Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 25 )

Рекомендуемая литература: [10],201-215 стр.

Тема 16. Конструкции электролизеров

Элек-ры для рафинирования алюминия конструируют на силу тока 75-100 кА. Катодная и анодная плотность тока составляет 0,5-0,7 А/см2. Внешне рафинировочные элек-ры похожи на элек-ры с обожженными анодами, с той разницей, что анодное устройство у них расположено снизу, а катодное – сверху ванны.

Анодное устройство смонтировано в стальном кожухе прямоугольной формы. Подина выложена асбестом и несколькими рядами шамотного кирпича. Затем угольные блоки, ток к которым подводится с помощью стальных стержней, залитых чугуном.

Боковые стенки футерованы асбестом и шамотным кирпичом, а в рабочей части стенки выполнены из магнезитового кирпича, стойкого к электролиту.

В одном из торцов элек-ра смонтирован загрузочный карман, соединенный с шахтой ванны каналом на уровне подины. Карман футерован магнезитом. Сверху карман закрывается алюминиевой крышкой.

Катодное устройство установлено сверху на металлоконструкциях. Катоды состоят из графитированных цилиндрических электродов, подвешенных к катодным алюминиевым шинам на алюминиевых штангах. В нижней части к штангам приварены стальные ниппели, которые заливаются в графитированные катоды чугуном. Для защиты от окисления катоды заливают с боков и сверху в алюминиевые «рубашки» толщиной 2-2,5 см.

Катоды расположены в 2 ряда. Штанги катодов крепятся к катодным шинам эксцентриковыми зажимами. Шины вместе со стальными балками образуют раму, которая через домкрат подвешена к неподвижным металлоконструкциям. С помощью домкратов катодный массив перемещается вверх и вниз.

Элек-ры  сверху укрыты алюминиевыми крышками.

Компоновка и подключение элек-ров в корпусе аналогично элек-рам для получения первичного алюминия.

Технология процесса. Для приготовления электролита используют криолит, AlF3 и BaCl2. Соли сушат для уменьшения гидролиза и шламообразования в трубчатых печах при 400-600оС в течение 12-15 часов до остаточного содержания влаги в смеси солей 0,5%.

Шихту наплавляют затем в отдельных элек-рах – ваннах-матках с графитированными катодами без защитных алюминиевых «рубашек». По конструкции ванны-матки ничем не отличаются от рафинировачных элек-ров, только имеют укрытия шторного типа для улавливания вредностей, температура и напряжение на ваннах-матках выше, чем на рафинировачных ваннах.

После наплавления солей электролит выдерживают 4-5 часов, в течение которых происходит его рафинирование от более электроположительных, чем алюминий, примесей. Содержание Fe и Si в электролите снижается до тысячных долей процента. Эти примеси выделяются на катоде в слое первичного алюминия, залитого на поверхность электролита. Этот алюминий перед выливкой электролита сливают и используют для приготовления анодного сплава. Готовый электролит извлекают из ванны-матки вакуум-ковшом или вычерпывают графитовыми ложками и направляют в рафинировочные ванны.

Анодный сплав также  готовят в ваннах-матках. Первичный алюминий заливают в загрузочный карман, медь вводят через слой электролита после удаления с его поверхности катодного металла.

Анодный сплав выливают из ванны-матки с помощью вакуум-ковша.

В ваннах-матках проводится пропитывание графитированных катодов электролитом перед заливкой на них защитных алюминиевыз «рубашек».

Обслуживание нормально работающих элек-ров для рафинирования алюминия включает следующие операции: выливка катодного металла, заливка электролита, заливка первичного алюминия, обслуживание катодов, обслуживание загрузочных карманов.

Катодный металл (АВЧ) выливают один раз в двое суток вакуум-ковшом. Перед выливкой на всасывающую трубку ковша надевают графитовый патрубок в виде стакана с радиальными отверстиями у дна. Патрубок опускают в слой АВЧ. При всасывании металла в слой АВЧ создаются горизонтальные потоки, предотвращающие волнение металла.

После этого замеряют уровни трех слоев, и при необходимости в ванну добавляют электролит.

Высоту слоя электролита поддерживают в пределах 100-120 мм, уровень анодного сплава 300-350 мм. Высота слоя катодного металла после очередной выливки не должна быть менее 120 мм.

Доливают электролит через специальный графитовый стакан с радиальными отверстиями у дна. Его опускают в электролит через слой АВЧ, предварительно сняв с ванн один катод. При заливке электролита вытекающий из стакана струи должны двигаться горизонтально, не вызывая сильного волнения в слоях.

Алюминий-сырец, подлежащий рафинированию, заливают в загрузочный карман элек-ра из литейного ковша, непрерывно перемешивая сплав с помощью графитовой мешалки с пневматическим приводом. Через карман производят и заливку анодного сплава для восполнения потерь меди.

Обслуживание катодов включает регулирование положения их в ванне и проверку токовой нагрузки. Два раза в месяц катоды поочередно снимают с ванны и очищают от наростов электролита и оксидов.

Обслуживание карманов заключается в удалении из них интерметаллических соединений – анодных осадков. Их удаляют дырчатыми ложками (шумовками) несколько раз в смену. Осадки сильно выкристаллизовываются при охлаждении карманов.

В процессе работы ванн на боковой футеровке образуется гарниссаж. Это пропитанная электролитом и металлом смесь оксидов алюминия и других тугоплавких солевых образований. Гарниссаж уменьшает сечение шахты ванны в районе катодного металла, что повышает плотность тока и делает неудобным обслуживание катодов. Поэтому 1-2 раза в год гарниссаж обрубают. Ванны освобождают от катодного металла, катоды замыкают на анодный сплав. Гарниссаж обрубают отбойными молотками и куски извлекают из электролита шумовками. После обрубки заливают слой первичного алюминия на поверхность электролита и производят проработку электролита. По окончании рафинирования электролита слой первичного алюминия удаляют с поверхности ванны и нарабатывают алюминий чистоты.

Рекомендуемая литература: [10],185-195 стр.

Тема 17. Электролизный цех

Электролизный цех состоит из нескольких электролизных серий. Электролизная серия-это группа элек-ров, соединенных последовательно и подключенных к одному общему источнику постоянного тока. Количество элек-ров в серии определяется напряжением выпрямительных агрегатов, преобразующих переменный ток в постоянный. Применяют кремниевые преобразователи с напряжением 850 В и коэффициентом преобразования 98%. Один выпрямительный агрегат дает ток силой от 25 до 65 кА. Серию питает током группа из нескольких паралельносоединенных преобразовательных агрегатов. Число агрегатов определяется силой тока, которую необходимо иметь на серии плюс один агрегат в резерве. Группа агрегатов, обеспечивающих серию током, размещается в отдельном помещении, называемом преобразовательной подстанцией. Подстанция располагается в торце электролизных корпусов.

В зависимости от возможностей выпрямительной техники, конструктивных особенностей электролизеров и выбранной технологии число ванн  в серии колеблется от 70 до 200.

Элек-ры серии располагаются в зависимости от их числа в одном или нескольких корпусах. Электролизные корпуса располагаются параллельно друг другу и соединяются между собой транспортным коридором. Между корпусами размещается газоочистные сооружения и приемные бункера для глинозема. Электролизеры располагают продольно или поперечно, в один, два или несколько рядов.

Элек-ры большой мощности устанавливают на втором этаже, т. е. рабочая площадка находится на отметке +4 м. Это создает благоприятные условия для естественной вентиляции (аэрации) в корпусе. Свежий  воздух ч-з фрамуги в стенах 1-го этажа корпуса и вентиляционные решетки, расположенные вдоль элек-ров, попадает в рабочую зону. Здесь воздух нагревается от элек-ров, уходит вверх и через аэрационный фонарь на кровле здания удаляется из корпуса.

Здание корпуса строят из железобетонных колонн с шагом 6м, пространство между которыми заполнено бетонными плитами. Ширина пролета здания определяется размерами ферм стандартных мостовых кранов и составляет обычно 27 м.

Элек-ры в корпусе располагают на расстоянии от стен не менее 4 м, между рядами элек-ров – не менее 7 м.

Торцы корпусов имеют площадки для хранения материалов, производства монтажных и демонтажных работ и размещения мостовых кранов.

Глинозем из бункеров приемного склада попадает в приемные бункеры (силосные башни) электролизных корпусов пневматическим транспортером по трубам.

Из силосов глинозем по аэрожелобам и самотеком подается в корпуса электролиза для загрузки в бункера машин и АПГ, обслуживающих элек-ры.

Особое внимание уделяют электроизоляции строительных конструкций. Все железобетонные конструкции на высоту не менее 3,5 м от пола рабочей зоны покрывают изолирующим слоем бетона толщиной не менее 30 мм. Полы в корпусах выполняют из материалов, обладающих электроизоляционными свойствами (из асфальта). Стальные вентиляционные решетки, располагаемые вдоль корпуса, укладывают на электроизоляционные прокладки. Элек-ры устанавливают на опоры в виде сборных железобетонных рам, которые одновременно служат опорами для шинопроводов. Между этими опорами и электролизерами устанавливают электроизоляционные прокладки, а шинопроводы монтируют на бетонные столбики и электроизоляционные прокладки.

В процессе элек-за в рабочее пространство корпусов выделяются различные газы: HF-фтористый водород; продукты испарения электролита; оксид углерода СО; углекислый газ СО2; серосодержащие газы; летучие составляющие коксования самообжигающихся анодов. Выделяется пыль и тепло. Корпуса элек-за оборудованы с-мой газоулавливания и вентиляционной с-мой рабочего пространства.

С-ма газоулавливания предусматривает улавливание большей части выделений на месте их образования-в электролизной ванне. Любой тип газоулавливающего устройства элек-ра соединен с системой вытяжной вентиляции.

С-ма вытяжной вентиляции состоит из газоходов, назначение которых удалить от элек-ра уловленный газ, вентиляторов, создающих необходимое разрежение в газоходах и газоулавливающих устройствах ванн, и вентиляционных (дымовых) труб, служащих для рассеивания газов на возможно большую территорию. Высота дымовых труб может достигать 80-120м. Газоходы выполнены в виде каналов или трубопроводов, ли комбинированные.