Патент на изобретение №2299277

(54) КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к конструкции катодного устройства электролизера для производства алюминия. Технический результат заключается в снижении теплового сопротивления между футеровкой и фланцевым листом катодного устройства электролизера. Оно включает футерованный кожух, подовые и бортовые блоки, цоколь и фланцевый лист, пространство между футеровкой и фланцевым листом заполнено материалом в виде набивной массы на основе карбида кремния с коэффициентом теплопроводности не менее 10 Вт/(м·К) и скоростью взаимодействия с криолитоглиноземным расплавом не более 10 г/(м²·час). Карбид кремния представлен в виде смеси, состоящей из 40±2% высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС), получаемой мокрым помолом, и наполнителя. Дисперсный состав ВКВС из SiC не менее чем на 70% состоит из частиц размерами от 0 до 15 мкм. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, а именно к конструкции катодного устройства электролизера для производства алюминия.

Известна катодная футеровка алюминиевого электролизера (Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия. Новосибирск, Наука, 2001, с.201), которая содержит теплоизоляционные и огнеупорные слои, подовые блоки, бортовые блоки, примыкающие к кожуху через теплоизоляцию и фланцевый лист, который закрывает бортовые блоки сверху. Пространство между верхом бортовых блоков и фланцевым листом заполняется холоднонабивной массой.

Недостатком такой конструкции электролизера является плохой термический контакт между верхом бортовых блоков и фланцевым листом вследствие низкого коэффициента теплопроводности (3-6 Вт/(м·К)) холоднонабивной массы из-за вторичной пористости, обусловленной выходом летучих веществ. Это вызывает перегрев бортового блока, окисление его верхней части и химическую эрозию бортового блока из-за образования карбида алюминия.

Другим недостатком футеровки является повышенное окисление холоднонабивной массы в пространстве между верхом бортового блока и фланцевым листом.

Наиболее близкой к заявляемой катодной футеровке по технической сущности и достигаемому результату является катодное устройство электролизера для производства алюминия (патент РФ на полезную модель №27107, С25С 3/08, 2003).

В катодном устройстве электролизера для алюминия, включающем футерованный кожух, подовые и бортовые блоки, цоколь и фланцевый лист, в пространство между футеровкой и фланцевым листом положен огнеупорный кирпич, а места стыка уплотнены жаропрочной мастикой.

Недостатком прототипа является то, что огнеупорный кирпич, как правило, имеет высокое тепловое сопротивление (из-за низкого коэффициента теплопроводности (2-5 Вт/(м·К)), а места стыка, заполненные жаропрочной мастикой, имеют дополнительное термическое сопротивление. Это препятствует переносу теплоты от бортовой футеровки к фланцевому листу, вызывает перегрев футеровки и размывание гарнисажа, образованного застывшим электролитом на ее боковых стенках. В результате этого происходит износ бортовой футеровки и преждевременный выход электролизера из строя. Кроме того, недостатком является нетехнологичность операции уплотнения мест стыка с помощью жаропрочной мастики.

В основу изобретения положена задача разработки катодного устройства электролизера, конструкция которого обеспечивала бы увеличение срока службы электролизера, улучшение его показателей работы. Технический результат заключается в снижении теплового сопротивления между футеровкой и фланцевым листом путем применения высокотеплопроводной, устойчивой к воздействию агрессивных компонентов ванны набивной массы.

Поставленная задача решается тем, что в катодном устройстве электролизера для алюминия, включающем футерованный кожух, подовые и бортовые блоки, цоколь и фланцевый лист, подфланцевый зазор заполнен материалом в виде набивной массы на основе карбида кремния (SiC) с коэффициентом теплопроводности не менее 10 Вт/(м·К) и скоростью взаимодействия с криолитоглиноземным расплавом не более 10 г/(м²·час) и состоящей из 38-42% высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС), получаемой мокрым помолом, и наполнителя.

Предлагаемый способ дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.

Карбид кремния, представляющий наполнитель, имеет следующий дисперсный состав, мас.%:

1,5-1,2 мм – 38±1;

1,2-0,6 мм – 26±1;

0,6-0,3 мм – 18±1;

0,3-0,1 мм – 18±1.

Дисперсный состав ВКВС из SiC не менее чем на 70% состоит из частиц размерами от 0 до 15 мкм.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».

