RU2245397C1 - Устройство катодное алюминиевого электролизера - Google Patents
Устройство катодное алюминиевого электролизера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245397C1 RU2245397C1 RU2003121072/02A RU2003121072A RU2245397C1 RU 2245397 C1 RU2245397 C1 RU 2245397C1 RU 2003121072/02 A RU2003121072/02 A RU 2003121072/02A RU 2003121072 A RU2003121072 A RU 2003121072A RU 2245397 C1 RU2245397 C1 RU 2245397C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hearth
- aluminum
- decrease
- cathodic
- metal
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 21
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- -1 zirconium carbides Chemical class 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в конструкции электролизеров для получения алюминия электролизом расплавленных солей. Техническим результатом изобретения является упрочнение подины, уменьшение толщины слоя металла на подине и межполюсного расстояния, снижение скоростей циркуляционных потоков катодного металла, снижение токовых потерь. Катодное устройство содержит футерованный катодный кожух и подину из углеродистых блоков с каналами прямоугольного сечения. На поверхности подины выполнено электропроводное смачиваемое алюминием покрытие, каналы выполнены длиной, равной ширине шахты катодного устройства, шириной, равной 1,1-2,2 ширины углеродистого блока, глубиной, равной 0,2-0,4 высоты углеродистого блока, и образованы боковыми продольными поверхностями углеродистых блоков и углеродистыми блоками боковой катодной футеровки. Электропроводное смачиваемое алюминием покрытие выполнено из диборида титана. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в конструкции электролизеров для получения алюминия электролизом расплавленных солей.
В промышленных электролизерах подина катодного устройства выполнена, как правило, из угольных материалов и имеет горизонтальную поверхность без выступов и впадин. В процессе электролиза от взаимодействия магнитного поля с горизонтальными токами в металле образуются циркуляционные потоки, отрицательно влияющие на технико-экономические показатели: потери металла, снижение выхода по току, повышение расхода электроэнергии.
Известен электролизер для получения алюминия (патент Швейцарии №643600 С 25 С 3/08, опубл. 15.06.1984 г. [1]), в котором для устранения вредного влияния циркуляционных потоков на подине размещают слой насыпных материалов с размером частиц >0,1 мм, толщиной 20-50 мм из TiB2, TiC, TiN, ZrB2, ZrN или смеси этих материалов. Уровень металла поддерживают на 1-3 мм выше слоя насыпных материалов, подина может быть изготовлена наклонной, на ней могут устанавливаться проницаемые для жидкого металла перегородки, разделяющие жидкий алюминий на отсеки, один из которых в нижней части подины оставляют свободным от насыпных материалов для извлечения из него жидкого алюминия.
Недостатки известного решения: использование дефицитных и дорогостоящих материалов (нитриды, бориды, карбиды титана и циркония), усложняется процесс чистки подины от осадков, зарастание подины.
Известен электролизер для получения алюминия, включающий анод, катод и сменные элементы из проводящего огнеупорного материала (патент Франции №2508496 С 25 С 3/06, опубл. 31.12.82 г. [2]), в котором для подавления циркуляционных потоков металла на катоде размещают сменные элементы из электропроводящего огнеупорного материала. При этом катодный блок имеет промежуточную инертную опору и активные элементы из проводящего материала, например TiB2, которые соединены с опорой, но могут быть отделены от нее. Плотность опоры и активных элементов выше плотности жидкого алюминия. Активные элементы могут иметь форму ползунков с плоской головкой, снабженной ребрами и вертикальным отростком, и расположены в отверстиях, выполненных в опоре.
Недостатки известного электролизера: сложность монтажа, значительные материальные и трудозатраты при монтаже и обслуживании электролизеров.
Известен электролизер для получения алюминия, содержащий футерованный катодный кожух с подиной из углеродистых блоков, в котором с целью повышения выхода алюминия по току за счет снижения скорости циркуляционных потоков катодного металла, подина выполнена с каналами, образованными продольными гранями двух соседних углеродистых блоков, глубиной 0,08-0,2 и шириной верхнего основания 0,1-0,5 высоты блока (А.с. СССР №1444401, С 25 С 3/06, 1988 г. [3]).
Скорость циркуляции катодного металла снижается с 6-10 см/с до 1-2 см/с, что сопровождается увеличением выхода алюминия по току на 2-3%.
По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение принято в качестве ближайшего аналога.
Недостатки известного решения: снижение стойкости подины по межблочным швам, снижение эффективного срока службы из-за зарастания каналов осадком.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение срока службы электролизера за счет повышения стойкости подины и повышения эффективности процесса электролиза.
Техническими результатами являются: упрочнение подины без снижения электропроводности, уменьшение толщины слоя металла на подине и межполюсного расстояния, снижение скоростей циркуляционных потоков катодного металла, снижение токовых потерь за счет улучшения токораспределения в подине.
