Обслуживание анодов

В процессе электролиза алюминия нижняя часть анода окисляется (сгорает). Для создания непрерывности процесса приходится периодически заменять израсходованные предварительно обожженные блоки новыми или постоянно подгружать анодную массу в непрерывные самообжигающиеся аноды. Поэтому обслуживание анодов двух этих типов различно.

Обслуживание анодного узла электролизеров с предварительно обожженными анодами заключается в замене анодных блоков и перестановке анодной рамы—для блочной конструкции или в “приклеивании” новых обожженных анодных блоков и перемещении контактных соединении—для моноблочной конструкции.

Обслуживание непрерывных самообжигающихся анодов осложняется необходимостью формирования их в процессе работы.

На рис. 125 схематически показаны основные этапы формирования самообжигающегося анода. Разогрев и коксование пека, содержащегося в качестве связующего в анодной массе, происходят за счет тепла, выделяющегося в междуполюсном зазоре электролизера и в теле анода при прохождении постоянного тока. По физическим свойствам такой анод можно разделить на три основные зоны: зону анодной массы, как правило, жидкую I; тестообразный
слой, в котором начинаются процессы коксования пека II, и наконец, зону скоксовавшейся части анода, по которой через запеченные в нее штыри электрический ток поступает в рабочее пространство шахты ванны III.

Процесс перехода одной зоны в другую протекает непрерывно и постепенно по мере сгорания нижней части анода. Коксование пека начинается с температуры около 400 °С. Зона жидкой анодной массы располагается от верха анода до изотермы, соответствующей температуре 180—200°С; тестообразный слой ограничивается изотермой, соответствующей температуре около 400 °С.

Скоксовавшаяся часть анода, расположенная ниже этой изотермы, носит название конуса спекания анода. В нормально работающем электролизере в зависимости от его конструктивных особенностей максимальная высота конуса спекания составляет 1000—1200 мм.

Основная масса газов, образующихся во время коксования пека, проходит через поры уже спеченного анода и под действием высоких температур разлагается с образованием углерода, который, заполняя поры, повышает механическую прочность и электропроводность анода. Поэтому при конструировании электролизера
предусматривается возможность создания максимального уровня жидкой анодной массы, препятствующей выделению газов коксования через верх анода и снижению температуры верхнего ее слоя, для чего в анодном устройстве предусматриваются специальные конструкции, отводящие тепло, так называемые системы охлаждения анода.

Непрерывные самообжигающиеся аноды с боковым токоподводом. Обслуживание состоит в последовательном выполнении следующих операций: загрузки анодной массы, наращивания алюминиевого кожуха, переключения анодных спусков с одного ряда штырей на другой, извлечения нижнего ряда штырей, подъема анодной рамы и забивки новых штырей в анод.

3агрузку анодной массы осуществляют не реже чем один раз в 10 сут либо ввиде крупных блоков массой до 2 т, либо в виде мелких брикетов, либо в жидком виде с таким расчетом, чтобы слой жидкой анодной массы составлял 350—700 мм.

Во избежание расслоения анода перед очередной его загрузкой поверхность жидкой анодной массы очищают от скопившейся пыли, обдувая ее сжатым воздухом. Не допускается отстой пека и “высыхание” массы на поверхности анода.

Для корректирования жидкого слоя анодной массы в него добавляют массу с большим или меньшим (по сравнению с рядовой) содержанием связующего. В исключительных случаях добавляют препарированный пек.

Транспортирование анодной массы к ваннам осуществляют с помощью мостовых крапов в саморазгружающихся бункерах.

Наращивание алюминиевого кожуха обечайки выполняют через 30—50 дней в зависимости от скорости сгорания
анода и от размеров алюминиевого листа, используемого для изготовления секции обечайки. Заготовленные секции расправляют вместе с оставшейся частью по форме алюминиевого кожуха и вставляют в него так, чтобы шов перекрывался на 200—250 мм.

Шов по всему периметру анода уплотняют бумажной прокладкой и проклепывают алюминиевыми заклепками в шахматном порядке в два ряда.

Переключение анодных спусков производят при достижении между нижним рядом штырей и подошвой анода расстояния 180—240 мм. Анодные спуски отключают, зачищают и подключают к очередному ряду штырей. При этом следует иметь в виду, что одновременное отключение большого числа спусков отрицательно влияет на электрический режим работы ванны: увеличивается сила тока и, следовательно, растет перепад напряжения в остальных спусках. Поэтому отключение и подключение спусков выполняют последовательно, не допуская одновременного отключения более пяти спусков. Падение напряжения в контакте шинка—штырь, замеренное на вторые сутки после подключения спусков, не должно превышать для клинового контакта 5—7 мВ, для сварного 5 мВ.

Извлечение нижнего ряда штырей осуществляется специальными пневмогидравлическими машинками (рис. 126).
Перед извлечением штырей их освобождают от нагрузки—веса анода. Для этого между вторым рядом штырей и металлоконструкцией анода устанавливают временные тяги, на которые передается вес анода. В отверстие, имеющееся в головке штыря, вставляют металлический стержень, за который зацепляют захватную
головку машинки для извлечения штыря. Специальный упор машинки подводится вплотную к телу анода, и рабочий орган ее приводится в действие. Этот тип машинки работает по принципу гидравлического домкрата и легко производит операцию извлечения штырей.

Извлеченный из тела горячий штырь при необходимости сразу же на месте выпрямляют на пневмогидравлическом прессе и отправляют на чистку. Отверстие в теле анода, образовавшееся после извлечения штыря, заделывают криолитом во избежание окисления. Штыри нижнего ряда извлекают последовательно по всему
периметру анода.

Подъем анодной рамы осуществляют сразу же после извлечения нижнего ряда штырей. Для этого включают механизм подъема и поднимают всю конструкцию анодной рамы до тех пор, пока несущие “серьги” не войдут в зацепление с нижним рядом штырей. Тело анода с запеченными в него штырями во время перемещения анодной рамы неподвижно, так как анод висит на временных тягах.

При подъеме анодной рамы внимательно следят за поведением различных элементов конструкции анодного узла, чтобы не допустить возможных разрывов алюминиевой обечайки, а следовательно, и вытекания жидкой анодной массы.

После передачи усилий, несущих анод, на нижний ряд штырей временные тяги удаляют, корку электролита приводят в рабочее состояние и на электролизере устанавливают заданное напряжение.

Забивку нового ряда штырей в тело анода осуществляют через 1—2 сут после перетяжки анодной рамы. Верхний
ряд штырей забивают в тело анода с таким расчетом, чтобы они не попали в конус спекания. При забивке штырей выдерживают заданный угол и осуществляют строгую ориентацию всех штырей как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Забивку штырей выполняют с помощью специальной манишки (рис. 127). В ложе этой машинки устанавливают очередной штырь, приводят в действие ударно-пневматический механизм, который бойком, совершающим возвратнооступательные движения, наносит по головке штыря частые удары. Вся операция забивки штыря
такой машинкой занимает несколько секунд.

Непрерывные самообжигающиеся аноды с верхним токоподводом. Обслуживание состоит в последовательном выполнении следующих операций: загрузки очередной порции анодной массы, извлечения и установки штырей на новый горизонт, подъема анодной рамы и подъема металлического анодного кожуха относительно угольного тела анода.

