Прорыв расплава через бортовую футеровку

Прорыв расплава на нулевую отметку происходит из-за разрушения бортовой футеровки, элементов подины ванны или отсутствия защищенности бортовой футеровки настылью. Прорывы под фланцевый лист и через разрушения бортовой футеровки

предупреждаются поддержанием бортовых настылей на ванне и регулярным предупредительным ремонтом бортовой футеровки. Они обычно являются следствием горячего хода и работы в борт. Основное число прорывов предупреждается регулярным контролем состояния защитного гарнисажа, укреплением его прокладкой и пропиковкой оборотным электролитом или выбоем из ковшей. Невыполнение этих профилактических действий приводит к повреждению фланцевого листа, борта и кожуха катода. Что вызывает необходимость делать ремонты бортовых блоков. Вытекающий расплав может повредить ошиновку и привести к тяжёлым последствиям – разрыву серии и длительному отключению для ремонта.

В случае прорыва расплава на нулевую отметку необходимо:

· поставить в известность мастера смены через других рабочих или оператора системы «АСУТП», мастер руководит работами по ликвидации прорыва и его последствий.

· поднять или опустить анод в зависимости от скорости снижения уровня расплава в электролизере и места прорыва. Порой достаточно подъемом анода из электролита остановить прорыв расплава.

· забивать (пиковать) район прорыва мелким оборотом, глиноземом, фтористым кальцием,

· не допускать отрыва подошвы анода от электролита.

После ликвидации прорыва замерить уровни металла и электролита.

 

Мастер смены принимает оперативно меры по восстановлению нормального уровня металла и электролита для обеспечения хорошую работу анода по всему периметру. Напряжение на такой ванне устанавливается минимальное (но не ниже 4,1 В), при котором хорошо работает анод. Место прорыва все смены забивают оборотом, поддерживают холодный ход ванны.

Для ремонта снимается или срезается фланцевый лист, отбойником вырубается застывший расплав и набивается подовая масса, которая постепенно коксуется и образует бортовую футеровку.

При невозможности остановить течь расплава, анод опускать вплоть до замыкания на подину. Мастер смены сообщает об аварии старшему мастеру серии и диспетчеру завода.

 

Когда контакт анода с подиной невозможен (из-за низкого положения анодной рамы, выхода из строя механизмов и электрооборудования), мастер смены снимает технологическую нагрузку на серии. Сообщает об этом старшему мастеру серии и диспетчеру завода. При снятой нагрузке закрываются все ванны серии сырьем, одновременно приступают к отключению ванны.

Прорыв расплава на нулевую отметку очень серьезная авария и в ее ликвидации принимают участие все электролизники соседних звеньев. Руководит работой лично мастер смены, мастер – технолог или старший мастер серии.

 

Науглероживание электролита. Обычно происходит при горячем ходе и связано с большим содержанием пены.

Внешние признаки:

· Тусклые вспышки или их отсутствие;

· Отсутствие угольной пены на поверхности электролита;

· Наличие вкраплений частиц углерода в застывшем электролите (пробы серые);

Устраняется либо полной заменой электролита. Для этого, сливая электролит, электролизёр ставят на металл (напряжение 1,6-2В). Максимально быстро заливают свежий электролит и приводят напряжение в норму. Недостающий уровень наплавляют вторичным криолитом или оборотом.

При отсутствии необходимого количества свежего электролита производится частичная замена электролита. Науглероженный электролит сливается до уровня 8-10см, при сниженном до 3,9В напряжении. Допускается разлить науглероженный электролит по нормально работающим электролизёрам, но не более 300кг на каждый. Максимально быстро заливается свежий электролит, до восполнения уровня, и напряжение поднимается до нормы.

Либо постепенной заменой. Выполняется при невозможности полной или частичной замены. В этом случае ванна обрубается по кругу, отключается АПГ, анодный массив поднимается до устойчивого напряжения (не ниже 4,8В). Пена выгоняется на периферию жердями и снимается. Сливается или отчерпывается электролит до уровня 15-16см, поверхность укрывается вторичным криолитом. После проплавления 400-500кг вторичного криолита, цикл повторяется. Потом подключают АПГ.

