Технологическое обслуживание электролизеров

Обслуживание ванн, работающих в нормальном технологи­ческом режиме, сводится к выполнению следующих технологиче­ских операций: обработка и питание ванн глиноземом, регулирова­ние рабочего напряжения и МПР, корректировка состава электроли­та фтористыми солями, снятие угольной пены, обслуживание рабо­чего пространства, ремонт бортовой футеровки. Отдельно в главе 7 рассмотрены вопросы обслуживания анодов.

Обработка ванн. На стабильно работающей ванне поверх­ность электролита закрыта коркой застывшего электролита и засы­пана глиноземом. В период между обработкой ванн глинозем на корке подсушивается и прогревается, выполняя при этом роль до­полнительной тепловой изоляции. Частично через корку и слой гли­нозема фильтруются анодные газы, при этом глинозем поглощает фтористые соединения, испаряющиеся с поверхности электролита, сокращая тем самым потери фтора.

Весь комплекс операций, связанный с пробивкой корки, подпиткой электролизера глиноземом и засыпкой новой порции глинозема, называется обработкой электролизера. В начальный пе­риод развития алюминиевой промышленности обработку приурочи­вали к очередной вспышке. В настоящее время работают по прин­ципу предупреждения вспышек.

Для электролизеров с самообжигающимися анодами приме­няется так называемый поточный или регламентированный метод обработки ванн, в процессе которого разрушают корку электролита с одной из продольных сторон электролизера, производят подпитку ванны глинозёмом. После этого засыпают новую порцию глинозёма. Частота обработки при применении машин по пробивке корки (МПК) ударного типа составляет от 6 до 12 раз в сутки (как для электролизеров ВТ, так и БТ).

Поточную обработку производят по регламентированному графику с отклонением от регламента не более 15-20 мин. При при­менении напольно-рельсовых машин с фрезой в качестве рабочего органа интенсивность перемешивания глинозема в электролите меньше и частота обработки повышается до 12-16 раз в сутки.

Количество загружаемого глинозема определяется электри­ческой мощностью электролизера, его технологическим состоянием, частотой обработки и толщиной глиноземной засыпки, которая не должна быть более 20 см. После загрузки глинозёма ванна тщатель­но герметизируется, восстанавливается работа горелок (на ваннах ВТ) и огоньков (на ваннах БТ), очищается фланцевый лист.

Рис. 5.5. Температура электролита между обработками

Как видно на рис. 5.5, даже на нормально работающем элек­тролизере температура электролита между обработками возрастает на 8-12°С. Поэтому лучшие результаты получают при учащенной обработке ванн.

При необходимости, но не реже одного раза в 10-15 дней, производят технологическое обслуживание ванн. Это производится, как правило, после анодного эффекта или после перестановки шты­рей. Технологическое обслуживание больших электролизёров вы­полняют поочередно на одной продольной стороне электролизера или на её половине за одну смену. При обработке проверяют подош­ву анода, снимают угольную пену, подтягивают к бортам осадок и контролируют форму рабочего пространства. Участки ванны со сла­быми настылями и гарнисажами охлаждают оборотным электроли­том, выбоями из ковшей. Настыли, уходящие под анод, по возмож­ности сбивают. Торцы обрабатывают по отдельному графику и зна­чительно реже, чем продольные стороны.

Технологическая обработка электролизеров ОА кроме про­верки формы рабочего пространства и снятия угольной пены (если она имеется) предусматривает восстановление дефектов укрытия анодного массива и оплёскивание доступных мест анодов электро­литом. Обработка продольных сторон распределена по времени с таким расчетом, чтобы она не совпадала с заменой анодов и выливкой металла.

Для включения алгоритма сопровождения обработки на АСУТП вводится уставка «Обработка». Разрушение корки электро­лита производится в два приема: первым заходом прорубается корка вблизи анодов, вторым - вдоль борта электролизера. Весь материал тщательно протапливается в электролите, пена и куски корки уда­ляются, подтягивается осадок. Внешние торцы анодов оплёскивают­ся электролитом.

