Страницы Список страниц 11 12 13 14 15 · · ·  32                    

4. Нарушения нормальной работы электролизеров

Основными причинами нарушения нормальной работы электролизеров являются несоблюдения инструкции по их обслуживанию и требований к качеству сырья, перерывы в снабжении электроэнергией и др. Эти нарушения развиваются постепенно и не выявленные вначале, они могут привести к нежелательным явлениям и даже к серьезным авариям.

Горячий ход вызван превышением прихода энергии над расходом. Причинами этого нарушения режима могут быть: увеличенное междуполюсное расстояние или повышенная плотность тока, повышенное криолитовое отношение, приводящее к падению выхода по току, вследствие чего расход энергии на полезные реакции разложения глинозема уменьшается, плохо отделяется угольная «пена» от электролита, что приводит к повышению сопротивления в междуполюсном зазоре и к увеличению выделений энергии в нем. Повышение температуры электролита в ходе развития этого нарушения приводит к его дальнейшему усугублению. Например, если уменьшается выход по току вследствие завышенного криолитового отношения, то с ростом температуры электролита выход по току станет еще меньше.

Кроме того, может произойти ухудшение отделения «пены» и др. Последствия горячего хода не только в понижении выхода по току и производительности электролизера, но и в ухудшении качества алюминия примесями, переходящими в него вследствие растворения гарниссажей и настылей, сформированных во время пуска электролизера и имеющих большее количество примесей, чем жидкий электролит. Кроме этого, вследствие особенностей циркуляции электролита и металла (о чем будет сказано ниже) гарниссаж в каком-нибудь месте становится слабым, а общий перегрев ванны приводит к тому, что он в этом месте полностью растворяется, и дальнейший подъем температуры может привести к прорыву электролита и даже металла через это место в футеровке и к аварийному состоянию электролизера.

Иногда горячий ход вызван чрезмерно заниженным междуполюсным расстоянием, приводящим к сильному взаимодействию алюминия, растворенного в электролите, с анодными газами (такое состояние называется «зажатие» ванны). Часто «зажатие» сопровождается замыканием электродов через куски пены или анода, отчего электролит сильно разогревается. При чрезмерно большой толщине металла затрудняется растворение осадков глинозема, собирающихся на подине, а это вызывает повышение сопротивления контакта алюминия с угольной подиной и увеличение тепловыделений в нем, что тоже способствует горячему ходу ванны. Для извлечения осадков приходится затрачивать тяжелый ручной труд.

Чтобы быстро устранить горячий ход ванны, следует правильно определить его причину. Если причина в неправильно установленных параметрах — плотности тока или междуполюсного расстояния, то следует привести их к норме. То же касается и состава электролита. Однако если нарушение не устранить быстро, то приходится охлаждать электролит, загружая в ванну твердый металл или свежий электролит. При плохом отделении «пены» также загружают электролит и охлаждают ванну, затем снимают «пену».

Если горячий ход вызван местными перегревами, связанными с неровностями на подошве анода, то приходится удалять их вручную. Иногда удается устранить неровности, поднимая анод, т. е. нарушая контакт между выступом на аноде и алюминием. В этом месте междуполюсное расстояние меньше среднего, плотность тока больше, и неровность срабатывается вследствие интенсивного расхода анода.

Для электролизеров OA местные перегревы могут быть вызваны неправильной установкой анодного блока по высоте: если новый блок поставлен слишком низко, анодная плотность тока на нем повышается и электролит в этом месте перегревается. Нарушения распределения тока по анодному массиву могут быть вызваны плохими контактами между блоком и ниппелем или между стальной траверсой и алюминиевой штангой.

Холодный ход

Вызывается превышением расхода тепла над его приходом. Причинами такого нарушения режима являются уменьшенные междуполюсные расстояния или сила тока на электролизере. При этом настыли и гарниссажи оказываются чрезмерно большими, а корка — слишком толстой и прочной, что вызывает затруднения в обработке ванны. Объем жидкого электролита и криолитовое отношение уменьшаются, поскольку при кристаллизации в первую очередь выпадает чистый криолит, и содержание фтористого алюминия возрастает. Все это способствует снижению растворимости и скорости растворения глинозема и появлению больших осадков на подине ванны. В некоторых случаях электролит охлаждается настолько, что металл всплывает на поверхность ванны.

Практически холодный ход на заводах возникает из-за ограничений или перерывов в снабжении электроэнергией. Для восстановления нормального хода необходимо увеличить электрическую мощность ванн, утеплить их, увеличив слой глинозема на корке, и в то же время уменьшить загрузку глинозема в электролит. При холодном ходе корректировку состава электролита введением фтористого алюминия не проводят, поскольку это может способствовать лишь дальнейшему образованию настылей и гарниссажей, а стремятся расплавить имеющиеся настыли и гарниссажи.

