Потери вследствие турбулентности.
Турбулентность связана с выделением анодных газов и большими магнитными полями в современных электролизёрах, работающих на малых межполюсных расстояниях. Большие горизонтальные токи могут усиливать локальные волны, а также порождают образование капелек алюминия. Поэтому важно снижать турбулентность путём предотвращения волн, уменьшения осадков и коржей. Турбулентность зависит от ширины зазора между гарниссажем и анодом, формы настыли, уровня электролита, МПР.
Основные пути достижения высокого выхода по току, сокращающие обратную реакцию – это улучшение стабильности электролизёров (должны быть низкие шумы), высокое содержание AlF3 (должны быть малые отклонения, низкая температура электролита и минимальный перегрев, уменьшение влияния магнитных полей, низкое содержание примесей (фосфор).
Средний выход по току на САЗе вырос с 92,03% (август 2004г.) до 93,02% (август 2006г.).
Пограничные слои в алюминиевом электролизёре.
Прианодный диффузионный слой.
Пузырьки, движущиеся по подошве анода со скоростью около 10см в секунду, заполняют 40-70% поверхности, сливаясь во время движения. Рост, слияние и движение пузырьков активно перемешивают прианодный слой и способствуют доставке кислородсодержащих ионов к аноду.
Если бы пузырьки газа не оказывали перемешивающего действия, анодный эффект возникал бы даже при концентрации глинозёма 5% из-за трудностей с его доставкой к подошве.
|
|
|
Эффективность такого переноса обусловлен тем, что как только пузырь покидает своё место, его тут же замещает свежая порция электролита с более высокой концентрацией глинозёма.
Пограничный слой настыль-электролит-металл.
При взаимодействии трёх фаз: алюминия, настыли и расплавленного электролита, возникает ситуация, когда из-за меньшего поверхностного натяжения (лучшей смачиваемости) электролит проникает между металлом и настылью. Примерно так же действуют растворы с моющими добавками, проникая между жиром и сковородой.
Этот слой играет большую роль в теплоизоляции настыли, выносе растворенного глинозема из осадка и массообмене между электролитом под металлом и над металлом. Межфазная граница движется из области 2 в область 1, увлекая за счет сил трения прилегающие слои жидкости (Рис. 3). Максимальная скорость движения около 10 см/с. Скорость обмена электролитом между слоем под металлом и основным объемом электролита составляет десятки литров в сутки.
Пограничный слой металл-электролит-угольный катод.
Считается общепринятым, что между алюминием и угольным массивом существует слой электролита и картина того, что же действительно существует в этой области, выглядит примерно так, как показано на рис. 4.
|
|
|
«Здравый смысл» подсказывает, что в нижнем слое (граница 2–2) металл должен растворяться, а на угольной поверхности (граница 1–1) – выделяться, образуя капли (Рис. 4). Иначе говоря, под металлом действует еще один электролизер. Падение напряжения в этом слое достаточно заметно и составляет около 50 мВ.
Конструкции электролизёров.
Электролизёры классифицируются:
- По конструкции катодного кожуха – на кожухи с днищем и без него.
- По устройству анода – на электролизёры с самообжигающимися (СОА) и с обожжёнными анодами (ОА).
- По подводу тока к аноду – на электролизёры с боковым (БТ) и верхним (ВТ) токоподводом, к которым относятся и электролизёры ОА.
- По мощности – на электролизёры малой (до 50 кА), средней (от 50 до 100кА), большой мощности (от 100 до 160кА) и сверхмощные (от 180кА и выше).
Катодное устройство.
Состоит из катодного кожуха, угольной футеровки (подовой и бортовой) и теплоизоляции. Катоды рассчитаны на срок службы не менее 10 лет, который зависит от методов обжига, пуска и качества обслуживания и реально составляет 4-5 лет.
Катодные кожухи.
В результате пропитки футеровки расплавом, натриевого и температурного расширения, объём футеровки возрастает, возникают большие усилия, действующие на стенки катодного кожуха. Это приводит к его деформации, разрушению футеровки и сокращению срока службы электролизёра.
|
|
|
По мере роста силы тока и размеров электролизёров возрастают и усилия на кожух. Поэтому его конструкция усложнялась. В связи с этим были созданы и применяются катодные кожухи с отдельным несущим каркасом.
На заводе применяется кожух рамно-контрфорсного типа. Контрфорсный кожух представляет собой корыто из листовой стали. С помощью стяжных шпилек прижимаются контрфорсы (от семи и более пар), нижний конец которых упирается в торцы бетонной балки. Возникающие в подине усилия воспринимаются контрфорсами, а распорная балка препятствует деформации, придавая правильную геометрическую форму катоду в процессе его эксплуатации.
Изнутри кожух футеруется угольными с добавками графитного материала, огнеупорными (шамотный кирпич) и теплоизоляционными материалами (пенодиатомитный кирпич, вермикулитовые плиты, шамотная крупка). Днище выполнено из толстолистовой стали 16-18мм, и укреплено усиленной рамой вдоль и поперек 20мм. По периметру борта катодного кожуха усилены швеллерами и двутаврами. Сверху над футеровкой катодного кожуха делается фланцевый лист.
|
|
|
Состав торкретмассы:
75% - шамотная крупка
20% - мертель
5-10% - кремнефтористый Na
жидкое стекло 50-70%.
Для выравнивания металлического кожуха присыпается шамотная крупка. Затем выкладывается
цоколь – 4 ряда из пенадиатома для теплоизоляции днища, швы – на-сухую /засыпаются мертелем/.
По периметру шахты электролизера выкладывается бровка – шамотный кирпич. Затем сверху делается гидравлический затвор (2 слоя шамотного кирпича, верхний слой на затвор – мертель, вода, жидкое стекло). На гидравлический затвор накатывается подушка 30мм из холодно-набивной подовой массы, на нее накладываются подовые секции.
С наружи окна блюмсов замазываются асбестом с жидким стеклом, внутри заливаются торкрет массой. Затем устанавливаются бортовые и подовые блоки.
Шпангоутный кожух представляет собой корыто, вставленное в конструкцию, образованную рядом шпангоутов, закреплённых на горизонтальной балке. Такие кожухи оказались намного прочнее всех остальных, широко используются за рубежом и обеспечивают средний срок службы ванны до 3000 суток, против 1500 суток у нас. Поэтому на электролизёрах РА-300 также использован кожух шпангоутного типа.
Катодный кожух электролизёра РА-300.
Футеровка катодного кожуха. Её качество во многом определяет срок службы ванны.
- Монолитные катоды набивались пластичной подовой массой. Это самый дешёвый и самый некачественный тип футеровки. В настоящее время не применяется.
- Катоды из обожжённых блоков с набивными межблочными швами. Являются наиболее отработанным и практически единственным типом подины, применяемым в России. Межблочные швы – слабое место подины, и их качество во многом определяет срок службы электролизёра. Подовая масса уплотняет швы между блоками и компенсирует тепловое расширение блоков.
- Склеенные полумонолитные катоды из обожжённых и механически обработанных блоков. Представляет собой наиболее совершенный дорогой тип катода, который обеспечивает самый длительный срок службы электролизёра. Этот тип подины пока не нашёл широкого применения из-за высокой стоимости и сложности монтажа.
Футеровочные материалы.
Используемые в промышленности катодные блоки классифицируются:
1. Графитированные. Весь блок (наполнитель и связующее) изготавливается из графитизируемых материалов, подвергается термообработке обычно до 3000˚С.
2. Графитизированные. Изготавливается из тех же материалов, что и графитированные, но обжигается при более низких температурах – до 2300˚С.
3. Полуграфитовые. Наполнитель графитизирован, но коксовое связующее обожжено до 1200˚С.
