RU2038424C1

RU2038424C1 - Method for preparation of blooms for mounting in cathode section of aluminium electrolyzer

Info

Publication number: RU2038424C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Евменов; Б.С. Громов; Ф.К. Тепляков; А.П. Власюк; В.Л. Кучер; С.А. Занин; Б.И. Аюшин
Original assignee: Братский алюминиевый завод
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: blooms are heated by their immersion into molten metal to depth of 2/3-1.0 length of blooms part to be filled with cast iron in recess of carbon block. EFFECT: higher efficiency of mounting of cathode section of aluminum electrolyzer, reduced capital outlays and longer service life. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при монтаже подины алюминиевых электролизеров. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the installation of the bottom of aluminum electrolytic cells.

Известен способ монтажа катодных секций, при котором соединение блюмса с угольным блоком обеспечивается за счет линейного расширения блюмса, нагретого до 800^оС, размеры которого точно совпадают с размерами отверстия в угольном блоке [1] Недостатком данного способа является сложность технического осуществления соединения нагретого до 800^оС блюмса с угольным блоком, так как при некотором перегреве блюмса, перекосах, изгибах запрессовки блюмса в блок ведет к появлению трещин в блоке и разрушению блока.Known mounting method of cathode sections, wherein the compound of blooms with carbon block provided by the linear expansion blooms, heated to 800 ^{° C,} the dimensions of which correspond exactly with the dimensions of the aperture in the coal block [1] A disadvantage of this method is the complexity of the technical implementation of the compound is heated to 800 ^о С blooms with a coal block, as with some overheating of the blooms, distortions, bends of pressing blooms into the block, cracks appear in the block and the block breaks.

Другим известным является способ, при котором предусматривают нагрев секции в целом перед заливкой на 120-150^оС. Однако указанная температура нагрева не может способствовать снижению термических напряжений в блоке, так как пластичность стали (блюмса) наступает лишь при температуре более 500^оС. В процессе эксплуатации катодных секций, изготовленных таким образом, термические нагрузки от воздействия блюмса и чугунной заливки на угольный блок приводят к его разрушению.Another known is a method in which heating sections include a whole prior to pouring to 120-150 ° ^C. However, this heating temperature can reduce the thermal stresses in the block, since the ductility of steel (blooms) occurs only at a temperature above 500 ° ^C. During operation of the cathode sections made in this way, thermal loads from the influence of bloom and cast iron on the coal block lead to its destruction.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором производят нагрев до 650-800^оС, заформованного в пазу угольного блока, производят выдержку в течение нескольких минут, а затем производят заливку чугуном. Недостатком данного способа подготовки к монтажу является низкая производительность труда, связанная с длительностью нагрева отдельной секции 10-12 мин, значительные капитальные затраты на оснащение монтажного участка специальными индукционными нагревателями с коммуникациями подвода воды и электроснабжения, изготовления механической линии перемещения катодных секций к нагревателям и далее в зону заливки чугуном.The closest to the proposed is a method in which heating to produce a 650-800 ^{° C,} molded into the recess of the carbon block, producing an extract for a few minutes, and then produce iron casting. The disadvantage of this method of preparation for installation is the low labor productivity associated with the heating time of an individual section of 10-12 minutes, significant capital costs for equipping the installation site with special induction heaters with water supply and power supply communications, manufacturing a mechanical line for moving the cathode sections to the heaters and further cast iron casting area.

Целью изобретения является повышение производительности труда снижение капитальных затрат на оборудование монтажного участка и повышение срока службы. The aim of the invention is to increase labor productivity, reduce capital costs for the equipment of the installation site and increase service life.

Цель достигается тем, что нагрев блюмса осуществляют путем погружения в расплав металла, находящегося в индукционной печи, на глубину 2/3 1,0 длины части блюмса, подлежащего заливке чугуном в пазу угольного блока при монтаже секции. The goal is achieved in that the bloom is heated by immersing the metal in the induction furnace into a melt to a depth of 2/3 1.0 of the length of the portion of the bloom to be cast in the groove of the coal block during installation of the section.

Кроме того способ позволяет производить нагрев ранее использованного до полного ее расплавления и нагрева блюмса до необходимой температуры (750^оС).Furthermore the method allows for the heating of a previously used to its full melting and heating the blooms to the required temperature (750 ° ^C).

По известной технологии нагрев блюмса, заформованного в пазу угольного блока, производят индукционным нагревателем. В связи с тем, что прогрев блюмса производится только сверху, длительность прогрева составляет 10-12 мин. According to the known technology, the heating of blooms, molded into the groove of the coal block, is carried out by an induction heater. Due to the fact that the bloom is heated only from above, the heating time is 10-12 minutes.

По предложенной технологии блюмс прогревают путем погружения его в расплав чугуна перед установкой его в угольный блок. При этом интенсивность прогрева повышается в 5-6 раз в связи с тем, что блюмс прогревается одновременно во всех четырех сторон, а также за счет наведения индуктивного тока в самом блюмсе при включении индуктора. According to the proposed technology, the blues are heated by immersing it in molten iron before installing it in a coal block. At the same time, the heating intensity increases by 5-6 times due to the fact that the blooms are heated simultaneously in all four directions, as well as by inducing an inductive current in the bloom itself when the inductor is turned on.

Кроме того использование известной технологии требует оснащения участка специальными индукционными нагревателями, т.е. требует дополнительных капитальных затрат. Предложенная технология позволяет использовать для нагрева блюмсов имеющееся оборудование индукционную печь для плавки чугуна. При этом отпадает необходимость в капитальных затратах на специальные индукционные нагреватели. In addition, the use of known technology requires equipping the site with special induction heaters, i.e. requires additional capital costs. The proposed technology allows the use of existing equipment for heating blooms induction furnace for melting cast iron. At the same time, there is no need for capital costs for special induction heaters.

Таким образом данное предложение отвечает критерию изобретения "Новизна". Thus, this proposal meets the criteria of the invention of "Novelty."

Сравнение предложенной технологии с другими известными решениями показывает следующее. Сходными признаками предложенной технологии и известной (1) является то, что блюмс нагревают перед установкой его в паз угольного блока. Отличие предложенной технологии заключается в том, что после установки нагретого блюмса в угольный блок зазоры между блюмсом и стенками в блоке расплавом чугуна. Тогда как по известной технологии зазоры между блюмсом и стенками паза в блоке выбирают за счет теплового расширения блюмса, т.е. заливка расплавом чугуна не требуется. Однако такая технология является недостаточно надежной, так как требует сверхточного выполнения паза и не допускает искривления блюмса. Кроме того, в случае перегрева блюмса свыше 800^оС во время эксплуатации на электролизере, например горячий ход ванны, за счет чрезмерного расширения блюмса произойдет разрушение блока.Comparison of the proposed technology with other known solutions shows the following. Similar features of the proposed technology and the known (1) is that the blooms are heated before installing it in the groove of the coal block. The difference of the proposed technology lies in the fact that after installing the heated bloom in the coal block, the gaps between the bloom and the walls in the block with molten cast iron. Whereas, by the known technology, the gaps between the blooms and the groove walls in the block are selected due to the thermal expansion of the blooms, i.e. melt casting is not required. However, this technology is not reliable enough, since it requires ultra-precise groove execution and does not allow bloom distortion. In addition, in the event of overheating blooms of over 800 ^{° C} during operation in an electrolytic cell, such as a hot bath course, due to excessive expansion of blooms will block destruction.

Сходными признаками предложенной технологии и другого известного решения является то, что пазы между блюмсом и стенками блока заливают чугуном, а также то, что перед заливкой чугуном производят нагрев блюмса. Отличие предложенной технологии заключается в том, что нагрев блюмса перед заливкой чугуном производят до температуры 700-750^оС, т.е. доводят материал блюмса до пластичного состояния и тем самым снимают в нем термические напряжения, возникающие при заливке чугуна. Тогда как по известной технологии предварительный нагрев (120-150^оС) не обеспечивает пластичности материала блюмса и не снимает термических напряжений в блюмсе. Это влечет за собой появление микротрещин в блоке и растрескивание угольного блюмса как в процессе монтажа, так и при эксплуатации.Similar features of the proposed technology and another well-known solution is that the grooves between the blooms and the block walls are filled with cast iron, as well as that the blooms are heated before casting. Unlike the proposed technique is that the heating of the blooms before pouring cast iron to produce a temperature ^of 700-750 C, i.e. they bring the bloom material to a plastic state and thereby relieve thermal stresses in it that arise when casting iron. Whereas the known technology preheating (120-150 ° ^C) does not provide plasticity blooms and relieves thermal stress in blooms. This entails the appearance of microcracks in the block and cracking of the coal bloom both during installation and during operation.

Таким образом данное предложение отвечает критерию изобретения "Существенные отличия". Thus, this proposal meets the criteria of the invention "Significant differences".

Для испытаний в промышленных условиях катодные угольные блоки, предназначенные для монтажа подины, укладывали горизонтально на металлические подставки. Блюмс с приваренным алюминиевым спуском с помощью крана и чалочного приспособления транспортировали к индукционной печи, заполненной расплавом чугуна и вертикально алюминиевым спуском вверх, опускали в расплав чугуна. После установки блюмса в печи подавали ток в индуктор. Нагретый до 750^оС блюмс заформовывали в паз угольного блока, затем производили заливку чугуна.For industrial testing, cathode coal blocks designed for mounting the hearth were placed horizontally on metal supports. Blooms with welded aluminum descent using a crane and a pulling device were transported to an induction furnace filled with molten cast iron and vertically aluminum descent up, was lowered into the molten cast iron. After the blooms were installed in the furnace, current was supplied to the inductor. Heated to 750 ^C. blooms zaformovyvali groove in the carbon block, then produce iron casting.

В другом случае для испытаний брали блюмс, извлеченный из подины при демонтаже катода, вместе с застывшей на нем чугунной заливкой, не подвергшийся воздействию расплава. Блюмс опускали в расплав чугуна. После оплавления чугунной заливки и нагрева блюмса его заформовывали в паз угольного блока, после чего заливали чугуном. In another case, we took for testing the blooms extracted from the hearth during the dismantling of the cathode, together with the cast iron cast on it, not exposed to the melt. Blooms were lowered into the molten iron. After melting the cast iron and heating the bloom, it was molded into the groove of the coal block, after which it was cast iron.

Нагрев блюмсов путем их погружения в расплав чугуна с одновременной подачей тока в индуктор печи дает возможность сократить время нагрева и повысить производительность труда при монтаже секций. Отпадает необходимость проектировать и устанавливать специальное нагревательное устройство, коммуникации и т.д. Способ позволяет комплексно использовать имеющиеся печи для плавки чугуна и снизить капитальные затраты при изготовлении катодных секций с предварительным нагревом блюмсов. Повторное использование блюмсов, извлеченных из катода, при демонтаже катодов дает значительную экономию стали и чугуна. The heating of blooms by immersion in a cast iron melt with the simultaneous supply of current to the furnace inductor makes it possible to reduce the heating time and increase labor productivity during the installation of sections. There is no need to design and install a special heating device, communications, etc. The method allows the comprehensive use of existing furnaces for smelting cast iron and reduce capital costs in the manufacture of cathode sections with pre-heating blooms. The reuse of blooms extracted from the cathode during the dismantling of the cathodes gives significant savings in steel and cast iron.

При нагреве нового блюмса, т.е. без чугунной обечайки на нем, его подвешивают на крюк крана с помощью специального захвата или троса-удавки и транспортируют к индукционной печи для плавки чугуна. Перед погружением блюмса в расплав отключают подачу тока в индуктор печи, после установки блюмса подают ток в индуктор. When heating a new bloom, i.e. without a cast-iron shell on it, it is hung on a crane hook using a special grip or a noose cable and transported to an induction furnace for melting cast iron. Before immersion of the blues in the melt, the current supply to the inductor of the furnace is turned off, after the bloom is installed, current is supplied to the inductor.

Подача тока в индуктор не дает остывать чугуну в печи, кроме того в блюмсе индуктируются токи, что также способствует его нагреву. Циркуляция чугуна в печи при включении тока не позволяет прилипанию шлака к поверхности блюмса. Для контроля температуры нагрева блюмса на его боковой поверхности просверливают отверстие глубиной на 1/2 толщины блюмса и вставляют термопару, которая должна находиться выше расплава чугуна. По секундомеру засекают время нагрева до 750^оС и в дальнейшей работе контролируют нагрев блюмсов только по времени прибывания блюмса в расплаве. В случае нагрева старого блюмса с чугунной обечайкой в принципе все технологические операции остаются теми же, что и в первом случае. Однако время нагрева увеличивается вдвое за счет того, что нагpеваемая масса больше и к тому же надо расплавить чугунную обечайку. Здесь нагрев блюмса определяют по времени. Если блюмс перегрет, его укладывают на металлические подставки для охлаждения до нужной температуры.The current supply to the inductor does not allow the cast iron to cool in the furnace, in addition, currents are induced in the bloom, which also contributes to its heating. The circulation of cast iron in the furnace when the current is turned on does not allow the slag to adhere to the surface of the bloom. To control the heating temperature of the bloom, a hole 1/2 of the thickness of the bloom is drilled on its lateral surface and a thermocouple is inserted, which should be above the molten iron. Stopwatch intersect while heating to 750 ^{° C} and further heating the blooms controlled only by time stay in the melt blooms. In the case of heating the old bloom with a cast iron shell, in principle, all technological operations remain the same as in the first case. However, the heating time is doubled due to the fact that the heated mass is longer and moreover, it is necessary to melt the cast-iron shell. Here, the bloom heating is determined by time. If the bloom is overheated, it is placed on metal stands to cool to the desired temperature.

Уровень расплава в печи должен быть в пределах 2/3-1,0 длины заливаемой части блюмса чугуном при монтаже секций. Держать уровень чугуна ниже 2/3 длины заливаемой части блюмса не рационально, так как значительно снижается качество нагрева, увеличивается время нагрева. При нагреве блюмса с чугунной обечайкой расплав должен покрывать всю чугунную обечайку. Дальнейшее увеличение уровня чугуна может привести к перегреву наружного блюмса и разрушению сварного соединения блюмс алюминиевый спуск. The melt level in the furnace should be within 2 / 3-1.0 of the length of the filled part of the bloom with cast iron during the installation of the sections. It is not rational to keep the level of cast iron below 2/3 of the length of the filled part of the bloom, since the heating quality is significantly reduced, the heating time is increased. When heating blooms with a cast iron shell, the melt should cover the entire cast iron shell. A further increase in the level of cast iron can lead to overheating of the external bloom and the destruction of the welded joint of the aluminum bloom.

При монтаже опытной ванны использовали блоки l 1600 и l 2200 мм, сечением 400хх550 мм, стальные блюмсы l 2150 мм сечением 215х230 мм, участок блюмса, подвергаемой заливке, составил l 1500 мм. Блюмсы нагревали до Т 750^оС. Температуру блюмса контролировали термопарой, устанавливая ее на конце блюмса, где приварен спуск и на расстоянии 10 см выше уровня чугуна.When installing the experimental bath, blocks of l 1600 and l 2200 mm, cross-section 400хх550 mm, steel blooms l 2150 mm, cross-section 215х230 mm were used, the area of the bloom subjected to pouring was l 1500 mm. T blooms were heated to 750 ° ^C. The temperature was monitored with a thermocouple blooms, setting it at the end of the blooms, which is welded descent and 10 cm above the level of iron.

В таблице представлены результаты испытаний. The table shows the test results.

Температуру чугуна в печи поддерживали в пределах 1300 ± 50^оС.The temperature of the cast iron in the furnace was maintained in the range 1300 ± 50 ° ^C.

Из таблицы видно, что при уровне чугуна в печи менее 70% от длины заливаемого в блоке участка наблюдается высокая неравномерность нагрева и возрастает его продолжительность. The table shows that when the level of cast iron in the furnace is less than 70% of the length of the area to be poured in the block, a high unevenness of heating is observed and its duration increases.

При уровне чугуна, превышающего зону заливаемого в блоке участка, происходит нарушение сварного контакта блюмс-спуск. When the level of cast iron exceeds the zone of the area being poured in the block, there is a violation of the weld contact blues-descent.

Нагретые до 750^оС блюмсы укладывали в блок паза, укрывали утепляющим материалом и выдерживали 15-20 мин, после чего заливали чугуном в два приема. Охлаждали секции под утеплителем.Heated to 750 ^C. blooms laid in the groove block hid insulated material and held for 15-20 min, after which the iron was poured in two steps. Cooled sections under the heater.

Всего было изготовлено таким способом 30 секций. Опытный электролизер пущен на электролиз, нарушений и замечаний нет. A total of 30 sections were made in this way. An experienced electrolyzer was put into electrolysis, no violations and no comments.

Таким образом осуществление предложенного способа подготовки к монтажу катодных секций с использованием нагрева путем погружения блюмса в расплав чугуна повышает производительность труда при монтаже катодного узла, сокращает капитальные затраты при нагреве блюмсов и повышает срок службы блюмсов. Thus, the implementation of the proposed method of preparing for the installation of cathode sections using heating by immersing blooms in molten cast iron increases labor productivity during the installation of the cathode assembly, reduces capital costs when heating blooms and increases the service life of blooms.

Claims

1. METHOD FOR PREPARING A BLUMES FOR INSTALLATION IN THE CATHODE SECTION OF AN ALUMINUM ELECTROLYZER, including heating a bloom, characterized in that, in order to increase productivity, reduce capital costs of equipment and increase its service life, blooms are heated by immersion in molten metal.

2. The method according to claim 1, characterized in that the immersion of blooms in the melt is produced to a depth of 2/3 1.0 of the length of the portion of blooms to be cast in the groove of the coal block with cast iron.