На электролизерах с пониженным уровнем электролита и холодным ходом иногда наблюдаются затяжные анодные эффекты, когда в течение длительного времени на ванне держится высокое напряжение («тусклая» вспышка)., причем обычными мерами нормальный режим не восстанавливается. Затяжные анодные эффекты возникают, как правило, после выливки. Предполагается, что при холодном ходе после выливки создаются благоприятные условия для перехода глиноземных осадков в электролит, но малый объем электролита и низкие температуры не способствуют полному его растворению, и в электролите остается взвешенный глинозем. Прилипая к подошве анода, он приводит к сильному уменьшению его рабочей поверхности, повышению фактической анодной плотности тока до критической, что и вызывает анодный эффект. Ясно, что загрузка ловых порций глинозема может только стабилизировать такое состояние электролизера.

Для устранения затяжного анодного эффекта поднимают анод, чтобы повысить температуру электролита, одновременно наплавляют свежий электролит или заливают жидкий. Чтобы закрыть оголившиеся настыли, расплавляют в шахте электролизера твердый алюминий. В некоторых случаях, когда затяжной анодный: эффект не устраняется этими мерами, практикуют замыкание анода на катод; при этом пленка фтороуглеродов на аноде восстанавливается и анодный эффект-прекращается.

Прорыв расплава через боковую футеровку. Основная причина этого — длительный горячий ход, вследствие которого расплавляются защитные гарниссажи в некоторых местах на боковой футеровке и постепенно-разрушается футеровка. Наличие осадков на подине электролизера также способствует возникновению такого нарушения, поскольку часть тока в этих случаях проходит через боковую футеровку (ванна работает в «бока»), на угольном блоке при этом выделяются алюминий и натрий, образуются карбиды алюминия; все это. приводит к быстрому разрушению блока.

Прорыв расплава может привести к разрыву тока серии. Кроме того, если расплав попадает на ошиновку, возможно ее расплавление, что приводит к аварийному отключению серии и длительному простою для замены ошиновки. Чтобы избежать этого, при прорыве расплава опускают анод и забивают место прорыва оборотным электролитом с добавками глинозема и фтористого кальция. Одновременно защищают ошиновку от расплава стальными листами. Если таким образом удалось, остановить течь расплава, то ремонт футеровки проводят без отключения электролизера. Для этого пространство борт — анод в месте прорыва почти полностью забивают оборотным электролитом для создания временной защитной стенки, затем срезают рабочую площадку катодного кожуха, извлекают застывший в футеровке расплав, огораживают образовавшееся пространство стальным листом и набивают подовой массой. После этого стальной лист убирают и приваривают новую рабочую площадку. Подовая масса, постепенно-коксуясь, образует достаточно прочную стенку в футеровке.

Нарушения, вызванные неудовлетворительным состоянием анода

Часто приводят к серьезным расстройствам технологии электролиза. К ним относятся: рас-

слоение анода на ваннах БТ и ВТ, образование шеек на боковой поверхности анода, т. е. выгорание этой поверхности, протеки пека на электролизерах ВТ, отрыв блоков от несущей штанги на электролизерах OA, перекосы анодов.

Расслоение анодов на ваннах ВТ и БТ вызывается нарушениями в технологии формирования анода, о которых говорилось выше. При расслоениях анод теряет прочность, и в процессе обработки ванны от него могут отколоться крупные куски, что приведет к повышению анодной плотности тока и к перегреву электролита. В тех местах, где откололись значительные куски (обычно на углах анода), электролитную корку засыпают большим слоем глинозема, чтобы уменьшить потери тепла, и корку здесь не вскрывают, чтобы не создать больших осадков глинозема. Последствия этого нарушения устраняются только после полного израсходования неисправной части анода и восстановления его нормального сечения.

Шейки на аноде выгорают особенно сильно при горячем ходе, а также если боковая поверхность анода не оплескивается электролитом. Выгорание шеек на ваннах ВТ может привести к оголению некоторых штырей наружного ряда. В таких случаях снимают секцию анодного колокола, на уровне нижней кромки анодного кожуха устанавливают горизонтально стальной лист и в пространство между кожухом и анодом заливают жидкую анодную массу. В результате коксования этой массы выгоревшее пространство анода восстанавливается.

Протеки пека через трещины в анодах ванн ВТ приводят к тому, что в этих местах на подошве образуются выступы («конусы»), которые, как уже упоминалось, могут привести к местным перегревам электролита.