Загрузку анодной массы осуществляют один раз в двое суток. Анодную массу загружают в виде мелких брикетов
равномерно по всей поверхности анода в таком количестве, чтобы при ее разогреве она не вытекала через верх анодного кожуха.

Перед загрузкой анодной массы удаляют пыль с поверхности анода.

Перед перестановкой штырей в зависимости от крупности брикетов анодную массу загружают с таким расчетом, чтобы ко времени перестановки масса имела вязкую консистенцию и способность самостоятельно затекать в отверстие из-под штырей. При использовании анодной массы со связующим, имеющим повышенную температуру размягчения, разрыв во времени между загрузкой анодной массы и перестановкой штырей увеличивают. Корректировку жидкого слоя анодной массы проводят так же, как и анодов с боковым токоподводом.

Анодную массу загружают в аноды либо из саморазгружающихся бункеров, транспортируемых мостовыми кранами, либо из загрузочных бункеров многооперационных напольно-рельсовых машин, либо специально предназначенными для этой цели самоходными машинами.

Перестановка штырей. Изменение падения напряжения, распределение тока в аноде, изменение высоты конуса спекания и другие характеристики анода во многом зависят от числа горизонтов расстановки штырей электролизеров с верхним токонодводом. Горизонт расстановки — это ряд штырей, расположенных на одинаковом расстоянии от подошвы анода.

За время эксплуатации систем с верхним подводом тока к аноду проведено много исследований зависимости качественных показателей сформованного анода от числа горизонтов штырей. Известно, что чем равномернее распределяется ток в теле анода, тем меньше перепад напряжения в нем и, следовательно, выше технико-экономические показатели работы электролизера. Многочисленными измерениями, проведенными на промышленных электролизерах, и обработкой данных с применением методов математической статистики установлено, что на распределение тока по анодным штырям влияют следующие факторы: а) число анодных штырей, конструктивное оформление и состояние контактов между отдельными анодными штырями и распределительной шиной, а также величина поверхности штырей, находящихся в токопроводящей зоне анода ниже изотермы 650°С: б) число горизонтов и шаг перестановки штырей, равный произведению числа горизонтов на расстояние между ними, а также расстояние от штырей до подошвы анода;

в) расположение штырей в плане анода: г) степень чистоты токопередающей поверхности штырей.

Исследованиями влияния числа горизонтов штырей на распределение по ним тока и, следовательно, на падение напряжения в теле анода при прочих равных условиях установлено, что по мере перехода от многогоризонтального расположения штырей к двухгоризонтному распределение тока по штырям ухудшается в первые дни после их перестановки, но становится более равномерным в последующий период работы электролизера.

Следовательно, в среднем за цикл (от перестановки до перестановки штырей) в распределении тока по штырям при двухгоризонтном и многогоризонтном их расположении нет существенной разницы. Однако вследствие меньшего падения напряжения в анодах при двухгоризонтном расположении штырей непосредственно
перед их перестановкой улучшаются условия коксования вторичного анода, а более равномерное распределение тока в аноде способствует уменьшению величины лунок на подошве анода под штырями и трещин в его теле. Кроме того, с уменьшением числа горизонтов расстановки штырей сокращаются трудовые затраты на операции перестановки. В отечественной промышленности принята двухгоризонтная схема расположения штырей.

Выбор шага перестановки штырей и минимального расстояния от нижнего ряда штырей до подошвы анода зависит от качества применяемой анодной массы, степени интенсификации (плотности тока в аноде) процесса электролиза, конструктивных особенностей анодного узла и указан для каждого случая в рабочей технологической инструкции.

Перестановку штырей начинают с нижнего горизонта при минимальном расстоянии от конца штырей до подошвы анода. При двухгоризонтном расположении штырей перестановку штырей одного горизонта осуществляют в два приема: сначала переставляют штыри внутренних рядов нижнего горизонта и через 1—2 суток—штыри внешних рядов. До начала перестановки штырей к электролизеру подвозят комплект холодных очищенных штырей,
а анодную массу вокруг извлекаемых штырей перемешивают до однородного состава.

Перед извлечением штыря освобождают зажимную колодку анодного контакта переставляемого штыря и соединяют головку штыря с автоматическим захватом штанги штыревого электромостового крана. Затем раскручивают штырь до полного отрыва его от тела анода, извлекают из анода и устанавливают в кассету. После зачистки контактных поверхностей колодки или шины устанавливают подготовленный холодный штырь вместо извлеченного на верхний горизонт и плотно затягивают контакт колодка—штырь или шина—штырь. При установке нового штыря внимательно следят за заполнением отверстия из-под штыря в теле анода. Во избежание образования пустот под штырями нельзя
приподнимать штыри, установленные ниже своего горизонта. Такие штыри обязательно следует извлекать из анода и только после заполнения отверстия из-под штыря анодной массой устанавливать на свой горизонт.

При перестановке штырей без применения автоматического захвата сначала раскручивают все переставляемые штыри, а затем поочередно извлекают их и устанавливают на верхний горизонт подготовленные холодные штыри. Остальные операции производят в порядке, аналогичном описанному выше.

Для правильной расстановки штырей по горизонтам их ежегодно выбраковывают по длине. При попадании жидкой анодной массы в расплав через отверстие из-под извлекаемого штыря возможен выброс расплава из шахты ванны. Поэтому во время извлечения штырей все другие операции обслуживания электролизёра прекращают, а обслуживающий персонал удаляется на безопасное расстояние.

Подъем анодной рамы осуществляют периодически по мере сближения ее с верхом конструктивных элементов анодного кожуха, обычно при приближении нижней грани анодной рамы к верхней грани конструктивных элементов анодного кожуха на 70—100 мм. В зависимости от конструкции анодного устройства электролизера и скорости сгорания анода эту операцию выполняют через 15—25 сут. Для предотвращения нарушения расстановки штырей не допускается совмещение операции подъема анодной рамы и перестановки штырей; минимальный срок между
этими операциями 1 сут.

До подъема анодной рамы анод обычно подвешивают при помощи захватов за штыри нижнего горизонта к переносной конструкции (траверсе), устанавливаемой на контрфорсы анодного кожуха. Существуют н другие способы закрепления угольного массива за металлоконструкции анодного кожуха. Затем зачищают контактные поверхности штырей или алюминиевых штанг до нового места расположения контакта и ослабляют контакты колодка—штырь или штанга—шина с таким расчетом, чтобы обеспечить свободное скольжение в указанных контактах.

Подъем анодной рамы осуществляется при одновременном действии основного и вспомогательного механизмов электролизера; основной механизм осуществляет подъем анодной рамы, а вспомогательный стабилизирует положение анода в одном положении.

В период перетяжки анодной рамы следят за плавностью скольжения колодок по штырям или штанг по шинам, не допускают сильного искрения в этих контактах. Анодную раму поднимают на высоту, предусмотренную проектом электролизера.

После подъема анодной рамы основные контакты затягивают и убирают временные приспособления, удерживающие анод в стабильном положении. Если при подъеме рамы возник анодный эффект, подъем прекращают до его устранения.

