- •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
Глава 10 первичный алюминий как сырьё для переработки в товарные виды продукции
10.1. Алюминий-сырец и способы его рафинирования
Алюминий, полученный в электролизных ваннах, называют алюминием-сырцом. Такой алюминий ещё не пригоден для использования в промышленности, так как он по содержанию примесей не отвечает принятым стандартам качества. Примеси, содержащиеся в алюминии-сырце, можно разделить на три группы: металлические, неметаллические и примеси газов.
Металлические примеси в алюминии-сырце - это железо, кремний, ванадий, никель, титан, хром, медь, натрий, калий и др. Наиболее велико содержание в сырце кремния и железа. Наличие каждого из этих двух примесей вызывает существенное изменение свойств алюминия: повышает вязкость алюминия в жидком состоянии, увеличивает его электрическое сопротивление, твердость и предел прочности на разрыв, снижает пластичность и коррозионную стойкость.
Одно из важнейших свойств алюминия – электропроводность. Металлы по степени их влияния на электропроводность алюминия можно разделить на три группы:
I - медь, цинк, никель, бериллий не оказывают значительного влияния на электропроводность алюминия;
II - железо, кремний, магний весьма ощутимо снижают электропроводность алюминия;
III - ванадий, титан, марганец, хром резко снижают электропроводность алюминия даже при незначительном содержании; первый из них – ванадий оказывает наибольшее влияние, так как поступает в электролизёр с глинозёмом и углеродными материалами в довольно значительных количествах.
Из неметаллических примесей в алюминии могут присутствовать оксид алюминия (глинозём), фтористые соли, углерод, карбид и нитрид алюминия. Даже тысячные доли процента этих примесей ухудшают механические и литейные свойства алюминия и снижают его коррозионную стойкость.
Из газов в алюминии присутствуют преимущественно водород (более 80%), а также диоксид углерода, сернистый газ, кислород и азот. Суммарное их содержание в алюминии-сырце составляет 0,10-0,50 см³ на 100 г алюминия. Газы, содержащиеся в алюминии, ухудшают его физико-механические свойства, вызывают образование пор, раковин, пузырьков, что отрицательно влияет на изделия проката и литья.
Очистка алюминия-сырца от взвешенных неметаллических включений и газов производится в промышленных условиях следующими методами: продувкой инертными газами, обработкой флюсами, выдержкой под разрежением, отстаиванием и фильтрацией. Рассмотрим некоторые из них.
Отстаивание - простейший способ рафинирования алюминия-сырца от твёрдых и газообразных примесей. Расплавленный алюминий отстаивается при сравнительно небольшой температуре (700-750°С). В процессе отстаивания легкие частицы примесей всплывают на поверхность металла, а тяжелые оседают на дно. Одновременно происходит удаление части растворенного в металле газа. Пузырьки газа адсорбируются преимущественно на частицах взвешенных в расплаве примесей (оксидов) и вместе с ними всплывают на поверхность. Оптимальное время отстаивания 30-45 мин; более длительное отстаивание или повышение температуры металла приводят к дополнительному его окислению.
Рафинирование инертными газами. В качестве инертных газов применяют азот, аргон или смесь газов. Газ продувают снизу через всю толщу расплава, при этом с пузырьками инертного газа удаляется растворенный в металле водород. Всплывающие пузырьки встречают на пути движения вверх взвешенные неметаллические включения и выносят их на поверхность. Наиболее доступный газ – азот, он инертен по отношению к алюминию при температуре в пределах 700ºС и весьма широко применяется в промышленности. Время азотирования 3-5 мин, расход азота порядка 700-750 л на 1 т металла. Широкое распространение находит также аргон.
Рафинирование флюсами. Этот метод основан на извлечении неметаллических примесей из расплава путем их взаимодействия с расплавленными солями. Механизм такого взаимодействия различен в зависимости от применяемого флюса. Взвешенные неметаллические включения могут растворяться расплавленными солями, могут химически взаимодействовать с ними или сорбироваться, т.е. оседать на поверхности корольков расплавленной соли. Эффективность очистки достигается лишь в том случае, если флюсы смачивают неметаллические включения лучше, чем металл. В результате смачивания размер включений увеличивается и они всплывают с большей скоростью, чем до обработки флюсом.
Кроме того, для очистки расплава от неметаллических включений используются различные типы фильтров: фильтры из стеклосетки (например, из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла), из пенокерамики, насыпные и керамические трубчатые. Фильтры из стеклоткани, закреплённые на каркасе, устанавливают на участке перелива расплава – в распределительной воронке, в лунке слитка и т.д. Алюминиевые расплавы не проходят через стеклоткань с размерами ячейки менее 0,5×0,5 мм, что определяет минимальный размер ячейки. Поэтому с помощью фильтров из стеклоткани можно отделить только грубые включения, размер которых больше размера ячейки сетки.
Таблица 10.1