Монтаж подовых блоков с блюмсами алюминиевых электролизеров

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт цветных металлов и материаловедения
институт
Металлургии цветных металлов
кафедра

УТВЕРЖДАЮ                    Заведующий кафедрой
                                                                                      _____Н.В Белоусова 
 подпись         инициалы, фамилия 
« _____»   __________20 ___ г.




МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ


«Монтаж  подовых блоков с блюмсами алюминиевых электролизеров»
тема
___________________________________________________________

___________________________________________________________

22.04.02 Металлургия
код  и  наименование направления 
22.04.02.02 «Металлургия цветных металлов»
код  и  наименование магистерской программы




Научный руководитель  _________  д-р хим. наук, проф.П.В. Поляков
                                        подпись, дата должность, ученая степень  инициалы, фамилия
Выпускник    _______________      Д.И. Мараканов
подпись, дата                  инициалы, фамилия
Рецензент_________ менеджер, ООО  «ОК ИТЦ»Э.Н. Додонов
подпись, дата    должность, ученая степень     инициалы, фамилия



Красноярск 2017

Продолжение титульного листа магистерской диссертации  по теме 
«Монтаж  подовых блоков с блюмсами алюминиевых электролизеров»
_______________________________________________________________



Консультанты по
разделам:

  Глава№1	______________                       ___________                     М.В. Метляев
наименование раздела                                  подпись, дата                     инициалы, фамилия

  	                                                     ___________                    
наименование раздела                                  подпись, дата                    инициалы, фамилия

_________________________	   ______________             _______________
наименование раздела                                  подпись, дата               инициалы, фамилия

_________________________	   ______________             _______________
наименование раздела                                  подпись, дата               инициалы, фамилия

_________________________	   ______________             _______________
наименование раздела                                   подпись, дата                    инициалы, фамилия

_________________________	______________            _______________
наименование раздела                                  подпись, дата                     инициалы, фамилия







Нормоконтролер                __________               ______________
подпись, дата                                 инициалы, фамилия







Содержание
Введение…………………………………………………………………………   5
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО
АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ…………….…………………………10
1.1 Конструкция электролизеров………...………………………………………10
1.2  Эволюция катодного устройства электролизера…………….……………..13
1.3  Современный катодный кожух электролизеров……………………………16
1.4 Футеровка катодного кожуха и новые футеровочные материалы………...20
1.5 Монтаж подины…………………………………………………………….....35
1.6 Причины и механизмы разрушения катодного устройства............................37
1.7 Причины образования трещин в углеграфите….…………………...…..…..42
1.8 Поверхностные свойства углеграфитовых зделий……………….…………45
1.9 Перспективные  инновационные  решения  в  области 
модернизации катодных устройств…………………………………………….. 54

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ
ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ……………………………………………………..  59
2.1 Влияние конструктивных и технологических решений на
срок службы электролизеров ……………………………………………...…   59
2.2 Распределение тока в подине………….…………………………………... 65
2.3 Исследования распределения тока в подине…………………………….   69
2.4 Влияние распределения тока на работу подины………………………...   69
2.5 Электрические переходные контакты……………………………………   70
2.6 Расчет падения напряжения в катоде электролизера……………………   72

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАЛИВКИ И ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И МАРКИ ЧУГУНА…………..………...75
 Расчеты температурного поля и напряженно-деформированного
состояния подовых блоков в процессах нагрева и заливки.  ……………  75

Расчет оптимальных параметров состояния системы подовой секции в процессе подготовки и заливки ее чугуном на примере чертежа АЛ 250Д.10.20.10.00 СБ (С8Ба).…………………………………………………………………….. 80
3.3 Подбор марок чугунов для заливки……………………………………......82
ГЛАВА 4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ВНЕДРЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЛИВКИ ПОДОВЫХ СЕКЦИЙ ЧУГУНОМ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПРОГРЕВОМ  НА  ПАО "РУСАЛ-БРАТСК".......................................................................................85
4.1 Схема размещения оборудования в 
ЦКР БФ ООО "РУС-Инжиниринг"……………………………………............85
4.2    Подбор оборудования.…………………………………................….......86
4.3 Разработка технологии ………………………………..................…….......88
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИЯ СБОРКИ ПОДОВЫХ СЕКЦИЙ С ЗАЛИВКОЙ ЧУГУНОМ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ» ДЛЯ ФИЛИАЛА  ООО «РУС ИНЖИНИРИНГ» В Г. БРАТСК.
 ……………………………………………………………………..................   101