Подъем анодного кожуха осуществляют по мере приближения его нижней кромки к расплаву. Обычно не допускается приближение газосборного колокола к расплаву менее чем на 100 мм. Операция подъема кожуха заключается в перемещении его относительно угольного тела анода и осуществляется действием вспомогательного механизма электролизера. Кожух поднимают на высоту максимум 80 мм за один прием; желательно более частое выполнение этой операции на небольшую высоту во избежание возможного “припекания” угольного тела анода к внутренней поверхности кожуха.

Во время подъема кожуха следят, чтобы не возникли протеки жидкой анодной массы и при необходимости своевременно их устраняют. По мере внедрения автоматизированных систем управления процессом электролиза алюминия операции подъема анодного кожуха осуществляются централизованно по заданной программе, учитывающей скорость сгорания анода.

Электролизеры с предварительно обожженными анодами. Операции обслуживания электролизеров с моноблочным предварительно обожженным анодом практически аналогичны операциям обслуживания непрерывных самообжигающихся анодов с боковым токоподводом, за исключением наращивания анодного массива. Анод наращивают обожженными угольными блоками, склеивая их специальной угольной пастой.

Операции обслуживания анодного устройства электролизеров с предварительно обожженными анодами блочного типа сводятся к периодической замене анодных блоков и перетяжке анодной рамы.

Замену анодов осуществляют по специально разработанному графику с учетом конструктивных особенностей электролизера и применяемых средств механизации. Анодные блоки извлекают по мере их срабатываемости в процессе эксплуатации до минимальной величины (“огарка”) и при значительном разрушении или отрыве угольной части блока от несущей штанги.

Полый анодный блок устанавливают на место извлеченного таким образом, чтобы его нижняя поверхность находилась на одном уровне с нижней поверхностью рядом стоящих анодов. Перед заменой анодный блок очищают от утепляющей глиноземной засыпки и освобождают от застывшей вокруг него корки электролита. После замены полый блок присыпают глиноземом для предохранения боковых его поверхностей от окисления и сокращения
их теплоотдающей способности.

Операции извлечения и установки анодных блоков выполняют с помощью специальных самоходных машин или электромостовых кранов. При замене анодных блоков открывают только створки укрытия ванны, расположенные напротив заменяемого анода.

Перетяжку анодной рамы производят по мере приближения нижней кромки ее к кронштейнам штанг, несущим
угольные блоки. Перед подъемом рамы анодные блоки фиксируют специальными зажимами к металлоконструкции, ограждающей анодное устройство, и ослабляют контакты штанга—шина. Перемещение анодной рамы производится подъемным механизмом электролизера на высоту, предусмотренную проектом.

Во время подъема рамы не допускается сильное искрение между анодной шиной и штангой. При возникновении анодного эффекта подъем рамы приостанавливают до его ликвидации.

По окончании перетяжки затягивают основные контакты и убирают временные приспособления, удерживающие в стационарном положении анодные блоки во время подъема рамы. Операции перетяжки анодной рамы приурочивают в период работы электролизера между заменами анодных блоков и обработками электролизера. Периодичность подъема анодной рамы зависит от конструктивных особенностей электролизера и скорости сгорания
анодов.

7.2.1. Требования к качеству обожженных анодов

Требования к качеству обожженных анодов в отечественной промышленности регламентируются техническими условиями ТУ 48-5-148-84 «Блоки анодные обожженные для алюминиевых элек­тролизеров» и ТУ 1913-001-00200992-95. Геометрическая форма наиболее распространенных 3-ниппельных анодов, тип «В», показа­на на рис 7.5.

Рис. 7.5. Схема трехниппельного анода, тип В

В качестве технических требований к обожженным анодным блокам нередко применяют наиболее современную спецификацию, разработанную известной швейцарской фирмой R&D Carbon Ltd. В табл. 7.2. приведены наиболее значимые и часто применяемые в производственной практике показатели качества. Кроме того, боль­шой перечень требований предъявляется к поверхности и структуре блоков: поверхность должна быть очищена от коксовой засыпки, не допускаются трещины более 1 мм шириной и 150 мм длиной, а так- же выходящие на грани и ниппельные гнёзда трещины шириной более 1 мм и др.

Высшему показателю качества отвечают аноды с макси­мально высокими значениями объёмной плотности, прочности на сжатие и изгиб, плотности в ксилоле. В то же время значения УЭС, воздушной проницаемости, реакционной способности в токе С0₂ и воздуха, а также содержание серы и примесей должны быть мини­мальными

Дадим пояснения к некоторым показателям качества, приве­денным в табл. 7.2.

Воздушная проницаемость определяется измерением време­ни фильтрации заданного количества воздуха через цилиндрический образец анода. Этот показатель характеризует наличие «проходных» пор, через которые возможна фильтрация анодных газов и воздуха и, как следствие, окисление анода. Лучшие значения воздушной про­ницаемости лежат в области 0,5 нПм (наноПерм) или по системе СИ м²/-Па.

Реакционная способность в токе С0₂ и воздуха отражает способность анода противостоять химическому воздействию окис­лительной среды, окислению поверхности анода и осыпанию уголь­ных частиц. Отношение массы осыпавшегося углерода к окислив­шемуся в процентах называют коэффициентом селективности окис­ления. Например, при испытании в токе С0₂ отношение осыпавше­гося углерода к окислившемуся 5,0:10,0 соответствует коэффициен­ту селективности 0,50. Этот коэффициент отражает способность анода к равномерному окислению и предотвращению образования угольной пены: чем он ниже, тем меньше селективность.

Таблица 7.2Перечень показателей качества по системе ISO

Показатель качества	Единицы измерения	Типичное значение
Объёмная плотность	кг/дм3	1.530-1,580
Удельное электрическое сопротивле­ние	МКОМ’М	52-60
Прочность на изгиб	МПа	8,0-12,0
Удельное сопротивление сжатию	МПа	32,0-48,0
Т еплопроводность	Вт/(м-К)	3,0-4,5
Плотность в ксилоле (Di)	Кг/дм3	2,050-2,080
Воздушная проницаемость	нПм	0,5-1,5
Реакционная способность в токе С02:	%
-углеродный остаток	80,0-90,0
-осыпание	3,0-8,0
-окисление	6,0-14,0
Реакционная способность в токе воз­духа:	%
-углеродный остаток	75,0-85,0
-осыпание	4,0-8,0
-окисление	10-20
Содержание примесей:
-сера	%	1,2-2,4
-кремний	ррм	100-300
-железо	ррм	100-500
-ванадий	ррм	80-260
-натрий	ррм	200-600

Ограничения по натрию вызваны тем обстоятельством, что этот элемент является сильнейшим катализатором окисления в ат­мосфере С0₂. Поскольку в производстве обожженных анодов ис­пользуется 16-20 % возвратов огарков, содержащих остатки элек­тролита, то ограничения по натрию следует считать очень важными. Ванадий является катализатором окисления анода в атмосфере воз­духа. Другие показатели качества рассматривались нами ранее и не представляют сложности.

Применяемую систему контроля качества обожженных ано­дов можно считать эффективной только в том случае, если она дос­таточно полно моделирует работу анода в алюминиевом электроли­зере и достаточно чувствительна к изменению свойств анода. Чем полнее представлен в заводской схеме контроля указанный в табл. 7.2 перечень анализов, тем более надежен получаемый результат.

