Содержание к диссертации
Введение
CLASS Глава 1. Современное состояние и требования, предъявляемые к проведению обжига, пуска и послепускового периода алюминиевых электролизеров CLASS 8
1.1. Методы проведения обжига подин алюминиевых электролизеров 10
1.2. Коксование швов в подине электролизера 14
1.3. Усадочные явления при обжиге 19
1.4. Поведение подин при обжиге 21
1.5. Показатели обжига 24
1.6. Влияние способа обжига на срок службы электролизеров 32
1.7. Выводы и постановка задач исследования 44
Глава 2. Исследование тепловых полей катодного узла люминиевого электролизера в период обжига, пуска и ослепускового периода 46
2.1. Объект и методы исследования 46
2.1.1. Объект исследования. Катодное устройство 46
2.1.2. Методика экспериментального исследования теплового поля катода алюминиевого лектролизера 47
2.1.3. Создание конструкции установки для газопламенного обжига одины алюминиевого электролизера и определение температурных ежимов его проведения 49
2.2. Исследование тепловых полей электролизеров в период обжига 53
2.3. Разработка новой конструкции шахтного укрытия и оптимального регламента обжига 67
2.4. Задачи пускового периода и усовершенствование регламента пуска электролизера 85
2.5. Исследование теплового поля катодного узла алюминиевого лектролизера в пусковой период 98
2.6. Исследование тепловых полей катодного узла в послепусковои период на электролизерах различных типов 99
2.7. Выводы по главе 2 117
Глава 3. Исследование электрических полей катодного зла алюминиевого электролизера в процессе обжига, уска и послепускового периода 120
3.1. Методика экспериментального исследования электрических полей атодного узла алюминиевого электролизера 120
3.2. Изучение электрических полей катода в послепусковой период 122
3.3. Исследование электрических полей катода в период формовки нового анода и пуска электролизера 125
3.4. Определение оптимальных параметров токораспределения в подине алюминиевого электролизера в послепусковой период 132
3.5. Выводы по главе 3 141
Общие выводы 142
Список литературы 145
Приложения 160
- Коксование швов в подине электролизера
- Исследование тепловых полей электролизеров в период обжига
- Изучение электрических полей катода в послепусковой период
- Определение оптимальных параметров токораспределения в подине алюминиевого электролизера в послепусковой период
Введение к работе
Проблема увеличения срока службы алюминиевых электролизеров всегда находится в центре внимания производственников и исследователей алюминиевой промышленности. Чем больше новых современных материалов применяются в конструкции, тем она дороже, тем более важное значение приобретает проблема увеличения срока службы электролизеров.
Анализ литературных данных и практика электролиза алюминия давно определили значения различных факторов, оказывающих влияние на увеличение срока службы катодных узлов алюминиевых электролизеров. Несмотря на спорность подходов специалистов различных заводов к этому вопросу общепринято, что на долю обжига и пуска приходится не менее 25% вклада на увеличение срока службы электролизера. Еще 25-30% вносят особенности конструкции и применяемые материалы. Таким образом, на долю катодного узла приходится 50%о факторов, влияющих на продолжительность работы электролизера. Именно поэтому большое внимание уделяется схемам и вариантам обжига подин вновь смонтированных электролизеров.
Многолетний опыт применения различных видов обжига выдвинул в последнее время на передний план газопламенный обжиг. Возможность распределения любого числа горелок по площади подины и регулирования пламени каждой горелки позволяет широко применять автоматическое регулирование процесса и делает этот метод наиболее перспективным. Однако оптимизация режима обжига требует более полной информации по распределению тепла и электрического тока з элементах катодного узла электролизера. В настоящее время этой информации недостаточно, что не позволяет производственникам оптимальным образом провести процесс обжига катодного узла электролизера. В связи с этим изучение тепловых и электрических полей в элементах катодного узла в процессе газопламенного обжига и пуска является актуальной задачей, которая позволит увеличить срок службы электролизера.
Целью диссертационной работы является повышение срока службы электролизера на основе оптимизации регламентов обжига катодных узлов и пуска электролизеров путем изучение распределения тепла и электрического тока в элементах катодного узла в процессе обжига, пуска и послепускового периода.
