Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электроли- тическому получению алюминия, а именно к элементу конструкции укрытия пространства над расплавом электролизера для производства алюминия методом электролиза криолит-глиноземных расплавов.

Важнейшим определяющим фактором работоспособности электролизера является герметичность укрытия над расплавом. Герметичность укрытия элек- тролизера непосредственно связана с себестоимостью производства алюминия, за счет влияния на тепловой и энергетический баланс, расход сырья, экологию.

Основное назначение первичного укрытия электролизера:

1) обеспечение теплового баланса;

2) минимизация газообразных выбросов;

3) стабилизация технологических режимов;

4) минимизация потерь сырья.

Площадь криолитоглиноземной корки для укрытия рабочего пространства электролизера с инертными анодами больше в три раза, по сравнению с обычной ванной. Криолитоглиноземная корка не может обеспечить герметизацию элек- тролизера на такой большой площади, ввиду прочности, пористой структуры, протекающих химических реакций и нестабильности поверхностной целостно- сти.

Учитывая описанные факторы необходимо герметизировать электролизер с инертными анодами, используя первичное укрытие из материала, устойчивого к воздействию агрессивной атмосферы и газообразным фторсодержащим со- единениям, к воздействию капель расплава и механических нагрузок. Укрытие должно обеспечивать низкую газопроницаемость, целостность, теплоизоляцию, прочность. Материал укрытия и принципиальная схема закрепления укрытия должны быть универсальными для всех типов электролизеров. Известен патент US 5582695, МПК С04В 7/32, С04В 14/04, С04В 14/02, С04В 14/30, опубл. 10.12.1996 . Изобретение относится к элементам кон- струкции алюминиевых электролизеров, находящихся в контакте с газовой фа- зой, в частности к укрытиям и анодным кожухам. Данный патент направлен, как отмечено в описании, на решение проблем герметизации пространства борт-анод электролизера с самообжигающимся анодом, в частности замена на «искус- ственное» укрытие действующего криолитоглиноземного укрытия состоящего из чугунного (стального) газосборного колокола и криолитоглиноземной корки. Предлагаемое «искусственное» укрытие выполнено цельно или в комбиниро- ванном виде из огнеупорного бетона следующего состава: 15-30 мас.% гидрав- лического бетона, 5-10 мас.% микрокремнезема, 65-80.мас% глинозема.

Существенным недостатком данного решения является следующее:

В процессе эксплуатации материал укрытия контактирует с парогазовой фазой электролизера, содержащей не только фтор и серосодержащие соединения, со- гласно данным патента. Материал укрытия для электролизера должен быть кор- розионостойким в парагазовой фазе электролизера, содержащей соединения фтора, серы в присутствии окислителей СО, С0 ₂ , 0 ₂ , HF что позволит использо- вать укрытие на электролизерах с анодом Содерберга, обожженными и инерт- ными анодами. Предлагаемый в патенте материал не является абсолютно инерт- ным и в ходе эксплуатации пропитывается парами электролита, ввиду пористо- сти материала. В ходе пропитки бетона происходит разрушение кристалличе- ских и цементных связей, что приводит к разрушению изделия.

Так же известен способ конструкционного укрытия электролизера исполь- зующегося в патенте US J4« 2006124471 А1, МПК С25СЗ/14 , опубл. 15.06.2006. Изобретение относится к элементам конструкции укрытия и системы питания алюминиевых электролизеров, в частности рассматривается вопрос создания изоляционного укрытия над электролитом алюминиевого электролизера при ра- боте на низких температурах. Одним из условий производственной технологии является образование гелеподобного слоя на поверхности электролита, что обес- печивается с помощью изоляции поверхности электролита конструкцией «ис- кусственного» укрытия с высокими теплоизоляционными свойствами. Укрытие электролизера состоит из центральной секции, расположенной в центральном пролете, между анодами, по всей длине ванны. Центральная секция укрытия за- креплена на газоходной балке в зафиксированном перемещении, может состоять из нескольких секций, ход укрытия не предусмотрен. Боковые секции укрытия электролизера являются подвижными, могут быть выполнены в виде нескольких боковых секций, каждая двигается независимо друг от друга и от центрального укрытия. Укрытие электролизера выполнено из керамического материала (например, глинозем).

Существенным недостатком данного решения является следующее:

Центральная секция укрытия не имеет возможности изменять свое положение и способа демонтажа без изменения рабочего положения анодов. Так же до демон- тажа центральной секции необходимо демонтировать питатели глинозема.

Другим существенным недостатком, является материал укрытия:

- керамика - подвержена разрушению при воздействии от перепадов температур и механических повреждений.

