магистр технических наук Аубакиров А.М.,

магистр технических наук Копеева К.К.

Инновационный Евразийский университет, Казахстан, г.Павлодар

АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ

В цветной металлургии широкое распространение имеют пирометаллургические процессы, проводимые при температурах до 1500 °С и выше в условиях сильно агрессивных сред — расплавленных шлаков или солевых расплавов. Для сооружения плавильных печей и ряда других металлургических агрегатов, а также для создания в них внутренней защитной облицовки, которая называется футеровкой, используют чаще всего огнеупорные материалы.

Огнеупорами называют строительные материалы, выдерживающие без расплавления температуры до 1600°С и более. По своему составу они в основном представляют оксидные системы.

Электролизер для получения алюминия – сложный высокотемпературный агрегат. Футеровка катодного узла – основной элемент конструкции электролизера, она состоит из углеграфитовых подовых блоков, образующих подину, соединенных между собой набивными швами, с жестко вмонтированными стальными токоведущими стержнями-блюмсами (рис. 1).

Основным назначением огнеупорной и теплоизоляционной футеровки является снижение потерь тепла в окружающую среду и, как следствие, снижение расхода электроэнергии на производство алюминия. Кроме этого оптимальная конструкция теплоизоляционных футеровок позволяет поддерживать нормальную температуру расплава и элементов стального кожуха и продлить срок службы ванны.

Рис.1 - Конструкция электролизера

1 – стальной катодный кожух; 2 – засыпка днища; 3 – диатомитовые кирпичи;

4 – шамотные кирпичи; 5 – шамотные кирпичи на цементе; 6 – подушка из глинозема;

7 – угольные подовые блоки; 8 – жаростойкий бетон; 9 – подовая масса; 10 – катодный стержень; 11 – угольные бортовые блоки; 12 – гарнисаж; 13 – расплавленный алюминий;

14 – электролит; 15 – корка; 16 – глинозем; 17 – катодная ошиновка; 20 – анодный блок;

23 – штанга; 24 – анодная шина; 25 – анодное укрытие

Рис. 2 – Схема электролизера (четверть)

При выборе и использовании огнеупорных материалов учитывают не только их физико-химические и рабочие свойства, но и стоимость, так как огнеупоры относятся к категории дорогостоящих материалов. Если принять стоимость шамота за единицу, то относительная стоимость других огнеупоров будет примерно следующей:

Шамотные 1,0

Дииасовые 1,1—1,2

Магнезитовые 1,4—1,6

Хромомагнезитовые . . . 1,2—1,4

Высокоглиноземистые . . 2,5—9

Карборундовые 15—30

Высокая стоимость огнеупоров должна компенсироваться большим сроком их службы.

На современных электролизерах бортовая футеровка изготавливается из предварительно обожженных плит, выполненных из тех же материалов и по той же технологии, что и подовые блоки. Однако свойства бортовых блоков должны отличаться от свойств подовых блоков, так как они не предназначены для прохождения через них тока. Поэтому бортовые блоки должны обладать высоким электросопротивлением и теплопроводимостью (с целью создания надежных бортовых настылей). Кроме того, бортовые блоки должны быть стойкими к действию расплава и не окисляться на воздухе, иметь низкую смачиваемость расплавами, быть нерастворимыми в криолите и алюминии, иметь низкую пористость, быть простыми в изготовлении, технологичными при монтаже и недорогими. Необходимо также иметь в виду, что бортовая футеровка электролизеров с обожженными анодами и системой автоматического питания глиноземом может быть более тонкой, так как она не подвергается механическому воздействию инструмента для пробивки корки электролита.

В отношении бортовой футеровки, до сих пор предпочтение отдается углеродистым блокам из-за их дешевизны. Недостатками является их горючесть. При температуре выше 800 ⁰С они интенсивно горят даже при низкой концентрации кислорода в атмосфере металлургического агрегата.

Таким образом, актуальным является произвести исследование замены углеродистых материалов более прочными, обладающие высоким электросопротивлением и теплопровидностью.

Поскольку электролиз идет в весьма агрессивной среде при 950-1000°С, катодное устройство должно быть устойчиво к действию расплавленных фтористых солей; обладать достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, чтобы до минимума сократить потери тепла, быть электропроводным в зоне протекания процесса и иметь надежную изоляцию во избежание утечек тока; иметь достаточно жесткую конструкцию, способную выдержать напряжения, возникающие от протекания физико-химических реакций; обеспечивать продолжительную работоспособность между ремонтами и мобильность при замене в целях сокращения простоя электролизера в ремонте.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Электрометаллургия алюминия. Казахстанский Электролизный Завод. – Павлодар: 2009. – 256 с.

2. Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Технология производства алюминия на электролизерах АО «Казахстанский Электролизный Завод» – Павлодар: 2012. – 284 с.

3. Уткин Н.И. Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985. 440 с.

4. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. - 2-е изд. – М. : Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.

5. Ибрагимов А.Т., Будон С.В. Развитие технологии производства глинозема из бокситов Казахстана. Павлодар. 2010 г.