Методы исследования. Для выполнения большого объема натурных измерений тепло и токораспределения в элементах катодного узла потребовалась разработка методики получения достаточно длительных измерений температуры граней катодных блоков, периферийных швов и шамотной кладки. Впервые в отечественной практике был широко применен экспресс-метод определения токораспределения в подине электролизера с помощью приборов основанных на датчиках Холла. Для анализа продуктов электролиза и состава электролитов использован комплекс современных физико-химических методов таких как, атомно-эмиссионный фотометрический с ICP (плазма), титриметрический, гравиметрический, пиктометрический, рентгеноспектральный, спектральные методы анализа.
Достоверность научных положений, выводов и заключений обусловлена большим количеством опытных данных полученных на промышленных электролизерах с применением современных приборов и датчиков, обработкой экспериментальных данных с применением современных средств вычислительной техники и результатами промышленных испытании и внедрении полученных результатов на Иркутском алюминиевом заводе.
Научная новизна работы заключается в том, что на основе непосредственных измерений распределения температуры и тока по элементам футеровки электролизера в процессе обжига, пуска и послепускового периода, впервые:
разработана концепция энергосберегающего пуска электролизера после газопламенного обжига, учитывающая баланс прихода тепла, снижение подины натрием и изменение структуры используемых фтористых солей;
- установлено, что оптимальный состав пускового электролита имеет к.о. 2.5-2.7 и для этого рекомендуется использовать вторичный криолит;
- разработан и предложен в производство оптимальный регламент обжига, учитывающий процессы коксования набивных швов и предлогающий выдержку при температуре этих процессов;
установлено, что показателем качества монтажа и обжига подины может служить коэффициент токораспределения подины (Kj) через сутки после пуска;
изучена зависимость коэффициента токораспределения от срока службы электролизера, начиная с момента пуска, определены допустимые пределы коэффициента токораспределения для нормального работающих электролизеров и электролизеров с существенными разрушениями в подине;
проведены исследования электрического поля катода алюминиевого электролизера, определено влияние токораспределения по катодным блокам на равномерность электрического поля;
установлена роль возникающих в период обжига и пуска дебалансов температуры отдельных участков подины;
Практическая значимость и реализация результатов работы. На основании установленных закономерностей распределения тепловых и электрических полей предложены оптимальные тепловые и электрические режимы обжига, и пуска электролизеров на силу тока от 130 до 175 кА. Разработаны оптимальные параметры обжига подины алюминиевых электролизеров с верхним токоподводом с целью сохранения минимальной пористости набивных швов. По результатам исследований проведены опытно-промышленные испытания, внедрение газопламенного обжига и пуска электролизеров с верхним токоподводом на силу тока 130 - 175 кА. Создана и внедрена установка для обжига подины электролизеров различной мощности. Результаты выполненных исследований внедрены в электролизном цехе «СУАЛ-ИркАЗ» с годовым экономическим эффектом, начиная с 1998 г. 30 млн. руб. Личный вклад автора заключается в следующем:
- выполнен анализ современного состояния и требований, предъявляемых к проведению обжига, пуска и послепускового периода алюминиевых электролизеров;
- участие на всех стадиях научного исследования, лабораторных и опытно-промышленных испытаниях;
- проанализированы результаты исследований и выданы технологические регламенты;
- непосредственное участие в создании установок для газопламенного обжига;
- разработан и внедрен способ пуска электролизера;
- разработан и внедрен способ обнаружения локальных мест разрушения подины алюминиевого электролизера;
- разработана методика получения термограмм основных элементов катодного узла электролизера.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- результаты исследований тепловых полей катодного узла алюминиевого электролизера в период обжига, пуска и послепускового периода;
- результаты исследований электрических полей катодного узла алюминиевого электролизера в процессе обжига, пуска и послепускового периода.
- Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных заводских, региональных и международных научно-технических конференциях. II научно-практическая конференция ИркАЗ-СУАЛ «Повышение эффективности действующего производства» (Шелехов, 2000 г.);
- V Международная конференция «Алюминий Сибири - 99» (Красноярск, 2000 г.);
- III научно-практическая конференция ИркАЗ-СУАЛ «Повышение эффективности действующего производства» (Шелехов, 2001 г.);
- Международная конференция «Металлургические технологии и экология» (Санкт-Петербург, 2001 г.);
- VI региональная научно-практическая конференция «Алюминий Урала - 2001» (Екатеринбург, 2002 г.).