Известен патент US «2005230265, МПК С25СЗ/08, B01D59/40, B01D59/00, С25СЗ/00, С25С5/04, С25С7/00, опубл. 20.10.2005. Изобретение относится к эле- ментам конструкции алюминиевых электролизеров, находящихся в контакте с парогазовой фазой электролизера, в частности к конструкции укрытия верхней части электролизеров с анодами обожженными или инертными. Данный патент направлен на решение проблем тепловых потерь электролизера, а именно: сни- жение величины теплового потока в окружающую среду от укрытия, снижение теплозатрат на растворение обрушенного в расплав укрытия, снижение теплопо- терь за счет стабилизации теплового баланса и сохранения формы рабочего про- странства. В данном патенте, так же как в предлагаемом решении, искусственное укрытие расплава электролита выполнено виде независимо перемещающихся секций. з По технической сущности, по количеству сходных существенных призна- ков данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога (про- тотипа).

В техническом решении прототипа секции «искусственного» укрытия над расплавом электролита выполнены в виде подвесных конструкций. По месту расположения укрытия разделяют на периферийные и центральные. Секции укрытия по периферии выполнены в виде подвесных изделий, двигающихся независимо друг от друга, от центральной секции укрытия и от анодов. Секция укрытия центрального пространства электролизера выполняется сплошным из- делием или несколькими секциями. Центральное укрытие располагается по всей длине электролизера, секции укрытия крепятся на подвесных крепежах и пере- мещается относительно расплава независимо от анодов. Конструкция централь- ного укрытия обеспечена технологическими люками и отверстиями, что позво- ляет проводить технологические операции, обеспечивать питание ванны сырьем, выполнять работу с анодным массивом. Конструкция периферийного и цен- трального укрытия предполагает подъем и замену укрытия без нарушения уста- новки анодов по горизонту, иными словами воздействие на укрытие не повлияет на стабильность токовой нагрузки. В качестве материала укрытия предлагается использовать материалы стойкие в атмосфере кислорода и фторидов, например керамика или композиционные материалы из каркаса на основе никель титано- вых сплавов и теплоизолятора.

Существенным недостатком данного решения является следующее:

Данное устройство «искусственного» укрытие конструктивно не является уни- версальным для применения в электролизерах с обожженными анодами и ано- дом Содерберга.

Центральное укрытие имеет крепление позволяющее перемещать укрытие неза- висимо от анодов, оно не позволяет без воздействия на аноды и стабильность ра- боты электролизера провести замену укрытия, в случае выхода из строя. Учиты- вая материал из которого сделаны секции укрытия можно говорить о необходи- мости проведения периодической замены секций укрытия. Другим существен- ным недостатком, является материал укрытия:

- керамика - подвержена разрушению при воздействии от перепадов температур и механических повреждений;

- композиционный материал - подвержен окислению под воздействием фтор кислородной атмосферы.

Задачей изобретения является создание универсального секционного «ис- кусственного» укрытия над расплавом электролита в электролизерах с инерт- ным, обожженным анодом и анодом Содерберга, коррозионностойкого и эрози- онностойкого в агрессивной парогазовой среде электролизеров.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение герметичности укрытия, надежности и безопасности конструкции, снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в укрытии электролизера для производства алюминия, контактирующим с парогазовой фазой в процессе рабо- ты электролизера, выполненным в виде центральных и периферийных секций, установленных с возможностью перемещения относительно друг друга, цен- тральные и периферийные секции выполнены из коррозионностойкого и эро- зионностойкого материала, содержащего 80,0 - 99,0 мас.% фторфлогопита и 20,0 - 1,0 мас.% огнеупорного наполнителя.

Центральные секции укрытия могут быть жестко закреплены на каждой анод- ной штанге, а периферийные секции могут быть выполнены в виде выпуклых створок, жестко закрепленных на верхней поверхности катода с возможностью съема и опирающихся на центральную секцию укрытия. Кроме того в качестве огнеупорного наполнителя могут быть использованы следующие химические со- единения: глина, фторид кальция, рутил, алюмосиликатнатрия, фторапофилит, нефилин, оливин, фторид магния, шпинель. На торцевой и боковые стыки центральных и периферийных укрытий может быть нанесен слой герметика в виде слоя глинозема, кроме этого на цен- тральной секции укрытия могут быть выполнены отверстия.