7.2.4. Аноды с пазами

Технический прогресс в алюминиевой промышленности за последние 50 лет сопровождался не только увеличением единичной мощности электролизёров, но и непрерывным повышением веса и геометрических размеров обожженных анодов. Вплоть до 80-х годов вес анодов удваивался каждые 10 лет, пока не достиг ~1200 кг. Дальнейшая эволюция сопровождалась увеличением числа анодов на электролизёрах при относительно стабильном их весе. Однако и при таких размерах анодов стали очевидны их недостатки:

- усиление сколов (особенно в углах) в результате термо­шока;

- затруднение эвакуации анодных газов из междуполюсно­го зазора, особенно на электролизёрах большой мощности с идеаль­ной магнитной компенсацией и небольшим МПР, что вызывало су­щественное повышение электрического сопротивления ванны.

В алюминиевом электролизёре на каждый килограмм алю­миния образуется около 2,5м³ С02. При использовании анодов больших габаритов часть их рабочей поверхности покрывается газо­вой плёнкой толщиной порядка 1см. По мере расширения площади плёнки происходит образование больших газовых пузырьков и их циклическое удаление из-под анода. При этом меняется площадь анодной поверхности, занятой не проводящей электрический ток газовой плёнкой, что сопровождается флуктуацией тока на отдель­ных анодах и МГД-нестабильностью.

Циклические выбросы больших газовых пузырьков иниции­руют вертикальные перемещения расплава и турбулизацию поверх­ность раздела металл-электролит. Возможное снижение выхода по току составляет за счёт этого 0,5% и более.

Газовая плёнка в зависимости от типа электролизёра и осо­бенностей технологии закрывает и изолирует от 35 до 60% поверх­ности анода, вызывая дополнительный перепад напряжения на ванне от 50 до 150 мВ. С увеличением размеров анода и плотности тока эффект повышения сопротивления электролизёра, также как и пу­зырьковой нестабильности, возрастает. Возрастает газонаполнение электролита в междуполюсном зазоре.

Для решения этой проблемы в 1993 году на одном из заводов фирмы Hydro Aluminium вместо увеличения размеров анода приме­нили спаренную подвеску двух анодов на одном кронштейне типа «паук». Между анодами оставлялся узкий зазор. Тем самым удалось избежать отрицательного воздействия увеличения размеров анода на газодинамику при фактически вдвое увеличенном анодном блоке.

Несколько позднее была предложена идея нанесения со сто­роны рабочей поверхности анодов щелевидных пазов (Slots). Перво­начально эта идея использовалась как средство для предотвращения растрескивания анодов в результате термошока при установке ано­дов на ванну. Позднее обнаружились дополнительные преимущест­ва такого усовершенствования с точки зрения снижения перепада напряжения, МГД-неустойчивости, выхода по току. С этого времени началось повсеместное внедрение этого усовершенствования, одна­ко результаты его не всегда оказывались положительными. Испыта­но много конфигураций пазов, при этом наиболее важный признак их классификации основан на направлении прорезей - продольном или поперечном.

Поперечные пазы шириной 15-18 мм и глубиной ~'А высоты анода наносятся таким образом, что разделяют анод на три равные части. Высота пазов задаётся с учётом максимального уровня элек­тролита минус МПР или может несколько превышать этот уровень. Повышенная высота паза приводит к появлению дополнительной поверхности, подверженной окислению СОг и Ог, что увеличивает расход анодов нетто. Продольные пазы таких же размеров наносят­ся вдоль анода и также делят анод на равные секции. Испытывались пазы разной геометрии: горизонтальные, с уклоном, с двойным ук­лоном от центральной точки.

Выбор направления пазов зависит от того, какие задачи ста­вятся перед внедрением этого мероприятия. Как упоминалось выше, поперечные пазы используются для предотвращения термических напряжений и образования сколов. При этом каждая из трёх секций анода ведёт себя как отдельный анод. Аналогичным образом про­дольные пазы разрезают анод на узкие полосы, как правило, на три, каждая из которых работает как длинный узкий анод.

Продольные пазы с самого начала испытывались как способ облегчить удаление пузырьков первичного газа с поверхности анода. Соответственно газовая прослойка и омическое сопротивление в междуполюсном зазоре должны быть уменьшены.

По заключению специалистов R&D Carbon Ltd (M.Meier, R.Perruchoud) нанесение пазов может производиться двумя способа­ми: (а) при формовании «зеленых» блоков путём установки специ­альных закладных пластин в виброформу и (б) путём прорезки с по­мощью циркулярных пил. Первый способ по сравнению с механиче­ской прорезкой имеет следующие преимущества:

- не требуется специального оборудования для нанесения па­зов;

- не образуется отходов производства в виде угольной пыли и не требуется её специальной утилизации.

К числу недостатков такой схемы можно отнести следующее:

- направление удаления анодного блока со стола формовоч­ной машины должно соответствовать направлению пазов;

- наличие закладных пластин приводит к образованию гра­диентов плотности и повышенной структурной напряженности в зоне пазов, что повышает вероятность образования трещин; в той же зоне повышается газопроницаемость анода;

- анодные блоки с пазами такого вида весьма чувствительны к различного рода механическим воздействиям, что потенциально повышает вероятность образования брака и необходимость его пе­реработки;

- часто образуются вертикальные трещины как продолжение

пазов;

- в процессе обжига пазы в анодах забиваются засыпочным материалом (коксиком) и их чистка требует дополнительного обо­рудования и затрат ручного труда; если пазы не очищать, то коксик осыпается и науглераживает электролит с вытекающими последст­виями;

- формованные пазы получаются более широкими (до 25 мм), что существенно снижает массу анодов и приводит к сокраще­нию цикла замены анодов;

- брак «зелёных» блоков возрастает на 0,4%, брак обожжен­ных блоков - на 0,2%.

Нанесение пазов механическим способом имеет следующие преимущества:

- независимость от формующего устройства и направления разгрузки с формовочного стола;

- отсутствуют какие-либо градиенты свойств и концентра­ции напряженности в зоне прорезки анодного блока;

- аноды более устойчивы к любого вида механическим воз­действиям;

- не требуется чистка пазов от засыпочного материала и нет дополнительного науглероживания электролита;

- механически полученные пазы могут быть более узкими, что снижает потерю массы анода и цикл замены анодов сокращается в меньшей степени.

Тем не менее, имеют место и определённые недостатки этого способа:

- требуется дополнительное оборудование для прорезки па­зов;

- в зависимости от размеров анода образуется до 25 кг угольной пыли на один анод; если эта пыль утилизируется, то необ­ходимо дополнительное оборудование и затраты труда для её улав­ливания (без применения водного орошения) и возвращения в анодное производство;

- брак обожженных анодов взрастает по сравнению с рядо­выми блоками на 0,2%.

Французская фирма BROCHOT SA разработала специализи­рованную машину для резки пазов. Машина состоит из одной и бо­лее параллельно расположенных циркулярных пил с единым приво­дом. Машина работает в автоматическом режиме. Форма и направ­ление пазов (длина, ширина, глубина и наклон) задаются соответст­вующей установкой пил. Ширину пазов можно снизить до 10 мм. Образующиеся угольные отходы при пилении пазов имеют следую­щий ситовой состав: 90% (0-6 мм); 7% (6-16 мм); 3% (16-40 мм). Та­кой материал вполне пригоден для возвращения в анодное произ­водство. Система аспирации исключает попадание угольной пыли в атмосферу производственного помещения. Отходы накапливаются в отдельном бункере и перемещаются в анодное производство.

