[RU]

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к технологическому оборудованию для производства первичного алюминия электролизом, а именно, к способам футеровки катодных устройства электролизеров. Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия включает в себя засыпку и выравнивание теплоизоляционного слоя в кожух катодного устройства, засыпку, выравнивание и уплотнение огнеупорного слоя, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой. Перед засыпкой теплоизоляционного слоя на днище кожуха создают слой из мелкодисперсных карбонизируемых частиц. Предлагаемый способ футеровки катодного устройства электролизера для получения первичного алюминия позволяет сократить стоимость футеровочных материалов, снизить энергозатраты при работе электролизера за счет улучшения теплового сопротивления теплоизоляции в цоколе, увеличить срок службы электролизеров.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к технологическому оборудованию для производства первичного алюминия электролизом, а именно, к способам футеровки катодных устройства электролизеров. Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия включает в себя засыпку и выравнивание теплоизоляционного слоя в кожух катодного устройства, засыпку, выравнивание и уплотнение огнеупорного слоя, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой. Перед засыпкой теплоизоляционного слоя на днище кожуха создают слой из мелкодисперсных карбонизируемых частиц. Предлагаемый способ футеровки катодного устройства электролизера для получения первичного алюминия позволяет сократить стоимость футеровочных материалов, снизить энергозатраты при работе электролизера за счет улучшения теплового сопротивления теплоизоляции в цоколе, увеличить срок службы электролизеров.

---

(12) МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗАЯВКА , ОПУБЛИКОВАННАЯ В СООТВЕТСТВИИ С
ДОГОВОРОМ О ПАТЕНТНОЙ КООПЕРАЦИИ (РСТ )
ин(tm)еТу^ iioZZlrn. нпнинимммнимиНмЦниПнимЩ
Межд унаро дное бюро ""Г^^
'Z^/ (1°) Номер международной публикации
(43) Дата международной публикации WO 20l7/138843 А 1
17 августа 2017 (17.08.2017) W I P O I РСТ
(22) Дата международной
подачи :
30 декабря 2016 (30.12.2016)
(25) Язык подачи : Русский
(26) Язык публикации : Русский
(30) Данные о приоритете :
2016 104190 09 февраля 2016 (09.02.2016) RU
ОГРАНИЧЕННОЙ "ОБЪЕДИНЕННАЯ
ИНЖЕНЕРНО -" (OBSHCHESTVO
(71) Заявитель : ОБЩЕСТВО С ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ КОМПАНИЯ РУСАЛ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTYU "OBEDINENNAYA KOMPANrYA RUSAL INZHEN -ERNO-TEKHNOLOGICHESKIY TSENTR") [RU/RU]; ул. Пограничников , 37, стр . 1, Красноярск , 6601 11, Krasnoyarsk (RU).
(72) Изобретатели : ПРОШКИН , Александр
Владимирович (PROSHKIN, Alexandr Vladi-
mirovich); ул. Павлова , 75, к в. 111, Красноярск ,
660122, Krasnoyarsk (RU). ПИНГИН , Виталий
Валерьевич (PINGIN, Vitalij Valer'evich); ул.
Баумана , 3, к в. 31, Красноярск , 660028, Krasnoyarsk
(RU). НАГИБИН , Геннадий Ефимович (NAGIBIN,
Gennadij Eflmovich); ул. Академгородок , 23, кв. 51, Красноярск , 660036, Krasnoyarsk (RU). СБИТНЕВ , Андрей Геннадьевич (SBITNEV, Andrei Gennadievich); пр. Красноярский рабочий , 66, к в. 64, Красноярск , 660037, Krasnoyarsk (RU).
Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида национальной охраны ) : А Е, AG, AL, AM,
АО, AT, AU, AZ, В A, BB, BG, BH, BN, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CL, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DJ, DK, DM, DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IR, IS, JP, KE, KG, KH, KN, KP, KR, KW, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PA, PE, PG, PH, PL, PT, QA, RO, RS, RU, RW, SA, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TH, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW.