Далее восстанавливается слой укрывного материала с таким расчетом, чтобы толщина засыпки между бортом и анодами была порядка 20 см. Толщина слоя укрытия анодного массива должна быть в пределах 10 см, а места окисления анодов должны дополни­тельно герметизироваться.

Торцы ванн обрабатываются на всю длину один-два раза в месяц. При нарушении бортовой футеровки по продольной или тор­цевой стенке количество технологических обработок в местах раз­рушения может устанавливаться по учащенному графику. Обработ­ка ванн ОА с целью подпитки глинозёмом не производится.

Каждая обработка, как технологическая, так и поточная, приводит к существенным потерям тепла и охлаждению электроли­зера. Если температура электролита превышает установленное тех­нологической инструкцией значение, то обработка положительно влияет на его работу. Однако при холодном ходе во время обработки снижается уровень электролита, ванна «вымерзает». В этом случае целесообразно сократить число обработок, повысить разовую за­грузку глинозема, поднять рабочее напряжение.

Съем угольной пены. Образование угольной пены характер­но преимущественно для электролизеров ВТ. Считается приемле­мым количество снимаемой пены в пределах 15-20 кг/т алюминия. Большая величина съёма пены может быть вызвана нарушением технологии электролиза («поджатием» ванны, чрезмерным погру­жением анода в шахту при падении уровня металла, разгерметиза­цией ванны и окислением боковой поверхности анода, протеками массы при перестановке штырей и др.).

Приходиться сталкиваться и с проблемой сезонного роста угольной пены, когда из-за низких температур в зимнее время про­исходит зависание холодной массы по стенкам и углам анодного кожуха, недостаточная степень её обжига и усиленное осыпание в виде угольной пены. Использование более жирной анодной массы и регулирование температуры по периферии анода может существен­но ослабить фактор сезонности.

Если электролит запенен, то при обработке (особенно фрезой МНР) часть глинозема смешивается с угольной пеной и растворение его в электролите затрудняется. Растворение криолитоглинозёмной корки в промежутке между обработками будет затруднено и это приведёт к «забиванию» рабочего пространства ванны. При этом концентрация глинозема не достигает требуемого значения, а элек­тролит науглероживается, о чем свидетельствуют следующие дан­ные:

Высота слоя угольной пены, мм 0 20 60 100

Концентрация глинозема в электролите, % 4,2 4,1 3,4 2,5

Концентрация углерода в электролите, % 0,2 0,26 0,42 0,69

Частота вспышек на запененных ваннах выше, а вспышки, как правило, бывают «средние» и «тусклые». В местах со слабой циркуляцией электролита (в углах и торцах) пена плохо удаляется из-под анода, изолирует отдельные участки и способствует разви­тию неровностей, «конусов» и «козырьков» на подошве.

Съём пены целесообразно производить после вспышки, т.к. во время анодного эффекта улучшаются условия выделения пены.

Пена снимается «сухой», т.е. с минимальным содержанием электро­лита.

«Подтягивание» глиноземных осадков. Эту операцию про­водят во время технологического обслуживания ванн по мере появ­ления осадков. «Подтягивание» осадков можно производить только при достаточно высоком уровне электролита (18-20 см), т.к. во вре­мя этой операции осадок взмучивается и электролит насыщается взвешенным глиноземом, растет омическое сопротивление электро­лита и ванна разогревается. По этой причине «подтягивание осадка», как правило, производят по частям ванны за несколько смен, осто­рожно растворяя осадок в электролите. Очередная вспышка при этом задерживается. После «подтягивания» осадка желательно ос­вежить электролит, переплавляя 30-100 кг свежего криолита (в зави­симости от мощности ванны).

Выпивка металла. Выливку производят по одно- или двух­суточному графику, т.е. ванну выливают соответственно один раз в сутки или через сутки. Ежедневная выливка, хотя и связана с повы­шенной загрузкой кранового хозяйства, обеспечивает более ста­бильный технологический режим электролизера. Перед выливкой замеряется уровень металла и по результатам этого замера устанав­ливается план-задание на выливку электролизеров.