Заключение…………………………………………………………………..  104

Использованная литература………………………………………………… 106


                                             



                                           
                                                 ВВЕДЕНИЕ
     Единственным промышленным способом производства алюминия на протяжении более чем 120 лет является электролиз криолитоглиноземного расплава (способ Холла-Эру). Рассматривая совершенствование конструкции алюминиевых электролизеров за весь период развития алюминиевой промышленности, можно сделать основной вывод, что доминирующим на всех его этапах является рост единичной мощности агрегата при одновременном сокращении трудовых затрат на его обслуживание, снижении расхода электроэнергии, улучшении условии труда и уменьшении вредных промышленных выбросов. При выборе конструкции электролизеров для нового или реконструируемого алюминиевого завода в первую очередь учитывают вышеперечисленные факторы.
     Алюминиевый электролизер (АЭ) – это сложный и дорогой агрегат. Продолжительность работы его от пуска до отключения на капитальный ремонт называется сроком службы.
     По опубликованным в разное время в печати данным, срок службы отдельных алюминиевых электролизеров на передовых алюминиевых предприятиях России достигает 10 лет и более. Однако разброс продолжительности срока службы весьма существенный. На многих предприятиях даже 1826 суток непрерывной эксплуатации считается вполне удовлетворительным результатом.
     Что же определяет срок службы электролизера в наибольшей степени? Прежде всего, это устойчивость против разрушения футеровки катодной части и катодного кожуха. Условия обжига и пуска электролизёров могут либо усилить, либо ослабить эти тенденции. Другие причины, в том числе поломки механического оборудования, разрушение анодов и др., оказывают несравнимо меньшее влияние на срок службы катодного устройства.
     В настоящее время, в условиях постоянного роста цен на электрическую энергию, для алюминиевых компаний одним из приоритетных направлений достижения приемлемой себестоимости алюминия является снижение расхода технологической электроэнергии.
     В катодном устройстве основным фактором, влияющим на энергопотребление электролизера, является величина падения напряжения в подине, которое в свою очередь обусловлено качеством электрического контакта в узле: подовый блок – катодный стержень.
     Материал (способы) заделки указанного контакта могут быть различными: токопроводящие набивные пасты, органические смолы, заливка чугуном и др.
     Наиболее предпочтительным способом, с точки зрения снижения контактного сопротивления, является заделка контакта «подовый блок – катодный стержень» чугунной заливкой.
     До 1996 года на ОАО «РУСАЛ Братск» заделка контакта «подовый блок – катодный стержень» производилась чугунной заливкой, но при этом расплав чугуна с температурой ~ 1300 ?С заливался в паз подового блока, прогретого до 120 ?С. Блюмс прогревался в индукционной печи в расплаве чугуна в течении 1-2 минут. Подобный термоудар вызывал интенсивное образование температурных трещин на поверхности подовых блоков до 100 % случаев заливки (рис. №1) и, как следствие этого, большое количество отключений электролизеров со сроком службы до 2-х лет. Величина падения напряжения в подине при этом составляла ~ 365 мВ. В связи с большим количеством ранних отключений электролизеров с 1996 года на ОАО «РУСАЛ Братск» осуществляется монтаж подовых секций с использованием холоднонабивной теплопроводной контактной массы. 
     С целью уменьшения среднего напряжения электролизера и обеспечения снижения расхода технологической электроэнергии, на ОАО «РУСАЛ Братск» планируется осуществить переход на технологию заделки контакта «подовый блок – катодный стержень» чугунной заливкой с предварительным подогревом подовых секций перед их заливкой чугуном, что позволит избежать термоудара и образование температурных трещин. Используя технологию монтажа катодных стержней с заливкой чугуном, при условии сохранения требуемого электрического баланса электролизера, можно достичь уменьшения среднего напряжения электролизера на 43 мВ, и обеспечить снижение расхода технологической электроэнергии на 117 кВт*ч/т Al. 
     Операция «заливка чугуна» является одной из самых сложных и ответственных, в ходе проведения которой, возможны следующие дефекты (рис. №1, №2, №3):
      
      Образование трещин в стенках и угловых трещин в подовых блоках (рис.1а, 1б).
      
                              а)                                                        б)
      Рисунок 1. Дефекты подовых блоков
      
      
      Окисление поверхности подового блока и блюмса (рис.2).
      
