футеровка катодной части алюминиевого электролизера

Формула изобретения

Футеровка катодной части алюминиевого электролизера, выполненная из слоев огнеупорного и теплоизоляционного материалов и размещенного между ними слоя из красного кирпича с образованием вертикальных пустот-колодцев, отличающаяся тем, что пустоты-колодцы образованы выполненными в кирпичах сквозными щелями при укладке кирпичей с вертикальным расположением щелей, причем соотношение суммарного объема пустот и сплошной части кладки составляет 1 (2 4).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом расплавленных солей, и может быть использовано при монтаже катодной футеровки алюминиевого электролизера.

Известна футеровка катодной части алюминиевого электролизера, выполненная из слоев огнеупорного и теплоизоляционного материалов и размещенного между ними слоя красного кирпича с образованием пустот сквозными каналами в кирпиче и расположенными ярусами по высоте от основания слоя кирпича с шагом между ярусами, равным (0,16 0,30) толщины слоя кирпича [1]

Недостатком данной футеровки является сложность создания горизонтальных каналов, что ведет к увеличению затрат на монтаж такой футеровки. Кроме того, толщина серо белого слоя, образующегося под угольной подиной в процессе эксплуатации электролизера, достигает значительной величины, что отрицательно влияет на целостность угольной подины.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результат является футеровка катодной части алюминиевого электролизера, выполненная из слоев огнеупорного и теплоизоляционного материалов и размещенных между ними слоев красного кирпича с пустотами в виде сужающихся колодцев при соотношении объемов пустот и сплошной кладки 1:(7-9) [2]

Недостатком известного решения является сложность создания пустот - колодцев, на монтаж которых требуются значительные затраты, невысокое тепловое сопротивление футеровки из-за малого соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки (доля пустот в объеме промежуточного слоя составляет всего 10 12,5%) не обеспечивает снижения тепловых потерь днищем электролизера, что не позволяет в значительной степени уменьшить расход электроэнергии на получение электролитического алюминия. Кроме того, из-за малого соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки толщина серо белого слоя, образующегося под угольной подиной в процессе эксплуатации электролизера, достигает значительной величины, что отрицательно влияет на целостность угольной подины. Срок службы электролизера уменьшается.

Целью изобретения является снижение затрат на монтаж катодной футеровки, уменьшение расхода электроэнергии и увеличение срока службы электролизера.

Цель достигается тем, что пустоты колодцы в слое из красного кирпича, размещенного между слоями огнеупорного и теплоизоляционного материалов, образованы сквозными щелями в кирпиче, расположенными в промежуточном слое вертикально, причем соотношение суммарного объема пустот и сплошной части кладки составляет 1 (2 4).

Снижение затрат на монтаже катодной футеровки достигается за счет упрощения создания в промежуточном слое пустот колодцев, которые образованы кладкой щелевого красного кирпича, кладка осуществлена аналогично кладке данного слоя из обычного красного кирпича с той лишь разницей, что щели в слое расположены вертикально. При этом обеспечивается высокое соотношение суммарного объема пустот и сплошной кладки (доля суммарного объема пустот в промежуточном слое составляет 20 33%), за счет этого в значительной степени повышается тепловое сопротивление катодной футеровки, а значит, снижаются тепловые потери катодным днищем в результате снижения его температуры, что ведет к снижению расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия. Кроме того, увеличение соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки обеспечивает уменьшение толщины серо белого слоя, образующегося под угольной подиной в процессе эксплуатации электролизера, что способствует увеличению срока службы последнего.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами.

Уменьшение соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки менее 1 4 ведет к увеличению расхода электроэнергии, а увеличение более 1 2 нецелесообразно из-за образования тонких перемычек между щелями, что снижает надежность целостности слоя из красного кирпича и катодной футеровки в целом.

В результате поиска по патентной и научно технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый объект изобретения от прототипа, а именно позволяющими обеспечить упрощение создания пустот колодцев при одновременном увеличении соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки.

Пример исполнения футеровки катодной части алюминиевого электролизера показан на чертеже.

Футеровка содержит бортовой угольный блок 1, расположенный на шамотной бровке 2, огнеупорную засыпку 3, подовые блоки 4, соединенные между собой швами 5, токоподводящие стержни 6, огнеупорный слой 7, теплоизоляционный слой 8 и промежуточный слой 9 из щелевого красного кирпича, из щелей которого образованы пустоты колодцы 10.

Пример 1. На металлическое днище после выравнивающей подсыпки крупки из огнеупорного теплоизоляционного материала укладывают два три ряда теплоизоляционного материала, например, из диатома, на которые размещают слой красного кирпича, имеющего сквозные щели. Кирпичи укладывают с вертикальным расположением щелей. В этом слое образуются пустоты колодцы.

Соотношение суммарного объема пустот 0,83 м³ и сплошной кладки - 3,31 м³ составляет 1: 4 (общий объем промежуточного слоя 4,14 м³).

При этом используют щелевой красный кирпич размерами 138 х 120 х 250 мм. На слой красного кирпича (толщиной 138 мм) укладывают ряд шамотного кирпича.

После пуска электролизера и по истечении 6 мес его эксплуатации измеряют температуру поверхности катодного днища в десяти точках.

В процессе эксплуатации электролизера при взаимодействии компонентов электролита с красным кирпичом образуется пластичный слой. При заявленном соотношении суммарного объема пустот и сплошной кладки этот процесс ускоряется. При этом одновременно уменьшается толщина серо белого слоя, образующегося под угольной подиной в процессе эксплуатации электролизера. Эти факторы положительно влияют на целостность угольной подины, что способствует увеличению срока службы электролизера. Повышение теплового сопротивления футеровки за счет увеличения соотношения суммарного объема пустот и сплошной кладки обеспечивает уменьшение расхода электроэнергии на получение электролитического алюминия, о чем свидетельствует снижение температуры поверхности катодного днища. За счет упрощения создания пустот колодцев снижаются затраты на монтаж катодной футеровки электролизера.

В примерах 2 и 3 футеровку выполняют и испытывают аналогично примеру 1 при следующих параметрах.

Пример 2. Соотношение суммарного объема пустот 1,03 м³ и сплошной кладки 3,11 м³ составляет 1 3. Пример 3. Соотношение суммарного объема пустот 1,38 м³ и сплошной кладки 2,76 м³ составляет 1 2.

В примерах 4 и 5 футеровку выполняют и испытывают аналогично примерам 1

3 за пределами заявленных интервалов. Пример 4. Соотношение суммарного объема пустот 2,07 м³ и сплошной кладки 2,07 м³ составляет 1 1. Пример 5. Соотношение суммарного объема пустот 0,69 м³ и сплошной кладки 3,45 м³ составляет 1 5.

Выполняют и испытывают футеровку катодной части алюминиевого электролизера по известному решению.

Результаты испытания приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что использование футеровки катодной части алюминиевого электролизера (по примерам 1 3) обеспечивает снижение затрат на ее монтаж на 15% уменьшение расхода электроэнергии на 167 кВт.ч на 1 т электролитического алюминия и увеличение срока службы электролизера на 1,4 мес.