Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние технологии электролитического получения алюминия на электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом 11
1.1. Физико-химические и механические характеристики анодной массы, используемой для формирования самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров 11
1.2. Анодная масса с пониженным содержанием связующего и ее поведение при электролитическом получении алюминия 19
1.3. Особенности формирования самообжигающегося анода и его поведение при электролизе криолит-глиноземных расплавов 24
1.4. Основные технологические аспекты формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера при использовании анодной массы с пониженным содержанием связующего 34
1.5. Направление исследований 38
2. Исследование гранулометрического состава и пластических свойств коксо-пековой композиции пастообразного слоя анода и уточнение состава анодной массы с пониженным содержанием связующего 40
2.1. Методы исследования гранулометрического состава и пластических свойств коксо-пековой композиции 40
2.2 Изучение пластических свойств коксо-пековой композиции пастообразного слоя самообжигающегося анода, сформированного из анодной массы на среднетемпературном пеке и пеке с повышенной температурой размягчения 44
2.3. Исследование гранулометрического состава и пластических свойств пастообразного слоя анода, сформированного из рядовой анодной массы и анодной массы с пониженным содержанием связующего 50
2.4. Выводы по результатам исследований 54
3. Исследование электрофизических свойств коксо-пековой композиции и разработка методов контроля состояния пастообразного слоя самообжигающегося анода 56
3.1. Разработка принципов определения физико-механического состояния коксо-пековой композиции пастообразного слоя самообжигающегося анода 56
3.2. Лабораторные исследования электрофизических свойств коксо-пековых композиций и испытание методик контроля пластических свойств пастообразного слоя анода 65
3.3. Опытно-промышленные испытания экспресс-метода контроля пластичности коксо-пековой композиции пастообразного слоя самообжигающегося анода 71
3.4. Математическое моделирование формы конуса спекания анодного массива и температурных полей на поверхности пастообразного слоя анода 77
3.5. Выводы по результатам исследований 80
4. Промышленные испытания технологии электролитического получения алюминия с использованием анодной массы с пониженным содержанием связующего на опытной группе электролизеров С-8Б на проектную силу тока 158 кА 82
4.1. Опытно-промышленные испытания технологии «полусухого» анода и уточнение составов «сухой» и подштыревои анодных масс 82
4.2 Основные технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытных электролизеров 91
4.3. Экологическая оценка технологии электролитического получения алюминия с использованием анодной массы с пониженным содержанием связующего 104
4.4. Выводы по результатам опытно-промышленных испытаний 108
Выводы 110
Список литературы 114
Приложение 1 124
- Анодная масса с пониженным содержанием связующего и ее поведение при электролитическом получении алюминия
- Исследование гранулометрического состава и пластических свойств пастообразного слоя анода, сформированного из рядовой анодной массы и анодной массы с пониженным содержанием связующего
- Опытно-промышленные испытания экспресс-метода контроля пластичности коксо-пековой композиции пастообразного слоя самообжигающегося анода
- Основные технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытных электролизеров
Введение к работе
При электролитическом получении алюминия используются три основных типа электролизера: с самообжигающимся анодом и верхним или боковым токоподводом и с обожженными анодами. В отечественной алюминиевой отрасли преобладают электролизеры с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, которыми оснащены крупнейшие в мире — Красноярский и Братский алюминиевые заводы; с использованием данной технологии работают Иркутский и Волгоградский алюминиевые заводы. Если принять во внимание низкие технико-экономические показатели и большие выбросы загрязняющих веществ при использовании технологии Содеберга по сравнению с технологией, использующей электролизеры с обожженными анодами, то возникает вопрос о необходимости совершенствования технологии Содеберга.
В настоящее время перед российскими производителями алюминия есть два пути совершенствования технологии электролитического получения алюминия:
совершенствование технологии Содеберга (внедрение технологии «сухого» анода, систем автоматического питания глиноземом (АПГ), кислых электролитов и пр.);
перевод всех мощностей на технологию производства алюминия с использованием электролизеров с обожженными анодами.
Второй путь, конечно же, выглядит предпочтительней, но имеет существенные препятствия для реализации. Во-первых, требует для реконструкции таких крупных заводов, как Красноярский, Братский, Иркутский, Волгоградский огромные инвестиции. Во-вторых, отсутствие в российской практике отработанных конструкций электролизеров с обожженными анодами и технологии работы на них на уровне мировых производителей, что приводит к необходимости либо испытывать и
отрабатывать эту технологию в течение 5-10 лет, либо покупать отработанную технологию за рубежом. При этом существует мнение, и экономические расчеты его подтверждают, что себестоимость производства алюминия на электролизерах с обожженными анодами значительно выше, нежели на электролизерах с самообжигающимся анодом в основном за счет дорогостоящего производства обожженных анодов.
Как показывает практика модернизации электролизеров с самообжигающимся анодом за рубежом (завод Lista фирмы Elkem, Норвегия) возможно достичь высоких технико-экономических показателей (выход по току 91,0 - 93,0%, расход электроэнергии 14500 - 15500 кВт*час/т, удельный расход анодной массы 490 - ,510 кг/т) и снять экологические проблемы (общие выбросы фтора - 0,4 кг/т, бенз(а)пирена - 0,0008 кг/т). Таким образом, электролизеры с самообжигающимся анодом не исчерпали своих потенциальных возможностей и могут рассматриваться как весьма перспективный объект для дальнейшего усовершенствования и модернизации.
В этой ситуации крупнейшие российские производители алюминия (ОАО «КрАЗ», ОАО «БрАЗ» - «РусАл») пошли по пути усовершенствования технологии Содеберга и внедрения технологии «сухого» анода, систем точечного питания глиноземом, технологии работы на «кислых» электролитах, современных систем АСУ ТП и пр.
В рамках крупнейшего алюминиевого завода ОАО «СУАЛ-Холдинг» (ОАО «СУАЛ» «ИркАЗ-СУАЛ») проводилась работа по совершенствованию технологии Содеберга. Отличительной особенностью применения данной технологии на ИркАЗе является использование в составе анодной массы в качестве наполнителя - пекового кокса в отличие от КрАЗа и БрАЗа, где анодная масса содержит нефтяной кокс. Это обстоятельство требует разработки новых подходов к ведению технологии анода с применением анодной массы с пониженным содержанием связующего и исследований, связанных с вопросами формирования «сухого» анода и ее воздействия
на технологию электролитического получения алюминия. Цель работы.
Целью работы является разработка научных и практических основ механизма формирования самообжигающегося анода при использовании анодной массы с пониженным содержанием каменноугольного пека и на основе пекового кокса, в частности, пастообразного слоя анода и его влияния на технологические аспекты работы электролизера. Важным моментом данной работы является уточнение состава анодной массы с пониженным содержанием связующего на основе пекового кокса, применительно к условиям Иркутского алюминиевого завода.
Методы исследований.
Исследования и испытания проводились как в лабораторных условиях, так и на промышленных электролизерах С-8Б на проектную силу тока 158 кА. В работе использованы методы определения свойств анодной массы по ТУ 48-5-80-86 определение гранулометрического состава производилось путем длительной низкотемпературной карбонизации коксо-пекового материала (навеска) в муфельной печи с последующим рассевом остатка по фракциям. Для исследования свойств пастообразного слоя была разработана методика отбора проб из пастообразного слоя анода. Исследования технологического состояния опытных электролизеров проводились по методикам исследований электролизеров большой мощности.
Обработка результатов исследования производились с использованием современных программных комплексов анализа и обработки данных. Также были использованы методы математического моделирования.
Научная новизна.
Исследованы пластические свойства и гранулометрический состав пастообразного слоя самообжигающегося анода, сформированного из рядовой анодной массы и анодной массы с
пониженным содержанием связующего на основе пекового кокса. Изучены закономерности изменения вязкости верхнего слоя анода от его температуры; изучено в лабораторных и опытно-промышленных условиях изменение электросопротивления коксо-пековой системы расплавленной анодной массы, сформированной на основе пекового кокса и каменноугольного пека, в зависимости от содержания связующего в диапазоне значений коэффициента текучести анодной массы от 1,07 до 4,0 и от температуры расплавленной коксо-пековой системы; разработана математическая модель формирования конуса спекания и температурного поля на поверхности пастообразного слоя самообжигающегося анода; впервые испытана и отработана технология электролитического получения алюминия на электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом с использованием анодной массы с пониженным содержанием связующего на основе пекового кокса.
Практическая ценность работы.
Проведены опытно-промышленные испытания ведения технологии электролитического получения алюминия с использованием анодной массы с пониженным содержанием связующего на основе пекового кокса. Результаты работы использованы при разработке технико-экономического обоснования модернизации Иркутского алюминиевого завода с реконструкцией цеха анодной масса на производство брикетированной «сухой» анодной массы и переводом цеха электролиза на технологию электролитического получения алюминия с использованием «сухой» анодной массы.
Разработана электрофизическая методика и прибор для контроля состояния пастообразного слоя анода, сформированного из анодной массы с пониженным содержанием связующего, на глубине двадцать сантиметров с целью снижения влияния неблагоприятных факторов, вызывающих пересыхание самообжигающегося анода.
Разработана вискозиметрическая методика и прибор для оперативной
оценки состояния пастообразного слоя анода, сформированного из анодной массы с пониженным содержанием связующего, на глубине пять сантиметров.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на III научно-практической конференции повышения эффективности действующего производства «Алюминий Прибайкалья» (г. Шелехов, 2001), VIII международной конференции «Алюминий Сибири-2002» (г. Красноярск), IV международной научно-технической конференции молодых специалистов и ученых алюминиевой, магниевой и электродной, промышленности (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), I и II региональной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (г. Иркутск, 2003, 2004 г.г.), VTII региональной научно-практической конференции «Алюминий Урала - 2003» (г. Краснотурьинск), XV международном симпозиуме «ICSOBA-2004» «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и перспективы развития».
