористого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668926
Дата охранного документа: 04.10.2018
16.10.2018
№218.016.92c3

Способ получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов

Изобретение относится к способу получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов. Способ включает растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандиевого раствора от примесей, отделение осадка от скандиевого раствора, его обработку щелочным агентом,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669737
Дата охранного документа: 15.10.2018
Показаны записи 171-180 из 188.
18.05.2019
№219.017.58be

Катодный кожух электролизера для получения алюминия

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров. Ванна катодного кожуха состоит из продольных и торцевых стенок, связанных между собой днищем. Металлическая ванна установлена внутри жесткого каркаса, образованного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002326187
Дата охранного документа: 10.06.2008
18.05.2019
№219.017.58d2

Катодный кожух электролизера для получения алюминия

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к конструктивным элементам алюминиевых электролизеров. Катодный кожух алюминиевого электролизера включает футеруемую внутри металлическую ванну с продольными стенками с окнами для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002324009
Дата охранного документа: 10.05.2008
18.05.2019
№219.017.5b9c

Устройство для сбора и эвакуации анодных газов из-под укрытия электролизера с обожженными анодами

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для улавливания выбросов при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией укрытий. Устройство для сбора и эвакуации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002468127
Дата охранного документа: 27.11.2012
30.05.2019
№219.017.6b93

Установка для непрерывного литья, прокатки, прессования и волочения сварочной проволоки и лигатурных прутков из цветных металлов и сплавов

Изобретение относится к литью металла, совмещенному с его прокаткой и волочением, и может быть использовано для получения сварочной проволоки и лигатурных прутков из цветных металлов. Установка содержит печь-миксер, кристаллизатор роторного типа, валковый узел с двумя водоохлаждаемыми валками,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689460
Дата охранного документа: 28.05.2019
30.05.2019
№219.017.6ba4

Устройство для производства алюминия высокой чистоты с безуглеродными анодами электролизом и способ его осуществления

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к устройству для производства алюминия высокой чистоты (АВЧ) электролизом расплавленных солей с применением безуглеродных анодов. Устройство содержит корпус с подиной, футерованной огнеупорными материалами, по меньшей мере, одну пористую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689475
Дата охранного документа: 28.05.2019
19.06.2019
№219.017.8b24

Устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера содерберга

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к оборудованию для электролитического получения алюминия, а конкретно к устройствам для улавливания и удаления отходящих газов алюминиевых электролизеров Содерберга. Устройство для сбора и удаления газов содержит газосборный колокол,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002443804
Дата охранного документа: 27.02.2012
14.08.2019
№219.017.bf71

Анодный блок алюминиевого электролизера

Изобретение относится к анодному блоку алюминиевых электролизеров. Анодный блок алюминиевого электролизера выполнен с расположенными на его нижней рабочей поверхности каналами, для этого в подошве анода размещены изготовленные из алюминиевого прутка алюминиевые решетки, расположенные под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697149
Дата охранного документа: 12.08.2019
14.08.2019
№219.017.bf87

Способ окисления углерода, содержащегося в электролите алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу окисления углерода электролита алюминиевого электролизера. Способ включает подачу воздуха в электролит, при этом подают отработанный сжатый осушенный воздух от пневмоцилиндра привода штока загрузочного устройства дозирования сырья алюминиевого электролизера в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697141
Дата охранного документа: 12.08.2019
02.10.2019
№219.017.cb8e

Вакуумный ковш для выливки жидкого металла

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выливке алюминия из электролизеров, транспортировки в литейное отделение и заливки его в миксер. Вакуумный ковш содержит металлический корпус (4), футерованный огнеупорным материалом, грузоподъемную траверсу (3), съемную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701613
Дата охранного документа: 30.09.2019
02.10.2019
№219.017.cec1

Лабораторная установка для исследований анодных процессов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к лабораторной установке для исследований анодных процессов алюминиевого электролизера. Установка содержит шахтную электропечь, две электролизные ячейки с исследуемым электролитом, помещенные в стальную реторту с графитовым порошком, представляющие собой графитовые тигли с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700904
Дата охранного документа: 23.09.2019
+ добавить свой РИД