4. Антрацитовые. Наполнителем является антрацит, зачастую добавляется немного графита.
Добавление графита улучшает электропроводность подовых блоков.
Графитированные блоки очень дороги и применяются крайне редко. Полуграфитовые блоки имеют практически те же показатели, как графитированные, дешевле и широко используются.
Основные характеристики подовых блоков.
| Свойство | Антрацитовые | Полуграфитовые | Графитизированные | Графитированные |
| Истинная плотность, г/см3 | 1,95 | 1,97 | 2,16 | 2,21 |
| Кажущаяся плотность (геометрическая), г/см3 | 1,58 | 1,59 | 1,65 | 1,62 |
| Пористость, % | 15 | 15 | 19 | 20 |
| Удельное электросопротивление,мОм·м | 25 | 22 | 13 | 11 |
| Прочность на сжатие, Н/мм2 | 31 | 31 | 27 | 35 |
| Прочность на изгиб, Н/мм2 | 10 | 10 | 10 | 13 |
| Зольность, % | 2,5 | 2,0 | 0,3 | 0,3 |
Блоки из углерода в процессе эксплуатации графитируются и, примерно через год, приобретают свойства, почти не отличающиеся по тепло- и электропроводности от графитированной футеровки. В России подовые блоки выпускают марок ПБ («подовый блок») и ПБП («подовый блок пропитанный»). Длина блоков 800-3400мм. Цифра после обозначения марки, например ПБ 11, ПБП 30, ПБ 50, означает электросопротивление в микроомах на метр (мОм·м).
Подовые блоки имеют паз, в который с противоположных сторон вставляются катодные стержни (блюмсы). Собранную подовую секцию после предварительного нагрева до заданных параметров устанавливают на участок заливки чугуном. Закрепление катодных стержней в пазу блока выполняют путём заливки расплавленного синтетического чугуна в пространство между стержнем и стенками паза. Охлаждение залитых подовых секций до температуры окружающей среды производится естественным путём. После остывания, при помощи перфоратора и отбойного молотка, выполняется набойка потая. Выступающую часть блюмсов, исключая контактную поверхность, покрывают коллоидно-графитовым препаратом.
Бортовую угольную футеровку собирают из тех же материалов и по той же технологии, что и подовые блоки. Но свойства бортовых блоков должны отличаться, так как они не предназначены для прохождения через них тока. Бортовые блоки должны обладать низкой электропроводностью и высокой теплопроводностью (с целью создания надёжных бортовых настылей). Бортовая футеровка электролизёров ОА и системой АПГ может быть более тонкой, поскольку она менее подвержена ударам при обработке. Бортовая футеровка из-за окисления воздухом и анодными газами, а также воздействия электролита и механических повреждений при обработке, служит значительно меньше, чем подовые блоки.
В России выпускаются бортовые блоки марок ББ и ББП. Ширина всех блоков 200мм, высота 550мм, длина 400-500мм.
В последнее время для футеровки бортов находят применение новые материалы. Например, на РА-300 в качестве бортовой футеровки используется карбидкремниевая плита толщиной 70мм.
Подовая масса служит для набойки межблочных и периферийных швов, для ремонта бортовой футеровки, а также для накатки подушки под подовые блоки. Её изготавливают из антрацита, графита или прокалённого кокса, а в качестве связующего используют каменноугольную смолу, пек, полимеры.
Важнейшими свойствами подовой массы, влияющими на срок службы катода, являются уплотняемость при набойке, степень усадки или расширения после обжига, качество наполнителя и связующего.
Набойка межблочных и периферийных швов на РА-300 набоечной машиной BROCHOT. Применяется подовая масса BST 18/1 (Польша). Набойка проводится в шесть слоёв. Степень уплотнения контролируется замером насыпного и набитого слоёв.
Огнеупорные и теплоизоляционные материалы используются для снижения потерь тепла и защиты катодного кожуха от высокой температуры. По назначению эти материалы делятся на:
· барьерные материалы (для подложек под катодные блоки)
· огнеупорные материалы, устанавливаемые под катодными блоками и воспринимающие на себя воздействие проникающего электролита
· теплоизоляционные материалы.
Огнеупорные материалы должны обеспечивать медленное проникновение электролита, сохранять форму и объём, а также исключать попадание электролита в зону теплоизоляции. Для этого широко используют шамотный кирпич – алюмосиликатный материал, содержащий 28-45% глинозёма, который дешевле других огнеупоров. Основной недостаток – при взаимодействии с фторидами они могут расширяться.
Теплоизоляционные материалы должны обладать низкой теплопроводностью. В России широко используют диатомитовый кирпич марок Д-500 и Д-600.
В качестве барьерных материалов применяют подушки из подовой массы, глинозёма и других материалов. В последнее время в качестве барьеров используют сухие барьерные смеси (СБС), основанные на анортите (CaO·Al2O3·2SiO3) или оливине (MgO·SiO2). СБС имеют следующие преимущества перед кирпичной кладкой:
· снижают продолжительность, стоимость и технологию монтажа
· качество соответствует обожжённым высокоплотным кирпичам
· барьерный слой не имеет швов, поэтому скорость проникновения фторсолей в цоколь ванны значительно замедляется, что позволяет увеличить срок службы и стабилизировать температурные поля
· дают возможность повторного использования материала
· сокращают длину подовой настыли.
Засыпка СБС на огнеупорный слой. Уплотнение СБС площадочным вибратором.
Разрез футеровки РА-300 (продольная сторона)
Анодные блоки. На заводах СНГ, с мощными электролизёрами, применяют предварительно обожжённые анодные блоки шириной 700, длиной 1450 и высотой 600мм. Изготавливают два сорта анодных блоков АБ-0 и АБ-1.
Состав обожженных анодов.
Наполнитель:
1. нефтяной прокаленный кокс – 67-69% (основа анода) – крупность от нескольких долей мм до 15мм и разной фракции. Основной хребет анода крупные частицы.
2. Связующим является каменноугольный пек. Пека в анодах 16-18%.
3. До 3% в шихте - бой зеленых анодов.
4. До 18-19%-дробленые огарки.
Нефтяной прокаленный кокс – это остатки продукта после крекинга нефти. В специальных печах без доступа воздуха нагревают до 3000. Из него выплавляют жидкую фракцию, затем ее перегоняют, легкая фракция улетает, остаток – кокс.
На поверхности блоков допускается не более двух трещин шириной до 1 и длиной до 250мм и сколов в нарезке ниппельного гнезда. Не допускается трещины в ниппельном гнезде шириной более 0,5 и длиной 50мм, а также вырывы, выпеки и сколы глубиной более 25мм.
Основные показатели анодных блоков.
| Технические требования | АБ-0 | АБ-1 |
| Действительная плотность, г/см3 | 2,05 | 2,03 |
| Кажущаяся плотность, г/см3 | 1,51 | 1,50 |
| Предел прочности на сжатие, мПа | 31 | 26,5 |
| Удельное сопротивление, Ом·мм2/м | 60 | 65 |
| Окисляемость в токе CO2, мг/(см2·ч) | 85 | 90 |
| Осыпаемость в токе CO2, мг/(см2·ч) | 45 | 50 |
| Содержание золы, % не более | 0,6 | 0,9 |
Пена
Пена – это не сгоревшие частицы сухого прокалённого кокса. Связующее сгорает полностью, а прокалённый кокс из-за разности химических свойств, скорости сгорания и более крупных фракций сгореть полностью не успевает. Пена также образуется при осыпании неукрытых анодов. Основная часть пены обычно всплывает на поверхность электролита и её необходимо своевременно снимать.
Плотность: пены – 2.03-2.05г/см3
электролита – 2.08-2.1г/см3.
При нормальных условиях, когда электролит имеет нормальную температуру и КО=2.5, пена не смачивается электролитом и выталкивается наверх, частично догорая в огоньках кислородом воздуха:
2С+О2=2СО
Но существуют условия, при которых пена не отделяется, а поглощается – это высокие КО и температура процесса, высокого содержания примесей фосфора. Её частицы, попав в электролит, назад не возвращаются, содержание углерода в электролите возрастает с 0,1 до 1%, то есть в 10 раз, увеличивается его электросопротивление, растёт напряжение и температура расплава.
Причины разрушений в подине.
Натриевое расширение. Проникновение натрия в кристаллическую решётку углерода является основным фактором, определяющим боковое давление на стенки кожуха и главной причиной выхода подины из строя. Увеличение содержания NaF в электролите (повышение КО) плюс избирательная способность поглощать из расплава фтористый натрий (из-за лучшей смачиваемости NaF) приводят к усиленному разбуханию подины. Поэтому срок службы электролизёров на многих заводах России, работающих на КО = 2,6-2,8, намного меньше, чем на заводах, где работают на КО = 2,3-2,4.
Натриевое расширение возрастает с повышением плотности тока. Поэтому неравномерность распределения тока по отдельным подовым блокам приводит к их неравномерному износу и преждевременному разрушению подины.
Полуграфитовые и графитированные катодные блоки имеют одинаковое натриевое расширение.
Чем выше скорость создания нормальной ФРП (образования настылей) в послепусковой период, тем меньше величина прогиба подины вверх, так как настыли защищают подину от проникновения натрия.
Неравномерный обжиг и термоудар происходит при обжиге или пуске. Трещины могут образоваться из-за неравномерного токораспределения при обжиге на коксовой крупке (семечках).
Такой обжиг с полным током серии является грубым, поэтому требует применение шунтов. Обжиг газовыми горелками также должен быть очень мягким.
Расслоение набитой массы. Вязкость массы очень зависит от температуры. Охлаждение между слоями может привести к расслоению. По возможности необходимы предварительный нагрев блоков подины, быстрое проведение и контроль при набивке.
Холодная масса не должна быть переутрамбована.
а) поверхностное обогащение связующей мелочью («жирная» масса).
б) дробление частиц поверхностного слоя («сухая» масса).
Потеря части скоса периферийного шва, вызванная расслоением верхней части шва и плохим контактом между бортовым блоком и набитыми частями.
Усадка подовой массы происходит при обжиге, потому что плотность кокса больше плотности связующего. Обычно имеет место усадка массы из-за испарения.
Тепловое расширение при нагреве до 500˚С благотворно влияет на состояние швов, так как в это время заполняются пустоты в швах. Но по мере роста температуры при обжиге подины начинается усадка швов и появляются трещины, а также происходит отрыв швов от тела блока. При длине шва 27 м усадка может достигать 100мм, а при ширине шва 160мм общая площадь образовавшихся трещин составит 160мм2, что представляет серьёзную опасность для ванны. Однако тепловое расширение самих подовых блоков ослабляет негативное влияние усадки швов.
1- поперечные трещины
2- продольные трещины
Для уменьшения негативного влияния усадки необходимо сокращать длину и ширину швов.
Разрушения, вызванные блюмсами. Происходят из-за того, что коэффициент теплового расширения блюмса намного больше, чем у углерода катода.
Типичные трещины, которые могут появиться при заливке блюмсов чугуном.
А – трещина стенки,
Б – угловая трещина
Для снижения образования трещин в стенках проводят соответствующий предварительный нагрев блока/блюмса с чугунной заливкой (до 470-520˚С) или учёт геометрических параметров при набивке массы/склеивании. Блюмс должен иметь возможность скольжения по пазу. Если используется подовая масса или клей, то должна быть ровная поверхность блюмса, если блюмс заливается чугуном, то должна быть ровная поверхность паза. Должен быть достаточно большой радиус выемки в пазе.
Взаимодействие блок-кожух. Примеры трещин торцевого блока, образованные в результате ограниченного поперечного перемещения, то есть сжатия только с торцов.
фланцевый лист
трещина изгиба
подовая масса
блок подины
Деформация подины из-за проникновения расплава под блоки.
Линза – смесь электролита, алюминия, карбида алюминия Al4C3, фторидов и огнеупорной футеровки.
Разрушения бортовой футеровки.
Основные причины:
· окисление воздухом
Ситуация ухудшается, когда подсос воздуха происходит через отверстия в катодном кожухе, в которые проходит блюмс. Тогда процесс окисления значительно ускоряется.
Эти нарушения часто встречаются на практике и, если не следить за состоянием настыли и гарниссажа в районе границы металл-электролит, то бортовая футеровка выйдет из строя за 1,5 – 2 года. Ионы натрия, проникая в угольную футеровку, приводят к разбуханию, разрыхлению и расслоению бортовой угольной футеровки.
Из-за температурного и натриевого расширения блоки работают на сжатие, при этом возможно образование трещин в блоках, их шелушение и скалывание или вспучивание бортовой футеровки, отмечается деформация борта.
Деформация старых и слабых кожухов может привести к образованию пустот между угольной бортовой стенкой и кожухом – это ненамеренное «переутепление».
Разрушения катодного кожуха:
· повреждения из-за прорыва расплава через борт или подину
· повреждения сварочных швов
· изгибание фланцевого листа, приводящее к отделению бортовой футеровки от кожуха
· поперечная деформация из-за натриевого и теплового расширений подины.
· 
При покраснении стенки кожуха, надо охладить её воздухом.
Анодное устройство.
Предназначено для подвода тока в межполюсное пространство. Состоит из балки-коллектора, выполняющей роль несущей конструкции, со смонтированной системой АПГ и фтористого алюминия, анодной ошиновки с двумя рядами анодных блоков, количество которых зависит от силы тока и достигает 48 шт, и механизмов подъёма анодов (МПА) в вертикальном направлении.
Смонтированный анод состоит из анодного блока и анододержателя, соединённых чугунной заливкой в ниппельных гнёздах блока. Анододержатель состоит из алюминиевой штанги и стального кронштейна, контакт между которыми осуществляется сваркой через биметаллические пластины или сваркой трением.
Анодные штанги прижимаются к анодным шинам специальными зажимами (замками), образуя электрический контакт. Для перетяжки анодной рамы используется устройство для временной подвески (ВПА).
Глубина гнезда в блоке имеет большое значение, так как от неё зависит падение напряжения в контакте ниппель-блок и высота огарка. Её глубина тем больше, чем дороже электроэнергия, но обычно не превышает 100 мм.
Аноды на ваннах ОА утепляют, засыпая их полностью глинозёмом. Поэтому падение напряжения в них и окисление на поверхности анода меньше, чем на электролизёрах СОА.
Балка-коллектор используется как станина, для крепления элементов АПГ, механизмов подъёма укрытий (МПУ) и анодов (МПА) и эвакуации газов. Шторные укрытия служат для сбора и отвода газов.
Ошиновка.
Предназначена для подвода к электролизёру (анодная ошиновка) и отвода от него (катодная ошиновка) электрического тока.
Анодная ошиновка состоит из алюминиевых шин и гибких лент (спусков). Все контакты между элементами ошиновки сварные.
Для снижения вредного влияния магнитных полей на процесс на электролизёрах С-175 применяется ассиметричная, наклонная схема катодной ошиновки с 3-мя анодными стояками, расположенными в торцах ванны.
На электролизёрах С-190 ошиновка ассиметричная с двумя стояками, установленными на середине продольных сторон.
На второй серии на электролизёрах 301-314, 385-398 в области катодной ошиновки установлен компенсационный контур, позволяющий оптимизировать магнитное поле этих электролизёров.
На электролизёрах С-255 подвод тока осуществляется при помощи 4-х стояков, они расположены на продольной стороне. В ОПКЭ для компенсации влияния КПП, электролизёры помещены в компенсационный контур, который одновременно используется и в качестве подпитки.
Для обеспечения оптимального магнитного поля первого и последнего электролизёров выполнена имитация ошиновки перед первым и после последнего электролизёра.
Для электролизёров 300кА, при экономически выгодной плотности тока в ошиновке (0,25-0,3А/мм2), сечение шинопровода составляет порядка 1м2. Поэтому ошиновка – это сложная инженерная конструкция, масса которой достигает 50т и составляет значительную часть стоимости ванны.
Основные требования к ошиновке:
- Плотность тока должна быть экономически выгодной
- Конструкция должна обеспечивать быстрое подключение и отключение ванны в цепь
- Конфигурация ошиновки должна снижать до минимума негативное действие электромагнитных сил на работу электролизёра.
Тепловой баланс электролизёра.
При определённых рабочем напряжении, температуре электролита, толщине настылей и ФРП, в электролизёре устанавливается тепловой баланс, то есть приход тепла равен его расходу. Уравнение теплового баланса может быть выражено в виде:
Qэл + Qан = Qразл + Qмет + Qгаз + Qокр
где Qэл – приход тепла от прохождения электрического тока
Qан – приход тепла от сгорания углерода анода
Qразл – расход тепла на разложение глинозёма и другие электрохимические реакции
Qмет – тепло, удаляемое с выливаемым металлом
Qгаз – тепло, удаляемое с отходящими газами
Qокр – потери тепла в окружающее пространство
Тепловой баланс электролизёра:
| Наименование статей | |
| Приход: | |
| 1. От подведённой электроэнергии | 98,2 |
| 2. Использованное тепло анодных газов | 1,8 |
| Итого | 100% |
| Расход: | |
| 1. Разложение глинозёма и другие электрохимические реакции | 43,9 |
| 2. Нагрев и расплавление исходных материалов и сырья | 5,9 |
| 3. Тепловые потери в окружающую среду, в том числе: | |
| а) анодным узлом | 18,3 |
| б) катодным узлом | 30,8 |
| Итого | 98,9% |
| Невязка баланса | 1,1 |
Основной приход тепла происходит за счёт подводимой электроэнергии. Сила тока на серии обычно изменяется незначительно. Выделение тепла в токопроводящих элементах электролизёра также колеблется в небольших пределах. Поэтому большая часть тепла выделяется в слое электролита и зависит от его удельного сопротивления и МПР. Регулированием МПР и установлением соответствующего рабочего напряжения можно легко увеличить или уменьшить расход электроэнергии и приход тепла в электролизёре. Часть тепла также выделяется при сгорании анодов, часть при возникновении анодных эффектов.
Почти половина тепла теряется электролизёром бесполезно в окружающее пространство через боковую поверхность кожуха, днище, блюмсы, аноды, открытую поверхность электролита и с отходящими газами.
Эти потери можно снизить, но до определённых пределов. Если снизить расход тепла, то для поддержания теплового баланса надо снижать и приход тепла, то есть снижать рабочее напряжение, уменьшая МПР. А это приведёт к серьёзным нарушениям технологического хода электролизёра.
Своего рода терморегулятором электролизёра служит настыль. При повышении прихода тепла, растёт температура процесса – толщина настыли уменьшается – расход тепла увеличивается и наступает тепловое равновесие. И наоборот, при уменьшении прихода или увеличении расхода тепла, температура электролита падает, гарниссаж становится толще – теплопотери снижаются – устанавливается новый тепловой баланс. Изменение толщины бортовой настыли приводит к значительному изменению состава электролита. При распускании настыли КО растёт, при увеличении толщины – КО уменьшается.
Управление тепловым балансом на действующем электролизере осуществляется несколькими путями:
а) Управление перегревом электролита через изменение напряжения электролизера. Вариант «а» используется при целенаправленном изменении тока серии. При увеличении силы тока серии, для компенсации увеличения выделяемого тепла в электролите, снижают уставочное напряжение на 12мВ на каждый 1кА увеличения силы тока.Однако надо учитывать,что при снижении напряжения (уменьшении МПР), усиливаются волнообразование и обратные реакции, растёт температура электролита. И если этот рост превышает допустимый, то расход тепла увеличивают снижением высоты засыпки анодного массива из расчёта 10 мм засыпки на каждый 1 кА некомпенсированного увеличения силы тока. При этом минимальная высота засыпки 60 мм. При снижении тока, наоборот – поднимают напряжение на 12мВ на каждый 1кА уменьшения силы тока. Если снижение силы тока вызвано временным ограничением потребляемой мощности со стороны энергосистемы – увеличение заданного напряжения не производят, для компенсации снижения прихода тепла, увеличивают высоту засыпки анодного массива и периферии из расчета 10мм засыпки на каждый 1кА снижения тока;
б) Управление перегревом электролита через состав электролита (КО).Вариант «б»используются в оперативном управлении тепловым балансом каждого электролизера. В результате экспериментальных исследований выявлены зависимости между изменением напряжения, изменением подачи фтористого алюминия и глинозема, временем с момента выполнения основных технологических операций - выливки и замены анода с одной стороны и температурами электролита и ликвидуса с другой. На основе полученных зависимостей разработано ПО «Управление перегревом электролита». На основании ежедневно измеренной температуры электролита и периодически измеряемой температуры ликвидуса электролита ПО выдает рекомендации по изменению уставки напряжения и размеру суточной дозы фтористого алюминия, необходимых для поддержания оптимального перегрева электролита, а значит и стабилизации теплового баланса электролизера.
Сам процесс оперативного управления тепловым балансом при постоянном токе серии состоит из следующих поэтапных процедур:
• установка целевых значений верхней (ВГД) и нижней (НГД) допустимых границ температуры электролита и температуры ликвидуса для каждого электролизёра, в зависимости от целевого КО по таблице:
• замер уровня металла и электролита;
• замер температуры электролита и ликвидуса;
• ввод измеренных значений в базу данных;
• обеспечение работоспособности АПФ;
• выработка варианта управляющих воздействий средствами АСУТП и его реализация;
Рассчитанные ПО дозы фторида алюминия и добавки напряжения носят рекомендательный характер.
в) Управления высотой слоя материала для укрытия анодного массива. Вариант «в» используется в случае, если производилось целенаправленное изменение тока серии и при этом исчерпаны возможности управления тепловым балансом путем изменения заданного напряжения и состава электролита.
г) Управление объемом удаляемого из-под укрытий на газоочистку газа.Вариант «г»используется в случае, если есть техническая возможность газоочистного оборудования и исчерпаны возможности других вариантов. Заключается в изменении режимов работы ГОУ в пределах их технических возможностей. Осуществляетсяв объеме не менее половины двух смежных корпусов по
отдельной программе, согласованной со службами, эксплуатирующими ГОУ.
д) Применения принудительного обдува катодного кожуха. Вариант «д»используется для кратковременного охлаждения мест локального перегрева катодного кожуха на ваннах с разрушенной футеровкой. При этом визуально контролируется состояние бортов и торцов катодного кожуха. При обнаружении локального перегрева кожуха (покраснения) максимально быстро подключается рукав к ближайшей точке линии сжатого воздуха и направляется струя сжатого воздуха в центр наиболее нагретого участка стенки кожуха (определяется визуально по цвету). По мере охлаждения стенки (определяется по цвету) меняется направление струи воздуха на другие участки. При обширном покраснении подключить дополнительно один - два шланга. Параллельно с охлаждением стенки производить пропиковку и затем ремонт разрушенной бортовой футеровки.
Возможно, также управление расходом тепла путем изменения уровня металла. Имеет ограниченное применение, поскольку этот параметр определяется глубиной шахты электролизера и необходимостью иметь минимально возможный уровень металла с целью снижения вероятности образования «коржей».Заключаетсяв увеличении расхода тепла при увеличении уровня металла и в уменьшении расхода тепла при уменьшении уровня металла.
Электрический баланс электролизёра.
Ванна представляет собой цепь последовательно соединённых проводников по схеме: анодная ошиновка → анод → электролит → расплавленный алюминий → подина → катодная ошиновка. Каждый из этих проводников имеет своё сопротивление, которое приводит к падению напряжения при прохождении по ним тока. В сумме эти падения составляют рабочее напряжение электролизёра
UР = E + ΔUЭЛ + ΔUА + ΔUК + ΔUОШ
где E – напряжение поляризации (обратная ЭДС)
ΔUЭЛ - падение напряжения в электролите
ΔUА – падение напряжения в аноде
ΔUК – падение напряжения в катоде
ΔUОШ – падение напряжения в ошиновке электролизёра.
Обратная ЭДС представляет собой сумму напряжения разложения глинозёма, анодного и катодного перенапряжений.
Анодное перенапряжение – это потери напряжения на анодные реакции и выделение анодных газов. При промышленных плотностях тока на аноде (0.65-1,0 А/см2) анодное перенапряжение составляет 0,3-0,4В, что в общем балансе напряжения является заметной величиной.
Катодное перенапряжение – это потери напряжения на катодные реакции и диффузию металла. При плотности тока 0,65-1 А/см2 оно составляет около 0,1В.
Напряжение анодных эффектов не входит в рабочее напряжение, так как кратковременные повышения напряжения проще учитывать по серии в целом.
Также различают греющее напряжение, которое необходимо знать при расчёте теплового баланса электролизёра. Оно суммирует падения напряжения необходимые для выделения тепла, то есть для нагрева и расплавления поступающих материалов и сырья, компенсации теплопотерь электролизёра и поддержания оптимальной температуры процесса. Тепло, выделяемое ошиновкой и анододержателями не учитывается, так как на тепловой режим электролизёра заметного влияния не имеет:
UГ = Е + ΔUЭЛ + ΔUА + ΔUК + ΔUАЭ
где ΔUАЭ – повышение напряжения за счёт анодных эффектов
Расчёт энергетических показателей серии и отдельных бригад ведут по среднему напряжению, которое определяет средний расход электроэнергии при производстве алюминия.
UСР = E + ΔUЭЛ + ΔUА + ΔUК + ΔUОШ + ΔUАЭ + ΔUС
где ΔUС – падение напряжения в общесерийной ошиновке.
Электрические балансы электролизёров, В
| Составляющие напряжения на ванне | Обозначение | Тип электролизёра | ||
| БТ | ВТ | ОА | ||
| Обратная ЭДС | E | 1,6 | 1,5 | 1,65 |
| Потери напряжения: | ||||
| в аноде | ΔUА | 0,47 | 0,6 | 0,3 |
| в электролите | ΔUЭЛ | 1,5 | 1,6 | 1,6 |
| в катоде | ΔUАЭ | 0,4 | 0,4 | 0,45 |
| от анодных эффектов | ΔUАЭ | 0,03 | 0,07 | 0,03 |
| в ошиновке электролизёра | ΔUОШ | 0,35 | 0,325 | 0,310 |
| в ошиновке серии | ΔUС | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| Греющее напряжение | UГ | 4,000 | 4,220 | 4,030 |
| Рабочее напряжение | UР | 4,370 | 4,525 | 4,360 |
| Среднее напряжение | UСР | 4,400 | 4,595 | 4,390 |
В контакте стальной ниппель-блок чем больше площадь сечения ниппеля, тем больше его площадь контакта с анодным блоком, тем меньше падение напряжения. Площадь сечения ниппеля ограничивается, так как в конце цикла из-за большего термического расширения стали анодные огарки могут раскалываться. При меньшей глубине ниппельного гнезда расход электроэнергии возрастает, но уменьшается расход анодов. Оптимальная глубина ниппельного гнезда 80-100мм.
Падение напряжения в контакте ниппель-блок зависит от температуры анода и ниппеля. В первые сутки оно составляет 130-160мВ, а через несколько суток падает до 35-50мВ. Засыпка анода глинозёмом благоприятствует снижению потерь напряжения в контакте ниппель-блок.
Чем ниже высота анода и чем выше его температура, тем меньше его электросопротивление, то есть меньше расход электроэнергии. Поэтому выгоднее работать на невысоких анодах, но тогда снижается цикл, увеличивается расход анодов, возрастают трудозатраты на замену анодов. Оптимальная высота анода 500-600мм.
Падение напряжения в подине определяется конструкцией электролизёра и ФРП, но в большей степени продолжительностью работы. В первый год оно составляет около 200мВ, а через 3-4 года достигает 300-350мВ. Это происходит из-за образования трещин в катодных блоках и пропитке их фтористыми солями.
Также необходимо поддерживать подину чистой, свободной от осадков и коржей, что снижает её электросопротивление и тем самым снижает потери напряжения в подине.
Падение напряжения в электролите, в основном, определяется МПР, либо изменением состава электролита или науглероживании. Науглероживание электролита резко повышает его удельное электросопротивление, что приводит к потерям напряжения.
При установившемся технологическом режиме, рабочее напряжение связывают только с МПР.
Завышенное падение напряжения в электролите, а также в неплотных контактах (шина-штанга, ниппель-блок и др.) приводит либо к уменьшению МПР и, следовательно, снижению выхода по току, либо к увеличению расхода электроэнергии. Поэтому необходимо постоянно корректировать состав электролита и следить за состоянием контактов в ошиновке, так как 1мВ падения напряжения – это 5 кВт·ч на 1 тонну алюминия.
Дополнительные потери напряжения возникают и при анодных эффектах, поэтому необходимо снижать их частоту и продолжительность.
Приведённое напряжение.
Так как падение напряжения в ошиновке, подине и аноде в процессе работы изменяется незначительно, то автоматически поддерживать рабочее напряжение можно только меняя МПР, то есть сопротивление электролита Rэл.
UР = E + ΔUэл = Е + Rэл/I
Rэл = Uэл/ I = (UР-Е)/ I
Измерительные приборы, автоматически решающие это уравнение, были созданы и успешно работают до сих пор. Но пользоваться электросопротивлением, измеряемым в мОм, непривычно. Поэтому мы пользуемся значением приведённого напряжения Uпр, которое вычисляют по формуле:
Uпр = (UР-Е) · Iн/ Iф + Е
где Iн – номинальная сила тока
Iф – фактическая сила тока, зависящая от анодных эффектов.
Приведённое напряжение – это напряжение, которое было бы на электролизёре при токе серии, равным номинальному. Для расчёта используется значение обратной ЭДС – 1,65В.
Существенным недостатком этого способа регулирования является предположение, что значение Е и сопротивление электролита не меняются во времени. На деле на величину этих параметров оказывает влияние множество факторов и, в первую очередь, концентрация глинозёма в электролите. Но использование систем АПГ, позволяющее поддерживать концентрацию глинозёма в пределах 2-3%, решает эту проблему.
Система АСУТП электролиза предназначена для повышения эффективности процесса, снижения вредных экологических воздействий, мониторинга технологического режима и работы оборудования, стабилизации и оптимизации технологического режима, снижения количества и тяжести нарушений, предотвращения аварийных ситуаций и облегчения труда производственного персонала.
АСУТП обеспечивает управление теплотехническим, электрохимическим и МГД-режимами процесса на каждом электролизёре, включая управление составом электролита, автоматическое сопровождение операций по обслуживанию электролизёров, управление механизмами АПГ и ЦРГ.
АСУТП формирует и предоставляет необходимую информацию технологическому персоналу на каждом уровне управления (в графическом, текстовом и табличном виде), обеспечивает её архивирование и длительное хранение, а также возможность воздействия персонала на процесс.
В АСУТП используется современная и надёжная техника и методы управления, проверенные на алюминиевых заводах РФ и за рубежом, включая применение математических моделей для оценки непосредственно не измеряемых параметров и управления ими.
В ЭП управление процессом осуществляется с помощью АСУТП «Тролль» (1-я серия), «Стэлла» (ОПКЭ, 4-я серия), ЭЛЕКТРОЛИЗ 2 (2-я и 3-я серии), ТЭКМО (3-й корпус электролизёры 303-312), «СААТ-2» (5-я серия).
Основные функции АСУТП:
1. Поддержание заданного напряжения
2. Поддержание концентрации глинозёма в электролите
3. Управление подачей фтористого алюминия
4. Обнаружение и устранение МГД-нестабильности
5. Автоматическое сопровождение выливки
6. Автоматическое сопровождение замены анодов
7. Автоматическое сопровождение перетяжки анодной рамы
8. Прогнозирование анодных эффектов
9. Сигнализация происшествий
10. Сбор обработка и архивирование данных.
Система АПГ.
Для обеспечения непрерывности процесса в электролит необходимо непрерывно загружать глинозём. На современных электролизерах этот процесс осуществляется в автоматическом, строго дозированном режиме – системой АПГ (автоматическая подача глинозёма). Транспортировка глинозёма к бункерам АПГ электролизёров осуществляется при помощи системы ЦРГ (централизованная раздача глинозёма), где она предусмотрена. В корпусах, где не установлена система ЦРГ, загрузка бункеров АПГ производится технологическими кранами и напольной техникой. Применение систем АПГ точечного типа:
· исключает его разгерметизацию, что способствует снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;
· стабилизирует тепловой режим;
· обеспечивает концентрацию глинозема в электролите каждого электролизера в пределах 2 – 3,5%;
· обеспечивает заданную частоту анодных эффектов;
· минимизирует количество нерастворенного глинозема (осадка) на электролизерах;
· увеличивает производительность электролизёров;
· значительно снижает трудозатраты по их обслуживанию;
· повышает выход по току.
Конструктивно система АПГ выполнена так, что глинозем порциями из каждого питателя подается в центральный канал. Растворение частиц глинозема в электролите – процесс, связанный с поглощением теплоты. Во – первых, глинозем необходимо нагреть от приблизительно до100˚С (температура в бункере АПГ) до температуры электролита ( около 960˚С). И если бы в центральном канале не «перемешивался» электролит, он бы «замерз» после поступления через АПГ уже третьей дозы глинозема. В реальной ситуации электролит в центральном канале постоянно заменяется более «горячим», поступающим из-под анодов. Но этот процесс имеет ограниченную скорость, суммарная масса электролита в электролизере также ограничена. Таким образом, при прочих равных условиях, чем меньше скорость подачи глинозема в электролит, тем меньше вероятность того, что какая-то часть глинозема не растворитсяи выпадет в осадок.
Система АПГ состоит из следующих узлов:
- бункеры для глинозёма и алюминия фтористого;
- пробойники с пневмоцилиндрами;
- дозаторы с пневмоцилиндрами;
- разводки труб сжатого воздуха, включая пневмораспределители вентили;
- влагоотделяющий фильтр;
- маслораспылитель.
Технические характеристики АПГ.
| Параметры, ед.изм. | С-175М2 | С-175М2 ТЭКМО 3 корпус | C-190 | С-255 5-6 корпус, ОПКЭ | С-255 7-8 корпус |
| Количество больших секций АПГ, шт | 2 | 1 | 2 | 2 | 3 |
| Количество малых секций АПГ, шт | _ | _ | 2 | _ | _ |
| Вместимость бункера для глинозёма, м3 | 1,0 | 2,9 | 1,2 | 1,8 | 1,0 |
| Вместимость дозатора, см3 | 600 | 1400 | 600 | 1300 | 1300 |
| Вместимость бункера для AlF3, м3 | 0,35 | 0,32 | 0,6 | 0,6 (5-6) 0,24 (ОПКЭ) | 0,33 |
| Количество пробойников, шт | 4 | 4 | 6 | 4 | 6 |
| Количество дозаторов, шт | 5 (4Al2O3 + 1 AlF3) | 5 (4Al2O3 + 1 AlF3) | 7 (6Al2O3 + 1 AlF3) | 5 (4Al2O3 + 1 AlF3) | 7 (6Al2O3 + 1 AlF3) |
Для электролизёров РА-300 и РА-400 используется система АПС (автоматическая подача сырья), которая включает в себя АПГ, АПФ и АПДЭ (автоматическую подачу дроблёного электролита) и в комплексе с АСУТП обеспечивает питание ванны глинозёмом, поддержание состава и уровня электролита в автоматическом режиме.
Магнитное поле электролизёра. МГД-нестабильность.
При производстве алюминия используются огромные токи, приводящие к возникновению мощных электромагнитных сил в электролизёре и вокруг него. В жидком алюминии под воздействием электромагнитных сил возникает волнение поверхности металла, деформируется МПР, возникает циркуляция расплава, что приводит к снижению выхода по току.
Ток серии в электролизёре протекает в разных направлениях: вертикально – вверх и вниз (аноды, стояки), горизонтально – вдоль и поперёк (анодные и катодные шины, блюмсы), поэтому поле имеет сложную картину, различную в каждой точке ванны. Направление тока, а значит и направление поля в металле, зависит от ФРП, наличия осадков на подине, уровня металла и других факторов. На нормально работающих ваннах с оптимальной ФРП горизонтальные токи незначительны. При горячем ходе ванны, то есть при отсутствии бортовых настылей и закоржованности подины, усиливается МГД-нестабильность, что приводит к перекосу поверхности расплавленного металла, циркуляции металла и электролита. В некоторых случаях высота волн может достигать 45мм, при частоте до 40 раз в минуту. То есть высота волны сравнима с величиной МПР, что может приводить к коротким замыканиям анода с жидким металлом.
МГД-нестабильность во многом зависит и от конфигурации анодной ошиновки
Также на МГД-нестабильность влияет конфигурация катодной ошиновки. Схема ошиновки для отечественных электролизёров ВТ с двусторонним подводом тока предусматривает следующее распределение тока: на входном торце ток составляет 33 и 40%, а на выходном соответственно 17 и 10% от общего тока серии.
Большое влияние на конфигурацию магнитного поля оказывают стальные элементы электролизёра (катодный кожух, балка-коллектор, рифлёнки ит.п.). Их сопротивление магнитному потоку в тысячи раз меньше. Поэтому где-то они уменьшают магнитное поле, отводя через себя часть магнитного потока, а где-то усиливают, концентрируя поток в определённой точке.
Негативное влияние электромагнитных сил можно снизить рядом технологических приёмов (оптимизация ФРП, увеличение уровня металла и пр.), а также применением ошиновки оптимальной конфигурации.
Обжиг и пуск электролизёров.
Отключение электролизёра в ремонт.
Это процесс вывода из рабочего состояния электролизёра, нуждающегося в замене, при этом нагрузка на остальных электролизёрах не снижается.
