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

пробивного устройства поднимается и между рядами анодов равномерно загружается новая дозированная порция глинозема. Рассмотренный способ питания элек­ тролизеров глиноземом позволяет полностью автомати­ зировать эту операцию, вести устойчивый технологиче­ ский процесс, поддерживать оптимальную концентра­ цию глинозема в электролите, значительно сократить трудовые затраты.

Ликвидация анодных эффектов

Известно, что анодный эффект возникает при обед­ нении электролита глиноземом. Гашение «вспышки» на­ чинается с пробивки электролитной корки и погружения в расплав глинозема. Для уменьшения расхода электри­ ческой энергии во время «вспышки» продолжительность ее не должна превышать 2—3 мин. Поэтому корку про­ бивают у анодов дорожкой примерно до половины сто­

происходит выделение большого количества газов, кото­ рые интенсивно перемешивают электролит. У нормаль­ но работающих электролизеров «вспышка» сразу же гаснет и не возникает после удаления деревянной рейки изшод анодов. На некоторых заводах «вспышки» гасят, вводя под аноды железную трубу, через которую пода­ ется сухой воздух, перемешивающий электролит.

После ликвидации анодного эффекта электролитную корку пробивают полностью и загружают глинозем обычным способом.

Иногда анодные эффекты возникают через некото­ рое время после обработки электролизера. Это бывает в тех случаях, когда электролит имеет низкую темпера­ туру (электролизер работает «холодно»). При пробив­ ке электролитной корки и погружении порции глинозе­ ма, температура которого может быть значительно ни­ же температуры электролита, последний охлаждается и растворимость в нем глинозема резко падает. В таких случаях корку электролита не пробивают. Во время анодного эффекта электролит разогревается, глинозем растворяется в нем и «вспышка» легко гасится обычным способом.

82

При возникновении анодного эффекта на нормально работающем электролизере незадолго до очередной об­ работки нужно обязательно пробивать электролитную корку. Если этого не делать, то при повышении темпе­ ратуры во время анодного эффекта расплавляется часть богатого глиноземом бокового гарнисажа. Концентра­ ция глинозема в электролите возрастает, и при введении деревянной рейки в электролит «вспышка» гаснет. Од­ нако глинозема в электролит попадает небольшое коли­ чество, он быстро вырабатывается, и через 15—30 мин снова возникает анодный эффект.

Загрузка фтористых солей

Для поддержания нормального уровня электролита в электролизер добавляют свежий или флотационный криолит. Криолит загружается на корку электролита ровным слоем, после чего сверху засыпается глинозем. При последующей обработке корки электролита крио­ лит попадает в жидкий электролит и расплавляется. Для быстрого поднятия уровня электролита криолит мо­ жно загружать на открытую поверхность расплава, для чего на одной из сторон электролизера делают большое отверстие или вытаскивают анод. Следует 'помнить, что при таком способе наплавления электролита часть крио­ лита может не расплавиться и осесть на подину. Кроме того, с открытой поверхности расплава происходит ин­ тенсивное испарение криолита и фтористого алюминия.

Для компенсации потерь A1F3 и уменьшения криолитового отношения на корку электролита загружают порошкообразный или брикетированный фтористый алю­ миний. Во избежание испарения и большого уноса его с газами на слой фтористого алюминия обязательно нужно насыпать глинозем. Для уменьшения потерь криолита и фтористого алюминия их иногда смешива­ ют в определенной пропорции с глиноземом и насыпают на электролитную корку электролизеров.

Фтористый натрий следует загружать на открытую поверхность электролита, лучше во время «вспышки» или сразу же после ее гашения. Тогда NaF полностью растворяется в электролите и не идет в осадок на по­ дину.

Соду подают небольшими порциями на поверхность электролита через отверстие в корке, сделанное на од­ ной из сторон электролизера. Другие соли (CaF2, NaCl, MgF2 и т. д.) загружают на открытую поверхность элек­ тролита ближе к борту электролизера, чтобы умень­ шить возможность их попадания в осадок под аноды.

Выливка алюминия

Выливка металла — одна из ответственных операций обслуживания электролизеров. Выливку осуществляют один раз в сутки, на некоторых заводах — один раз в двое — четверо суток. Ежедневная выливка металла хотя и требует йесколько больших трудовых затрат, за­ то обеспечивает более равномерный технологический ре­ жим работы электролизера.

По результатам замеров уровня металла, которые делают перед выливкой, для каждого электролизера определяют количество выливаемого алюминия с таким расчетом, чтобы после выливки осталось достаточное количество его для нормальной работы. Если после вы­ ливки уровень металла выше, чем требуется технологи­ ческой инструкцией, следует выливку металла повто­ рить. Если же вылито металла слишком много, то необ­ ходимо немедленно залить в электролизер жидкий алю­ миний или расплавить в нем твердый.