Аноды с пазами изменяют многие технологические характе­ристики электролизёров как в положительную, так и в отрицатель­ную стороны. Наиболее быстрым и впечатляющим эффектом при установке анодов с пазами можно считать снижение шума, а именно флуктуации сопротивления электролизёра. После срабатывания па­зов уровень шума быстро возвращается к исходному состоянию. То же самое относится и к флуктуации тока на индивидуальных анодах.

Имеется тенденция и к некоторым негативным проявлениям при использовании анодов с пазами. В этом отношении следует от­метить тенденцию к образованию угольной пены, которая может быть результатом попадания остатков коксика в электролит при плохой чистке пазов и за счёт увеличения контактной поверхности анода в пазах под воздействием анодных газов. Такое увеличение угольной пены более вероятно, если качество анодов относительно низкое по показателю карбоксиреактивного остатка и пористости. Следовательно, оснащение низкокачественных анодов пазами чре­вато образованием повышенного количества угольной пены. Отме­чено, что при использовании анодов с прорезями имеет место сни­жение напряжения анодных эффектов.

На одном из заводов фирмы Alcoa установлено, что исполь­зование низкокачественных анодов, оснащенных пазами, привело к дестабилизации процесса электролиза за счёт образования неровно­стей на анодах и появлению большого количества угольной пены. Отмечено также сильное обгорание и осыпание боковых поверхно­стей анодов. Снижение выхода по току составило при этом 4%, со­ответственно снизилась наработка металла. В то же время при ис­пользовании таких же анодов без пазов позволяло получить удовле­творительные результаты при электролизе. После прекращения на­резки пазов нормальный процесс электролиза восстановился.

Практика показывает, что для каждого типа электролизёра должна производиться тщательная подборка размеров паза и при­вязка параметров электролизёров к такой технологии. Часто аноды с одной и той же нарезкой пазов дают положительный результат на одном типе электролизёра и отрицательный на другом.

Пример отрицательного результата при использовании ано­дов с продольными пазами приводят K.Aldstedt с соавт. по заводу Mosjoen (Elkem, Норвегия). После внедрения такой технологии тем­пература электролита поднялась на 3-5°С, выход по току снизился на 0,8%. Сократился цикл замены анодов на 2 суток, появилась уголь­ная пена.

Использование анодов с пазами приводит к негативному ре­зультату и в том случае, если электролизёры до начала внедрения этого мероприятия долгое время работали с высоким уровнем шума и МГД-нестабильности. Таким образом, получить положительный результат можно в том случае, если применяются аноды высокого качества и объектом внедрения служат серии электролиза с устой­чивой технологией.

Влияние геометрии пазов изучалось фирмой R&D Carbon Ltd. на примере электролизёра мощностью 222 кА, количество ано­дов в ванне 20, размер анодов 1500x810x650 мм, расход электро­энергии 13,8 кВт-ч/т, выход по току 95%. Испытания проводились на анодах с глубиной пазов 150 и 300 мм. Средняя ширина паза 12- 15 мм. Полученные результаты представлены в таблице 7.3 (M.Meier, R.Perruchoud).

Таблица 7.3

Снижение перепада напряжения как функция направления и глубины пазов в аноде

Направление паза	Глубина 150мм	Глубина 300 мм
продольный	18 мВ	35 мВ
поперечный	10 мВ	20 мВ

Как видно из таблицы 7.3, продольные пазы более эффек­тивны, чем поперечные. Если пазы наклонные и глубина их возрас­тает от периферии к центру, то анодные газы сбрасываются по пазам (как по каналам) к центру ванны. При этом они выталкивают потоки электролита от периферии к центру. Тем самым идет усиление цир­куляции, интенсивное перемешивание электролита и усреднение в нём концентрации глинозёма без усиления шумов и окисления ме­талла.

Очевидно, что время жизни паза распространяется на всю его глубину и в этот период снижается перепад напряжения.

Что касается влияния на выход по току, то в этом случае имеет место компромисс между двумя противоположно действую­щими факторами. Повышенная растворимость глинозёма и меньший уровень нестабильности ванны способствуют повышению выхода по току. С другой стороны, повышенное образование угольной пены потенциально приводит к снижению этого показателя. Последний фактор весьма значим при плохом качестве анодов.

По данным G.Bearne с соавт. (New Zealand А1 Smelter) на электролизёрах различной мощности покрытие поверхности анода газовой плёнкой составляет от 37 до 58%. Наличие продольных па­зов снижает эти значения в среднем на 16% и соответственно пу­зырьковое сопротивление в междуполюсном зазоре. При высоте па­за, равном половине расходуемой части анода, перепад напряжения снижается на 35-66 мв. Определено также, что при увеличении вы­соты паза на 10 см (с 10 до 20 см) падение напряжения снижается на 20 мВ.

Получаемый эффект снижения перепада напряжения может быть использован одним из следующих способов:

- эквивалентным повышением анодной плотности тока и производительности электролизёра;

- увеличением МПР с восстановлением первоначального со­противления электролизёра; основной эффект будет достигнут за счёт повышения выхода по току как в результате повышения МПР, так и побочных изменений (снижения МГД-неустойчивости, улуч­шения условий растворения глинозёма); в конечном счёте это отра­зится также на повышении производительности электролизёров. Оп­тимальный вариант определяется технико-экономическими расчёта­ми с учётом стоимости электроэнергии и цены алюминия.

Другая задача устройства как поперечных, так и продольных пазов состоит в том, чтобы снизить среднюю скорость циркуляции электролита и его турбулизацию в граничной зоне металл- электролит. Это способствует снижению вторичного окисления ме­талла, растворенного в электролите. Если сравнивать продольные и поперечные пазы, то можно увидеть, что скорость циркуляции и турбулизация электролита снижаются в большей степени при ис­пользовании продольных пазов. Даже по визуальной оценке элек­тролизёр ОА с продольными пазами работает заметно спокойнее, с меньшей циркуляцией электролита и уровнем шума. Именно этим обстоятельством можно объяснить, почему продольные пазы более эффективны с точки зрения повышения выхода по току.

С помощью моделирования изучено влияние степени погру­жения прорезей в электролит (D.S.Stvero и др. РСЕ Engenharia, ALBRAS). Разница между полным погружением паза и погружени­ем наполовину проявляется в том, что в последнем случае покрытие анода газовой плёнкой существенно снижается. Для поперечных па­зов это различие невелико, а для продольных - существенно больше

и, кроме того, сопровождается значительным снижением скорости циркуляции. Это происходит в связи с тем, что при полном погру­жении паза прохождение газа более затруднено и это снижает с точ­ки зрения газовой динамики эффект воздействия пазов. Следует иметь ввиду, что по мере сгорания анода положение пазов непре­рывно меняется: от частичного до полного погружения в электро­лит. На последней стадии службы анод работает без пазов.

