- •Э.А. Янко
- •Производство алюминия
- •Пособие для мастеров и рабочих цехов
- •Электролиза алюминиевых заводов
- •Предисловие
- •Глава 1 теоретические основы производства алюминия
- •Общие положения
- •Электрохимия процесса электролиза
- •Расчет основных производственных показателей алюминиевого электролизера
- •Электролит
- •Процессы на аноде и катоде
- •Побочные процессы на аноде и катоде
- •Другие побочные процессы на аноде и катоде
- •Пропитка угольной футеровки
- •Факторы, способствующие повышению выхода по току и производительности электролизера
- •Оценка абсолютных потерь выхода по току, %
- •Глава 2 сырьё, применяемое в производстве алюминия
- •2.1. Глинозём
- •Классификация глинозёма по физическим свойствам
- •Требования к глинозёму
- •2.2. Фтористые соли
- •Требования к техническому криолиту
- •Требования к техническому фтористому алюминию
- •Глава 3 конструкция алюминиевых электролизеров, их монтаж и демонтаж
- •3.1. Общая характеристика и классификация электролизеров
- •3.2. Анодное устройство
- •3.3. Катодное устройство
- •3.4. Футеровка катодного кожуха
- •3.5. Ошиновка
- •3.6. Сбор анодных газов и укрытие электролизёра
- •3.7. Электрическая изоляция
- •3.8. Монтаж и демонтаж электролизеров
- •Глава 4 обжиг и пуск электролизёров
- •4.1. Общие положения
- •4.2. Обжиг подины
- •4.2.1. Обжиг новых серий электролизёров
- •4.2.2. Обжиг ванн после капитального ремонта
- •4.3. Пуск ванн на электролиз
- •4.4. Обслуживание ванн в период после пуска
- •Глава 5 работа электролизёра в нормальном технологическом режиме
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Температура электролита
- •5.3. Состав электролита, уровни металла и электролита
- •5.4. Регулирование состава электролита по температуре ликвидуса, перегрев электролита
- •5.5. Междуполюсное расстояние (мпр).
- •5.6. Форма рабочего пространства
- •5.7. Гашение анодных эффектов
- •5.8. Технологическое обслуживание электролизеров
- •5.9. Тепловые и энергетические балансы алюминиевых электролизёров
- •Глава 6 нарушения нормального хода электролизёра и пути их уСтранения
- •6.1. Горячий ход
- •6.2. Холодный ход ванны
- •6.3. «Зажатие» междуполюсного расстояния. Работа ванны «в борт»
- •6.4. Образование карбидов
- •6.5. Природа «шумов» и их устранение
- •6.6. Аварийные случаи в работе ванн
- •Глава 7 основы формирования и технологического обслуживания анодов
- •7.1. Самообжигающиеся аноды
- •7.1.1. Механизм формирования самообжигающихся анодов
- •7.1.2. Электрические характеристики
- •7.1.3. Технология самообжигающегося анода при использовании «сухой» анодной массы
- •7.1.4. Технология обслуживания анодов
- •7.1.5. Требования к качеству анодной массы
- •Технические требования к качеству анодной массы
- •7.1.6. Нарушения нормальной работы анодов
- •7.2. Обожженные аноды
- •7.2.1. Требования к качеству обожженных анодов
- •Перечень показателей качества по системе iso
- •7.2.2. Термическая устойчивость обожженных анодов
- •7.2.3. Особенности эксплуатации обожженных
- •7.2.4. Аноды с пазами
- •7.2.5. Обслуживание анодов
- •График замены анодов
- •Результаты измерений для вариантов схем замены анодов
- •7.2.5. Укрытие анодного массива
- •Ситовой состав укрывного материала, %
- •Глава 8 газоочистка и регенерация криолита
- •8. 1. Сбор и транспортировка анодных газов
- •8.2. Очистка газа
- •8.3. Производство криолита из растворов газоочистки
- •8.4. Извлечение криолита из угольной пены
- •Глава 9 энергоснабжение электролизных серий. Механизация и автоматизация процесса электролиза
- •9.1. Энергоснабжение электролизных серий
- •9.2. Механизация процессов обслуживания электролизеров.
- •9.3. Автоматическая система управления технологическим процессом (асутп)
- •9.4. Централизованная раздача и автоматизированное питание ванн глинозёмом
- •9.4.1. Общие положения
- •9.4.2. Конструкция систем апг
- •9.4.3. Автоматизированное управление работой апг
- •9.4.4.Управление питанием электролизёра при
- •9.4.5. Внутризаводская транспортировка глинозёма. Системы централизованной раздачи глинозёма (црг)
- •Глава 10 первичный алюминий как сырьё для переработки в товарные виды продукции
- •10.1. Алюминий-сырец и способы его рафинирования
- •Химический состав товарного алюминия, % ( примесей металлов, % не более)
- •10.2. Расчёт шихты для получения товарного алюминия
- •10.3. Первичная переработка алюминия-сырца
- •10.4. Сплавы на основе алюминия
- •Химический состав силуминов, % (max) *
- •10.5. Управление технологическим процессом
- •Список использованной литературы
- •Оглавление
- •Глава 2 42
- •Глава 3 50
- •Глава 4 91
- •Глава 5 105
- •Глава 7 163
- •Глава 9 240
4.4. Обслуживание ванн в период после пуска
Основная задача технолога в период после пуска – вывод электролизера на нормальный технологический режим. Для этого необходимо достигнуть устойчивого температурного состояния ванны, упорядочить электрические параметры, а также сформировать правильную форму рабочего пространства, т.е. форму бортовых настылей и гарнисажей.
Продолжительность пускового периода на современном мощном электролизёре на 300 кА составляет 5-6 суток. Послепусковой период продолжается три месяца и определяется временем интенсивной пропитки угольных блоков натрием и фтористыми соединениями, формированием настылей и гарнисажей, выводом всех технологических параметров на целевые значения.
Так как в период обжига и пуска степень прогрева элементов конструкции ванны ещё недостаточна, то после пуска стабилизация температурного режима завершается. Это обеспечивается поддержанием на ванне повышенного напряжения, а в случае необходимости большей частотой анодных эффектов. В последующем более высокое количество анодных эффектов на пусковом электролизере используется для выравнивания подошвы анодов, снятия угольной пены, а также для корректировки электролита фтористым натрием. Иногда для этого в пусковом корпусе поддерживают повышенную токовую нагрузку.
Как уже указывалось ранее, на электролизерах большой мощности в результате взаимодействия магнитного поля с горизонтальными составляющими тока в металле возникают силы, вызывающие перекос и циркуляцию металла. Эти силы особенно велики в период после пуска электролизеров, когда отсутствуют гарнисажи и бортовые настыли правильной формы. В то же время рабочая поверхность анодов, особенно самообжигающихся, не сразу принимает форму, параллельную зеркалу металла.
Все это приводит к образованию значительных горизонтальных токов в металле и к МГД-неустойчивости. Чтобы избежать возможного «подмыкания» подошвы анодов на металл, в период после пуска поддерживают повышенное междуполюсное расстояние. Рабочее напряжение на пусковом электролизере снижают постепенно, по особому графику за 3-5 суток, постоянно контролируя ход электролизера и не допуская его «поджатия».
В качестве примера приведём типичный график снижения напряжения на пусковых электролизерах с обожженными анодами:
Время, сутки |
Напряжение (В) по сменам | |||
I |
II |
III |
IV | |
первые |
9,0 |
8,5 |
8,0 |
7,0 |
вторые |
6,5 |
6,0 |
5,5 |
5,0 |
третьи |
4,8 |
4,6 |
4,6 |
4,5 |
Снижение рабочего напряжения на пусковом электролизере производится за счет уменьшения междуполюсного расстояния, как путем опускания анода, так и увеличения уровня металла в шахте. В последнем случае ковшами заливается жидкий алюминий или загружается в холодном виде (если требуется охладить ванну). Кроме того, уровень металла возрастает по мере его «выдавливания» в результате роста бортовых настылей.
К операциям после пуска ванн относится корректировка состава электролита. Криолитовое отношение электролита на пусковом электролизере необходимо поддерживать повышенным, порядка 2,6–2,8. Суммарное содержание солей кальция и магния должно быть в пределах 6-8%. Более щелочной электролит обладает свойствами, которые важны в пусковой и послепусковой периоды: он обладает меньшей летучестью и повышенной тугоплавкостью. Важным фактором является избыток NaF в щелочном электролите, который можно считать резервом этой соли в условиях усиленной пропитки натрием угольной футеровки.