      Рисунок 2. Дефекты поверхности блока и блюмса
      
      
      
      
      Неравномерное распределение температуры в блоке, термические деформации, потери тепла (рис.3).
      
      Рисунок 3. Температурные деформации блока и блюмса
     Важной частью процесса является определение параметров нагрева блюмсов и подовых блоков перед заливкой чугуном. 
     Катодная секция представляет собой композитную систему с ярко выраженными свойствами механической неоднородности: упругие модули и коэффициенты линейного температурного расширения входящих в нее материалов (стали, углеграфита и подовой массы) отличаются на порядки. Так, модуль Юнга углеграфитовой матрицы и спеченной подовой массы составляют соответственно 6,35·103 МПа и 1,0·103 МПа [1], в то время как модуль нормальной упругости стального блюмса равен 2.1·105 МПа. Расчеты температуры подогрева с использованием коэффициентов теплового расширения в температурном диапазоне нагрева блюмсов и подовых блоков, чугуна и различных типов подовых блоков, показывают, что плохой предварительный нагрев до заливки может привести к серьезному повреждению блоков во время предварительного нагрева всего катода электролизера и ввода его в эксплуатацию. 
     В условиях интенсификации электролиза, при увеличении тока  проектных показателей,  необходимость использования  материалов и принятия  технических  для катодного устройства,  направлены на повышение  службы и улучшение  показателей () процесса в целом.
       работы: провести  существующих и перспективных  и технических , обеспечивающих ресурсосбережение в  катодного устройства , продление сроков  его использования,  предложения для модернизации  монтажа блюмсов с  блоками.
     Задачи :
     - изучение  технологических параметров  электролитического производства  на пропитку подовых , других  материалов катодного  компонентами криолитоглиноземного , влияние этого  на их срок ;
     - определение причин  футеровочных материалов и  их локальных структурных  в катодном  алюминиевого электролизера;
     -  предложения совершенствования  катодного устройства на  анализа  изобретений;
      - произвести с  прикладных программ м моделирование теплового  и напряжений в  блок – блюмс для  оптимальных параметров  подовой секции и  заливаемого  с целью исключения  факторов (деформация,  и образование трещин в  блоке) ,  на целостность подового  и дальнейшие эксплуатационные  подины катодного .
     - разработать  схемы расположения , подобрать соответствующее , разработать регламент  технологического .
     
     
     
     
     ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ : КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО  ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
                1.1 Конструкция 
     Электролизные  80-х годов ХI столетия и электролизеры,  в промышленности вплоть до  20-х—начала 30- годов ХХ-го , были малой  (до 10 кА), с блочными предварительно  анодами( ). Анодная плотность  на таких электролизерах  1,4-6,5 -А/см2, а  электроэнергии на  алюминия 25000-80000 . С 30-х годов  столетия начинается  этап  конструкции электролизных , начали внедряться  самообжигающиеся электроды () (по патенту С), были сделаны  попытки использовать  работы таких  в алюминиевой .
     Однако устройство  СА с токоподводом по принципу  самообжигающихся электродов  (посредством  контактных плит) не  желаемых результатов. 
     В  странах, в том числе и  Союзе,  проведены большие  работы по изысканию  СА для алюминиевой промышленности. В  появилась  токоподвода при помощи , забиваемых и неспеченную  тела анода  – так называемая  токоподвода (БТ) к  анодам. Эту систему  внедрять в промышленность с  30-х , и, постепенно совершенствуясь, она  конкурировать с системой ОА.  электролизеров с непрерывными СА и БТ  прежде  с увеличением силы  электролизеров и с отказом от  двух- и трехэлектродных  в пользу  до настоящего времени  конструкции анодной , что обеспечило широкое  электролизеров  типа в производстве  вплоть до 50-х .
     В настоящее время  промышленные  электролизеров СА с боковым  на силу тока от 60 до 175 кА.  плотность тока  электролизеров  0,7-1,0 А/см2, расход   до 16,5 тыс. кВт-ч/т.
     Переход на  с самообжигающимися анодами  ускорению и  производства алюминия, так как из  схемы были  дорогостоящие переделы  и обжига . На начало 1980 г.  15 % алюминия производилось в  с самообжигающимися анодами и  токоподводом.
       на применение электролизеров  мощности (свыше 100 кА) с  СА привел к разработке  системы - при помощи штырей,  в анод сверху.  с анодным устройством  системы,  под названием электролизеров с  токоподводом (ВТ),  широко применяться в  с пятидесятых  прошлого века. ВТ  увеличить единичную  электролизеров и значительно  их обслуживание, что  рост производительности . На рис. 1.1 дана схема  конструкции электролизера с  анодом и ВТ,  состоит из анодного  (рама, ошиновка, , механизмы подъема, , анод),  устройства (кожух, , ошиновка), системы . С 50-х до 70-х  подавляющее во вновь вводимых  электролиза оборудовалось  этого типа.  тока у  электролизеров составляла от 100 до 165 кА,  тока от 0,6 до 0,75 А/см?,  электроэнергии 13,5-15,5 кВт ч/т. К началу  г до 26 % алюминия  в электролизерах с верхним  [2].
      