По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в т.ч. 1 монография, 2 патента и 2 свидетельства на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 159 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 10 таблиц. Работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы из 124 наименований и приложения.
Коксование швов в подине электролизера
При обжиге электролизера происходит коксование межблочных и периферийных швов[8]. В процессе обжига межблочные и, главным образом, периферийные швы компенсируют термические расширения углеграфитовых блоков, а скоксовавшиеся швы обеспечивают монолитность подины. Конечная температура обжига и темп подъема температуры определяют свойства скоксовавшихся швов: плотность; пористость; механическую прочность; упругость; теплопроводность; удельное электросопротивление. Все приведенные характеристики швов, кроме пористости, ниже соответствующих свойств катодных блоков, так как конечная температура обжига подовой массы ниже, чем подовых блоков: для массы - 900С (в верхней части шва), а для углеграфитовых блоков - 1200С
Процесс коксования набивной массы происходит в широком интервале температур, в котором можно выделить несколько основных стадий: 0-200С - размягчение связующего, удаление адсорбированной влаги, растворенных газов и низкомолекулярных соединений; 200-(350-450) С - крекинг и пиролиз связующего, образование свободных радикалов и увеличение их концентрации, образование обуглероженных макромолекул и формирование структуры полукокса; (350-450)-(450-550) "С - преобразование полукокса в кокс; 450-550 С и выше - уплотнение структуры кокса. (Температурные интервалы приведены по работам [32, 33, 35].) Температурные интервалы основных стадий коксования зависят от технологических свойств связующего, т.е. температуры размягчения (чем выше температура размягчения, тем выше температуры затвердевания и образования кокса) и темпа нагрева [34]. Чем выше темп нагрева, тем выше температура затвердевания и коксообразования. Рассмотрим подробнее, что происходит в подовой массе при обжиге [8]. 1-й этап (0-200 С). На начальном этапе термообработки происходит размягчение связующего, удаление влаги и растворенных газов, легких фракций связующего (рис. 1.1). Существенное газовыделение начинается при температуре около 100С. Испаряются влага, растворенные газы и низкомолекулярные соединения пека. По мере подъема температуры объем выделяющихся газов увеличивается. За счет выделения газов и термического расширения масса набухает. Связующее набивной массы размягчается при температурах выше температуры размягчения, вязкость резко уменьшается и достигает минимального значения при температурах 150-200 С [33]. В период, когда вязкость связующего минимальна, а процессы деструкции еще не начались, под действием сил гравитации происходит миграция связующего.
Наблюдается миграция связующего двух видов: первый в пористую систему зерен; второй объеме шва между зернами наполнителя. Первый вид миграции наблюдается при изготовлении массы и при обжиге, второй - происходит только при обжиге. Миграция размягченного связующего происходит под воздействием сил гравитации. При температуре выше 230 С процесс перемещения связующего прекращается [37]. Оплывание связующего может быть причиной повышенной пористости верхней части шва. Прочность связи в системе «блок-шов» с ростом температуры уменьшается и достигает минимума при минимальном значении вязкости связующего. На этом этапе термообработки швы могут компенсировать возникающие термические расширения катодных блоков. 