способ локального ремонта бортовой футеровки алюминиевого электролизера

Формула изобретения

1. Способ локального ремонта бортовой футеровки алюминиевого электролизера, включающий создание временной защиты места ремонта при подключенном электролизере и замену поврежденного угольного блока, отличающийся тем, что металл сливают до уровня 250-420 мм и электролит до уровня не менее 50 мм, временную защиту выполняют в виде настыли из ремонтной смеси, а угольный блок заменяют полностью или частично пластиной из углеродсодержащего материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластин из углеродсодержащего материала используют углеграфитовые плиты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ремонтной смеси настыли используют состав, содержащий, мас.%:

Глинозем - 25 - 50

Фтористые соли - 5 - 20

Электролит - 40 - 70

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электролитическому способу получения алюминия и может быть использовано для ремонта угольной футеровки катодного устройства алюминиевого электролизера.

На срок службы катодной футеровки влияет ряд причин: качество футеровочных материалов и выполнение монтажных работ, конструктивные особенности подины (наличие швов), степень прочности катодного кожуха, качество обжига и пусковой режим электролизера, нарушение технологического процесса (колебания силы тока, отключения) и др.

Практика показала, что перечисленные выше причины, а не естественный износ являются главными факторами, объясняющими сравнительно короткий срок службы электролизеров (период между капитальными ремонтами).

О необходимости ремонта элекролизера обычно свидетельствует устойчивое возрастание железа металле. Это объясняется растворением катодных стержней, катодного кожуха вследствие разрушения угольных блоков или швов подины.

Разрушение боковой футеровки проявляется покраснением, а вслед за этим, если не принимаются необходимые меры, и проплавлением стенок кожуха, прорывами электролита и металла из ванны.

Иногда удается продлить на некоторое время работу электролизера, затрамбовывая на ходу разрушенные места футеровки, а если это не помогает, то электролизер отключают на капитальный ремонт и демонтируют, в противном случае может произойти авария с разрывом цепи серии.

Известен способ ремонта электролизера для получения алюминия, который включает в себя отключение электролизера, слив металла и электролита, демонтаж анодного устройства, удаление остатков застывшего металла и электролита, с последующим удалением старой угольной футеровки с использованием заливки воды в шахту катодного устройства. После ревизии катодного кожуха либо выполняют новую футеровку, а если катодный кожух негоден, его разрезают и вывозят в металлолом (см. Справочник металлурга по цветным металлам. - М.: Металлургия, 1971, с. 248 - 250).

Известен способ горячего ремонта футеровки электролизера, включающий предварительную расчистку разрушенных мест и забивку их защитной массы, в котором в качестве защитной массы используют смесь из последовательно чередующихся слоев магнезитового порошка и алюминия при соотношении компонентов: 1:1 - 1:2 и перед заливкой выдерживают ее на месте разрушения 3 - 10 мин (А. с. СССР N 1235999, C 25 C 3/08, 1986 г.).

Недостатки известных решений заключаются в следующем:

1) необходимость отключения электролизера;

2) не обеспечивается монолитность ремонтной футеровки с блоком;

3) плотность ремонтной набойки не обеспечивает в достаточной мере стойкость футеровки и повышение срока службы электролизера.

Известна технология по патенту США N 5203971, НКИ 204-67, по которой для обновления изношенного пода заменяют некоторые графитовые блоки новыми а некоторые другие графитовые блоки заменяют по меньшей мере одним блоком из неэлектропроводного огнеупорного материала, вплотную прилегающим к графитовым блокам и проходящим на всю толщину пода, так что образуется составной под электропечи.

К недостаткам данной технологии следует отнести:

- значительный объем и высокая стоимость ремонта электролизеров;

- длительный период ремонта;

- необходимость отключения электролизера и его последующее включение, как после капитального ремонта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ горячего ремонта алюминиевой электролизной ванны, в котором в подключенную ванну вводят временную защитную стенку из угольных блоков, между стенкой и бортом ванны выбирают электролит, заменяют боковые угольные блоки, затем стенку вынимают (А. с. СССР N 56553, C 25 C 3/08, опубл. 29.02.40 г.), принятый за прототип.

Недостатки известной технологии:

- требуются значительные материальные затраты (временная стенка из угольных блоков);

- значительны трудозатраты (выборка электролита между стенкой и бортом ванны, герметизация ремонтного пространства от рабочего пространства ванны);

- сложность удаления временной защитной стенки после окончания ремонта.

Задачей изобретения является повышение срока службы электролизера, повышение сортности и выхода металла, снижение себестоимости локального ремонта.

Техническим результатом предлагаемого решения является создание надежной временной защиты места ремонта из материалов, используемых в электролитическом производстве алюминия, выполнение ремонта в короткие сроки, с высоким качеством, при минимальных затратах.

Технический результат достигается тем, что в способе локального ремонта бортовой футеровки алюминиевого электролизера, включающем создание временной защиты места ремонта при подключенном электролизере и замену поврежденного угольного блока, металл сливают до уровня 250 - 420 мм и электролита до уровня не менее 50 мм, временную защиту выполняют в виде настыли из ремонтной смеси, а угольный блок заменяют полностью или частично пластиной из углеродсодержащего материала, причем в качестве пластин из углеродсодержащего материала используют углеграфитовые плиты, а в качестве ремонтной смеси настыли используют состав, содержащий, мас.%:

Глинозем - 25 - 50

Фтористые соли - 5 - 20

Электролит - 40 - 70

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Локальный ремонт катодной футеровки электролизера, в частности его бортовой футеровки, является важнейшей технико-экономической задачей процесса электролитического получения алюминия. Локальный ремонт бортовой футеровки по "горячему" предотвращает остановку элеткролизера на капитальный ремонт, т.е. значительные капитальные затраты. В предлагаемом решении не только решается эта задача, но и электролизер не выключается из цепи и не сливается полностью электролит и металл. Т.е. электролизер во время локального ремонта находится на стадии "рабочей консервации". После окончания ремонта электролизер без дополнительных затрат, требующихся для его запуска после капитального ремонта, вводится в обычный технологический режим.

