СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛЕЙ БОКОВОЙ ФУТЕРОВКИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ.

(57) Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюми-ния электролитическим способом на электролизе-рах с верхним подводом тока к самообжигающе-муся аноду.
В предлагаемой способе используют восемь состав торкрет массы и дополнительно разработана двухмерная модель передачи тепла в катод-ном устройстве алюминиевого электролизера

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с верхним подводом тока к самобжигающемуся аноду.
Известно, что на поверхности жидкой фазы анода температурное поле неравномерно. Разность температур анодной массы возле анодных штырей и около анодного кожуха достигает 110-130 °С. Большая разность температур отрицательно сказывается на формировании структуры анода. В разогретой массе происходит отстой пека, а в холодной зоне вблизи поверхности кожуха образуются корки из нерасплавленной массы. При этом увеличивается вероятность протеков пека и массы во время подъема кожуха и перестановки штырей.
Зона жидкой анодной массы у стенки анодного кожуха обогащается жидким пеком. Из нее формируется боковая поверхность анода, обладающая низкими физико-химическими свойствами. В процессе электролиза боковая поверхность быстро окисляется анодными газами и кислородом, осыпается и разрушается. За счет этого увеличивается расход анодной массы, электроэнергии, возрастают трудозатраты на съем угольной пены с поверхности электролита.
Известен аналог, в котором решение задачи осуществляют путем установки теплопроводящих элементов различного конструктивного исполнения [1].
Недостаток этих решений - бесполезный подогрев средней зоны жидкой части анода, что увеличивает теплопотери с поверхности анода и, соответственно, расход электроэнергии на компенсацию этих теплопотерь.
В качестве прототипа выбрано решение, включающее периодическую загрузку анодной массы на поверхность анода, заключенного в анодный кожух, теплоизолирование боковой поверхности анода осуществляют после прорезки периферии анода загрузкой к бортам анодного кожуха слоя сыпучих алюминиевых материалов на глубину 0,15-0,7мм и толщиной 0,007-0,035мм высоты анодного кожуха. С помощью теплоизолированных пластин, погружаемых в жидкую массу возле анодного кожуха уменьшают теплопотери с поверхности анодного кожуха. Для выравнивания температур также используются теплопроводящие элементы, устанавливаемые по всему объему жидкой части анода. При этом усиливается теплоперенос в верхние слои средней зоны жидкой части анода, что увеличивает теплопотери с его поверхности и расход электроэнергии. Так же, как и в аналоге, за счет разрушения боковой поверхности анода увеличивается расход анодной массы. Кроме того, не исключается возможность загрязнения анода и алюминия изоляционным материалом теплоизолирующих пластин (асбестом) [2].
Недостатками этих способов являются отсутствие основы для выравнивания температуры в центре и на периферии анода, и соответственно, повышенный расход электроэнергии на компенсацию этих теплопотерь.
Целью изобретения является уменьшение рас-хода анодной массы и электроэнергии за счет выравнивания температур в центре и на периферии анода, увеличения переноса тепла в верхние горизонты анода по его периферии, увеличения высоты конуса спекания по периферии анода, уменьшения его электросопротивления.
Указанная цель достигается тем, что заявляемое изобретение реализовано с использованием разработки двухмерной модели передачи тепла в катодном устройстве алюминиевого электролизера. Разработанный способ позволяет проводить исследование температурных и тепловых полей катодного устройства с учетом влияния темпера-туры на теплофизические свойства материалов торкрет массы, использованных в катодном устройстве: 1. Подбор материала для заполнения под фланцевого расстояния с максимальной теплопроводностью.
Исходя из поставленной задачи подобраны материалы для изготовления образцов торкрет масс и измерения их теплофизических характеристик. Составы торкрет масс приведены в таблице №1.
Изготовлено 8 составов торкрет массы:
Состав №2-1 -№2-2 - из компонентов, которые используются для заполнения под фланцевого расстояния электролизеров на ТадАЗе.
Состав №2-3-№2-8 - из компонентов для изготовления обожженных анодов, а также с введением в определенном количестве металлических добавок.
Исходные материалы дозировались по объему с точностью до ± 0,1%. Из подобранных компонентов были приготовлены шликера и залиты в цилиндрические формы. После затвердения образцы были вынуты из форм, после чего проводилось измерение продолжительности твердения образцов при комнатной температуре, а также кажущейся плотности (ёк) образцов. Результаты измерений механических свойств образцов приведены в таблице №2.
Анализируя результаты времени затвердевания можно определить, что добавление металлических добавок в состав торкрет масс значительно увеличивает продолжительность затвердевания образцов. Например, образцы составов 2-7 и 2-8 в течении 7 суток не затвердевали, в связи с чем, эти образцы пришлось обжигать.
Обжиг лабораторных образцов проведен в обжигательной печи литейного участка ОЭЦ в специально подготовленных ванночках в окружении насыпки - коксовой пыли. Каждый час температура в электропечи поднималась на 200°С, при


достижении температуры в 1000°С ее на этой отметке удерживали в течении 3-х часов. Образцы после обжига подверглись механической обработке с целью измерения теплофизических характеристик торкрет масс составов №2-1-№2-8.
2. В способе реализован принцип регулирования температурных полей боковой футеровки регулирования температурных полей боковой футеровки электролизеров обожженными анодами:
1. Согласно поставленной задаче подобраны 4 состава экспериментальных торкрет масс.
2. Для измерения теплофизических и механических характеристик составов торкрет масс изготовлены образцы 4 видов цилиндров и кубиков.
3. Измерены теплофизические характеристики подобранных составов торкрет масс.
4. Подбирая рекомендуемые составы торкрет масс можно получить оптимальные толщины горнисажа и настила электролизера.
5. Подбирая рекомендуемые составы торкрет масс можно регулировать температурные поля и температурные режимы электролизеров.
Результаты приведены в таб. № 4.
Испытание заливки алюминием температур-ного шва проведено на ТадАЗе. Работа опытных электролизеров характеризовалась устойчивым режимом. Случаев прорыва расплава через боковые стенки не было.
Направленный отвод тепла из зоны электро-лита позволил при стационарном режиме электролиза иметь на футеровке защитный настил. Фактическая толщина настилала на уровне границы алюминий - электролит достигла в самых теплонагруженных торцевых участках 30 мм.
Совмещение технических решений, таких, как установка резисторов-наставок, магнезитовая защитная кладка, замена материала температур-ного шва: шамотной крупки на более теплопроводный (углеграфитовый материал, алюминий и др.), как показали испытания на Волховском алюминиевом заводе - один из оптимальных вариантов повышения надежности боковой футеровки электролизеров.
Техническим обоснованием для проведения этих работ являлось то, что карбидокремниевые изделия на нитридной связке обладают рядом преимуществ по сравнению с угольными блоками. Они более стойки к окислению и воздействию криолит-глиноземного и алюминиевого расплавов; имеют более высокое электрическое сопротивление и механическую прочность, и термостойкость.

1. Авторские свидетельства СССР №908962, 1611991, МПК. С 25 С 3/12. Бюл. №8, 1982.
2. Авторское свидетельство СССР №985152, МПК. С 25 С 3/12. Бюл. №48, 1982.