Сущность предлагаемого решения заключается в следующем:

Укрытие изготавливается в виде крупногабаритных изделий плитообразной формы (Фиг.1). Укрытие располагается над верхней поверхностью анода таким образом, чтобы не соприкасаться с расплавом электролита и состоит из секций. Одна полноценная секция укрытия состоит из центральной секции 1 и перифе- рийной 2. Центральная секция 1 укрытия крепится непосредственно на анодной штанге, с помощью выступов, при этом расстояние от поверхности укрытия до расплава электролита выбирается исходя из типа и технологических параметров электролизера. Выбранное расстояние выдержано с учетом возможности кратко- временного воздействия наплесков электролита на рабочую поверхность укры- тия, при изменении межполюсного расстояния электролизера. В центральных секциях укрытия выполнены отверстия под дозаторы глинозема, расположенные согласно карты питания электролизера. Периферийная секция 2 укрытия распо- лагается таким образом, что одна ее сторона опирается на центральную секцию укрытия, а вторая сторона опирается на верхнюю поверхность катода (как то фланец, бровка, футеровка). Периферийная секция равна по ширине центральной секции и имеет форму параболы, что позволяет оперативно снимать укрытие с ванны, для проведения технологических операций. Таким образом, центральные и периферийные секции укрытия образуют секцию укрытия одного анода по глухой или лицевой стороне, а количество секций укрытия соответствует коли- честву анодов. Любая секция укрытия двигается вместе с анодом и может изме- нять свое положение независимо от соседних секций укрытия и соседних ано- дов. Укрытие электролизера находится в постоянном контакте с газоводушной средой электролизера и периодическим контактом с расплавом электролита, по- этому оно изготавливается из коррозионностойкого и эрозионностойкого мате- риала, стойкого в агрессивной парогазовой среде электролизера с обожженными, б самообжигающимися или инертными анодами. Используемый материал укрытия не подвергается пропитке и смачиванию криолитоглиноземным расплавом. В качестве материала для изготовления укрытия может быть использоваться фторфлогопит или глиноземные суспензии. Независимое перемещение укрытия обеспечивает герметизацию рабочего пространства электролизера с инертными анодами, простоту и мобильность проведения технологических операций. Лю- бую секцию укрытия можно демонтировать независимо от других, заменив его новым изделием.

Одним из факторов варьирования при использовании в качестве материала укрытия фторфлогопита является химический состав агломерата по основному компоненту KMg ₃ (Si ₃ Al)OioF ₂ * , так как при изменении химической чистоты ма- териала меняются физико-химические свойства материала, а соответственно ме- ханическая прочность, теплопроводность и коррозионая-, эрозионная- стойкость материала. При использовании материала фторфлогопит в качестве укрытия необходимо использовать материал с содержанием основного компонента фторфлогопит в диапазоне 80-99%, что обеспечивает универсальность использо- вания материалов для электролизеров разного типа. Помимо герметизации, теп- лоизоляции рабочего пространства над расплавом электролизера, фторфлогопит обеспечивает чистоту расплава и алюминия. Наличие конструкционных техно- логических отверстий в центральной секции укрытия обеспечивает технологиче- скую применимость укрытия для осуществления питания электролизера, демон- тажа и монтажа укрытия, проведения технологических операций. В качестве герметизации стыков секций укрытия используется глинозем, обладающий обособленным химическим сродством с материалом фторфлогопит. Наличие сквозных технологических отверстий по торцам центральной секции укрытия в области центра электролизера обеспечивает отвод газовоздушной смеси элек- тролизера в систему газоудаления.

Подготовка электролизера с заявляемым укрытием осуществляется следующим образом: Из заготовок изделий путем механической обработки изготавливаются цен- тральные и периферийные секции укрытия. Далее, на полученных секциях, со- гласно разметки расположения и позиционирования в электролизере, вырезают- ся требуемые отверстия. Затем секции укрытия размещаются на установленных или устанавливаемых анодах, в следующей последовательности: последователь- ности центральная секция, после - периферийная. Укрытие из материала фторфлогопит можно ставить в действующий электролизер, так как материал стоек к термоударам.

Укрытие электролизера по предлагаемому решению отличается повышен- ной надежностью, обеспечиваемой не только коррозионной- и эрозионной- стойкостью материала укрытия, но и независимой конструкционной особенно- стью секционного укрытия которое позволяет в кратчайшее время обеспечить доступ в любую часть электролизера без существенного вмешательства в техно- логический процесс. Так же свойства материала исключают термическое расши- рение материала укрытия что позволит укрытию беспрепятственно перемещать- ся вдоль соседних укрытий.

Простота изготовления предлагаемого укрытия обусловлена легкостью об- работки предлагаемого материала укрытия (фторфлогопит), простотой крепеж- ной системы на штанге анода позволяющей используя прочность изделия и фор- му площадки крепежа путем опоры центрального укрытия обеспечить работо- способность секции.

В настоящее время проведены длительные лабораторные и крупно- лабораторные испытания заявляемого укрытия из материала фторфлогопит, вы- полненных согласно предлагаемому техническому решению, испытания доказа- ли работоспособность и эффективность предлагаемого технического решения.