(84) Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида региональной охраны ): ARIPO (BW, GH, GM, KE, LR, LS, MW, MZ, NA, RW, SD, SL, ST, SZ, TZ, UG, ZM, ZW), евразийский (AM, AZ, BY, KG, KZ, RU, TJ, TM), европейский патент (AL, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MK, MT, NL, NO, PL, PT, RO, RS, SE, SI, SK, SM, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, KM, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
Декларации в соответствии с правилом 4.17:
- об авторстве изобретения (правило 4.17 (iv))
Опубликована :
- с отчётом о международном поиске (статья 21.3)
(54) Название изобретения : СПОСОБ ФУТЕРОВКИ
АЛЮМИНИЯ
(54) Title: ELECTROLYZER CATHODE LINING METHOD FOR PRODUCING PRIMARY ALUMINUM
КАТОДА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ПЕРВИЧНОГО
00 00
(57) Abstract: The invention relates to the field of nonferrous metallurgy, and specifically to technological equipment for producing primary aluminum via electrolysis, and particularly to methods for lining electrolyzer cathode devices. An electrolyzer cathode lining method for producing primary aluminum includes pouring and leveling a heat-insulating layer within the casing of a cathode device, pouring, leveling and compacting a refractory layer, and installing hearth blocks and side blocks and subsequently sealing the seams between same using a cold ramming paste. Prior to pouring the heat-insulating layer, a layer of finely-dispersed carbonizable particles is created on the bottom of the casing. The proposed method for lining an electrolyzer cathode device in order to produce primary aluminum allows for reducing the cost of lining materials, reducing the energy consumption of an electrolyzer by enhancing the thermal resistance of thermal insulation in the base thereof, and extending the service life of electro lyzers.
заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой . Перед засыпкой теплоизоляционного
днище кожуха создают слой и з мелкодисперсных карбонизируемых частиц . Предлагаемый способ
катодного устройства электролизера для получения первичного алюминия позволяет сократить футеровочных материалов , снизить энергозатраты при работе электролизера за счет улучшения сопротивления теплоизоляции в цоколе , увеличить срок службы электролизеров .
(57) Реферат : Изобретение относится к области цветной металлургии , в частности , к технологическому оборудованию для производства первичного алюминия электролизом , а именно , к способам футеровки катодных устройства электролизеров . Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия включает в себя засыпку и выравнивание теплоизоляционного слоя в кожух катодного устройства , засыпку , выравнивание и уплотнение огнеупорного слоя , установку подовых и бортовых блоков с последующей
слоя н а
футеровки
стоимость теплового
СПОСОБ ФУТЕРОВКИ КАТОДА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ
5 Изобретение относится к области цветной металлургии , в частности , к
технологическому оборудованию для производства первичного алюминия электролизом , а именно , к способам футеровки катодных устройства электролизеров .
Известен способ футеровки катодной части алюминиевого
10 электролизера (Патент RU Ш222 1087, МП К С25С 3/08, опубл .10.01.2004г.),
включающий засыпку огнеупорного слоя, выполненного из
демонтированной огнеупорной футеровки электролизеров в виде порошка фракций 2-20 мм на теплоизоляционный слой , который сформирован из высокопористого графита или пенококса со скоростью коррозии в расплаве
15 алюминия и криолитглиноземном расплаве н е более 0,03 и 0,05 мм/сутки .
Недостатком такого способа футеровки является низкое тепловое
сопротивление материалов подкатодной области электролизера , поскольку коэффициент теплопроводности пористого графита плотностью 180-200 кг/мЗ составляет 0,174-0,48 Вт/(мК), что в 2-4 раза превышает аналогичную 20 величину традиционно применяемых теплоизоляционных материалов . Другим недостатком является высокая стоимость пористого графита .