2-й этап [200-(350-450)С]. На этом этапе происходит термическая деструкция связующего, формирование структуры полукокса. Эти процессы сопровождаются выделением большого объема летучих (рис. 1.2). Летучие стремятся покинуть реакционную зону, происходит вспучивание массы. Расширение массы на этом этапе максимальное. Выделяющиеся газы формируют систему пор, поры соединяются в каналы ормируется пористая структура шва. С повышением температуры увеличивается объем летучих, что приводит к повышению давления в каналах. Избежать избыточного газовыделения, обеспечить нормальную эвакуацию летучих и, следовательно, уменьшить образование пор можно за счет снижения темпа подъема температуры при обжиге. Активное развитие порового пространства в углеродных материалах происходит до температуры 250С [33]. Если при изготовлении массы используется пористый наполнитель, пек заполняет поры, процесс карбонизации связующего происходит в тонком слое с высоким выходом кокса, внутричастичная пористость шва будет превышать межчастичную. Если используется наполнитель с высокой плотностью частиц, поверхность контакта со связующим уменьшается, при коксовании происходит активное развитие порового пространства и межчастичная пористость шва значительно превышает внутричастичную. Максимум скорости газовыделения на этом этапе (рис. 1.2) свидетельствует о завершении образования структуры полукокса связующего. Температура затвердевания холоднонабивных масс лежит в широком диапазоне температур от 225 (при использовании синтетических пластификаторов [8]) до 450С (при использовании среднетемпературного пека) и зависит от скорости подъема температуры в период деструкции связующего и синтеза карбонизированных молекул. С увеличением скорости подъема температуры при термообработке температура максимума скорости газовыделения перемещается в зону
Поскольку практически все электрические, химические, физико-механические свойства и структура шва зависят от количества образовавшегося кокса связующего [37], режим обжига должен быть организован таким образом, чтобы выход кокса из связующего был максимальным. Поскольку количество образовавшегося кокса зависит от количества полукокса, снижение темпа нагрева должно проводиться в диапазоне температур от момента увеличения скорости газовыделения до максимума газовыделения. Этап завершается образованием полукокса. -й этап [(350-450)-(450-500)оС]. От температуры затвердевания до температуры завершения активного газовыделения. На этом этапе происходит преобразование структуры полукокса связующего в кокс, процесс сопровождается выделением летучих, основным составляющим, которых является водород. С момента затвердевания начинается процесс усадки - структура полукокса уплотняется (рис. 1.3). Уменьшение газовыделения свидетельствует об образовании кокса - твердого нерастворимого в хинолине остатка. -й этап. При дальнейшем подъеме температуры происходит уплотнение кокса связующего, сопровождающееся остаточным газовыделением и усадкой швов. В летучих компонентах увеличивается содержание водорода.
Мостики кокса связующего соединяют между собой частицы наполнителя, швы становятся однородными и монолитными, электропроводность и теплопроводность увеличиваются. Однако вследствие неравномерности прогрева подины на поверхности и в глубине свойства швов неодинаковы
Исследование тепловых полей электролизеров в период обжига
Для проведения обжига с установкой "Сибинстром" был выбран следующий график подъема температуры (регламент 1).
Первые 10 часов скорость подъема температуры - 40С7час. Следующие 14 часов - 21,5С/час с таким расчетом, чтобы через сутки достичь температуры верха подовых блоков - 700С. Эта температура выдерживается следующие сутки.
На рис. 2.1; 2.2 и 2.3 приведены температуры верха и низа катодных блоков, а также шамотной кладки и днища катода в процессе обжига, измеренные с помощью термопар предварительно установленных по указанным схемам.
Через 24 часа обжига температура поверхности подовых 750С-680С-690С. К концу обжига (через 48 часов) она составила 730С -725С-720С.
Низ подовых блоков окончательно прогрелся в центре подины до 380-470-340С, а по периферии анода до 225-340-200С. Скорость подъема температур поверхности подовых блоков составила 22-28С в час до температуры 400С и 17-24С в час - в интервале 400-700С
Через 97 минут после окончания обжига (демонтаж газопламенной установки) электролизер был пущен на электролиз. Пусковая вспышка 35 ольт, длительность 52 минуты. Шелушение подины не отмечено. Электролизер проработал 41 месяц.
На рис. 2.4 и 2.5 приведена динамика нагрева подовых блоков электролизеров С8БМ, обжигавшихся по тому же регламенту № 1. Скорость нагрева в диапазоне 0-400С составляла 27-36С в час, в диапазоне 400-700С - 17-18С. Электролизеры проработали 44 и 34 месяца соответственно.