Технические результаты достигаются тем, что в катодном устройстве алюминиевого электролизера, содержащем футерованный катодный кожух и подину из углеродистых блоков с каналами прямоугольного сечения, на поверхности подины выполнено электропроводное смачиваемое алюминием покрытие, каналы прямоугольного сечения выполнены длиной, равной ширине шахты катодного устройства, шириной, равной 1,1-2,2 ширины углеродистого блока, глубиной, равной 0,2-0,4 высоты углеродистого блока, и образованы боковыми продольными поверхностями блоков и углеродистыми блоками боковой катодной футеровки.
Электропроводное смачиваемое алюминием покрытие выполнено из диборида титана.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Известно, что в промышленных электролизерах при эксплуатации наблюдаются отрицательные явления, снижающие технико-экономические показатели процесса электролиза. В результате взаимодействия магнитного поля с горизонтальными токами в металле возникают поперечные электромагнитные силы, являющиеся причиной образования циркуляционных потоков. Следствием существования таких потоков, которые тем сильнее, чем больше мощность электролизера, являются значительные колебания поверхности металла, окисление корольков металла, замешанных в электролит, что приводит к снижению выхода по току (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия, “Металлургия”, М., 1970 г., с.220 [4]).
В предлагаемом решении для снижения интенсивности циркуляционных потоков уменьшают силу взаимодействия магнитного поля с токами в металле, уменьшая высоту “активного” слоя металла в шахте катодного устройства электролизера путем выполнения каналов в подине. Выполнение на подине защитного электропроводного смачиваемого алюминием слоя, например из диборида титана, дает следующие результаты: повышение стойкости подины за счет снижения и предотвращения проникновения натрия в угольные блоки, улучшение токораспределения в подине, уменьшение падения напряжения в катоде, возможность уменьшения межполюсного расстояния. Использование совокупности получаемых технических результатов позволит повысить выход алюминия по току и срок службы электролизера.
Размеры выполняемых каналов позволяют производить их чистку и повысить срок их эффективной работы.
Выполнение каналов глубиной более 0,4 высоты углеродистого блока нецелесообразно из-за вероятности снижения стойкости подины и снижение срока службы электролизера.
По торцам шахты каналы выполнены более глубокими, что обеспечивает технологичную выливку металла из электролизера. В зависимости от конструктивных особенностей электролизеров, размеров углеродистых блоков, количество каналов, ширина и глубина каналов, в заявляемых пределах, могут изменяться.
Покрытие выполнено из электропроводного смачиваемого алюминием материала, например из диборида титана, и может быть нанесено различными способами при монтаже катодного устройства, а предпочтительнее, в процессе электролитического получения алюминия, путем загрузки компонентов (материала) покрытия в электролизер с расходными материалами, образования в процессе электролиза необходимых соединений (TiВ2, ZrB2, TiC) и высаживания их на угольную подину.
От ближайшего аналога предлагаемое решение отличается следующим:
- на всей поверхности подины выполнено электропроводное, смачиваемое алюминием, покрытие;
- дном каналов являются поверхности углеродистых блоков и верх межблочных швов, а не межблочный шов;
- размеры выполняемых каналов: длина, равная ширине катодного устройства, ширина, равная 1,1-2,2 ширины углеродистого блока, глубина, равная 0,2-0,4 высоты углеродистого блока.
Вышеуказанные отличия позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения “новизна”.
Сравнительный анализ предлагаемого решения с ближайшим аналогом и другими известными решениями в данной области выявил следующее:
- известно выполнение на подине катодного устройства сменных элементов из электропроводящего огнеупорного материала, например ТiВ2 [2];
- известно выполнение на подине каналов, образованных продольными гранями двух соседних углеродистых блоков, глубиной 0,08-0,2 и шириной верхнего основания 0,1-0,5 высоты блока [3];
- известно нанесение на углеродистые катоды покрытия из огнеупорных боридов из суспензии, состоящей из полученных заранее частиц борида в коллоидном носителе, которые сушат и нагревают для упрочнения (Патент РФ №2135643, С 25 С 3/06, 1999 г. [5]);
- известен способ создания и сохранения защитных поверхностей на углеродных катодах в электропечах для выплавки алюминия, в котором создают и сохраняют на углеродистых блоках катодного устройства защитный слой из борида титана, а источниками бора и титана в электролизере является шихта (Патент США №5618403, С 25 С 3/08, 1997 г. [6]);
- известна подина алюминиевого электролизера, в которой катодные блоки в верхней части по всей их длине имеют паз с наклонными стенками и глубиной до 1/4 полной высоты блока (А.с. СССР №281825, C 22 D 3/02, 1970 г. [7]).
Не выявлено в процессе поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся совокупностью признаков, идентичных или эквивалентных совокупности признаков предлагаемого решения и дающих при их использовании аналогичные или более высокие технико-экономические результаты, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения “изобретательский уровень”.
На фиг.1 показан поперечный разрез катодного устройства. На фиг.2 показан продольный разрез катодного устройства.
Устройство катодное состоит из металлического катодного кожуха 1, снабженного теплоизоляционной и огнеупорной футеровкой 2, боковой и торцевой футеровкой из углеродистых блоков 3 и углеродистых блоков подины 4. Углеродистые блоки 4 соединены между собой, с боковой и торцевой углеродистой футеровкой углеродистой подовой массой, которой заполнены межблочные 5 и периферийные 6 швы.