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ футеровки катодного устройства электролизера для
получения алюминия , включающий засыпку теплоизоляционного слоя ,
25 состоящего и з неграфитированного углерода или порошка
алюмосиликатного или глиноземистого состава , предварительно
перемешанного с неграфитированным углеродом в кожух катодного
устройства , формирование огнеупорного слоя засыпкой порошка
алюмосиликатного состава и его уплотнением вибропрессованием до зо получения кажущейся пористости не более 17 %, установку подовых и
бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой (патент RU 2385972, МПК С25СЗ/08, опубл . 10.04.2010).
Недостатком такого способа футеровки является большие тепловые 5 потери через днище электролизера из за высокого значение коэффициента теплопроводности уплотненных слоев неграфитированного углерода или порошка алюмосиликатного или глиноземистого состава , предварительно перемешанного с неграфитированным углеродом , что приводит к росту энергозатрат .
10 В основу изобретения положена задача разработки способа футеровки ,
обеспечивающего сокращение энергозатрат при работе электролизера , а
также уменьшение стоимости приобретения и утилизации отработанных футеровочных материалов .
Техническим результатом , на достижение которого направлено
заявляемое изобретение является улучшение теплофизических
характеристик футеровочных материалов цоколя электролизера ,
сокращение затрат н а их приобретение и уменьшение количества
образующихся отходов , подлежащих утилизации после демонтажа
электролизера , снижение температуры днища подины .
20 Указанный технический результат достигается тем, что в способе
футеровки катода электролизера для получения алюминия , включающем в себя засыпку и выравнивание теплоизоляционного слоя в кожух катодного устройства , засыпку , выравнивание и уплотнение огнеупорного слоя,
установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой , перед засыпкой
теплоизоляционного слоя н а днище кожуха создают слой из
мелкодисперсных карбонизируемых частиц .
Предлагаемый способ дополняют частные отличительные признаки , способствующие достижению заявленного технического результата .
Слой мелкодисперсных карбонизируемых частиц могут уплотнять до высоты , составляющей 5- 25 % от высоты подкатодного пространства и достижения плотности , соответственно от 250 до 600 кг/мЗ, а в качестве мелкодисперсных карбонизируемых частиц могут использовать древесную муку или опилки лиственного или хвойного состава .
Приведенные выше варианты частного выполнения по изобретению не являются единственно возможными . Допускаются различные модификации и улучшения , не выходящие за пределы области действия изобретения ,
определенной первым пунктом формулы .
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию "новизна ".
Сущность изобретения поясняется следующим графическим
15 материалом . Н а фиг. 1 представлены результаты исследований влияния температуры карбонизации на объемную относительную усадку и коэффициент теплопроводности древесной муки при ее различной плотности . Н а фиг . 2 представлены результаты расчета температур в цоколе электролизера для производства первичного алюминия .
При использовании неформованных материалов для монтажа катодных устройств в результате совместного уплотнения теплоизоляционного и огнеупорного слоев уплотняются не только верхние , н о и нижние слои - их коэффициент теплопроводности повышается . Создание слоя из мелкодисперсных карбонизируемых частиц , например , древесной муки обеспечивает дополнительное тепловое сопротивление в подкатодном пространстве , поскольку древесная мука обладает более низким , чем полукокс бурого угля коэффициентом теплопроводности . Кроме того , создание упругого слоя из мелкодисперсных карбонизируемых частиц (МДКЧ ) непосредственно на днище катодного устройства
WO 2017/138843 PCT7RU2016/000953
способствует снижению относительной усадки вышерасположенных слоев теплоизоляции .
Предлагаемые параметры высоты слоев мелкодисперсных карбонизируемых частиц МДКЧ и соответствующей плотности являются 5 оптимальными . Как показано на фиг .1 и фиг .2 недостаточное уплотнение мелкодисперсных карбонизируемых частиц с получением высоты слоя
более 25 % от общей высоты подкатодной области повышает риск усадки
слоя МДКЧ и вышерасположенных конструктивных элементов и выхода электролизера из строя . Чрезмерное уплотнение МДКЧ с получением высоты слоя менее 5 % от общей высоты подкатодной области повышает
коэффициент теплопроводности и снижает эффективность технического
решения из за невысокого теплового сопротивления .