Выливка алюминия производится вакуум-ковшами, которые транспортируются мостовыми кранами или на электроили автопогрузчике (рис. 15).

Количество выливаемого алюминия из электролизе­ ра определяют с помощью весового устройства, которое позволяет определять массу вылитого металла с точ­ ностью до 5 кг. Если же весового устройства нет, то ко­ личество выливаемого металла определяют по измене­ нию рабочего напряжения на электролизере.

Отверстие в электролитной корке, через которое па­ трубок вакуум-ковша погружается в слой алюминия, пробивают ближе к анодам в постоянном месте. Поди­ ну через отверстие тщательно очищают от кусков элек­ тролитной корки и осадка, чтобы при всасывании метал­ ла они не попали в патрубок и не забили его. При уста­ новке патрубка вакуум-ковша в электролизер следует соблюдать осторожность, чтобы не сломать его о борт

84

электролизера или аноды. Погружать патрубок в слой металла необходимо с точностью до нескольких санти­ метров. При недостаточном погружении патрубка вме­ сте с алюминием будет засасываться электролит; при

слишком глубоком погружешт патрубок может попасть в слой глиноземного осадка.

При установке патрубка в слой металла вакуумковш подключают к вакуумной системе. Во время выливки металла вакуум-ковшом, снабженным весовым устройством, аноды опускают, поддерживая рабочее на­ пряжение выше нормального на 0,1—0,2 В. Если же ко­ личество выливаемого металла определяется с помощью вольтметра, то аноды не опускают до тех пор, пока ра­ бочее напряжение не поднимется на 1 —1,2 В выше нор­ мального.

85

После окончания вылйвки металла на электролизере устанавливается нормальное рабочее напряжение. В за­ висимости от количества алюминия, выливаемого с од­ ного электролизера, и емкости ковша в один вакуумковш собирают металл из двух — четырех электроли­ зеров.

Обслуживание анодов

От правильного обслуживания анодного узла во мно­ гом зависит нормальный технологический режим рабо­ ты электролизера, расход анодов, сортность получаемо­ го металла.

Обожженные аноды устанавливают в электролизер в шахматном порядке: рядом с каждым новым анодом должен стоять огарок (анод — огарок — анод — огарок и т. д.), а во втором ряду огарок устанавливают против нового анода (огарок — анод — огарок и т. д.). «Шах­ матная» расстановка анодов необходима для лучшего распределения токовой нагрузки в электролизере и уменьшения разницы между температурами электроли­ та в различных его участках.

Регулировку обожженных анодов, как правило, осу­ ществляют на одинаковое междуполюсное расстояние для всех анодов. Поэтому токовая нагрузка каждого анода определяется его электрическим сопротивлением, которое зависит от высоты анода и его температуры (электрическое сопротивление стального ниппеля, ано-

одинаковы). Высота огарка меньше, а температура вы­ ше, чем у нового анода, поэтому электрическое сопро­ тивление его ниже.

Сила тока распределяется по анодам обратно про­ порционально их электрическим сопротивлениям, следо­ вательно, токовая нагрузка огарков несколько больше нагрузки анодов. Количество выделяющегося тепла про­ порционально квадрату протекающей силы тока, поэто­ му под огарками в электролите выделяется больше тепла.

При установке подряд нескольких новых анодов температура электролита в этом районе электролизера снижается (возможны случаи полного его вымерзания)

86

и, наоборот, возрастает под огарками. «Шахматная» расстановка анодов исключает эти явления.

На нагревание новых анодов необходимо некоторое количество тепловой энергии, поэтому для сохранения нормального теплового режима электролизера в тече­ ние одних суток следует вводить не более двух новых анодов.

Огарки заменяют, когда толщина их достигает опре­ деленной величины. Толщина огарка определяется глу­ биной ниппельного гнезда, в который заделан стальной ниппель. Как уже указывалось, глубина ниппельного гнезда зависит от величины падения напряжения в кон­ тактах ниппель — уголь, стоимости электрической энер­ гии, стоимости обожженных анодов и затрат на их мон­ таж и установку в электролизеры. Обычно огарок заме­ няют, когда снизу до стального ниппеля остается слой углерода примерно 2—3 см. Если заменить огарок, у ко­ торого от нижней его поверхности до стального ниппе­ ля слой углерода больше указанной величины, то доля неиспользуемой части углерода увеличивается, расход обожженных анодов на тонну выпускаемого алюминия возрастает. Нельзя допускать также сгорания огарков до размеров, когда открывается снизу поверхность сталь­ ного ниппеля и чугунной заливки. В этом случае проис­ ходит электрохимическое растворение железа, которое попадает в алюминий и снижает его сортность.