      
      Рисунок 1.1 - Устройство , ВТ (поперечный разрез): 1 - ; 2 -анододержатель; 3 -  анод; 4 - катод ( футеровка); 5 - расплавленный ; 6 - глинозем; 7 - газоходы
      
     В  время  серии электролиза на  тока от 100 до 600 кА, оборудованные  с предварительно обожженными . Имеются  электролизеры на  тока свыше 600 кА, при  плотность тока в  массиве  1,1-0,8 А/см2, а расход  от 12,2 до 14 кВт ч/т. 
     Рассматривая совершенствование  алюминиевых электролизеров за  период  алюминиевой промышленности,  сделать основной , что доминирующим на всех его  является  единичной мощности  при одновременном сокращении  затрат на его обслуживание,  расхода , улучшении условии  и уменьшении вредных  в окружающую среду. При  той или иной  электролизеров для нового  завода в первую  учитывают эти факторы.
       различные , легко убедиться, что все они  состоят из аналогичных  катодного и анодного , системы  и системы ошиновки. С  силы тока () электролизеров увеличивались его  и совершенство конструктивные элементы:
     -  и анодное устройство;
     -  газоулавливания;
     - токоподвод ();
     - конструкция  механизмов и другие  узлы.
     К неудовлетворительным  всех существующих  алюминиевых  следует отнести:
     -  высокий энергетический КПД;
     -  срок службы;
     -  степень  - газоулавливания.
     С конструкции электролизеров  идти по пути  его единичной , механизации и автоматизации  обслуживания, полного  всех отходящих  с последующей  их ценных компонентов.
      
     1.2.  катодного устройства 
     
     Катодное устройство  собой,  в металлический кожух , выложенную угольными . Между кожухом и  футеровкой  теплоизоляционные материалы, как , шамотный кирпич или  засыпка. Угольная  монтируется на  из теплоизоляционных материалов. На рис. 1.2 и рис. 1.3  схема катодного  электролизеров 80-х .
     В середине 80- годов [6,7,10] на , работающих по технологии , преобладало катодное  с чередованием  аморфных катодных  «шахматная подина»,  имеет следующие  [2,31,42]:
      большое  межблочных швов;
        механическая прочность ;
      сложность выполнения ;
      неустойчивый  баланс;
      неравномерное  тока по подине.
      
      
       1.2 - Катодное устройство  Содерберга 80- годов:
       - катодный ;  2 - бортовая футеровка; 3 -  шов; 4 -
      подовый блок; 5-  шов; 6- угольная ; 7- катодный стержень
      ();  9- подовая масса; 10– 
     
     В современных конструкциях  устройствах (. 1,3) исключены эти недостатки:
     - к швов снижено за  использования монолитных
         катодных  во всю ширину кожуха,
     -  материалы с высокой  графитизации (табл.1.1),  равномерное  тока по подине,  хорошее сопротивление  натрия и механическую  (табл. 1.2).
     
       1.3 - Катодное устройство  высокоамперного электролизера
                       
     При  часто применяются  катодные , закреплённые в блоке  чугуна, а межблочные и  швы подины заполняются  массой.
       1.1 - Свойства аморфных и  катодных блоков [31]
     

Единицы
Типы 


аморфный
(
тип)
полугра-


полугра-
фитизиро-

графити-
зирован-
ный
 плотность
3
1,85-1,95
2,05-2,15

2,2
Кажущаяся плотность
3
1,50-1,55
1,60-1,70

1,6-1,8
 пористость
%
18-25

15-30
25
Открытая 
%
15-18
15-20
-
-

мкОм·м

15-30
12-18

Теплопроводность
Вт/К·м

30-45
32
80-120
 на сжатие
МПа

25-30
-
15
Прочность на 
МПа
6-10
10-15

10-15
Тест  по Na
%
0,6-1,5

0,3-0,5
0,05-0,15
 золы мас.
%
3-10

1,5
0,5
     
     
     