Также для устранения науглероживания корректируется состав электролита, приводятся в норму уровни металла и электролита, уменьшается загрузка глинозёма и вызывается повышенная частота вспышек, во время которых пена лучше отделяется. Ванна с науглероженным электролитом вспыхает тускло, поэтому на вспышке надо поднять напряжение и «подогреть» ванну, а затем тщательно очистить электролит от пены и охладить расплав. Обычно после этого ванна начинает работать нормально. Если своевременно не устранить науглероживание, то может начаться карбидообразование в следствии перегрева.

Карбидообразование. Процесс карбидообразования возникает в рабочем пространстве ванны в следствии перегрева на участках с выделением большого количества тепла:

4Al + 3C = Al₄C₃ + 264,6 кДж/моль,

что приводит к сильному разогреву электролита (более 1000˚С) и образованию «грибов» - кашеобразной массы, состоящей из смеси угольной пены, глинозёма, электролита и карбида алюминия. Внешние признаки:

· Электролит беловатого оттенка, парит;

· Напряжение очень нестабильно, прыгает от 8В до 12 и более вольт;

· Отсутствие бурления электролита вокруг анода. На перегретых участках («грибной») электролит плывёт из под анода более густой массой;

· Визуально определяемое поступление из-под анодов «грибов», имеющих близкий к белому цвет, выплывающий в смеси с густым электролитом светлыми пятнами металл;

· Отсутствие корки на отдельных участках и зарастание пространства между анодом и настылью на других.

Ликвидируется карбидообразование в следующем порядке:

· По возможности освобождается рабочее пространство от всего сырья;

· Ликвидируются причины местного перегрева путем расчистки МПР, «продираются» проблемные участки анода скребком, кочергой, шумовками - удаляются «грибы»;

· Поднимается анод и устанавливается технологически необходимое рабочее напряжение, позволяющее исключить замыкание анода на металл через карбид, куски и т.д.;

· Электролит освежается криолитом в смеси с содой. Сырье дается на участки, где нет карбидообразования, при необходимости заливается или полностью заменяется электролит;

· Науглероженный электролит из участков карбидообразования отчерпывается в урны и вакуум - ковшом заливается чистый электролит.

Если все принятые меры не ликвидировали карбидообразование, науглероженный электролит сливается, анод замыкается на металл. После чего удаляются из шахты, с подошвы анода, подины перекаленные куски материалов. Затем заливается электролит, устанавливается рабочее напряжение такое, чтобы анод хорошо работал по всему периметру. Ванна укрывается свежим или вторичным криолитом.

Постепенно рабочее напряжение снижается до нормального.

Карбидообразование ликвидируется под личным руководством мастера смены.

Холодный ход. (расход тепла больше прихода)

Внешние признаки:

· Низкая температура электролита (ниже 945˚С);

· Твёрдая, особенно в углах, электролитная корка;

· Повышенная вязкость электролита;

· Цвет электролита тёмный, до тёмно-вишнёвого;

· Мощные настыли;

· Резкое снижение уровня электролита и рост уровня металла;

· Ясные (более 50В) и частые анодные эффекты;

· Обильное выделение пены;

· Визуально заметное на открытой поверхности электролита волнение металла, всплытие металла над электролитом.

Причины:

· Работа на низком напряжении;

· Недостаточная сила тока на серии;

· Резкое понижение температуры;

Если холодный ход не запущен, то его легко устранить увеличением МПР и заливкой горячего электролита. При длительном холодном ходе возникают осадки и коржи, увеличиваются подовые настыли. Особенно опасно выравнивание плотностей металла и электролита. При всплытии металла, необходимо влить в ванну максимальное количество горячего электролита и прогреть расплав во время очередного или искусственно вызванного анодного эффекта.

Осадок и коржи возникают из-за ухудшения растворимости глинозёма. Уровень электролита падает по причине его ухода в настыли и гарниссажи, КО снижается вследствие избирательно осаждения NaF. На ОА корректировка состава электролита при холодном ходе не производится. КО приводят в норму только расплавлением настыли, разогревая расплав и утепляя укрывным материалом.

