Повышение эффективности работы алюминиевых электролизеров путем улучшения свойств минеральной части футеровки катода

• Автор: Бахтин, Александр Арнольдович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.V

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВА И

ПРИМЕНЕНИЯ ФУТЕРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КАТОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ И МЕХАНИЗМА ИХ РАЗРУШЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОМПОНЕНТОВ РАСПЛАВА ЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ ВАННЫК
1.1. Конструкция катодного кожуха. Назначение, местоположение материалов в цоколе и основные требования к ним
1.2. Основные виды футеровочных материалов, применяемых в алюминиевых электролизерах. Химический состав и основные физикохимические свойства футеровочных материалов
1.3. Механизм разрушения цокольной части катодов алюминиевых электролизеров. Основные реакции футеровочных материалов с компонентами расплава электролизной ванны
1.4. Влияние состояния футеровки цоколя на техникоэкономические показатели работы электролизера и его тепловую и энергетическую эффективность
1.5. Выводы

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ

ФУТЕРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Изучение физикохимических свойств футеровочных материалов
2.2. Исследование зависимости коррозионной стойкости шамотных изделий от их физикомехаиических свойств. Оценка стойкости огнеупора методом ультразвукового контроля.
2.3. Изучение температурного поля днища катодного кожуха, как фактора состояния футеровки цоколя.1
2.4. Разработка технических решений по совершенствованию конструкции футеровки цоколя с использован нем
математического моделирования.
2.5. Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СУХИХ
БАРЬЕРНЫХ СМЕСЕЙ И АНТИДИФФУЗИОННЫХ БАРЬЕРОВ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ СОДЕРБЕРГА НА СИЛУ ТОКА 5 КА
3.1. Монтаж, обжиг и пуск электролизеров.
3.2. Эксплуатация электролизеров.
3.3. Анализ и прогноз срока службы электролизеров
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Высокие эксплуатационные характеристики обусловливают высокую стоимость плавленолитых огнеупоров, их стоимость более чем в раз превышает стоимость шамота [8]. Сырьем для производства плавленолитых огнеупоров служат глинозем и кварцевый песок. Производят а-глинозем истые, (а+Р)-глиноземистые и Р-глиноземистые изделия, которые различаются по своим свойствам. Плавленолитые а-глиноземистые имеют высокую прочность и низкую термоустойчивость, Р-глиноземистые изделия рыхловатые, но термостойкие и щелочноустойчивые (они содержат 5-6 % ЫагО). Наиболее распространены изделия, по составу соответствующие муллит>' ЗАЬОз^БЮг (% АЬОз). Повышение степени кристаллизации и термостойкости у плавленолитых огнеупоров достигается добавкой минерала циркона. Введение оксида циркония способствует образованию мелкокристаллической структуры, снижает температурный коэффициент линейного расширения. Обычно причиной раннего выхода электролизера из строя является проникновение агрессивных компонентов расплава электролизной ванны в изоляционные слои катодной футеровки. Для предотвращения проникновения расплава в цоколь с большим или меньшим успехом применяются различные барьеры. Обычные огнеупорные кирпичи типа шамота могут также рассматриваться в роли барьера, поскольку при реакции с компонентами электролита образуют твердые или высоковязкие слои, ограничивающие дальнейшее впитывание расплава. Но, к сожалению, ни один из доступных огнеупоров не отвечает всем требованиям использования в алюминиевом производстве. Поэтому многими фирмами ведутся активные поиски материалов или конструкционных решений, которые могли бы стать непроницаемым барьером для расплавов металла и фтористых солей [9]. На глубину проникновения расплава в цоколь оказывает влияние его вязкость, которая может быть увеличена соотношением ЗЮг/АЬОз в огнеупоре. Чем выше содержание БЮг, тем выше вязкость расплава и ниже скорость диффузии, т. Скорость диффузии снижается, если в составе огнеупора присутствует, по крайней мере, % кремнезема [4]. Однако слишком высокое содержание БЮг может привести к отрицательным результатам, как это имело место на заводе Кагтоу в Норвегии []. А0з / составляющей примерно 0,2-0,3 [], 0,-0,3 [], 0,-1, [] или 0, []. Однако стойкость огнеупоров к воздействию расплава алюминия обычно снижается при повышении содержания кремнезема []. Ни один из барьеров не может быть вечным, их цель состоит в том, чтобы затруднить, сдержать проникновение натрия, алюминия и электролита в теплоизоляцию цоколя. Условно барьеры подразделяют на две группы: физические и химические барьеры (иногда применяются комбинированные). Физические барьеры подразумеваются как герметичные (непроницаемые) для компонентов расплава. На самом деле они эффективны лишь некоторое время. После разрушения таких барьеров изотерма кристаллизации смещается вглубь цоколя. Для физических барьеров могут использоваться материалы химически пассивные к фторсолям и расплавленному алюминию: однослойные или многослойные листы железа, графитовая фольга, бетонная заливка или слой стеклообразного материала. Использование стальных листов на определенном этапе эксплуатации электролизера может быть весьма эффективным средством борьбы с пропиткой цоколя компонентами электролита. Диффузия последних значительно снижается при использовании стальных листов за счет образования своеобразного «слоеного пирога» из огнеупоров и электролита [, ]. При проникновении в зону расположения такого барьера расплавленного алюминия стальные листы легко растворяются алюминием (подобно блюмсам подовых блоков), открывая свободный доступ к теплоизоляции. Применение в комбинации со стальными листами графитовой фольги также не дает эффекта на достаточно продолжительное время. Хотя и считается, что графитовая фольга не взаимодействует с материалами подины, низкая стойкость к компонентам электролита делают ее использование экономически не оправданным []. В случае невысоких дополнительных затрат при монтаже цоколя может быть оправдано применение антидиффузионного барьера из обычного содовоизвесткового стекла.