     
     Таблица 1.2 - Критерии  материалов  электролизера
     
Критерии
 материалов (тенденции )
Физические свойства
 (высокая)
 (низкая)
Прочность на  (высокое)
Сопротивление  (высокое)
Теплопроводность ()
Коррозионное 
Инертность к криолиту
 к Аl и Na
Нерастворимость в криолите и Аl
 пористость

Несмачиваемый  или смачиваемый 
Экономические аспекты

Легкость изготовления
 монтаж конструкций
     
     
        катодный  электролизеров
     Пропитка  компонентами расплава,  воздействия и физико-химические  в материалах  в процессе работы  создают значительные , воздействующие на стенки  устройства,  приводят к его деформации и . Для обеспечения надежной и  работы ванны  катодного  должна обладать  жёсткостью,  противостоять возникающим .
     Одной из  кожуха являются  кожухи с днищем. Они  на электролизерах всех  и устанавливаться как в  корпусах на фундаментах, так и в  корпусах на специальных  балках. Один из  вариантов  катодного устройства  на рис. 1.4.
     
      Рисунок 1.4 - Катодное  с кожухом с днищем.
      1 - ; 2 -электроизоляция; 3-  балка; 4- катодный ; 5- огнеупорная кладка; б-  футеровка; 7 - бортовая ; 8, 9 - подсыпка и  лист; 10- межблочные швы; 11- .
     
     В 60-е годы под  Самойленко [3] была  сборно конструкция железобетонного , которая состояла из  плит и крепилась к  анкерными . Днище устанавливалось на  так, чтобы оставался  между днищем и , обеспечивающий  воздуха. Предполагалось, что на  в качестве огнеупорной и  футеровок будут  химически  блоки, которые  бы использовать днище в  нескольких кампаний.  широкого  внедрения химически  блоки не получили и  конкурентоспособность этой  резко , но на некоторых заводах  днища используются до  времени[36,37,40].
     Катодные  могут  двух модификаций: с  кожухами и кожухами с  устройствами [3]. Самонесущие  (рис. 1.5,а)  на электролизерах  и средней мощности.  такого кожуха  из мощных  балок (швеллеров или ) (рис. 1.5,б) высотой 35-55 см и  противостоять возникающим .
      а
      
      
                                                                    
      
      
      
      
      
      
      
      
                                                                    
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      Рисунок 1.5 -  катодный кожух.
а-  устройство; б- варианты  борта кожуха.
      
      
      
     По  роста  электролизеров возрастали и , возникающие в подине, и  конструкция катодного  усложнялась и  более тяжелой и . В связи с этим  созданы и сейчас  применяются  конструкции катодных  с отдельным несущим ; на рис. 1.6 приведены схемы  наиболее  встречающихся вариантов  кожухов [30].
     На рис. 1.6,а  схема контрфорсного  кожуха,  широкое применение на  заводах СНГ, оборудованных  ВТ и ОА средней и большой , расположенных в  корпусах. Собственно  кожух 1 представляет  "корыто", изготовленное из  стали. С  продольных сторон к  с помощью стяжных  3 прижимаются контрфорсы 2 (в  от мощности , количество пар варьируется от 7 и ), нижний конец  упирается в торцы  балки 4. При  в подине усилий они  контрфорсами, а распорная  препятствует деформации  стенок .
     На рис. 1.6, б приведена схема  кожуха, который 
                                                                    
                                                                    
                                                                    
                                                                    
                                                                    
                                                                    
                                                                    
                                                                    
     
     
     
     
     
     
     
     
                                                                    
      
      
      
      Рис 1.6 - Катодный кожух с  каркасом.
а-  каркас: 1- катодный ; 2- контрфорс; 3- стяжная; 4- распорная балка.
      б- каркас: 7 - кожух; 2-шпангоут; 3-  балка.
     