Причинами отключения могут послужить:
- разрушение углеродной футеровки катода и проникновение расплава под углеродные блоки, растворение блюмсов и огнеупоров, что приводит к ухудшению работы электролизёра и, прежде всего к ухудшению сортности алюминия из-за роста содержания в нём железа и кремния;
- сильная деформация катодного кожуха, приводящая к разрушению футеровки ванны, креплений кожуха, в результате чего создаётся резкий перекос ванны и нарушается нормальный ход процесса;
- аварийная ситуация (прорыв металла и электролита, длительный перерыв в электропитании и др.)
Плановое отключение проводят при небольшом напряжении и аноде, замкнутом на металл. В случаях, когда напряжение не удаётся снизить до 1,5-1,8В, отключение производят при сниженной на 50% нагрузке на серии. Аварийное отключение проводится при полностью снятой нагрузке.
Перед отключением прекращается заправка бункера AlF3 (к моменту отключения бункер должен быть пустым), за 5 суток начинается установка огарков по циклу на дожиг (должны достоять до отключения), за 3 суток увеличивается задание на выливку, за 2 суток обрубается электролизёр вкруговую, сгребается неспекшийся укрывной материал с крыши, за сутки до отключения увеличивается напряжение уставки, в зависимости от температуры и КО, за 16 часов прекращается заправка бункеров АПГ (к моменту отключения бункера должны быть пустыми).
Непосредственно перед отключением сливается электролит, одновременно опускается анодный массив и «садится» на металл. Затем электролизёр отключают. Выкручивается анодный массив до крайнего верхнего положения (аноды не должны касаться металла) и выливается максимально возможное количество металла. Снимаются и разбраковываются по высоте огарки.
Если произведено отключение электролизёра с низким сроком службы (менее 2-х лет), то в таких случаях проводится расследование причин и определяются мероприятия для исключения этих причин в дальнейшем.
Обжиг на коксовой крупке.
Цель обжига – используя тепло, выделяющееся при прохождении тока через слой коксовой крупки, подготовить подину катодного устройства к пуску электролизёра. В процессе обжига происходит коксование подовой массы в швах. Определяющими факторами технологии принято считать:
1.Достижение заданной температуры подины, чтобы избежать теплового удара при заливке электролита
2.Скорость повышения температуры подины, чтобы получить качественное спекание межблочных швов
3.Равномерность распределения температуры по площади подины.
После приёмки и обкатки механизмов выставляют анодную раму на 50-60мм выше крайнего нижнего положения, продувают подину слабым напором воздуха. Засыпают на подину сухую коксовую крупку размером от 0,8 до 5мм, слоем 30-50мм. Выравнивание производится с помощью установленных по краям направляющих и поперечной передвижной рейки. Площадь засыпки должна выходить за пределы анодного массива на 80-100мм. Аноды устанавливаются на крупку таким образом, чтобы зазор между штангой и анодной ошиновкой составлял от 2 до 10 мм, в зазор между шиной и штангой вставляют изоляционную прокладку толщиной 2-5мм. Исключается дальнейшее перемещение анодов. Затем крепят гибкие спуски, промежутки между анодами закрывают мулитокремнеземистым картоном и засыпают периферию пусковым сырьём – оборотным электролитом и вторичным криолитом (для С-175М2 – 9 и 8,5 тонн, соответственно). Оборотный электролит должен отвечать следующим требованиям: - крупность не более 100мм; -КО от 2,4 до 2,8; - содержание CaF2 4,5-6,5%; -не содержать угольной пены. В районе анода, ближайшего к центру, выкладывается лётка из оборотного электролита, крупностью не более 150мм. Снимают рифлёнки, для постепенного добавления нагрузки устанавливают шунты-реостаты и подключают электролизёр на обжиг. Установку и снятие шунтов-реостатов проводят работники контактного участка при понижении силы тока на серии. Во время обжига ведётся контроль за рабочим напряжением, токораспределением по каждому аноду и температурой подины. Изменение токораспределения на перегруженных анодах производят регулированием затяжки креплений или полным отключением перегруженных анодов. Разрешается отключение анодов (для с-175М2):
· не более 5 шт одновременно
· одновременно не более 2-х рядом стоящих
· одновременно не более 3 на стороне
· на время не более 2-х часов каждый
Все данные по замерам заносятся в журнал токораспределения и в «Историю электролизёра».
Шунты-реостаты отключают через 22-26 часов первый и через 48-52 часа последний, начиная с наиболее нагруженных. Длительность обжига от 68 до 78 часов. Обжиг считается законченным, когда температура подины в центре электролизёра 900±50°С. По окончании обжига удаляются изоляционные пластины между шиной и штангой и протягиваются все замки. Затем снимают гибкие спуски.
Газопламенный обжиг.
Цель обжига с использованием установки «HOTWORK» - равномерный предварительный нагрев катода и анода с целью избежания теплового удара и коксования подовой массы в швах.
После обкатки МПА, анодная рама устанавливается на 50-60мм выше крайнего нижнего положения и продувается подина. Затем на деревянные бруски толщиной 30мм устанавливаются аноды, протягиваются замки и анодный массив поднимается на 28-30см от поверхности подины. Бруски убираются и устанавливаются горелки по диагонали – две для С-175 и С-190, четыре для С-255 и РА-300.
Чтобы не было прямого попадания пламени на катодные блоки, горелки должны быть расположены параллельно к поверхности катода. Под каждой горелкой должен быть уложен муллитокремнезёмистый картон толщиной 3мм, площадью не менее 1м2, на котором уложены стальные листы толщиной 2мм и площадью не менее 1м2. Периферия шахты и пространство между анодами должно быть укрыто и уплотнено алюминированным теплоизоляционным полотном марки ТКВ-2А. Периферия засыпается доверху вторичным криолитом, в местах установки горелок периферия не засыпается.
Проделываются отверстия в укрытии 150Х150мм для удаления горелочных газов. Затем по схеме устанавливаются термопары – установка через отверстия для удаления газов не допускается. Сверху на укрытие анодов засыпается вторичный криолит слоем 2-4см и зажигаются горелки. В процессе обжига ведётся контроль за температурой, разбег между показаниями термопар не должен превышать 100˚С, данные заносятся в бланк замеров. Обжиг длится 72 часа и считается законченным при достижении температуры 820-850˚С.
Автоматическое отключение установки обжига возможно по следующим причинам: нажатие кнопки аварийного отключения, возгорание в линии топлива после топливных насосов, низкое или высокое давление воздуха или топлива в системе, погасание горелки. Такое отключение может привести к увеличению времени обжига, неравномерности нагрева подины, ухудшению качества обжига. Поэтому в таких ситуациях надо оперативно выяснить и устранить причину отключения.
Пуск и послепусковой период.
Процесс пуска состоит из подготовки электролита в ваннах-матках, заливки электролита после окончания обжига в пусковой электролизёр, проплавления пускового сырья, очистки электролита от пены, снижения напряжения на электролизёре. Основные задачи во время пуска:
- привести электролизёр в нормальное технологическое состояние;
- сделать переход к нормальной технологии таким образом, чтобы была достигнута высокая производительность в долгосрочном плане и был обеспечен длительный срок службы электролизёра;
- исключить избыточные температуры или частичное застывание, которые могли бы разрушить катод;
- заполнить каждую трещину в угольной подине высокотемпературным электролитом.
Периферийные швы являются критической зоной, через которую электролит и металл могут поступать внутрь катода, поэтому очень важно ранее формирование настылей над этими швами, которое служит эффективной герметизацией всех трещин.
Для пуска необходимо наплавить в ваннах-матках электролит. Требования к ваннам-маткам:
- срок службы не менее года;
- отсутствие разрушений подины и протёков расплава в цоколь;
- отсутствие разрушений бортовой футеровки;
- сортность не ниже А7.