В отличии от прототипа временную защитную стенку выполняют из ремонтной смеси, в состав которой входят компоненты, загружаемые в электролизер при эксплуатации, сливая при этом металл до уровня 250 - 420 мм и электролита до уровня не менее 50 мм, а угольный блок заменяют полностью или частично пластиной из углеродсодержащего материала, например углеграфитовой плитой.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом и другими известными признаками в данной области выявило следующее.

1) Известен способ ремонта электролизера для получения алюминия, который включает в себя отключение электролизера, слив металла и электролита, демонтаж анодного устройства, удаление остатков застывшего металла и электролита, с последующим удалением воды в шахту катодного устройства. После ревизии катодного кожуха либо выполняют новую футеровку, а если катодный кожух негоден, его разрезают и вывозят в металлолом (см. Справочник металлурга по цветным металлам. -М.: Металлургия, 1971, с. 248 - 250).

2) Известен способ горячего ремонта футеровки электролизера, включающий предварительную расчистку разрушенных мест и забивку их защитной массы, в котором, в качестве защитной массы используют смесь из последовательно чередующихся слоев магнезитового порошка и алюминия при соотношении компонентов 1:1 - 1:2 и перед заливкой выдерживают ее на месте разрушения 3 - 10 мин (А.с. СССР N 1235999, C 25 C 3/08, 1986 г.).

3) Известна технология по патенту США N 5203971, НКИ 204-67, по которой для обновления изношенного пода заменяют некоторые графитовые блоки новыми, некоторые другие графитовые блоки заменяют по меньшей мере одним блоком из неэлектропроводного огнеупорного материала, вплотную прилегающим к графитовым блокам и проходящим на всю толщину пода, так что образуется составной под электропечи.

4) Известна защитная масса для горячего ремонта футеровки электролизера, содержащая соединения магния и алюминия, которая с целью увеличения срока службы электролизера дополнительно содержит борный ангидрид, а в качестве соединения магния - оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Оксид магния - 20 - 35

Борный ангидрид - 15 - 25

Алюминий - Остальное

(А.с. СССР N 1534098, C 25 C 3/06).

5) Известен способ горячего ремонта алюминиевой электролитной ванны, в котором в подключенную ванну вводят временную защитную стенку из угольных блоков между стенкой и бортом ванны, выбирают электролит, заменяют боковые угольные блоки, затем стенку вынимают (А.с. СССР N 56553, C 25 C 3/08 опубл. 29.02.40 г.).

В процессе поиска по патентной и научно-технической информации не выявлено технических решений, характеризующихся сходными, идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым решением.

Таким образом предлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют место разрушения бортовой футеровки электролизера. Замеряют электрическую разность потенциалов "ванна-земля" и устанавливают при необходимости заземление. Сливают металл до уровня 250 - 420 мм и электролит до уровня не менее 50 мм.

Выставляют анод с межполюсным расстоянием 20 - 40 мм, устанавливая напряжение 2,0 - 4,0 В, в зависимости от технологического режима электролизера и места разрушения футеровки. Снимают в месте ремонта газосборные секции (лестницы, горелки). Осадок со дна ванны подтягивают к бортовым блокам. В зоне ремонта создают искусственную настыль. Для этого производят запиковку, например, составом, содержащим, мас.%: глинозем - 35, смесь фтористых солей (MgF₂,NaF) - 15, гранулированный или оборотный электролит - 50, сверху загружают ковшовый выбой и оборотный электролит. Все плотно утромбовывают и закрывают при необходимости асбестовыми или муллитокремнеземистыми листами, асбоцементными плитами.

В месте ремонта сбивают гарнисаж, при необходимости срезают фланцевый лист и кронштейны.

Охладив место разрушения футеровки сжатым воздухом, производят выбойку поврежденного участка до бровки, тщательно и полностью очистив зону ремонта от включений электролита и металла. Место выбойки футеровки продувают сжатым воздухом. В случае повреждения металлического катодного кожуха место повреждения герметизируют, например, замазкой асбест-65 мас.%, жидкое стекло-35 мас.% или приваривают "заплату". В место выбоя разрушенной футеровки на растворе, содержащем, мас.%: подовая масса - 25, жидкое стекло - 50, графитовая пыль - 25, устанавливают с расклиниванием углеграфитовую плиту.

В случае разрушения футеровки рядом со стыком плиты запускают "внахлест" с перекрытием стыков старой футеровки. После установки ремонтной плиты сверху плотно набивают шапочку из состава ремонтной смеси, при необходимости приваривают фланцевый лист и кронштейны. После окончания ремонта электролизер выводят в нормальный технологический режим.

По предлагаемой технологии проведены опытно-промышленные испытания на Братском алюминиевом заводе.

Испытания показали, что технология промышленно применима, высоко эффективна с точки зрения повышения срока службы электролизера без его остановки на капитальный ремонт, а значит, и без значительных капитальных затрат.

По мнению авторов, предлагаемая технология локального ремонта алюминиевых электролизеров позволит в 2 - 3 раза повысить срок их службы без капитального ремонта, а следовательно, резко снизить капитальные затраты на производство товарного алюминия и его себестоимость.