     
     представляет  "корыто" 1, вставленное в , образованную  шпангоутов 2, закрепленных на  балке 3. Шпангоуты  между выступающими из  концами  блюмсов. Такие  оказались намного  всех остальных  и поэтому  широкое применение в бежной практике на  средней и большой  (вплоть до 280 кА),  средний срок  ванны до 3000 суток  2200 суток на отечественных . Кроме , ремонтопригодность шпангоутных  оказалась выше , что сократило затраты на  ремонт.  и в России начаты  по переходу на такие  на мощных и сверхмощных .
     Вне зависимости от  и модификации, катодные  могут изготавливаться в  и монолитном исполнении.
        катодного  и новые футеровочные 
     Футеровка катодного  состоит из углеродной,  и теплоизоляционной , каждая из которых  определенную функцию.  роль принадлежит  футеровке, от ее  в решающей степени  срок службы .
     С точки зрения  углеродной  промышленные катоды  разделить на две группы.
        из обожженных блоков с  межблочными  являются практически  конструкцией, применяемой в  промышленности России.  швы являются  местом подины, они  срок службы .
      Склеенные полумонолитные  из обожженных и  обработанных блоков вляют собой  совершенную (и самую ую) конструкцию,  позволяет продлить  службы электролизера.
       футеровка выполняет  две важные : во-первых, она служит  ванной для расплавленного  и электролита и, во-вторых,  проводником . С целью достижения  срока службы и  электрической проводимости  подбирать иалы с определенными .
     Используемые в промышленных  катодные блоки  из различных  материалов, которые  [3] классифицировать следующим :
     Графитированный блок  из углеродистых  и подвергают термообработке до 3000° с образованием графитового ;
     полуграфитированный блок  из тех же материалов, но  до 2300°С;
     полуграфитовый  изготавливают из графитированного  и кокса, но прокаленного до 1200°;
     блоки из  углерода - это блок из  материала или материала с  графитированным наполнителем,  до 1200°С.
       показатели катодных  различного качества  в табл. 1.3 [2] .
     Результат  качественных  основных типов  катодных блоков по  [2] приведены в табл. 1.4. 
     
       1.3 - Основные  катодных блоков

Аморфный
Полуграфитовый

Графити-
рованный
 плотность, 3
1,85-1,95
2,05-2,15

2,2
Кажущаяся плотность, 3
1,50-1,55
1,60-1,70

1,6-1,81
 пористость, %
18-25

15-30
25
Открытая , %
15-18
15-20
-
-
 электросопротивление, 
30-50
15-30

8-14
Теплопроводность,  • К)
8-15
30-45
32

Прочность па , МПа
25—30
25-35
-
15
 на изгиб, МПа
6-10

6-10
10-15
, %
3-10
0
<1,5
<0,5
     
     
     Таблица 1.4 - Некоторые  характеристики катодных 
Свойство
Из аморфного 
Полуграфитировамные

Цена, отн. ед.
1,0
1,5-1,8
2-3
 к истиранию
Отличная

Плохая
Стойкость к 
Приемлемая
 хорошая
Отличная

Умеренная
Высокая
 высокая
Удельное  при температуре 
Среднее
Очень 
Очень низкое
 па сжатие
Высокая

Низкая
 под действием натрия

Низкая
Очень 
     
     Графитированные блоки по  этой  дороги и пока не  широкого применения, но  блоки имеют  те же свойства, что и  блоки, но не так дороги.
     С  зрения срока  подин стойкость к  удару -  важный показатель при  ванн после . Теплопроводность же блока не  большого  для потерь тепла, так как  потери тепла  через бортовые  ванны.
     В , нет разницы в конструкции  для электролизеров СА и ОА. Однако на  с самообжигающимися анодами  глинозема  путем автоматической  сырья (АПС), а где  данная система ушением , при котором теряется  количество тепла.  на таких ваннах  использовать в  бортовой футеровки  из аморфного углерода (с  теплопроводностью), а на ваннах с  обожженными , которые, как правило,  системами автоматического  глиноземом (АПГ),  бортовые  с более высокой  для сохранения надежных  настылей и во избежание  расплава.
     Ом, что блоки из аморфного  в процессе эксплуатации  и примерно через год  свойства,  различающиеся по теплопроводности и опроводности от графитированной , но все-таки падение  в таких  несколько выше. , учитывая названные и ряд  аспектов, предпочтительнее  материалы.  катодных блоков под  проникающего в них натрия  для более аморфных .
     Катодные  выпускаются разного  и разных форм,  которых зависит от  ванны и  капитального ремонта [2,32]. Конструкция паза, в  фиксируется токоотводящий  стержень (), имеет большое . В отечественной практике  паз формой ласточкиного  образуется в  изготовления блока при  массы через  (мундштук) определенной . 
     Катодные  со смонтированными блюмсами  в кожух ванны на  и теплоизоляционную футеровку.  устанавливаются  ванны рядами, и при  свободные концы  выходят наружу  окна в  сторонах кожуха.  рядов блоков  от их ширины и длины  ванны, а  блоков в отдельном  - от размеров отдельного , и поэтому существует  модификаций (. 1.7): монолитные (а) - когда  блока почти  ширине ванны;  (б), причем  блоков разная и  они в ванне в перевязку, эта  доминирует в отечестве алюминиевой ; многосекционные (в) - как правило, не  четырех блоков,  редко из-за  площади .
     