В результате оснащения анода пазами вес его заметно уменьшается. Если это снижение веса не компенсируется повыше­нием высоты анодного блока, объёмного веса или сокращением цикла замены анодов, то это приводит к недопустимому снижению толщины огарка и повышению содержания железа в металле. При использовании анодов указанных выше габаритов (1500x810x650 мм) с продольными пазами масса анода снижается ~ на 19 кг, а мае- са анодного огарка ~ на 30 кг, если не произведена соответствующая компенсация. В конечном счёте, это отражается на нетто расходе анодов от 5 до 15 кг на тонну А1.

Следует учесть и другую особенность использования анодов с пазами: образование «мягких» огарков при занижении толщины отработанного анода приводит к тому, что возврат таких огарков в анодное производство закладывает снижение качества вновь произ­водимых партий анодов. Это, в свою очередь, потенциально снижает показатели производства в последующем.

Алюминиевые заводы крупнейшего производителя алюми­ния фирмы Alcoa, начиная с 1999 г, полностью переведены на ис­пользование анодов с пазами. Внедрение таких анодов практически не требует инвестиционных затрат и по информации этой фирмы даёт ощутимый эффект по выходу по току и расходу электроэнер­гии, повышает стабильность электролизёра.

Когда внедрение анодов с пазами на заводах Alcoa происхо­дило в благоприятных условиях и с надлежащей подготовкой, то снижение перепада напряжения в междуполюсном зазоре достигало

0, 15 В. И это достигалось без ущерба выхода по току. Более того, с переходом на новую технологию выход по току повышался на 0,5% и более, что подтверждается и опытом других предприятий. Это ре­зультат улучшения газодинамических условий удаления анодных газов и условий растворения глинозёма.

К геометрии пазов фирмой Alcoa предъявляются повышен­ные требования:

(а) ширина паза - слишком широкий или слишком узкий паз не улучшают, а нарушают стабильность процесса и его результаты;

(б) глубина паза - паз должен иметь период существования, соизмеримый с циклом замены анодов; желаемого результата не по­лучить, если паз слишком мелкий.

Следует отметить, что по мере срабатывания анода высота паза снижается, а ширина - увеличивается. К моменту полного ис­чезновения пазов эффект снижения пузырькового шума и флуктуа­ции тока на индивидуальных анодах исчезает.

Столь детальное освещение вопроса технологии электролиза с использованием анодов с пазами связано с тем, что на отечествен­ных предприятиях эта технология находится в начальной стадии ос­воения. Зарубежный опыт также имеет довольно противоречивый характер. Специалисты каждого предприятия, заинтересованные в применении анодов с пазами, должны представлять, что их приме­нение основано на наличии анодов высокого качества. Электролизё­ры должны работать в устойчивом МГД-режиме, а геометрические размеры пазов и способ их нанесения (нарезкой или формовкой) должны быть подобраны к тому или иному типу электролизёров пу­тём предварительных испытаний и с учетом особенностей анодного производства.

7.2.5. Обслуживание анодов

Обслуживание обожженных анодов сводится к замене каж­дые 26-30 дней отработанных анодов на новые, к поддержанию ук­рытия анодного массива и перетяжке анодной рамы. Операция по замене анодов производится с помощью специализированного кра­на, оснащенного механизмами захвата штанги и открытия/закрытия замка прижима анодной штанги к шине.

Извлечение огарка производится в следующем порядке. Поднимается крышка укрытия со стороны извлекаемого огарка. С помощью пневматического механизма, установленного на кране, пробивается корка вокруг анода. Штанга анододержателя захваты­вается крановым механизмом захвата, зажим отпускается и произ­водится подъём огарка. Для снижения окисления огарка анод может быть приподнят и извлечен после охлаждения.

На заводах Sunndal и Fjardaal (Норвегия) удалось значитель­но снизить выбросы фтора за счёт применения новых технических решений - мощных установок для отсоса газа при замене анодов, использования контейнеров для герметизации анодных огарков и изменений в режиме обслуживания - сокращения времени нахожде­ния электролизёров с открытыми крышками укрытий.

Образовавшееся гнездо тщательно очищается от остатков корки электролита, глинозёма и пены. Новый анод подвозится к ванне, подогревается над расплавом и после подогрева осторожно помещается в старое гнездо в ванне. Штанга закрепляется в замке и анод после образования корочки электролита засыпается укрывным материалом. Доступные части анода желательно заплескать элек­тролитом.

График замены анодов составляется с использованием про­граммных средств с учётом обеспечения равномерного распределе­ния тока по анодам, а также максимального сохранения архитектуры укрытия анодного массива.

Большинство применяемых графиков замены анодов осно­ваны на использовании трёх временных параметров, характеризую­щих основные принципы расстановки анодов, а именно:

-интервал замены между рядом стоящими анодами (Трс); -интервал замены между напротив стоящими анодами (Тнс); -интервал замены торцевых анодов (Тта).

Торцевые аноды выделяются в отдельную группу, так как условия их работы отличаются от условий центральных анодов. Это касается условий их герметизации, энергетической нагрузки, срока службы.

Таблица 7.3

График замены анодов

Номер анода	т, у.сут	Трс, у.сут	Номер анода	Т, у.сут	Трс, у.сут	Тнс, у.сут
						И

Примечание. Диапазон Трс-6 у.суш, диапазон Тнс-1 ly.cym, диапазон Тта -5,5у.сут; Т-последователъностъ перестановки анодов, Т-1-22. Цикл замены анодов -30 сут

Значение Т, как правило, выражается в условных сутках (у.сут), где 1 у.сут равны текущему циклу замены, деленному на число анодов. Например, для 30-суточного цикла замены 1 у.сут равны 30:22=1,36 календарный день, для 28 суточного 1,27 и т.д., где 22 - число анодов на принятом для расчёта электролизере.

Пример графика замены анодов для электролизёра на 160 кА и с 22 анодами приведен в табл. 7.3.

Согласно производственному опыту значения Трс, Тнс,Тта составляют: Трс - Зн-8 у.сут; Тнс - примерно 'Л от общего числа ано­
дов; 1 та - разнесено равномерно по времени и равно числу анодов, делённому на 4. В таком случае оптимальные временные параметры графика замены анодов в данном примере составят:

Трс =6у.сут (8сут); Тнс =11у.сут (15сут);

Тта=5,5 у.сут (7сут)

Тогда для электролизёра мощностью 160 кА с 22 анодами последовательность замены анодов будет следующая (по номерам анодов в электролизёре): 1, 14, 5, 18, 9, 22, 2, 15, 6, 19, 10, 12, 3, 16, 7, 20, 11, 13, 4, 17, 8, 21. При таком графике замены анодов сохраня­ется относительно равномерное распределение токовой нагрузки. Например, возьмём вновь установленный анод №5 (Т=3). Противо­положно размещенный анод №16 был установлен на 11 у. сут ранее, т.е. сработан на 50 %. Предыдущий анод №4 установлен на 19 у.сут ранее и сработан на (19:22)100=86%. Анод №6 сработан на (9:22)100=41%. Аналогичное распределение можно увидеть возле любой другой группы анодов.

Возможны и другие модели. Предложены несколько вариан­тов графика замены анодов, разработчик - алюминиевый завод в Портланде, Австралия. На рис.7.12 показаны типовые графики заме­ны анодов на этом заводе в схематическом изображении.