Наиболее часто холодный ход вызывается повышенным уровнем металла, поэтому для устранения данного нарушения технологии повышают напряжение и постепенно сливается лишний металл. Нельзя удалять все излишки сразу, так как это может привести к замыканию анода на настыль.

 У электролизеров Содерберга на холодно работающей ванне следует проверить пульт управления, цепи измерения, после чего увеличить уставку АПГ на 0,6-1,0 мин., увеличить рабочее напряжение на 0,05-0,15 В. При технологической обработке открытой держать минимальное время, открывать участками. Необходимо увеличить уровень электролита до верхнего предела. Откорректировать состав электролита в сторону увеличения, загрузку глинозема на корку увеличить. Если на подине большой осадок и настыль необходимо снизить целевой металл и только после восстановления теплового баланса, очистить от них подину.

Негаснущая вспышка. Иногда вспышку не удаётся погасить в течение нескольких часов. Такие вспышки возникают на ваннах с расстроенным ходом, неправильной ФРП, малым уровнем электролита, низким КО и пр. Внешние признаки:

· Напряжение на ванне выше 8В;

· Отсутствие бурления электролита;

· Анодный эффект не удаётся погасить загрузкой глинозёма и жердями;

· Визуально заметное на поверхности электролита волнение металла.

При обнажении нижней грани анода видны искровые разряды между подошвой анода и электролитом.

Природа негаснущих вспышек до конца не ясна. Из практики известно, что они возникают при наличии в электролите нерастворённых частиц глинозёма, которые залипают на подошве анода. Происходит скачок напряжения на границе анод-электролит. Гасить такую вспышку загрузкой глинозёма нельзя, так как это только усугубит положение. Концентрация глинозёма в электролите в данной ситуации и так выше нормы.

 На ОА для устранения нарушения по всему периметру шахты электролизёра тщательно очищают корку от глинозёма. Затем корку вскрывают и удаляют, одновременно увеличивая МПР. КО повышают, для увеличения растворимости глинозёма. Часть пересыщенного глинозёмом электролита выливают, а вместо него заливают с нормально работающих ванн или наплавляют свежим криолитом или крупкой.

Негаснущая вспышка возникает также из-за замыкания анодов на осадок, пропитанный металлом. Это происходит когда из ванны вылито слишком много металла, а оставшийся не покрывает осадок. В этом случае заливают жидкий металл и увеличивают МПР с постепенным выведением ванны на ясную вспышку. Аккуратно «продирают» подошвы анодов.

Для ликвидации затяжной вспышки на электролизерах Содерберга необходимо:

· Поднять анод до устойчивой ясной вспышки, тонким слоем присыпать электролит криолитом, проплавить его, ввести жердь под анод и опустить анод. Если причиной затяжной вспышки является чрезмерное закисление электролита, отдается сода.

· Места с сильным движением расплава у борта прокладывать крупными кусками оборотного электролита или укрыть вторичным криолитом,

· Охлаждать ванну свежим или оборотным электролитом, твердым металлом,

· Слить электролит перенасыщенный глиноземом, залить свежий,

· Гашение затяжной вспышки обычным способом – ЗАПРЕЩАЕТСЯ,

При ликвидации затяжной вспышки необходимо все работы выполнять быстро. Действовать исходя из конкретно сложившейся обстановки по указанию мастера смены, мастера - технолога или старшего мастера серии.

Если ничего не помогает, то ванну отключают и проводят её повторный пуск.

Обрыв анодов. На ОА происходит из-за механического разрушения или расплавления чугунной заливки ниппель-блок, большой токовой нагрузки на анод, переутепления анода укрывным материалом.

При покраснении ниппелей смотрят, не просел ли анод, просевшие аноды поддёргивают по рискам.

Если обнаружены сползшие аноды, то их с помощью клещей извлекают и меняют. Допускается замена не более одного анода, если больше, то остальные меняют на горячие огарки.

Уход через футеровку подины. Происходит из-за разрушения подового блока или межблочного шва. Внешние признаки:

· Течь металла через блюмс или отверстие в катодном кожухе не выше уровня блюмсов;

· Быстрый рост напряжения на электролизёре.

Признаки разрушения подины:

· Рост содержания железа в алюминии-сырце;

· Нарушение токораспределения по катоду электролизёра;

· Значительные и внезапные изменения глубины шахты электролизёра;

· Возникновение локальных перегревов стенок и днища катодного кожуха;

· Неравномерное распределение температуры по блюмсам электролизёра;

· Значительные и внезапные деформации днища катодного кожуха;

· Наличие деформаций и разрывов элементов конструкции катодного кожуха;

Для определения наиболее вероятного района разрушения угольной подины выполняют ряд замеров параметров катодного устройства:

1. Замер токораспределения по блюмсам. Предполагается, что блюмс с максимальной токовой нагрузкой имеет непосредственный контакт с катодным алюминием.

2. Замер температурных полей катодного кожуха.

3. Замер температуры блюмсов.

4. Определение глубины шахты электролизёра в шести точках.

5. Визуальная оценка состояния металлоконструкций катодного кожуха.

По результатам анализа данных замеров на карте подины отмечают наиболее вероятный район разрушения – те места, где значения токовой нагрузки на блюмсах, температуры днища и блюмсов наиболее высокие. При инструментальном обследовании подины этим местам, а также районам со значительными деформациями и разрывами катодного кожуха, с выявленными ранее отклонениями при обжиге и эксплуатации (места, где наблюдалось шелушение подины, извлекались сколы подовых блоков ит.п.), уделяется особое внимание.

Поиск места разрушения выполняется через окна в криолит-глинозёмной корке крючком или скребком осторожно, без рывков, с тем, чтобы чувствовать поверхность подины до мельчайших трещин. В районе разрушений на подине, как правило, отсутствует осадок.

Во время поиска необходимо следить за рабочим напряжением на электролизёре. При повышении его до 5,0В и выше, необходимо временно прекратить работу до установления нормального напряжения, прикрыв открытую поверхность электролита укрывным материалом.

При обнаружении места разрушения его местоположение наносят на карту подины.

Далее определяется порядок эксплуатации электролизёра:

· порядок получения проб металла;

· особые технологические параметры электролиза (уровни металла и электролита, КО, суммарное содержание фтористого кальция и фтористого магния), учитывающие особенности электролизёра;

· порядок забивки мест разрушения подины;

· район, в который запрещается вводить рейку при гашении анодного эффекта;

· порядок осмотра состояния катодного кожуха;

Забивку мест разрушений производят шихтой следующего состава: 50% крупки магнезитового кирпича, 50% - CaF₂. Магнезитовую крупку получают дроблением магнезитового кирпича до крупности не более 30x30мм. Толщина магнезитовойотливки для забивки мест разрушения подины должна составлять  50 – 80 мм. На место разрушения шихта может доставляться в пакетах, слитках и отливках.

Забивка мест разрушения должна начаться с момента обнаружения разрушения. Количество отдаваемых отливок определяется размерами разрушения.

При отсутствии результатов забивки разрушения в подине, предлагаются сроки проведения капитального или локального ремонтов, а в случае малого срока службы, вопрос выносится на комиссию по выяснению причин преждевременного отключения электролизёра в ремонт.

Работа электролизёра после забивки разрушения подины:

1.С момента начала ухудшения сортности на электролизёре один раз в сутки отбирается проба алюминия на экспресс-анализ. Если через 5-6 суток после забивки содержание железа в алюминии не снижается, выполняют поиск новых мест разрушений в подине и их забивку. При качественной забивке мест разрушений содержание железа в катодном алюминии должно снижаться от 0,03 до 0,05%.

2.Содержание в электролите фтористого кальция поддерживается на верхнем пределе, предусмотренном действующим регламентом. Суммарное содержание фтористого кальция и фтористого магния не должно превышать 8%. В зависимости от этого содержания устанавливается целевое КО.

Допускается наличие «коржей» и осадка в местах разрушений, при этом перепад напряжения в катоде не должен превышать 0,6 Вольта. Разрешается отключать блюмсы от токовой нагрузки в районе мест разрушения подины, работающие с наибольшей нагрузкой.

4.Вне зоны разрушения наличие осадка на подине не допускается. Подтягивание излишнего осадка в местах разрушений (с поверхности «коржей»), для предотвращения роста толщины коржа, должно производиться аккуратно, без больших усилий, чтобы вновь не вскрыть забитое разрушение. Для исключения подмыкания анода на корж необходимо регулярно, не реже одного раза в неделю, проверять расстояние от коржа до подошвы анода, которое не должно быть меньше 10см.

5.Принимаются меры по снижению частоты анодных эффектов на электролизёре. Повторные анодные эффекты в течение одних суток недопустимы.

6.При ликвидации АЭ не допускается введение гасильного шеста в район разрушения, во избежание растворения забивки при бурлении электролита.

7.В простенке электролизёра, находящегося в режиме забивки подины, необходимо постоянно иметь запас от 0,2 до 0,4 т дроблёного электролита или выбоя после чистки ковшей.

8.. Разрешается отключать не более двух блюмсов на одном электролизёре.

Для предупреждения инцидентов и аварий определяют «группу риска», то есть электролизёры, на которых может возникнуть аварийная ситуация, влекущая снятие токовой нагрузки и отключение электролизёра. В неё включают электролизёры, на которых забивка оказалась неэффективной, и которые соответствуют одному из присущих признаков разрушения подины:

· содержание железа в катодном алюминии превысило 1,0% и продолжает расти;

· электролизёр в течение 1 месяца выдаёт металл марки АВ;

· электролизёр, прошедший локальный ремонт подины, вышел на сорт АВ;

· электролизёр со сроком службы более 60 месяцев вышел на АВ и содержание железа не снижается.

Электролизёры из группы риска, представляющие наибольшую опасность прорывов, подлежат отключению на капитальный ремонт.

На самообжигающихся анодах электролизеров Содерберга нарушения связанные с обслуживанием анода:

Конус на подошве анода, отставание в сгорании и проседание отдельных участков анода происходит в следствии:

· Запененности электролита;

· Попадание в расплав жидкой анодной массы при перестановке штырей и подъеме анодного кожуха;

· Расслоения анода;

· Неравномерного распределения тока по штырям;

· Изоляции части подины подовыми настылями и коржами.

Признаки конуса: повышенная температура поверхности анода в отдельном районе, тусклые вспышки, повышенная температура электролита, забиваются отдельные участки ванны.

На такой ванне необходимо вскрыть корку электролита в районе конуса, возможно больше поднять анод и попытаться сорвать конус скребком, если не получается, тогда сбить конус, не допуская значительных разрушений тела анода. Затем тщательно «продрать» подошву анода скребками, очистить межполюсное пространство, снять пену и постепенно снизить напряжение до нормального в зависимости от хода ванны. Загрузка глинозема на такой ванне пониженная.

Если сбить конус не удается, то ванну оставляют на завышенном напряжении для сжигания конуса просевшего или отставшего в сгорании участка анода, ежесменно «продирают» этот участок скребками. Такую ванну обрабатывают, как ванну с горячим ходом. Все работы проводят под непосредственным руководством мастера смены. Сбивать конус можно только с разрешения старшего мастера серии.

Шейка на аноде – это выгорание отдельных участков боковой поверхности анодов. Они возникают в следствии:

· Наличие открытой боковой поверхности анода;

· Подсосов под ГСК;

· Неравномерной загрузки массы в анод;

· Местных перегревов анода;

· Отсутствие прорезки и трамбовки периферии анода, образование козырьков на анодном кожухе (промерзшей или пригоревшей анодной массы);

· Утепление нижнего пояса анода, в т.ч. пояса ГСК;

· Прямого окисления боковой поверхности анода.

Признаки образования шейки на аноде: при прорезке периферии анода и подъеме анодного кожуха протеки массы под рубашку, высокий конус спекания в районе шейки.

При обнаружении шейки на аноде необходимо вскрыть корку электролита, проверить подошву анода в этом районе, тщательно оплескать шейку электролитом (оплескивание шейки производить систематически). Хорошо герметизировать ГСК.

Такая шейка берется под особый контроль. Производится ежесменное оплескивание электролитом и укрывание глиноземом. Не допускается горение боковой поверхности анода. Допускается запускать анодную массу в шейки путем прорезки периферии анода.