Огнеупорные и теплоизоляционные материалы
Теплоизоляционные и огнеупорные материалы используют в катодном устройстве электролизеров для снижения потерь тепла, предохранения катодного кожуха от воздействия высокой температуры и, в конечном итоге, для повышения срока службы электролизеров. По назначению эти материалы делят на:
материалы для подложек под катодные блоки (барьерные материалы);
огнеупорные материалы, устанавливаемые под катодными блоками и воспринимающие на себя воздействие проникающих фторидов;
теплоизоляционные материалы, снижающие потери тепла.
Очевидно, что все перечисленные требования не могут быть представлены в одном материале. Поэтому для каждого материала разработаны соответствующие требования.
3.6.1. Барьерные материалы служат мягкой подложкой под катодные блоки и препятствуют проникновению компонентов расплава в нижние слои футеровки. В качестве таких материалов применяют подушки из подовой массы, глинозема и 1 других материалов. Однако до настоящего времени нет единого мнения о наиболее предпочтительных барьерах, поэтому на отводах используют различные материалы для подложек. В последние годы за рубежом в качестве барьеров используют два типа порошков:
— тип А, основанный на анортите, СаО • А12О3 • 2SiO2;
— тип Б, основанный на оливине MgO • SiO2.
3.6.2. Огнеупорные материалы должны обеспечивать медленное проникновение криолитоглиноземных расплавов, сохранять форму и объем, а также исключать попадание электролита в зону расположения теплоизоляции.
Данным требованиям удовлетворяет множество материалов. Так, на КрАЗе в широком масштабе испытывались электролизеры с глиноземной изоляцией, но, несмотря на ряд преимуществ, они не нашли широкого применения.
В настоящее время для этих целей широко используют шамот — алюмосиликатный материал, содержащий 28—45 % А12О3, который дешевле других огнеупоров. В России широкое распространение получил кирпич различных размеров марки ШБ (ГОСТ 390-96), который содержит не менее 28 % А12О3, имеет огнеупорность не ниже 1650 °С и открытую пористость не более 30 %. В зарубежной практике находят применение муллитовые изделия с содержанием глинозема более 45 %. Теплоизоляционные материалы предназначены для снижения тепловых потерь и, следовательно, они должны обладать низкой теплопроводностью. Для этой цели используют различные материалы: диатомит, вермикулит (вспученная слюда с различной плотностью), силикат кальция (СаО • SiO2) и силикат алюминия—кальция (СаО • А12О3 • SiO2). В России широкое распространение для этих целей получили диатомитовые изделия, в том числе диатомитовый кирпич марок Д-500 и Д-600. В зарубежной практике, а в последние годы и на отечественных заводах применяют вермикулит различных типов, отличающийся в основном объемной плотностью.
Ток подводят к ванне металлическими проводниками — алюминий, медь, сталь, а анод и подина ванны выполнены из углерода, который также является проводником тока.
В современных электролизерах медь почти не применяют из-за ее дефицитности и высокой стоимости. Указанная максимальная температура является предельно допустимой, при которой сохраняются механические свойства и электропроводность. Электрическое сопротивление стали примерно в 5 раз выше, чем у алюминия, и ее используют для подвода к аноду и отвода тока от подин, поскольку нет более подходящего материала, который работает при температуре до 1100 оС.
Отношение теплопроводности к электропроводности у всех металлов практически одинаково, а у углерода оно в 35—40 раз больше. Это значит, что применять углерод для длинных токоподводов нерационально, т.е. ток к расплаву следует подводить короткими углеродистыми проводниками.