Предлагаемая конструкция катодного устройства, по сравнению с прототипом, позволяет повысить его срок службы за счет интенсивного теплоотвода от бортовой футеровки к фланцевому листу, в результате чего формируется стабильный гарнисаж электролита на поверхности бортового блока, который защищает бортовой блок от воздействия электролита и окислителя воздуха.

Предлагаемые параметры являются оптимальными. Если коэффициент теплопроводности будет менее 10 Вт/(м·К), то тепловое сопротивление будет достаточно велико, и гарнисажа на бортовых блоках не будет, что и приведет к их перегреву и преждевременному разрушению.

Заявленная скорость взаимодействия с криолитоглиноземным расплавом является оптимальной и определяется сроком службы электролизера. Если она будет более 10 г/(м²·час), то произойдет преждевременное разрушение материала в подфланцевом зазоре. Если величина будет менее заявленной, то возрастает стоимость материала.

Заявленное содержание высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС), получаемой мокрым помолом (40±2%) является оптимальным. Если содержание будет большим, то растет стоимость материала, нарушается плотность упаковки и, как показывают результаты исследований, происходит снижение криолитоустойчивости. При меньшем содержании ВКВС падает прочность набивной массы, и она рассыпается. Заявленный дисперсный состав наполнителя является оптимальным. Он обеспечивает максимальную плотность набивной массы. Отклонение как в одну, так и другую сторону приводит к ее разуплотнению, увеличению пористости, что снижает коэффициент теплопроводности материала.

Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом, где: на фиг.1 изображена схема катодного устройства электролизера для производства алюминия; на фиг.2 – узел катодного устройства – подфланцевый зазор, заполненный набивной массой.

Изображенное на фигурах 1 и 2 катодное устройство электролизера для производства алюминия включает футерованный кожух 1, подовые 2 и бортовые 3 блоки, цоколь 4 и фланцевый лист 5, установленный над футеровкой 6 с под фланцевым зазором 7. Подфланцевый зазор заполнен огнеупорным, химически стойким материалом в виде набивной массы на основе карбида кремния.

Использование вышеописанного катодного устройство электролизера для производства алюминия позволит увеличить в среднем срок службы каждого алюминиевого электролизера на 1 год, что приведет к росту выпуска алюминия примерно на 400 тонн.

Формула изобретения

1. Катодное устройство электролизера для производства алюминия, включающее футерованный кожух, подовые и бортовые блоки, цоколь и фланцевый лист и имеющее подфланцевый зазор между футеровкой и фланцевым листом, заполненный огнеупорным, химически стойким материалом, отличающееся тем, что подфланцевый зазор заполнен материалом в виде набивной массы на основе карбида кремния с коэффициентом теплопроводности не менее 10 Вт/(м·К) и скоростью взаимодействия с криолитоглиноземным расплавом не более 10 г/(м²·ч) и состоящей из 38-42% высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС), получаемой мокрым помолом, и наполнителя.

2. Катодное устройство по п.1, отличающееся тем, что наполнитель имеет следующий дисперсный состав, мас.%:

1,5-1,2 мм 38±1

1,2-0,6 мм 26±1

0,6-0,3 мм 18±1

0,3-0,1 мм 18±1

3. Катодное устройство по п.1, отличающееся тем, что дисперсный состав ВКВС не менее чем на 70% состоит из частиц от 0 до 15 мкм.

РИСУНКИ

PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:

Общество с ограниченной ответственностью «Русская инжиниринговая компания» (RU)

Адрес для переписки:

660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37, стр. 1, Филиал ООО «РУС-Инжиниринг»

Извещение опубликовано: 10.10.2007 БИ: 28/2007

QZ4A – Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Общество с ограниченной ответственностью “Русская инжиниринговая компания”

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД (CY)

Характер внесенных изменений (дополнений):

Изменены наименование и адрес лицензиата. Лицензиат: ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД Арк. Макариу, III, 41, эт.2, офис 21 Р.С., 1065, Никозия, Кипр. В предмет договора добавлены патенты на изобретения 2316619, 2328555, 2303657, 2338010, 2328553, 2316620, 2321683, 2320781, 2318926, 2299277, 2318920, 2303653, 2307878, 2307880. Изменен вид лицензии на исключительную. Изменен объем предоставляемых прав. Изменен размер вознаграждения

Договор № РД0027209 зарегистрирован 01.10.2007

Извещение опубликовано: 10.12.2010 БИ: 34/2010

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия