книги из ГПНТБ / Вольфсон, Г. Е. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами методический материал

цветного стеклоэфиропласта наиболее целесообразно в южных климатических районах, где он выполняет роль солнцезащитного материала.

§ 3. ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЯ-СЫРЦА

Производимый в корпусах электролиза алюминий регулярно извлекают из электролизеров и транспорти­ руют на дальнейшую переработку в злектролитейные от­ деления, специализированные цехи по производству из­ делий из жидкого алюминия или на последующее элект­ ролитическое рафинирование. Литейное оборудование электролитейных, как правило, позволяет выпускать из алюминия чушки разных размеров, плоские, цилиндри­ ческие и полые слитки, катанку для электротехнических целей, силумин.

В специализированных цехах обычно размещают технологическое оборудование, совмещающее процессы литья и дальнейшей обработки изделий. Разливка алю­ миния на мелкие чушки производится на литейных кон­ вейерах с водяным охлаждением из миксеров, куда алюминий-сырец заливается при помощи сифона после предварительного охлаждения его до 700—710° С. От­ литые чушки специальным укладчиком, работающим синхронно с конвейером, укладываются в штабеля.

Разливка алюминия на крупногабаритные слитки и чушки производится на машинах полунепрерывного литья. Алюминий-сырец,' идущий на производство круп­ ногабаритных слитков и чушек, предварительно рафи­ нируют и затем заливают в двухкамерный миксер. В первой камере производится отстаивание алюминия и снятие шлака, после чего расплавленный металл пере­ качивается с помощью сифона в расходную часть мик­ сера, откуда через специальную чашу алюминий посту­ пает в кристаллизаторы машин полунепрерывного литья.

Разливка алюминия в слитки производится при тем­ пературе 690—700° С. Готовые слитки извлекаются из колодца машины специальным краном.

Одним из распространенных видов продукции, отли­ ваемой на машинах полунепрерывного литья, в течение продолжительного времени были вайербарсы, которые

!'4

поставлялись алюминиевыми заводами электротехниче­ ской промышленности для прессования из них алюми­ ниевой проволоки. За последние годы на смену этой тех­ нологии изготовления проволоки пришел наиболее про­

наибольшее распространение при производстве катанки, которая полностью вытеснила вайербарсы из ассорти­ мента готовой продукции алюминиевых заводов.

При совмещении процессов литья и прокатки умень­ шаются потери алюминия, отпадает необходимость в промежуточном нагреве, исключается ряд технологиче­ ских операций и, следовательно, сокращается объем оборудования. Совмещенный процесс непрерывного ли­ тья и проката используется также при производстве лис­ та и ленты из алюминия и его сплавов.

§ 4. МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ АНОДОВ

Неотъемлемой составной частью алюминиевого заво­ да, оснащенного электролизерами с обожженными ано­ дами, является цех (отделение) монтажа и демонтажа анодов.

Этот цех (отделение), как правило, находится вбли­ зи серий электролиза и связан с ними общим соедини­ тельным коридором, по которому в корпуса электроли­ за транспортируются новые аноды в сборе и в цех (отде­ ление) монтажа и демонтажа анодов — отработанные аноды. Этот цех должен иметь также удобные транспо­ ртные связи с цехом обожженных анодов, откуда посту­

ботанных анодов производится их разборка, при кото­ рой анододержатель отделяется от оставшейся неотрабо­ танной части анода, именуемой огарком-.

Анододержатель — это алюминиевая токоподводя­ щая штанга, скрепленная со стальной траверсой, опус­ каемой при монтаже в специальные гнезда в теле анода. В отечественной и зарубежной промышленности приме­ няются различные конструкции анододержателей, по-

115

разному осуществляется соединение алюминиевой и стальной части, однако все методы соединения должны обеспечивать надежную механическую прочность и ми­ нимальное электрическое сопротивление контакта.

В последние годы на смену болтового и клинового креплений анододержателя приходят современные спо­ собы изготовления контакта сталь — алюминий, сварка методом трения или взрыва. Изготовление и ремонт ста- ле-алюминиевых анододержателей, именуемых часто «подвесками», может производиться, как в специализиро­ ванном участке монтажа и демонтажа анодов, так и в ре­ монтных цехах.

Закрепление анодной подвески в теле анода осущест­ вляется с помощью чугуна или специальной угольной массы. Независимо от применяемого материала, это со­ единение также должно обеспечивать большую механи­ ческую прочность и минимальное электросопротивление при высоких температурах процесса электролиза.

В отечественной промышленности наибольшее рас­ пространение получило соединение анодной подвески с телом анода чугуном. Применяется специальный чугун, не дающий усадки при застывании и достаточно хруп­ кий при удалении его с ниппеля. Примерное содержание примесей такого чугуна: 3,3—3,5% С; до 0,9% Мп; 2,8— 3,4% Si; 0,9—1,7% Р; не более 0,1% S.

Современные участки монтажа и демонтажа анодов оснащены поточно-механизированными линиями, обес­ печивающими максимальную механизацию трудоемких операций сборки и разборки анодов. Ниже приводит­ ся описание примерной технологической схемы этих линий.

Извлеченные из электролизеров отработанные ано­ ды тележками подаются из цеха электролиза на моно­ рельсовый конвейер. После автоматической отбраковки огарка по высоте аноды передаются на специальные вибростолы, где угольный огарок и стальная траверса очищаются от застывшего электролита, который возвра­ щается затем в цех электролиза. После очистки от элек­ тролиза отработанные аноды монорельсовым конвейе­ ром передаются к прессам, в которых огарок раздав­ ливается.

Угольная часть огарка после удаления с анодной подвески подается конвейером в специальный бункер,

116

откуда направляется на последующую переработку й цех обожженных анодов.

Анодные подвески подвергаются дополнительной очистке от остатков угля на дробеметной машине, за­ тем транспортируются к гидравлическим прессам, где стальная траверса очищается от чугуна. Чугун возвра­ щается на переплавку, а годные анодные подвески пос­ ле отбраковки подаются на передел монтажа анодов. Нуждающиеся в ремонте анодные подвески удаляют из конвейера для ремонта и заменяют восстановленными.

Анодные подвески перед установкой в гнезда анодов смазывают графитом, что облегчает при демонтаже от­ деление чугуна от ниппеля стальной траверсы без на­ рушения ее поверхности.

Монтаж нового анода производится на специальном стенде. После фиксации положений анодного блока и анододержателя в ниппельном гнезде производится за­ ливка свободного пространства между ниппелем и те­ лом анода расплавленным чугуном, подготовленным в индукционных печах. Смонтированный анод затем под­ вешивается на монорельсовый конвейер и транспортиру­ ется на перегрузочную тележку, откуда передается в цех электролиза или на склад смонтированных анодов.

Для уменьшения окисления и, следовательно, расхо­ да анодов зачастую анодьь, передаваемые в электролиз­ ное производство, предварительно покрывают алюми­ нием.

Для этих целей предназначены специальные установ­ ки, на которых производят опрыскивание боковых и верхних поверхностей расплавленным алюминием.

В цехах монтажа и демонтажа анодов перед монта­ жом и заливкой чугуном иногда подогревают гнезда анода. Эта операция необходима лишь в том случае, ес­ ли аноды при транспортировке или хранении оказались увлажненными.

Качество монтажа анодов оказывает большое влия­ ние на технико-экономические показатели электролиза, поэтому выполняться эти операции должны высококва­ лифицированным обслуживающим персоналом при строгом соблюдении специальных технологических ин­ струкций.

117

Глава IX

К о н т р о ль п р о и з в о д с т в а

§ 1. КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Для получения высоких технических показателей ра­ боты цеха электролиза большое значение имеет конт­ роль технологических параметров этого процесса.

Анализ получаемых данных позволяет судить о ре­ жиме электролиза и своевременно принимать меры для устранения отклонений от нормального режима.

Контроль электрического режима — важнейшее усло­ вие достижения наименьшего расхода электрической энергии на производство алюминия и высокопроизводи­ тельной работы электролизера. Постоянно контролиру­ ются: рабочее напряжение на каждом электролизере, среднее напряжение за смену и сутки, сила тока в серии, расход электроэнергии, а также периодически измеряется падение напряжения на отдельных участках и узлах электролизера.

Рабочее напряжение на каждом электролизере кон­ тролируется вольтметрами со шкалой от 0 до 10 В и с ценой деления 0,1 или 0,2 В. На некоторых заводах при­ меняются вольтметры, которые, кроме шкалы для изме­ рения рабочего напряжения, имеют шкалу от 0 до 100 В для измерения напряжения во время анодного эффекта. Параллельно вольтметрам подключены сиг­ нальные лампочки. При возникновении на электролизе­ ре анодного эффекта напряжение резко повышается и лампочка загорается. По яркости накала лампочки опытный электролизник примерно определяет напряже­ ние «вспышки».

Как уже отмечалось, разработаны и успешно приме­ няются различные системы автоматического регулиро­ вания рабочего напряжения на электролизерах. Эти си­ стемы позволяют контролировать и фиксировать рабочее напряжение на каждом электролизере, а также сиг­ нализировать о возникновении анодных эффектов, учи­ тывать их число и продолжительность. Системы автома­ тического регулирования создают условия для строгого

118

контроля за электрическим режимом работы каждого электролизера и серии в целом.

Очень важен контроль падения напряжения на раз­ личных участках и узлах электролизера. Увеличение электрического сопротивления в контактах и токоведу­ щих участках приводит к бесполезному расходу элек­ трической энергии. Контрольные измерения позволяют выявить такие контакты и участки и устранить причи­ ны повышения падения напряжения.

Температура электролита — один из главных пока­ зателей нормального технологического режима. Поэто­ му систематически, один-два раза в месяц, контролиру­ ется этот параметр электролиза на каждом электролизе­ ре. Обычно температуру измеряют хромель-алюмелевой термопарой.

Для защиты от воздействия электролита термопару помещают в чехлы из стали или графита; часто приме­ няется двойной чехол — внутренний стальной, внешний графитовый.

Уровни металла и электролита измеряют ежедневно. При этом лом следует погружать в электролизер в од­ ном месте, чтобы избежать ошибок, которые могут воз­ никнуть из-за неровностей на подине и перекоса метал­ ла под влиянием магнитных полей. На подину лом нуж­ но ставить вертикально; если же его ставить под углом, то при измерениях уровней необходимо учитывать на­ клон.

Междуполюсное расстояние непосредственно на эле­ ктролизере контролируют специальным крючком или другими приспособлениями и приборами.

Количество выливаемого из электролизера металла контролируется специальным весовым устройством. Ес­ ли такого устройства нет, то контроль производится с помощью вольтметра по увеличению рабочего напряже­ ния во время выливки. Этим методом определять коли­ чество выливаемого металла с достаточной точностью может только опытный электролизник.

§ 2. КОНТРОЛЬ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА

Состав электролита определяет его температуру плавления и, следовательно, температуру электролиза, электропроводность, растворимость алюминия и его по­

119

тери, вязкость, летучесть, растворимость глинозема, спо­ собность накапливать или отделять угольные частицы. Поэтому необходим систематический и строгий контроль за составом электролита в каждом электролизере.

Один-два раза в неделю (в зависимости от приня­ той на заводе схемы контроля) определяют криолитовое отношение электролитов всех электролизеров. Для отбора пробы в корке электролита пробивают отверстие и тщательно очищают его от пены и глинозема. Иногда пробу электролита отбирают при извлечении из элек­ тролизера анода. Для более точного определения крио-

возникновением. Пробу отбирают железной ложкой, из которой электролит выливают в изложницу. Для полу­ чения структуры, позволяющей более точно определять криолитовое отношение, пробу электролита нужно ох­ лаждать медленно. Поэтому изложницу перед употреб­ лением хорошо прогревают.

Существуют несколько методов определения криолитового отношения электролита. В заводской практике наибольшее распространение получил кристаллооптиче­ ский анализ. Если в электролит вводят добавки солей кальция, магния, лития, натрия и других, то их содержа­ ние контролируют один-два раза в месяц химическим или спектральным методами.

Иногда для контроля процесса необходимо знать концентрацию глинозема в электролите в различные пе­ риоды работы электролизера. Содержание глинозема в электролите определяется химическим или кристаллооп­ тическим методом.

§ 3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АЛЮМИНИЯ

Сорт выпускаемого алюминия определяется содер­ жанием в нем примесей различных металлов. В сравни­ тельно больших количествах в алюминии может содер­ жаться железо, кремний, медь, цинк, во много раз мень­ ше присутствует марганца, титана, магния, хрома, ванадия, натрия, кальция. Однако даже небольшое содер­ жание какого-либо металла в алюминии значительно ухудшает его физические и химические свойства. Поэ­

120

тому стремятся получать алюминий с минимальными примесями всех металлов.

Определение количества примесей, содержащихся в алюминии, производят спектральным анализом проб. При устойчивой сортности получаемого в электролизе­ рах алюминия, который идет на выпуск одного-двух ви­ дов товарной продукции, пробы отбирают из каждого ковша, поступающего в литейное отделение. Если вы­ пускается несколько видов продукции, для каждого из которых требуется алюминий с определенным содержа­ нием примесей, то пробы отбирают из каждого электро­ лизера за несколько часов до выливки. По результатам спектрального анализа подбирают электролизеры для выливки металла в один ковш с таким расчетом, чтобы получить алюминий нужной марки.

Все пробы, отобранные из ковшей или из электроли­ зеров, анализируют на содержание железа, кремния и меди, а периодически контролируют содержание в алю­ минии цинка, титана, марганца, магния, а также вана­ дия и хрома.

9— 1122

Глава X

Т е х н и к о-э к о н о м и ч е с к и е п о к а з а т е л и ра б о т ы э л е к т р о л и з е р о в и с е б е с т о и м о с т ь алюминия.

О р г а н и з а ц и я т ру д а

вк о р п у с е э л е к т р о л и з а

§1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

ИВЫХОД ПО ТОКУ

Производительность электролизеров за определен­ ный период времени зависит от силы тока, при которой идет процесс электролиза, и выхода по току. Выход по току при электролизе алюминия зависит от температу­ ры электролита, междуполюсного расстояния, плотности тока, состава электролита, высоты слоя алюминия, ха­ рактера электромагнитного поля и, следовательно, пере­ коса металла; конструкции и размеров электролизеров и многих других факторов. В практических условиях вы­ ход по току при электролизе колеблется в пределах 83—88%• Более высокие значения выхода по току дости­ гаются на электролизерах небольшой мощности, где ме­ нее заметна роль электромагнитных явлений; при рабо­ те с большим междуполюсным расстоянием и минималь­ ной температуре электролиза.

В практических условиях факторы, при которых до­ стигаются более высокие значения выхода по току, за­ частую не являются оптимальными экономически, так как они приводят к увеличению напряжения и повыше­ нию расхода электроэнергии.

Сравнивая различные конструкции анодного узла электролизеров, следует отметить, что при прочих рав­ ных условиях на электролизерах с обожженными анода­ ми достигаются более высокие значения выхода по току. Это объясняется более благоприятными условиями вы­ хода анодных газов из-под подошвы анода, оказываю­ щих существенное влияние на состояние поверхности расплавленного алюминиевого катода.

Производительность электролизера (Р, кг) в сутки определяется по формуле

122