Каналы в подине образованы поверхностями углеродистых блоков подины 4, боковой и торцевой футеровками из углеродистых блоков 3 и швами 5, 6.
Подина из углеродистых блоков (также и каналы) снабжена огнеупорным электропроводным покрытием из диборида титана 7, получаемым в процессе пуска электролизера с использованием борсодержащего сырья, образующего с титаном, поступающим с сырьем, диборид, высаживающийся на подине. Поддержание такого покрытия в рабочем состоянии осуществляется подачей в работающий электролизер борсодержащих соединений.
Предлагаемая конструкция катодного устройства алюминиевого электролизера обеспечит:
1) снижение скорости циркуляционных потоков катодного металла;
2) снижение отрицательного для процесса взаимодействия магнитного поля с горизонтальными токами в металле;
3) улучшение токораспределения и снижение токовых потерь в подине;
4) уменьшение межполюсного расстояния.
Вышеуказанные технические результаты позволят снизить на 300-400 кВтч расход электроэнергии и на 1,5-2% повысить выход по току, повысить срок службы подины на 6-8 месяцев.
Claims (2)
1. Катодное устройство алюминиевого электролизера, содержащее футерованный катодный кожух и подину из углеродистых блоков с каналами прямоугольного сечения, отличающееся тем, что на поверхности подины выполнено электропроводное смачиваемое алюминием покрытие, каналы прямоугольного сечения выполнены длиной, равной ширине шахты катодного устройства, шириной, равной 1,1-2,2 ширины углеродистого блока, глубиной, равной 0,2-0,4 высоты углеродистого блока, и образованы боковыми продольными поверхностями углеродистых блоков и углеродистыми блоками боковой катодной футеровки.
2. Катодное устройство по п.1, отличающееся тем, что электропроводное смачиваемое алюминием покрытие выполнено из диборида титана.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003121072/02A RU2245397C1 (ru) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Устройство катодное алюминиевого электролизера |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003121072/02A RU2245397C1 (ru) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Устройство катодное алюминиевого электролизера |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003121072A RU2003121072A (ru) | 2005-01-10 |
| RU2245397C1 true RU2245397C1 (ru) | 2005-01-27 |
Family
ID=34881598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003121072/02A RU2245397C1 (ru) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Устройство катодное алюминиевого электролизера |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2245397C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529432C1 (ru) * | 2010-09-20 | 2014-09-27 | Сгл Карбон Се | Катод для ячеек электролизера |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101775621B (zh) * | 2009-01-13 | 2012-03-28 | 沈阳铝镁设计研究院有限公司 | 一种铝电解槽阴极结构 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1444401A1 (ru) * | 1987-05-08 | 1988-12-15 | Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Электролизер дл получени алюмини |
| SU1542420A3 (ru) * | 1983-02-17 | 1990-02-07 | Коммонвелт Алюминум Корпорейшн (Фирма) | Электролизер дл электролитического получени алюмини из криолитглиноземного расплава |
| US5888360A (en) * | 1994-09-08 | 1999-03-30 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning |
-
2003
- 2003-07-08 RU RU2003121072/02A patent/RU2245397C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1542420A3 (ru) * | 1983-02-17 | 1990-02-07 | Коммонвелт Алюминум Корпорейшн (Фирма) | Электролизер дл электролитического получени алюмини из криолитглиноземного расплава |
| SU1444401A1 (ru) * | 1987-05-08 | 1988-12-15 | Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Электролизер дл получени алюмини |
| US5888360A (en) * | 1994-09-08 | 1999-03-30 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529432C1 (ru) * | 2010-09-20 | 2014-09-27 | Сгл Карбон Се | Катод для ячеек электролизера |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003121072A (ru) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100451176C (zh) | 用于生产金属的方法和电解沉积槽 | |
| CA1281304C (en) | Method and apparatus for electrolytic reduction of alumina | |
| EP1190116B1 (en) | Molten salt bath circulation design for an electrolytic cell | |
| AU766270B2 (en) | Cathode collector bar with spacer for improved heat balance | |
| AU2002236366A1 (en) | A method and an electrowinning cell for production of metal | |
| US5725744A (en) | Cell for the electrolysis of alumina at low temperatures | |
| AU659247B2 (en) | Cell for the electrolysis of alumina preferably at low temperatures | |
| US7470354B2 (en) | Utilisation of oxygen evolving anode for Hall-Hèroult cells and design thereof | |
| AU2002321778B9 (en) | Aluminium electrowinning cells with inclined cathodes | |
| EP0996773B1 (en) | A drained cathode cell for the production of aluminium | |
| RU2245397C1 (ru) | Устройство катодное алюминиевого электролизера | |
| RU2239004C1 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера | |
| RU2482224C2 (ru) | Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной | |
| EP0613504B1 (en) | Cell for the electrolysis of alumina preferably at low temperatures | |
| RU2425913C1 (ru) | Способ получения магния и диоксида углерода из оксидно-фторидных расплавов в биполярном электролизере |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050709 |