Основное о показателях анодов
Обожженные аноды для производства алюминия проходят через несколько этапов в цикле установки в электролизерах с различными специфическими требованиями [1].
После установки нового анода в электролизер тепловая волна проникает от подошвы анода, погруженной в электролит, в центральную и верхнюю часть анода. В результате обра-зуются тепловые сдвиговые напряжения по вертикальной плоскости анода. Эти напряжения зависят от температурного градиента, коэффициента теплового расширения и упругости/хруп-кости анода. Если эти напряжения превысят стойкость анода к разрушению, может произойти образование трещин в углах и/или вдоль вертикальной или горизонтальной плоскости анода (см. Рис. 1).с. 443
Температурный градиент существенно зависит от наличия застывшего криолита, кото-рый формирует защитную корку на подошве анода, погруженной в электролит. С точки зрения электролиза эта корка нежелательна, поскольку предотвращает образование металла на аноде. Однако с точки зрения теплового удара анода такая корка является желательной, поскольку она снижает температурный градиент в аноде. Чрезмерное движение металла и электролита (что имеет место в нестабильных электролизерах) приводит к преждевременному расплавле-нию корки, а значит, к повышению температурных градиентов в массе анода, которые огра-ничиваются только его теплопроводностью.
Роль стойкости к образованию трещин обсуждалась в работе [2]. Для того, что повысить стойкость анода к тепловому удару, отношение энергии разрушения (определяемой как стой-кость к распространению трещин) к модулю упругости должно быть максимизировано при минимальном изменении прочности на изгиб. В механике разрушений последнее определя-ется как модуль Вейбулла m [2]. Все эти механические свойства существенно зависят от од-нородности анодной массы и целостности анодного блока, соответственно. Чрезмерное уплот-нение зеленого анодного блока может привести к образованию хрупких неэластичных анодов с высоким модулем упругости, подверженных воздействию напряжений теплового удара.
|
|
|
В первую неделю верхняя часть вновь установленного анода может подвергаться воз-действиям окружающего воздуха, особенно если анод не очень хорошо защищен укрывным материалом (см. Рис. 2). Производственные мощности старых электролизеров часто повы-шают за счет повышения тока серии. Для соблюдения ограничений плотности анодного тока и для увеличения срока анодного цикла размер анода увеличивают. Кроме того, диссипация избыточной энергии за счет увеличенной силы тока серии может потребовать, чтобы укрытие анодов осуществлялось за счет минимального слоя. В результате вновь установленные аноды могут не иметь должного укрытия глиноземом и измельченным электролитом. Соответ-ственно, такие аноды являются более подверженными горению на воздухе. В современных электролизерах хорошей конструкции такая проблема менее выражена, поскольку условия до-пускают достаточный слой укрывного материала.
|
|
|
Очевидно, что степень горения на воздухе также напрямую зависит от собственного качества анода. Стойкость анода к окислению (т.е. реакционная способность анода на воздухе) и теплопроводность являются определяющими свойствами анода. Оба эти свойства зависят от наличия включений в сырьевых материалах (в основном S, V и Na), а также степеней прокалки кокса и обжига анодов [3, 4]. Независимо от термообработки теплопроводность также зависит от кажущейся плотности анода.
На последнем этапе срока службы анода (обычно в последнюю неделю) горение в токе CO2 становится основным вкладом в чрезмерный расход анода (см. Рис. 3).
Рис. 2. Показатели анодов в электролизере, первая неделя:
Опасность горения на воздухе
Как и в случае горения на воздухе, качество анода играет решающую роль для степени горения в токе CO2. Стойкость к окислению (т.е. реакционная способность в токе CO2) и газо-проницаемость являются определяющими свойствами анода. Реакционная способность в токе CO2 зависит от наличия включений в сырьевых материалах (в основном S, V и Na), а также степеней прокалки кокса и обжига анодов [3, 4]. Газопроницаемость зависит от параметров состава, предварительного нагрева, перемешивания и формования зеленых анодов.
|
|
|
Состояние электролизера имеет такое же значение, как и качество анода. Степень предыдущих случаев горения на воздухе существенно влияет на пористость (а значит, и га-зопроницаемость) исходной головки анода, когда эта часть достигает реакционной зоны. Этот эффект развивается еще больше, когда время установки анода увеличивают для снижения об-щего расхода анода.
Рис. 3. Показатели анодов в электролизере, последняя неделя:
Опасность горения в токе CO2
Таким образом, общие показатели анодов в электролизере определяются комбинацией многих факторов:
· Конструкция электролизера и условия эксплуатации
· Свойства анода
· Реакционная способность в токе CO2 и на воздухе
· Газопроницаемость
· Теплопроводность
· Механическая прочность (прочность на изгиб и энергия разрушения)
|
|
|
· Модуль упругости и коэффициент теплового расширения
· Размер
Если для хороших показателей анодов все перечисленные факторы должны обеспечи-ваться, плохие показатели анодов часто вызваны несколькими независимыми причинами, которые создают Замкнутый круг, как показано на Рис. 4.
Рис. 4. Хорошие и плохие стороны предварительной очистки анодных огарков
для переработки
В любом случае следует избегать проблем с анодами, как показано на Рис. 5. Соответ-ствующие средства обсуждаются в последующих разделах.
Рис. 5. Проблемы на аноде, которых следует избегать: образование трещин за счет
теплового удара в первый день, горение на воздухе в первую неделю,
горение в токе CO2 в последнюю неделю
446
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 268; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!