На электролизерах OA основные нарушения в работе анодного массива связаны с оплавлением ниппелей при чрезмерно большой силе тока, приходящейся на отдельный блок, или при слишком малой толщине огарка, т. е. когда ниппель попадает в электролит. Если верхняя часть блока сильно выгорела, это может привести к обрыву блока и падению его в электролит.

5. Разрушение подин электролизеров

Подина является наиболее слабым местом электролизера — при длительной эксплуатации она выходит из строя раньше, чем любой другой узел ванны. Картина разрушения подин, наблюдаемая при демонтаже электролизеров, обычно состоит в следующем: катодные блоки в средней части ванны подняты и центральный шов раскрыт. Устройство центрального шва вперевязку позволяет несколько усилить подину, но подъем блоков приводит к образованию трещин, возникает как бы два центральных шва. При подъеме блоков изгибаются стальные катодные стержни; торцы блоков давят на боковую футеровку и вызывают деформацию кожуха, его продольные и торцевые стороны в верхней части выгибаются наружу, форма кожуха в плане приближается к эллипсу. Возникающие напряжения настолько значительны, что могут привести к разрыву кожуха в углах или к отрыву анкерных болтов (в ваннах, имеющих кожух без днища) от кожуха.

При деформации подины в первую очередь разрушаются швы между блоками, в образовавшиеся трещины проникает алюминий и электролит. Металл растворяет стальные катодные стержни, и содержание железа в алюминии быстро нарастает, что служит сигналом начала разрушения подины и необходимости отключения ванны на капитальный ремонт. Вместе с алюминием через футеровку проникает электролит и взаимодействует с кирпичной кладкой, образуя фторсиликаты между подушкой и цоколем ванны, отчего также увеличиваются напряжения в подине.

Повышение срока службы подин имеет большое технико-экономическое значение по ряду причин. Во-первых, стоимость капитального ремонта составляет около трети общей стоимости электролизера. Во-вторых, при ремонте ванна длительное время простаивает, а демонтаж и пуск ее связан с затратами труда в тяжелых условиях, и, кроме того, в послепусковой период металл получается низкого качества. Поэтому вопрос о механизме разрушения подин и разработка научнообоснованных мероприятий по увеличению срока службы электролизеров имеют первостепенное значение.

Сейчас общепринятой считается точка зрения (Рапопорт с сотр.), согласно которой разрушение подин происходит за счет проникновения натрия в угольную футеровку. При совместном выделении натрия и алюминия, которое происходит при катодном процессе, натрий диффундирует через толщу алюминия и поглощается подовыми блоками. При этом происходит разбухание блоков, поскольку атомы натрия проникают в пространство между гексагональными решетками атомов углерода и раздвигают их. Происходит не проста растворение натрия в решетке графита, а взаимодействие с образованием ламеллярных соединений углерода. Эффект раздвига межбазисных плоскостей графита зависит от размеров атома щелочного металла: для калия он значительно выше, чем для натрия, поэтому разрушение углеграфитовых материалов в криолито-глиноземных расплавах, содержащих ионы калия, происходит очень быстро (по этой причине соединения калия в электролите в заметных концентрациях не допускаются) .

Мероприятия по увеличению срока службы подин таковы: 1) улучшение качества подовых блоков путем введения в их состав антрацита и графита (до 20%) — материалов, наиболее стойких против воздействия натрия; 2) повышение качества монтажа подин, особенно набивки швов, которые являются наиболее слабым элементом подины; 3) поддержание условий обжига и пуска, способствующих равномерному прогреву подины и достижению на ее поверхности перед пуском температур не ниже 950 °С, так как при этих температурах соединения натрия с углеродом энергично диссоциируют и действие натрия на подину уменьшается; 4) добавление в соли при пуске фтористого кальция и хлористого натрия, которые пропитывают подину, что уменьшает вредное воздействие на нее натрия; 5) повышение прочности катодного кожуха, особенно его верхнего пояса, а также прочности и жаростойкости фундамента для ванн с кожухами без днища, что уменьшает деформацию подины; 6) ровный температурный режим электролиза (кратковременные охлаждения и перегревы мало влияют на прочность подины, но длительные остановки: с последующим разогревом приводят к развитию трещин в футеровке, увеличивают деформацию подины и кожуха и вызывают преждевременный выход ванн из. строя); 7) обеспечение постоянства уровня расплава (т. е. суммы уровней алюминия и электролита) в процессе электролиза, чтобы боковые стенки электролизера всегда были закрыты гарниссажем (в противном случае возникает опасность прорыва расплава через боковую футеровку).

13

12 14