Подготовка электролита начинается за 2 суток до пуска. На основании замеров температуры и уровня электролита, проб на КО, определяются номера электролизёров, количество отдаваемого сырья, подъём уставки напряжения, составляется график пуска с указанием номера ковша, номера крана, времени набора и времени заливки, последовательности набора ит.д. Наплавление электролита проводят с подъёмом напряжения, подачу AlF3 на время подготовки прекращается.
Конечные требования к электролиту с ванн-маток:
- температура электролита не ниже 970ºС;
- КО не ниже 2,4;
- уровень электролита не менее 25см.
В зависимости от типа электролизёра, необходимым количеством считается: для С-175 и С-190 – 18-20т, для С-255 – 24-26т, для РА-300 на опытном участке корпуса №8 – 16т. В первую очередь в пусковой электролизёр должен заливаться электролит с максимальной температурой и КО.
После остановки и разборки системы убирают укрытие, закрывающее периферию, сырьё с него засыпается в шахту, анодный массив опускается в шахту на расстояние 5-8 см от подины.
Не более, чем за 10 минут в месте заливки электролита очищают периферию от сырья, один анод поднимают на высоту 30-40см от подины. Непосредственно перед заливкой электролизёр переводят из режима «капитальный ремонт» в «пусковой».
Первый ковш должен быть залит не позднее, чем через 10 минут после демонтажа установки, остальные с интервалом не более 10 минут. Подошва анодов должна быть погружена по всему периметру в электролит, что свидетельствует о надёжном контакте анод-электролит. Не допускается заливка электролита вместе с металлом. Это может вызвать нестабильное напряжение на ванне, переменчивое распределение тока по анодам и катоду, риск образования трещин и сколов на анодах
После заливки снижают нагрузку на серии до «0» и извлекают шунты, подключая электролизёр в цепь. Эта операция не должна превышать более 5 минут. Подъём тока проводят ступенями:
· для С-175 и С-190 1ступень – 100кА и через 3-4 минуты 2 ступень – базовый ток
· для С-255 1ступень 175-190кА, спустя 3-4 минуты 2 ступень 220кА, ещё через 3-4 минуты 3 ступень – базовый ток.
Различают два вида пуска – с анодным эффектом и без него.
При пуске с анодным эффектом после поднятия полной силы тока на серии, шахту наполняют электролитом (в дальнейшем повышение уровня производится за счёт переплавки вторичного смешанного криолита или оборотного электролита) до уровня ниже верхнего края на 40±5мм. КО должно быть 2,5-2,7. После этого поднимают анодный массив до возникновения вспышки с напряжением 20-30В, которое поддерживают до окончания плавления пускового сырья и прогрева электролита до 980-990˚С. Затем вспышку гасят, устанавливают напряжение 12-13В, снимают пену, боковые поверхности анодов оплёскивают электролитом и утепляют поверхность электролита вторичным смешанным криолитом. Анодный массив должен быть присыпан слоем глинозёма 8-10мм.
Через 6 часов после начала пуска подключается АСУТП на график автоматического снижения напряжения. При заливке металла и выливке электролита электролизёр переводится в ручное управление.
До возникновения первого анодного эффекта электролизёр обрабатывается без загрузки глинозёма. В случае его возникновения на продольную сторону загружается 300-400кг глинозёма и вспышка гасится.
На третьи сутки торцы укрываются глинозёмом. На 5 сутки слой глинозёма на анодном массиве должен составлять 7-8см.
Ежесменно для обеспечения устойчивой работы анода продираются подошвы и снимается пена.
При расслоении подовых блоков всплывающие куски немедленно убирать из электролита.
Замена анодов по графику начинается через сутки после пуска.
Для С-175 через 55 часов после пуска и достижении напряжения 5,0В (для С-190 через 64ч и 4,5В;
для С-255 54ч и 5,0В) электролизёр переводится из «пускового» режима в рабочий «нормальный» и подключается к АПГ. Дальнейшее снижение напряжения производится изменением уставки в соответствии с графиком.
На пятые сутки электролизёр накрывают новыми шторными укрытиями и подключают к системе газоочистки.
| Сутки | Тип электролизёра | Уровень металла, см | Уровень электролита, см | Рабочее напряжение, В | Температура электролита, ˚С |
| 1 | С-175 С-190 С-255 | 0-1 0-8 0 | 50-51 36-46 | 13-7,1 13-6,6 13-6,8 | 960-990 960-990 960-990 |
| 2 | С-175 С-190 С-255 | 2-10 8-18 0-10 | 43-49 28-36 | 7,1-5,6 6,6-5,3 6,6-5,6 | 990-980 980-970 980-970 |
| 3 | С-175 С-190 С-255 | 10-15 18-22 11-18 | 36-41 24-28 | 5,5-4,5 5,3-4,5 5,4-4,4 | 980-970 975-965 975-965 |
| 4 | С-175 С-190 С-255 | 15-20 22-23 11-18 | 41-38 23-24 | 4,5-4,4 4,5-4,45 4,35 | 975-965 975-965 975-965 |
| 5 | С-175 С-190 С-255 | 20-22 23-24 20-22 | 29-31 22-23 | 4,4-4,3 4,45-4,4 4,3 | 975-965 975-965 975-965 |
Послепусковой период начинается с момента сдачи пускового электролизёра технологическому персоналу корпуса (через 5 суток после пуска) и может продолжаться до трёх месяцев. За это время все параметры электролизёра приводятся к нормальным технологическим значениям.
1. Напряжение. После пуска уменьшается до 4,5В и затем корректируется введением соответствующих уставок.
2. Температура электролита. Чтобы достичь максимального срока службы, очень важно исключить избыточные температуры . Независимо от того, как бы качественно не был сделан катод, длительные или повторяющиеся высокие температуры электролизёра могут его разрушить за очень непродолжительное время.
3. Состав электролита. Значительное количество натрия внедряется в угольную подину во время пуска и в течение первых недель работы электролизёра. Чтобы компенсировать потери натрия, в электролизёр добавляется сода (Na2CO3).
4. Уровень металла и электролита. На начальной стадии уровень металла поддерживается несколько меньше и затем выводится до нормального за счёт уменьшения выливки металла, так как в этот период электролизёр работает с более низким выходом по току из-за высокой температуры электролита и высокого КО. Уровень электролита, большой в начальной стадии, затем уменьшается за счёт внедрения в подину и образования настыли, а также засчёт испарения из-за более высокой температуры.
5. Стабильная настыль. Обеспечивает самую лучшую защиту для бортовых блоков против коррозии со стороны электролита и металла. Образуется в начальный период работы.
После пуска в течение года не допускается использование электролизёра в качестве ванны-матки, переплавка «козлов» и другого низкосортного металла .
Обслуживание ванны.
Включает в себя:
· контроль за технологическим процессом (ведётся наблюдение за состоянием крыши, огоньков, количеством пены, уровнями металла и электролита, ФРП, покраснением ниппелей и замков)
· поддержание технологических параметров в заданных пределах (рабочее напряжение, КО, температура электролита ит.п.)
· питание ванны глинозёмом и фторидами
· выливка
· замена анодов
· перетяжка анодной рамы
· герметизация укрытий
· ликвидация анодных эффектов
· выявление и устранение возникающих технологических нарушений
Внешний вид нормально работающего электролизёра:
· аноды засыпаны глинозёмом и не имеют выгораний
· отсутствуют покраснение ниппелей
· огоньки должны быть интенсивными, цвет пламени ближе к фиолетовому
· вспышки ясные, легко гасятся
· ритмичная выливка
· полная герметизация ванны
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 969; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!