В течение 1996-1997гг. происходило усовершенствование технологии обжига. Щиты из жаропрочного материала, ограждавшие поданодное пространство от потерь тепла при обжиге, заменены на чугунные. В табл. 2.3. приведены данные измерения их нагрева в процессе обжига, а также температуры угловых бортовых блоков и соседних с ними. С целью уточнения графика нагрева подины был проведен обжиг с одновременной установкой термопар в тело подовых блоков (на глубину -1 5-20 мм) и лежащих на подине. По результатам обжига была определена разница в показаниях термопар и откорректирован график обжига на применение термопар, уложенных на поверхность подовых блоков. Как показал ход обжига, разница в показаниях термопар заглубленных в блок и положенных на него составляла от 80С в начале обжига до 30С - в его конце. Важное условие для сохранения неокисленных поверхностей катодных подовых и бортовых блоков во время газопламенного обжига -поддержание в процессе обжига восстановительной атмосферы. Ниже приводится анализ состава газов из поданодного пространства при обжиге серийного электролизера (температура подины в момент отбора проб была около 600С): Из анализа следует, что атмосфера в шахте электролизера в процессе газопламенного обжига имеет явно выраженный восстановительный характер.
В начале 1998 года на пусковых электролизерах наблюдалось массовое "шелушение" подин в виде мелких пластин (50x50x5 мм). В среднем, с каждого электролизера снималось 3-4 тачки отслоившихся пластинок с поверхности подовых блоков. С целью предотвращения раннего разрушения блоков ход обжига был оптимизирован: - горелки газопламенной установки установлены строго горизонтально, под них уложены асбестовые листы; - уменьшена скорость подъема температуры с 40С/час в течение первых 10 часов до 20С в час в течение 40 часов и проведена выдержка при температуре 800С в течение 8±2 часов. Регламент обжига № 2 На рис. 2.6 показан промышленный обжиг серийного электролизера С8БМ и распределение температур верха и низа подовых блоков. В таблице 2.4 показано сравнение градиентов температур "верх-низ катодного блока" в процессе обжига между регламентами № 1 и №
Изучение электрических полей катода в послепусковой период
Распределение тока по катодным секциям является емкой характеристикой подины алюминиевых электролизеров, поскольку достаточно чувствительно к состоянию подовых секций, чтобы точно отображать их состояние, и достаточно инертно, чтобы не реагировать на незначительные колебания технологии.
В качестве оценочного фактора для характеристики токораспределения может быть использован "сигма фактор" коэффициент распределения тока, показывающий степень неравномерности распределения тока по катодным стержням. Коэффициент распределения тока К; определяется как отношение суммы квадратов токов по отдельным блюмсам к квадрату общего тока текущего по ванне, умноженное на число блюмсов:
Коэффициент распределения К, приблизительно через час после подключения на электролиз составляет в среднем 1,0841, а в отдельных случаях составляет 1,0141-1,0840. Непосредственно после пуска в первые минуты зафиксированы значения сигма-фактора до 2,3441. Согласно наблюдениям Баженова А.Е. [11] увеличение К, на 8-10% ведет к уменьшению срока службы электролизера на 4-5 месяцев. Это косвенно подтверждает (т.к. электролизер еще в работе) следующий факт: на одном из электролизеров через один час после подключения на электролиз коэффициент распределения тока составил 1,1973, что выше средних показателей на 10,9%. На этом же электролизере в пусковой период были извлечены сколы подовых блоков размером 550 х 600 мм объемом около 1 м" приблизительно в том же районе, где наблюдались наименьшие значения токовой нагрузки. Это свидетельствует о наличии трещин в подовых блоках этого участка подины, которые и ограничили токовую нагрузку. Можно уверенно предположить достаточно низкий срок службы этого электролизера.
Значение К( непосредственно после пуска зависит, в первую очередь, от особенностей пуска, качества обжига подины, количества залитого электролита и места его заливки, наличия в электролите металла и т.д. Поэтому, на наш взгляд, использование К, первых часов после пуска для прогноза срока службы электролизера, как это предполагал А.Е. Баженов, нецелесообразно - слишком велик вклад лучайных факторов, вызванных особенностями пуска и не имеющих никакого отношения к качеству подины.
За исходную величину для возможного прогноза срока службы целесообразно использовать К, через сутки после пуска, когда случайные факторы будут нивелированы и распределение тока будет зависеть только от свойств подины.
Дальнейшие измерения, проведенные на вторые-третьи сутки после пуска, показали, что значения сигма-фактора снижаются до 1,0359-1,0216. Поэтому, на следующем этапе исследований определялся коэффициент токораспределения на группе из 20 электролизеров в течение всего пускового периода.