Экспериментальные исследования процесса уплотнения и поведение уплотняемого материала проводились в лабораторных условиях . Насыпная 15 плотность МДКЧ составляла 76 кг/мЗ. Фракционный состав МДКЧ приведен в таблице 1.
Пиролиз МДКЧ проводился в восстановительной среде (в засыпке
буроугольного полукокса ) в течение 7 ч при различной температуре (от 200 до 800 °С). Для пиролиза образцы уплотняли до плотностей 245 кг/мЗ и 640 кг/мЗ, высота засыпки при таком уплотнении уменьшалась в 3,2 и 8,42 раза соответственно .
Проведенные исследования показали , что при температурах пиролиза выше 300°С происходит значительная усадка образцов . Прочность образцов при этом также существенно уменьшается и при температурах пиролиза выше 400°С составляет не более 0,3 МПа . При этом при более высокой
степени уплотнения МДКЧ снижается относительная усадка , что наиболее заметно при температурах пиролиза до 200°С. В целом , по результатам , проведенных испытаний можно сделать следующие выводы :
- для хвойных древесных материалов значения коэффициента 5 теплопроводности выше , чем для лиственных ;
- при увеличении температуры пиролиза теплопроводность МДКЧ снижается ;
- высокодисперные древесные материалы (мука ) имеют более низкие значения теплопроводности по сравнению с МДКЧ более крупной фракции
10 (-5 мм).
При максимальном уплотнении (640 кг/мЗ) коэффициент
теплопроводности имеет значение 0,203 Вт/(м-К). Однако при пиролизе в
области температур до 200° С теплопроводность снижается до 0,1 16
Вт/(м-К). Таким образом , использование карбонизируемых
15 мелкодисперсных материалов в составе НФМ под слоем теплоизоляции
будет высокоэффективным .
Дополнительно были проведены эксперименты при использовании режимов уплотнения , которые можно достичь при футеровке электролизеров . Результаты для МДКЧ различного происхождения и гранулометрического состава представлены в таблице 2 .
WO 2017/138843 PCT/RU2016/000953
При коэффициенте уплотнения 2, наименьшую усадку (порядка 15%) имеют хвойные МДКЧ . Данное значение несколько превышает требуемую усадку при давлении 1,5 МПа (10%). Для получения требуемой усадки
(менее 10%) необходимо увеличить коэффициент уплотнения до значения
5 2.2.
При достаточно удовлетворительных теплофизических свойствах ,
достоинством хвойных МДКЧ является их доступность .
Проведенные промышленные испытания указанного способа
футеровки неформованными материалами электролизеров подтвердили
Ю основные положения предлагаемого способа .
Предлагаемый способ футеровки катодного устройства электролизера
для получения первичного алюминия по сравнению с прототипом позволяет сократить стоимость футеровочных материалов , снизить энергозатраты при работе электролизера за счет улучшения теплового сопротивления теплоизоляции в цоколе , увеличить срок службы электролизеров .
Формула изобретения
1. Способ футеровки катода электролизера для получения алюминия ,
включающий в себя засыпку и выравнивание теплоизоляционного слоя в
5 кожух катодного устройства , засыпку , выравнивание и уплотнение
огнеупорного слоя, установку подовых и бортовых блоков с последующей
заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой ,
отличающийся тем , что перед засыпкой теплоизоляционного слоя на днище
кожуха создают слой из мелкодисперсных карбонизируемых частиц
ю 2. Способ по п .1, отличающийся тем, что мелкодисперсные
карбонизируемые частицы уплотняют до высоты , составляющей
5- 25 % от высоты подкатодного пространства и достижения
плотности , соответственно от 250 до 600 кг/мЗ.