Рис. 7.12. Типовые варианты замены анодов по «чёт­ной» и «нечетной» схемам

Типовые схемы используются соответственно для чётных и нечётных номеров электролизеров. Пары анодов устанавливаются продвижением перестановки, как показано на рис.7.12. Два потока являются зеркально противоположными, чтобы оптимизировать ра­боту операционного крана за счёт замены анодов рядом стоящих ванн при минимальном движении моста крана.

Для нормальной работы электролизёра и, в частности, для оптимального распределения токовой нагрузки по анодам требуется тщательно контролировать высоту их установки. Новые аноды, как правило, устанавливаются с некоторой надбавкой по уровню. Эта установочная надбавка соответствует скорости сгорания анода за одни сутки (это время прогрева и начала приёма нагрузки).

Регулирование установки анодов по высоте производят не­сколькими методами:

1. По уровню нижней плоскости соседнего анода. Регули­ровку проводят с помощью специального щупа.

2. По аноду сравнения. Для этого на штангах анододержате- лей делают постоянные отметки на равном расстоянии от подошвы анодов. На анододержателе вновь устанавливаемого анода делается новая отметка ниже постоянной на расстоянии, равном произведе­нию скорости сгорания анода на число дней работы анода сравне­ния. Новый анод устанавливается таким образом, чтобы совместить постоянную отметку анода сравнения и нанесенную отметку нового анода.

3. По специально изготовленному шаблону, фиксирующему положение нового анода.

4. На заводе «Alumar» успешно применяется автоматизиро­ванная система установки анодов из кабины оператора на кране ECL. Как показано на схеме (см. рис. 7.14), извлечённый огарок и новый анод устанавливаются на одном уровне. Автоматический из­меритель фиксирует разницу между ними по высоте плюс устано­вочную добавку (на прогрев и старт нагрузки). Далее оператор ус­танавливает анод на заданную высоту в автоматическом режиме. Ручной труд при этом полностью исключен.

Рис. 7.14. Автоматизированная система установки анодов по «Alumar»

Если при проверке окажется, что анод установлен выше тре­буемого уровня, то его следует опустить. Признаком завышенной установки анода является отсутствие бурления газов и низкая токо­вая нагрузка на анод. Если после установки нового анода вокруг не­го обнаруживаются признаки перегрева, а чугунная заливка разогре­вается до красного свечения, то это указывает на слишком низкую установку. Если положение анода своевременно не отрегулировать, то это приведет к усиленному окислению и осыпанию анода, обра­зованию угольной пены, а анодные эффекты будут тусклые, средние или мигающие.

После закрепления анода в зажиме его сразу же следует гер­метизировать укрывным материалом. Доступные части анода жела­тельно заплескать электролитом.

Срок службы установленных анодов определяется несколь­кими факторами, важнейшим из которых можно считать скорость сгорания при электролизе. Как правило, анодный огарок заменяется, когда расстояние до ниппеля составляет не менее 6-8 см. Если высо­та заливки ниппеля равна 10 см, то толщина огарка не может быть меньше 16-18 см. Следует принять во внимание и другой фактор - огарок не должен погружаться в электролит.

Перетяжка анодной рамы, проводимая по мере сгорания анодов, выполняется с помощью специальных приспособлений для временной фиксации положения анодов. Конструкции таких уст­ройств могут быть довольно разнообразными в зависимости от типа электролизёра, но цель их одинакова - фиксировать положение ано­дного массива при перетяжке рамы. В ходе этой процедуры следует избегать больших скачков напряжения в контакте штанга-шина, так как из-за дуговых разрядов возможно подгорание (плазменная кор­розия) контактных поверхностей.

7.2.5. Укрытие анодного массива

Анодный массив должен быть надёжно укрыт с целью пре­дупреждения окисления анодов воздухом, поддержания необходи­мого теплового баланса ванны и регулирования уровня электролита. К укрывному материалу предъявляются соответствующие требова­ния: низкая проницаемость воздуха, оптимальная теплопроводность, достаточно высокий угол естественного откоса.

Высота и состав укрытия являются такими же факторами ре­гулирования и поддержания теплового баланса, как и МПР, среднее напряжение и высота уровня металла. Все эти параметры должны быть сбалансированы.

В качестве укрытия применяется первичный (смесь молотого электролита и свежего глинозёма) и вторичный материал (дроблё­ный и перемешанный съём порошкового материала и корки элек­тролита с огарков). Для корректировки состава добавляется свежий или возвратный (после сухой очистки газов) глинозём. Важно по­добрать оптимальное соотношение этих составляющих. При посте­пенном подплавлении укрытия фтористые соли и глинозём перехо­дят в электролит. Правильно подобранный состав укрывного мате­риала поможет поддерживать заданный уровень и состав электроли­та, восполняя его потери при замене анодов, и не нарушит эффек­тивность работы АПГ в автоматизированном режиме.

Что касается гранулометрического состава укрывного мате­риала, то принято контролировать 4 фракции:

- пыль (- 0,125 мм);

- мелочь (0,125 - 0,25 мм);

- средний класс (0,25 - 2,0 мм);

- крупный класс (2,0 - 12,5 мм).

НАРУШЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО ХОДА ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА И ПУТИ ИХ УСТРАНЕНИЯ

§ 76. Нарушения технологического режима процесса электролиза

Неполадки в работе электролизеров —это отклонения от нормального режима работы ванн, вызываемые различными причинами и приводящие к снижению производительности, росту расхода сырья и электроэнергии, сокращению срока службы электролизеров и в некоторых случаях — к выходу их из строя. При отклонении от нормального режима могут ухудшаться как все технико-экономические показатели работы электролизера, например
при его горячем ходе, так и некоторые показатели, например при протеках анодной массы повышается лишь ее расход.

Наиболее часто встречающиеся неполадки в работе электролизеров можно подразделить по их характеру на следующие группы:

горячий ход электролизера, уменьшение междуполюсного расстояния или замыкание на металл анодных блоков электролизеров с предварительно обожженными анодами (в практике это нарушение называется “зажатием” электролизера), работа “в бок”, карбидообразование, трудноустранимый анодный эффект (в практике носит название “затяжной”, или “негаснущей” вспышки),.холодный ход, прорыв расплава из шахты ванны, нарушения работы
анода, ограничения или перерывы в снабжении электролизеров электроэнергией.

Электролизеры с нарушенным технологическим режимом отключают от системы автоматического регулирования, выводят из графика поточно-регламентированной обработки или непрерывного питания глиноземом и обслуживают отдельно с учетом характера нарушения.

Горячий ход

Характерными признаками горячего хода является повышенная температура электролита, желтый цвет газов, выделяющихся из-под анода, слабая корка электролита, редко наступающие и “тусклые” анодные эффекты. Когда такие признаки обнаруживаются одновременно на большей части электролизеров, установленных в одной серии, причиной является несоответствие выбранных параметров обслуживания электролизеров силе тока на серии.

В этом случае приход тепла не соответствует его расходу (отводу), а поэтому необходимо снижение силы тока на серии до величины, позволяющей восстановить тепловое равновесие электролизеров. После снижения силы тока следует выяснить и устранить конкретные причины, вызывающие указанное несоответствие.