      Рисунок 1.7 - Модификации  катодных блоков
      , что снижение до минимума  стыков  стойкость подины, в  практике[2,37,41] при монтаже  электролизеров находят  применение  блочные конструкции (. 1.7,а). Однако применение  блоков приводит к , что при использовании  катодного кожуха  сложности с установкой  в корпус ванны и  швы получаются  ширины (рис. 1.8,б), что  эффективность применения  блока. Для снижения  периферийных  обычно идут  путями.
     При использовании  блоков используют  катодные  - с верхней съемной  (рис. 1.8,а) или боковой . Однако это усложняет  стального  и делает практически  проведение капитального  ванны на месте ее  из-за  магнитного поля на  дугу. 
     Другой  снижения ширины  швов  в применении катодного , у которого нижняя , т.е. там, где расположена футеровка,  более , а верхняя - расширяется от  подины с таким , чтобы расстояние от  до борта на  электролита было  для обработки и выливки  из ванны. В этом  бортовая  получается наклонной, что  ее монтаж. К преимуществам  кожухов относятся  масса и , повышенная катодная  тока, что позитивно  на выход по току.  таких  устройств является  бортовой футеровки из , нижняя часть  шире, что  снизить ширину  шва [2,33,34].
     
      
     
      Рисунок 1.8 -  кожухи с монолитными .
      а - разъемный ; б- сплошной.
     Следует , что и на рядовых кожухах с  расположенной бортовой  в зарубежных[2,33,34]  периферийный шов выполняют с  крутым скосом, чем в  практике (рис. 1.9). Как  из этого , шов поднимается примерно до  поверхности жидкого , т.е. на 18-22 см выше уровня . При соответствующем  набоечной массы  конструкция периферийного шва  положительно сказаться на  службы .
     Важнейшим элементом  полумонолитных клееных  устройств являются  клеи для  углеродистых изделий  собой и для соединения  блока с токоотводящими  [2,7]. Состав,  изготовления и применение, а  эксплуатационные характеристики  новых материалов  описаны в [3,7].  этих исследований  основания полагать, что  полумонолитных подин с  блюмсами в  времени найдут  применение и, в первую , на мощных и сверхмощных , где от их использования  получить максимальный .
     Основным назначением  и теплоизоляционной футеровки  снижение  тепла в окружающую  и, как следствие, снижение  электроэнергии.
     
     
     
     
     
     
     