На рис. 3.1 приведена динамика изменения К, в послепусковой период. На диаграмме видно, что коэффициент распределения тока через сутки снижается в среднем до 1,0162 и в течение послепускового периода колеблется в пределах от 1,0139 до 1,0217
На рис. 3.2 приведена диаграмма средней величины (по 20 электролизерам) токораспределения в подине через один час после пуска. По диаграмме видна неравномерность восприятия нагрузки между длинными и короткими катодными секциями, что естественно. Средний ток, протекающий по длинным секциям, составляет 3,68%, по коротким - 2,97%, следовательно, разница равна 0,71% ( 1,1 кА), значение коэффициента токораспределения в этом случае составляет 1,0194.
Как уже отмечалось, из всего многообразия способов обжига подины наибольшую эффективность имеет обжиг с формовкой нового анода. Естественно, формовка нового анода Зодерберга на электролизере большой мощности (150 кА и более) - достаточно едкая и чрезвычайно дорогая операция. Однако, в промышленных условиях она встречается и, поэтому, представляет интерес как с точки зрения самой формовки анода, так и с точки зрения обжига подины.
На рис. 3.3-3.9 приведены диаграммы токораспределения по блюмсам в процессе формовки анода и через два часа после пуска.
Как следует из диаграмм, формовка анода (а, следовательно, нагрузка и обжиг соответствующих участков подины) начинается с отдельных штырей, имеющих лучший контакт с подиной. Затем, на 2-3- сутки в этот процесс вовлекаются соседние штыри и участки подины. Через 5 суток практически все участки подины несут нагрузку близкую к проектной (3,3%), за исключением торцевых блюмсов. Нагрузка торцевых блюмсов определяется качеством формовки торцевых участков анода. За период обжига коэффициент токораспределения по блюмсам снизился с 1,4923 до 1,0565. Через 2 часа после пуска он составил 1,0156. На рис. 3.10 приведена динамика изменения К, на электролизере с формовкой анода в процессе обжига и динамика изменения К, после пуска рядового электролизера, обжигавшегося газопламенным способом [7]. На электролизере 1 непосредственно после пуска К, составил 1,0156, на электролизере 2 - 1,0344. Исследования, проводившиеся на группе из 25 электролизеров в течение нескольких лет, показали, что средний К, через час после пуска в среднем составляет 1,080 и затем на 2-3 сутки снижается до 1,02-1,035.
Определение оптимальных параметров токораспределения в подине алюминиевого электролизера в послепусковой период
Электрические поля катода в послепусковой период, начинающийся через 0,5-2 суток после пуска на электролиз, характеризуются, в основном, распределением тока по катодным стержням.
Как уже указывалось выше, токораспределение в подине в момент пуска и в первые часы после него зависит в первую очередь от особенностей пуска, а именно от качества прогрева подины на обжиге, места заливки горячего электролита, наличия в нем металла и т.д.
После газопламенного обжига Кі в момент пуска обычно составляет 1,1-1,15, через 1 час эта величина снижается до 1,03-И ,04. По мере улучшения контакта электролита с анодом и подиной равномерность токораспределения улучшается и через сутки она обычно находится в районе 1,01.
На рис. 3.11-3.18 показаны графики токораспределения подины электролизера № 725 в процессе пуска и послепускового периода, а на рис.3.1 9 - динамика Кі этого электролизера.
Из этих данных следует, что наилучшая равномерность распределения тока по подине достигается в течение первого месяца работы, когда подина практически не имеет осадков глинозема, пленок и корочек тугоплавких фторидов. Через 2-3 месяца Кі повышается до 1,013 1,015, что по-прежнему соответствует высокому уровню равномерности токораспределения.
На рис. 3.20 показана динамика изменения токораспределения в подине в процессе эксплуатации большой группы серийных электролизеров (25 шт.).
Из рис. 3.20 следует, что для промышленных электролизеров в течение первых двадцати месяцев эксплуатации Ki находится в пределах 1,02-1,03.
С конца второго года работы электролизеров наблюдаются колебания Ki до величины 1,04 -1,05. Это свидетельствует о появляющихся нарушениях технологического режима, что сказывается на чистоте подины, которые, однако, удается устранять и возвращать электролизер в нормальный коридор токораспределения 1,02-4,03. Характерно, что с дальнейшим увеличением срока эксплуатации величина "пиков" Ki увеличивается до 1,06. На этом же рисунке показан полиномиальный тренд, прогнозирующий величину Ki до имеющегося на заводе среднего срока службы отключенных электролизеров.