Замер уровня производится в следующем порядке. На рас­стоянии 15-20 см от конца ломика устанавливается уровень, другим концом ломик погружается в расплав таким образом, чтобы он упер­ся в подину. При завершении установки ломика мениск уровня вы­водится на отметку «0» и положение уровня фиксируется с помо­щью зажима. После короткой выдержки ломик извлекается из рас­плава и с помощью уровня устанавливается под тем же углом на­клона. Линейкой измеряется расстояние от пола до отчетливо вид­ной на ломике границы металл-электролит. Это и есть уровень ме­талла. Расстояние от этой границы до верха застывшей корки есть уровень электролита.

Масса вылитого металла должна приблизительно соответст­вовать производительности электролизера за период между вылив- ками. Если на той или иной ванне следует повысить уровень метал­ла, то задание может быть соответственно уменьшено, и наоборот, если уровень металла следует понизить. Эти отклонения могут дос­тигать ± 100-400 кг для электролизёров разной мощности.

В зависимости от формы рабочего пространства уровень ме­талла после выливки снижается от 2 до 4 см. Например, если при глубине шахты 550 мм уровень металла перед выпивкой составил 40 см, то после выливки он будет равен 36-38 см. При этом глинозем­ный осадок по периферии ванны, находящийся до выливки под сло­ем металла, частично оголяется, оказывается в зоне электролита и взмучивается. В результате этого электрическое сопротивление электролита возрастает.

Чтобы избежать «поджатая» ванны, в течение 1,0-1,5 ч после выливки рабочее напряжение следует выдерживать на ~ 0,2 В выше установленного. Если подина свободна от осадков, а подовая на­стыль находится в пределах нормы, то эта добавка не нужна. После нормализации концентрации глинозема в электролите напряжение на ванне приводится к нормальному. Как правило, после выливки металла вспышка на ванне не возникает в течение 6-10 ч.

Выливку металла производят с помощью вакуумного ковша, футерованного изнутри шамотным кирпичом и оснащенного под­весным взвешивающим устройством. Ковш герметично закрывается крышкой и во время выливки подключается к сети вакуума.

Для выливки металла необходимо определить место для за­бора металла и пробить в этом месте корку электролита. Перед про­бивкой корки анод должен быть поднят с учётом увеличения напря­жения на ~ 0,1 В. Образовавшаяся летка должна быть подготовлена к выливке: очищена от корки и угольной пены, подину в этом месте следует очистить от осадка. Ковш прогревается и подключается к вакуумной линии. Носок вакуум-ковша вводится в расплав ниже зеркала металла. На весовом устройстве устанавливается отметка «0».

Выливка может производиться как в автоматическом, так и в ручном режиме. Если используется автоматический режим, то управление электролизера переводится в положение «Выливка». Начало набора металла определяется по изменению показаний кра­новых весов. В режиме «Выливка» анод автоматически опускается на высоту вылитого металла.

Если используется ручной режим, то все действия по опус­канию анода производятся вручную. При этом нужно следить за скоростью опускания анода, чтобы напряжение на ванне не повы­шалось более 0,2 В. Если высота бортовых настылей слишком вели­ка, необходимо следить за тем, чтобы между периферией анода и поверхностью настылей сохранялось достаточное расстояние и анод не «сел» на настыль.

По завершении набора металла ковш отключается от вакуум- сети и поднимается в крайнее верхнее положение, а управление ано­дом переводится из положения «Выливка» в исходное. Индикатор­ная лампочка «Выливка» гаснет. Отклонение массы металла, выли­ваемого с одного электролизера, зависит от точности крановых ве­сов и, как правило, не превышает 50 кг. После набора полного ков­ша он перемещается на средний проход и устанавливается на тележ­ку для транспортировки в литейное отделение.