     
      Рисунок 1.9 -  периферийного шва.
      а -  ванны: 1- подовые ; 2- бортовая футеровка; 3-  теплоизоляция; 4 - набивные швы; 5 - .б- зарубежная : 1- анод: 2 - газосборный ;3- электролит; 4- глинозем; 5 -; 6 - катодный кожух; 7 -  футеровка; 8-  шов; 9- блюмс; 10 - цоколь
       назначением огнеупорной и  футеровки является  потерь  в окружающую среду. Это  снизить расход  на производство алюминия.  этого  конструкция теплоизоляционных  позволяет поддерживать  температуру расплава и  стального  и продлить срок  ванны.
     По своему  и размещению в катоде не  часть  можно разбить на три  [2]:
     - материалы для подложек под  блоки;
     - плотные  материалы,  непосредственно под катодными  и воспринимающие на себя  воздействие проникающих  и снижающих  воздействие на расположенные под  теплоизоляционные материалы;
     -  с низкой теплопроводностью,  потери  ванной.
     Огнеупорная и  футеровки изготавливаются из  оксидов и выполняют  назначение:   ванну и противостоят  и физическому воздействию  расплава, но между  имеются  различия. Огнеупорные  имеют плотность, как , более 1 кг/дм3 и в  более  к воздействию расплава, но у них  теплопроводность, чем у материалов с  плотностью (0,35-0,8 3), которые  очень плохую  и физическую стойкость.
     Для  скорости проникновения  расплава к  и теплоизоляционной футеровкам ся- с большим или меньшим  - различные защитные , которые  подразделить на физически  и химически стойкие. В  физически непроницаемых  используют  подовую массу,  (красный) кирпич. Эти  могут лишь  скорость  расплава, но не могут  устранить его. Применялись  металлические барьеры из  слоев  стального листа [30],  барьеры из гибкого  волокна [30] в  со стальным , а также стеклянные  [30]. Однако все эти  лишь замедляют  расплава в , температура которой  по мере увеличения  службы ванны  со средней  около 0,2°С в  [2].
     Химические барьеры  состоять из проницаемых для  расплава , которые должны  во взаимодействие с ними и  новые барьеры,  или замедляющее  проникновение расплава. К  материалам относятся , состоящие из силикатов , или алюмосиликаты,  оксид кальция.  реакции этих  с фторидом натрия при 900° образуются  или стеклоподобные слои,  застыванию расплавленной .
     Катодные теплоизоляционные  должны  структурной стабильностью,  механической прочностью и  модулем упругости,  теплопроводностью,  стойкостью к компонентам  и другими менее  показателями. Легко , что все желаемые  не могут быть  в одном материале, и  при конструировании подины  приходится  на компромисс.
     В подине в  огнеупорных материалов  кирпич с высоким  оксида , т.е. кремнезем- глиноземные  (шамот), в основном  из муллита (3A1203-Si02), которые  устойчивы к  компонентов расплава, но  высокой теплопроводностью, что  их непригодными для использования в  изоляционных . Основные характеристики  материалов приведены в . 1.5.
     
     
     
     
     Таблица 1.5 - Основные  огнеупорных 
Свойство
Шамот

Объемная плотность, 3
2100
2200

2600

Открытая пористость, %
19
23
20
20
14
 на сжатие при 20 °С, МПа
30
25
28
55
20
Температура  на сдвиг, °С
1400

1410

1700
Линейное  до 1000 °С, %
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Теплопроводность, - К)
-
1,5
1
1,4
2,3
Содержание, %





Si02
56
52
64
23
8,3
А12О3
36
44
32
73
90
Fe2O3
1,9
1,5
1,5
1,0
0,3
TiO2
1,7
-
-
-
0.3
СаО+MgO
-
0,6
0,6
-
0,2
Na2O+K2O
-
1,2
2,0
0,7
0,31
     
     В  изоляционных  в подине широко  диатомитовые кирпичи и  различного состава,  свойства  представлены в табл. 1.6.
     Т 1.6 - Основные свойства  материалов
Свойство

Вермикулит
 температура, °С
1400
900
950

Объемная плотность, 3
0,8
0,75
0,65
0,35
Прочность на разрыв, МПа
2,0
1,0
1,4
0,5
, Вт/(м-К)
0,4
0,18
0,17
0,15 .
 теплового расширения, %
0,15
0,21
0,21

0,11
, %




Si02
39
75
79;
51
А12О3
34
12
12
10
Fe2O3
1,0
6
4
5
Na2O+K2O
3,0
0,6
0,3
1,2
     
     Как видно из данных . 1.5 и 1.6, теплопроводность изоляционных  на порядок  огнеупорных, однако  свойства неизмеримо  у огнеупоров. Поэтому в  катодных  применяют комбини (сэндвичевую) изоляцию:   слой состоит из  огнеупоров, а  слои из более  изоляционных материалов.
     На  электролизерах отечественных , бортовая  изготавливается из предварительно  плит, выполненных из тех же  и по той же технологии, что и подовые . Однако  бортовых блоков  отличаться от свойств  блоков, так как они не предназначены для  через них . Поэтому бортовые  должны обладать  электросопротивлением и теплопроводностью (с  создания  бортовых настылей), т.е.  характеристиками. Кроме , бортовые блоки  быть  к действию расплава и не  воздухом, нерастворимы в  и алюминии и не должны  этими , иметь низкую , быть просты в изготовлении,  при монтаже и иметь  стоимость.  также иметь в , что бортовая  электролизеров ОА и системой АПГ  быть  тонкой, так как она не подвергается  воздействию инструмента для  корки электролита. Для  футеровки  на их невысокую стойкость к  воздухом и воздействию  до си.......................