На рис. 3.21 приведена динамика Ki серийного электролизера № 180, на котором через год после пуска произошло разрушение подины и, рост содержания Fe в алюминии. Проведенными технологическими операциями по забивке разрушений удалось приостановить дальнейшее увеличение трещин, но полностью оно было не остановлено, т.к. поступление Fe продолжалось.
Забивка разрушений привела к образованию на подине зон непроводимости из тяжелых фторидов и глиноземных осадков, объем которых со временем увеличивался, повышая и Ki. Вместе с тем, механизм разрушения подины (проникновение расплава под блоки и в футеровку электролизера) был запущен, линза металла и фторидов в цоколе росла и раскрытие подины продолжалось.
Поэтому продолжались рост содержания железа в алюминии и неравномерность токораспределения и, через 27 месяцев электролизер был отключен на капитальный ремонт из-за разрушения подины. т оог юючгсос\г 1. Показателем качества монтажа и обжига подины может служить коэффициент токораспределения подины (Ki) через сутки после пуска. К, после газопламенного обжига обычно составляет 1,020-1,035, К, после формовки анода - 1,015, т.е. обжиг с формовкой анода является наиболее эффективным. 2. Коэффициент токораспределения (К.) в подине в первые часы после пуска зависит в первую очередь от особенностей пуска (места заливки пускового электролита, наличие металла в электролите и т.д.). 3. Токораспределение в подине зависит от состояния подины, наличия или отсутствия на ней изолирующих токонепроводящих пленок и корочек из тугоплавких фторидов и глиноземистых коржей. 4. Наиболее равномерное токораспределение в подине (Ki) достигается в течение первого месяца эксплуатации электролизера - до 1,01. 5. Через 2-3 месяца после пуска величина Ki увеличивается до 1,013-1,01 5, и в течение первых двадцати месяцев эксплуатации находится в пределах 1,02-М ,03. 6. После 20 месяцев эксплуатации значение Ki увеличивается до 1,04-1,05. 7. Увеличение Ki до 1,08-1,1 свидетельствует о необратимых изменениях состояния подины и вынужденном отключении электролизера на капитальный ремонт. 8. К концу второго года эксплуатации возникают отдельные нарушения чистоты подины, Ki возрастает до 1,04-1,05, но эти нарушения удается локализовать и вернуть Кі в коридор нормальной эксплуатации..На третьем году эксплуатации частота отклонений от коридора возрастает, Ki увеличивается до 1,03-1,04. Анализ имеющихся в литературе сведений о видах обжига подин алюминиевых электролизеров показал, что наиболее перспективным является газопламенный обжиг, сочетающий высокую экономичность с максимальной продолжительностью срока службы электролизера. Основными требованиями к обжигу могут быть названы: конечная температура обжига, обеспечивающая наибольшую прочность сцепления набивного шва с подовым блоком 800-1000С; обязательное достижение температуры коксования подовой массы периферийных швов - 400 500С, в противном случае быстрое коксование в процессе пуска приводит к трещинообразованию и повышенной пористости шва; превышение конечной температуры обжига свыше 1000-И 100С приводит к сколам рабочей поверхности подины; скорость повышения температуры обжига в интервале 200-500С (основные процессы спекания подовой массы швов) не должна превышать 20С/час. Разработана методика получения термограмм основных элементов катодного узла - температуры верхних и нижних граней подовых блоков, поверхности бортовых блоков, набивных периферийных швов и шамотной кладки в период от начала обжига до 2-х-З-х месяцев нормальной работы электролизера. Получено большое количество мгновенных характеристик распределения тока в подине алюминиевого электролизера от его включения в электрическую цепь и в течение дальнейших 2-х-З-х лет эксплуатации на базе методики применения приборов с датчиками Холла. В процессе освоения газопламенного обжига заводских электролизеров разработаны, испытаны и внедрены четыре
Похожие диссертации на Оптимизация процессов обжига и пуска алюминиевых электролизеров на основе изучения тепловых и электрических полей