Анодный огарок заменяют либо после измерения его толщины, либо через определенный период работы обож­ женного анода, если известна средняя скорость сгора­ ния его за сутки.

Удаление огарков и постановка новых анодов в элек­ тролизеры производится с помощью мостовых кранов или специальными механизмами, смонтированными на электропогрузчиках, на специальном кране или порталь­

Перед извлечением из электролизера огарок очи­ щают от глинозема, затем зацепляют серьгу аноДодержателя или анододержатель специальным механиз­ мом, разжимают зажим и огарок осторожно извлекают из электролизера. После очистки от криолито-глиноземной корки огарок ставят на тележку или стеллаж, на кото­ рых их вывозят из корпуса. Электролит в месте поста-

87

Метку с анододержателя огарка. Затем новый анод уста­ навливают в электролизер так, чтобы отметки на анододержателе и анодной шине совпали.

3. Установку нового анода производят по аноду срав­ нения. На анододержателе анодов делают на равном расстоянии от подошвы анода постоянные отметки. При постановке нового анода на его анододержателе нано­ сят отметку мелом ниже постоянной отметки на рас­ стоянии, равном произведению средней скорости сгора­ ния и числа дней работы анода сравнения. Новый анод

огарка произведена быстро, новый анод правильно от­ регулирован по высоте и хорошо утеплен слоем глинозе­ ма, то он нагревается через несколько часов, берет нор­ мальную токовую нагрузку и технологический режим ра­ боты электролизера не нарушается.

Перетяжка анодной рамы

В процессе электролиза обожженные аноды сгорают,

и верхней поверхностей незначительно. Расходуется анод в основном с нижней поверхности, поэтому расстояние между анодами и поверхностью металла постоянно уве­ личивается. Для сохранения нормального междуполюсного расстояния аноды необходимо опускать. Подъем и опускание одновременно всех анодов осуществляется подъемным механизмом.

Обожженные аноды закреплены на анодной раме, которая по мере сгорания анодов опускается, и ее пе­ риодически необходимо поднимать. В зависимости от конструкции электролизеров перетяжка анодной рамы производится с помощью дополнительных анодных шин или специальных временных приспособлений.

Дополнительные анодные шины неподвижно закреп­ лены на анодной раме и соединены гибкими спусками с основными анодными шинами. Перед перетяжкой аноДодержатели зажимами закрепляют на дополнительных

89

Шинах, а зажимы основной анодной шины разжимают. После этого анодную раму поднимают подъемным ме­ ханизмом до необходимого положения, анододержатели закрепляют зажимами основной анодной шины, а кон­ тактные замки дополнительной — разжимают. На этом перетяжка анодной рамы заканчивается. Следует пом­ нить, что анодная шина не должна быть поднята до верхнего предела — всегда должен оставаться запас для некоторого ее подъема.

На электролизерах, которые не оборудованы допол­ нительными анодными шинами, подъем анодных рам осуществляется специальным приспособлением, которое устанавливают мостовым краном на электролизер. С помощью гибких спусков и контактных замков шины приспособления подключают к анодным стоякам или анодным шинам. Анододержатели закрепляют на раме приспособления, замки основных анодных шин разжима­ ют. Механизмом подъема анодная рама поднимается до нужного положения, после чего анододержатели снова закрепляют на основных анодных шинах и разжимают на временных, отсоединяют гибкие спуски и приспособ­ ление для перетяжки анодных рам снимают с электро­ лизера мостовым краном.

На электролизерах средней мощности анодные ра­ мы можно перетягивать с помощью деревянных реек (или дюралюминиевых с изоляционным слоем) и ме­ таллических тяг. Деревянную рейку толщиной 30—40 мм и шириной 100—150 мм устанавливают около внешних сторон анододержателей так, чтобы ее концы опирались на два соседних анода, и с помощью тяги, закрепленной на металлоконструкции электролизера, подтягивают ее, прижимая анододержатели к анодной шине. Таким же образом закрепляют все аноды. Затем, разжав контакт­ ные замки, анодную раму поднимают на нужную высо­ ту. Во время подъема аноды удерживаются в неподвиж­ ном положении электролитной коркой, а контакт с анод­ ной рамой создается прижатием анододержателей к анодным шинам рейками и тягами. В процессе подъ­ ема анодной рамы рабочее напряжение не должно под­ ниматься выше 0,2—0,3 В. Если напряжение поднимет­ ся больше, то анододержатели следует сильнее прижать тягами к анодным шинам. Однако прижимать, слишком сильно нельзя, так как отдельные аноды могут поднять-

90