Угольные частицы и пена легче отделяются от более щелочного электролита. При этом подача небольших порций свежего криолита способствует выделению пены. Это позволяет успешнее снижать электрическое сопротивление электролита и выдерживать график уменьшения напряжения на ванне. Уменьшается опасность «зажатия» МПР, что возможно при попытке снизить напряжение на ванне с науглероженным электролитом.
Если применяется щелочной электролит, то в условиях высокой температуры и частых анодных эффектов потери фтора будут существенно ниже, так как содержание наиболее летучей составляющей - фтористого алюминия - ниже, чем в кислом электролите. Кроме того, из щелочных электролитов формируются более тугоплавкие настыли, менее подверженные влиянию температурного режима электролизера.
Тем не менее, состав электролита после пуска неустойчив и постоянно изменяется в сторону снижения содержания фтористого натрия, т.е. становится более кислым. Это объясняется тем, что новая угольная футеровка предпочтительнее впитывает фтористый натрий, а фтористый алюминий интенсивно улетучивается. Поэтому в период после пуска требуется периодически корректировать состав электролита фтористым натрием. Возможна замена фтористого натрия на соду, которая при взаимодействии с криолитом образует NaF, глинозем и СО2:
2 Na3AlF6 + 3 Na2CО3 = 12 NaF + Al2О3 + 3 СО2.
Корректировку фтористым натрием производят при анодном эффекте, насыпая тонкий слой NaF на открытую поверхность электролита. В исключительных случаях, когда происходит задержка анодного эффекта, фтористый натрий загружают слоем на горячую корку электролита и закрывают сверху слоем глинозема или криолита. Всё это объясняется тем обстоятельством, что соль NaF тугоплавкая и растворяется в электролите при повышенной температуре. Корректировку содой ведут при отсутствии анодного эффекта.
При необоснованно быстром снижении рабочего напряжения на пусковом электролизере возможен «холодный ход» ванны, что является технологическим нарушением. В этом случае в осадок выпадает щелочная составляющая электролита, а на подине образуются подовые настыли. Электролит становится кислым, в нем хуже растворяется глинозем и часть его также выпадает в осадок. Для вывода электролизера на нормальный режим повышают рабочее напряжение, прогревают электролизер на вспышках и утепляют корку слоем глинозема.
Контроль уровня электролита и металла производят каждую смену; в течение 10-15 суток электролит ежедневно контролируется на криолитовое отношение и содержание добавок. Загрузку глинозема (БТ, ВТ) и укрытие анодного массива (OA) постепенно увеличивают до нормальной величины, напряжение снижают также до нормального значения. На ванне образуется прочная криолитоглиноземная корка.
На электролизерах с самообжигающимися анодами при каждой обработке оплескивают боковую поверхность анодов расплавленным электролитом для защиты от окисления и предотвращения образования «шеек». К этому времени электролизеры должны быть полностью укомплектованы секциями газосборного колокола и ванна подключена к системе отсоса газа.
На электролизерах с предварительно обожженными анодами замена анодов начинается через сутки после пуска. При намерзании электролита в пространстве между анодами и затруднении замены анодов допускается их переборка, начиная с крайнего анода. При достижении рабочего напряжения 5,0 В подключают АПГ, после стабилизации температурного режима (примерно на пятые сутки) устанавливаются анодные укрытия.
В пусковой период ведется пусковая ведомость, в которой фиксируются основные операции при пуске и параметры работы электролизера. Те участки, где создание настылей задерживается, прокладывают оборотным электролитом, что позволяет ускорить образование настылей.
Загрузка в пусковой период большого количества сырья, значительный расход технологического инструмента и др. приводят к загрязнению алюминия примесями, преимущественно кремнием и железом. Для ускорения вывода ванн на получение металла высших сортов практикуется их «промывка», которая заключается в возможно более полной выливке алюминия, полученного в первые дни работы после пуска, и заливке металла высокого сорта. Эта операция успешно применяется для электролизеров малой и средней мощности. Для мощных электролизеров (255 кА и более) такая операция сопряжена с риском дестабилизации МГД- процессов и применима в ограниченных рамках.