Наиболее вероятными из них являются пониженная электропроводность электролита и недостаточное количество технологического металла в шахте ванны. Состав электролита корректируют различными добавками; уровень технологического жидкого металла поднимают, задерживая выливку его или наплавляя твердый. Только после устранения выявленных причин силу тока на серии постепенно поднимают до расчетной величины.

Когда характерные признаки горячего хода наблюдаются на некоторых электролизерах, наиболее вероятными причинами могут быть: повышенное напряжение из-за неисправных проводки и вольтметра; уменьшение количества технологического металла, отчего уменьшается теплоотдача и ухудшается выравнивание температуры; повышенное сопротивление электролита из-за отклонений его состава от нормы или из-за науглероживания (в этом случае ломик, извлеченный из расплава, покрыт тонким слоем электролита почти черного цвета); местными перегревами вследствие неравномерного сгорания анода (и образования на его подошве выпуклостей, называемых “конусами”) или отдельных анодных блоков электролизеров с предварительно обожженными анодами.

В каждом случае выявляют истинную причину, вызывающую горячий ход, и принимают меры к ее устранению. Прежде всего контрольным вольтметром определяют истинное напряжение на электролизере. Если напряжение завышено, его снижают, опуская анод, а электролит охлаждают внеплановой обработкой. После
этого на электролизере быстро устанавливается тепловое равновесие. После этого устраняют неисправности в проводке и в вольтметре.

Недостаток технологического металла в ванне восполняют, расплавляя твердый алюминий, приготовленный для этих целей. Для расплавления алюминия требуется большое количество тепла, поэтому расплав быстро охлаждается и электролизер выводится на нормальный технологический режим.

Если установлено, что состав электролита не отвечает заданным параметрам, производят его корректировку необходимыми добавками. В случае неуглероживания электролита его охлаждают также расплавлением твердого металла и кускового электролита.

По мере охлаждения электролита и выделения угольной пены ее удаляют через специально для этого оставленные отверстия в корке электролита, не дожидаясь очередной обработки электролизера.

На такой ванне уменьшают до минимума загрузку глинозема, таккак при большом его количестве труднее отделить угольную пену.

Для ускорения вывода таких электролизеров на нормальный режим работы в них частично, а иногда и полностью заменяют электролит.

При местных перегревах наблюдаются посветление электролита и анода в местах перегрева, а также отсутствует выделение газов.

Электролит “плывет” из-под анода, а не “бурлит”.

Причинами местных перегревов, как правило, являются неровности на подошве анода, образующиеся в результате неравномерности его сгорания или протека анодной массы в штырьевое отверстие (для самообжигающихся анодов с верхним токоподводом). Если неровности расположены ближе к краю или к углу анода, их устраняют механическим путем, если под центром анода или в других недоступных местах—анод поднимают на такую высоту, чтобы через неровность пошел большой силы ток и она поскорее “сработалась”. В этом случае интенсивно охлаждают
расплав, переплавляя твердый металл и кусковой электролит. Для увеличения теплоотдачи на поверхность электролита такой ванны глинозем не загружают. По мере срабатывания неровностей напряжение на электролизере снижают, опуская анод. При образовании неровности на предварительно обожженном анодном блоке
его извлекают из электролизера, неровность устраняют механическим путем, а блок устанавливают на прежнее место.

Если наблюдается отставание в срабатываемости отдельного анодного блока, устанавливают и устраняют причину этого. Чаще всего причина заключается в неравномерности распределения токовой нагрузки из-за нарушения контакта угольный блок - стальной ниппель либо стальной кронштейн - алюминиевая штанга.

В таком случае угольный блок извлекают и на его место устанавливают новый. Если же отставание в сгорании анодного блока происходит из-за неправильной (заниженной) его установки, такой анодный блок поднимают на необходимую высоту.

Одним из наиболее часто встречающихся нарушений, приводящих в конечном итоге к горячему ходу, является уменьшение междуполюсного расстояния (“зажатие”). Это нарушение характеризуется низким напряжением при высокой температуре электролита. Отличительной особенностью “зажатия” является очень слабое выделение газов желтого цвета по периметру анода и отсутствие бурления электролита. Причины этого нарушения: неосторожное уменьшение междуполюсного расстояния при опускании анода или замыкание его на подовые настыли. В первом случае протекает обратная реакция — окисление алюминия газами, выделяющимися на аноде, с образованием глинозема и выделением большого количества тепла, что приводит к перегреву расплава. Во втором случае происходят местные перегревы и нарушается нормальная работа ванны.

Для устранения “зажатия” поднимают анод до тех пор. Пока по его периметру не начнется интенсивное выделение газов, характеризующееся бурлением электролита. Для ускорения вывода ванны на нормальную работу следует охладить расплав, переплавив в нем твердый металл и кусковой электролит. С внедрением
системы автоматического регулирования положения анода это нарушение в работе электролизеров встречается реже.

Работа “в бок”

Это технологическое нарушение часто возникает в случае, когда значительная часть электрического тока идет не через металл и подину ванны, а через электролит и обнаженные (без гарниссажа) боковые блоки. Обычно оно наблюдается при наличии больших сплошных осадков на подине электролизера.

Сначала для устранения этого нарушения осадок подтягивают к борту в местах прохождения тока, чтобы образовался гарниссаж. Если же он не образуется, то необходимо искать другие причины работы электролизера “в бок”; чаще всего—это последствия горячего хода, местного перегрева или воздействия электромагнитных сил.

Работа электролизера “в бок” приводит к разрушению боковых блоков из-за окисления их анодными газами и образования на них карбида алюминия, а также к повышению интенсивности циркуляции электролита и перекосу металла в электролизере.

В зависимости от причин, вызвавших расплавление гарниссажа, для нормализации режима работы электролизера снижают напряжение на нем, очищают подину от осадка, устраняют местные перегревы. Во всех случаях у бортов электролизера в места, свободные от гарниссажа, загружают кусковой электролит с добавкой фтористого кальция и глинозема, а расплав охлаждают, переплавляя твердый металл.

Принимать меры по выявлению и устранению причин работы электролизера “в бок” следует срочно; в противном случае электролит, проникнув через щели между боковыми блоками, разрушит металлический кожух, и расплав начнет вытекать из шахты ванны.

Карбидообразование

Наиболее серьезным расстройством технологического режима электролизера является накарбиживание электролита. Это нарушение возникает вследствие горячего хода электролизера и особенно часто наблюдается во время его пуска и в послепусковой период работы. В условиях сильного перегрева происходит повышенное растворение в электролите алюминия, что способствует взаимодействию его с частицами угля, взвешенными в расплаве, приводящему к образованию карбида алюминия. Эта реакция протекает с выделением большого количества тепла, что способствует интенсивному ее протеканию.

Карбид алюминия в смеси с электролитом, глиноземом и углем образует тестообразные наросты (так называемые грибы), замыкающие анод на угольную подину электролизера. Характерными признаками начала карбидообразования является появление у анода участков раскаленного добела расплава, интенсивное испарение “дымление” электролита, отсутствие корки на поверхности расплава. Температура электролита поднимается до 1000—1100°С.

Обычно карбидообразование начинается на участках местного перегрева и очень важно не дать распространиться процессу на весь электролизер. Для этого анод поднимают, увеличивая междуполюсное расстояние. Одновременно из ванны выливают неуглероженный