3. Способ по п .1, отличающийся тем, что в качестве
15 мелкодисперсных карбонизируемых частиц используют древесную
муку или опилки лиственного или хвойного состава .
V 800
"о а
? 600 а. " с
." 400
1200
400 500 600 700 800 900
Расстояние по высоте цоколя от верха подового блока, мм
ФИГ. 2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
INTERNATIONAL SEARCH REPORT
International application No.
PCT/RU 201 6/000953
A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER
C25C3/08 (2006.01 )
According to International Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
B . FIELDS SEARCHED
Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)
C25C 3/00, 3/06, 3/08
Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are included in the fields searched
Electronic data base consulted during the international search (name ofdata base and, where practicable, search terms used)
PatSearch (RUPTO internal), USPTO, PAJ, Esp@cenet, DWPI, EAPATIS, PATENTSCOPE
C . DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
A, D A
RU 2385 972 C1 (IUNAITED KOMPANI Al PI RUSAL) 10.04.2010
RU 2266983 C 1 (OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTIU "INZHENERNO-TEKHNOLOGICHESKII TSENTR") 27.1 2.2005
CN 1136600 A (BAOTOU ALUMINIUM FACTORY) 27.1 1.1996
1-3 1-3
1-3
Further documents are listed in the continuation ofBox C.
See patent family annex.
"A" "E" "L"
"O" "P"
Special categories of cited documents:
document defining the general state of the art which is not considered to be of particular relevance
earlier application or patent but published on or after the international filing date
document which may throw doubts on priority claim(s) or which is cited to establish the publication date of another citation or other special reason (as specified)
document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other means
"T" later document published after the international filing date or priority date and not in conflict with the application but cited to understand the principle or theory underlying the invention
"X" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered novel or cannot be considered to involve an inventive step when the document is taken alone
"Y" document of particular relevance; the claimed invention cannot be considered to involve an inventive step when the document is combined with one or more other such documents, such combination being obvious to a person skilled in the art
" &" document member of the same patent family
Номер меиадународной заявки
ОТЧЕТ О МЕЖДУНАРОДНОМ ПОИСКЕ
PCT/RU 2016/000953
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ
С 25СЗ/08 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации МПК
В . ОБЛАСТЬ ПОИСКА
Проверенный минимум документации (система классификации с индексами классификации )
С 25 С 3/00, 3/06, 3/08 Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в поисковые подборки
PatSearch (RUPTO internal), USPTO, PAJ, Esp@cenet, DWPI, EAPATIS, PATENTSCOPE Электронная база данных , использовавшаяся при поиске (название базы и, если , возможно , используемые поисковые термины )
ДОКУМЕНТЫ , СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория
Цитируемые документы с указанием , где это возможно , релевантных частей
Относится к пункту N
A, D
RU 2385 972 С 1 (ЮНАЙТЕД КОМПАНИ А И ПИ РУСАЛ ) 10.04.2010
RU 2266983 С 1 (ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
"ИНЖЕНЕРНО -ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ") 27. 12.2005
CN 1136600 A (BAOTOU ALUMINIUM FACTORY) 27.11.1996
1-3
1-3
1-3
последующие документы указаны в продолжении графы С.
данные о патентах -аналогах указаны в приложении
"А"
"Е"
"L"
"О" "Р"
Особые категории ссылочных документов : "гр' документ , определяющий общий уровень техники и не считающийся особо релевантным
более ранняя заявка или патент , но опубликованная на дату "X" международной подачи или после нее
документ , подвергающий сомнению притязание (я) на приоритет , или
который приводится с целью установления даты публикации другого "У"
более поздний документ , опубликованный после даты международной
подачи или приоритета , н о приведенный для понимания принципа или теории , на которых основывается изобретение
документ , имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска ; заявленное изобретение не обладает новизной или изобретательским
уровнем , в сравнении с документом , взятым в отдельности
WO 2017/138843
PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843 PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843 PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843 PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843
PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843
PCT/RU2016/000953
WO 2017/138843
PCT/RU2016/000953