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 10 научных работ. Получено два патента РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 128 источников и трех приложений. Работа изложена на 130 страницах, содержит 38 рисунков и 17 таблиц.
На защиту выносятся.
закономерности и механизм формирования коксо-пековой системы пастообразного слоя анода, сформированной из анодной массы с пониженным содержанием связующего на основе пекового кокса;
зависимости изменения вязкости и электросопротивления коксо-
пековой системы в стационарных условиях от температуры анодной
массы и в условиях пастообразного слоя анода от расстояния до
изотермы образования полукокса равной 400 С;
математическая модель формы конуса спекания анодного массива и
температурных полей на поверхности пастообразного слоя анода;
методы контроля состояния пастообразного слоя самообжигающегося
анода;
основные аспекты ведения технологии анода с применением анодной
массы с пониженным содержанием связующего на основе пекового
кокса при электролитическом получении алюминия.
Анодная масса с пониженным содержанием связующего и ее поведение при электролитическом получении алюминия
Основоположником технологии анода с применением «сухой» анодной массы является японская фирма «Сумитомо», в дальнейшем данную технологию купила и значительно улучшила норвежская фирма «Гидроалюминиум» на своем заводе в Кармое [23, 34]. Фирма «Alcan» также проводила испытания технологии фирмы «Сумитомо» на своем заводе Арвида [35]. Составы анодных масс, применяемых этими и другими зарубежными фирмами, использующими технологию «сухого» анода, основаны на нефтяном коксе.
В патентах, проданных фирмой "Сумитомо" в США, Канаду, Норвегию, в зависимости от свойств кокса дозировка связующего устанавливается в достаточно широких пределах 20 - 32 %. Наиболее типичным для хорошей анодной массы является такое снижение содержание связующего, чтобы полностью избежать сегрегации частиц кокса. В зависимости от гранулометрического состава используемого кокса содержание связующего уменьшается от 30-33 % до 26-29 % (при использовании нефтяного кокса) и с 26-29 % до 22-25 % (при использовании пекового кокса). «Сухая» анодная масса должна быть жестко нормирована как по составу, так и по консистенции. Различие с обычным анодом в том, что кратковременное изменение в составе анодной массы не будет выравниваться на поверхности анода, а будет продолжаться в виде слоев, проходящих через все тело анода. Эти слои будут создавать в работе анода ряд проблем, таких как избыток угольной пены и попадание кусков углерода в расплав.
Для производства «сухой» анодной массы очень важным является поддержание постоянного грансостава в течение, возможно, более долгого времени. Грансостав будет влиять на необходимое количество пека-связующего. Чем мельче частица, тем больше связующего необходимо дать для обеспечения необходимой текучести анодной массы. На текучесть анодной массы влияют следующие факторы: пористость кокса, распределение частиц кокса, вязкость пека. Когда все эти факторы являются постоянными, текучесть массы выражает количество свободной смолы, окружающей частицы кокса (не проникшая в коксовые поры) — пековая матрица.
При производстве «сухой» анодной массы необходимо обеспечить максимальную пропитку кокса за счет увеличения температуры смешения, что позволит получить массу с наиболее стабильным свойствами и поведением в аноде.
Из информации норвежской фирмы "Гидроалюминиум" для "сухой" анодной массы на основе нефтяного кокса применяют следующие дозировки основных фракций коксовой шихты:
При посещении норвежского завода в г. Ардаль специалистами Братского алюминиевого завода и ОАО «СибВАМИ» получены более точные данные по дозировке основных фракций коксовой шихты, регламентированные фирмой "Сумитомо" после отработки технологии на этом заводе.
Вопросами разработки составов анодных масс для ведения «сухого» анода в нашей стране начали заниматься в 1986 - 1987 годах. В 1987 г. ВАМИ и Новокузнецким алюминиевым заводом были успешно проведены промышленные испытания «сухой» анодной массы на основе пекового кокса на электролизерах бокового токоподвода (БТ) [36]. В настоящее время все алюминиевые заводы, использующие электролизеры БТ, работают на «сухой» анодной массе и имеют высокие технико-экономические показатели. Это связано с простотой применения «сухой» анодной массы на данном типе электролизера и отсутствием тех сложностей, которые возникают при ведении данной технологии на электролизерах с самообжигающимися анодами (СА) и верхним токоподводом (ВТ).
В 1986 - 1987 годах Иркутским филиалом ВАМИ были проведены испытания «сухой» анодной массы на основе нефтяных коксов на группе электролизеров с ВТ типа С8Б на Братском алюминиевом заводе [37]. Предварительно были проведены исследования различных свойств «сухой» анодной массы [38] и рекомендован для испытаний состав массы с дозировкой связующего 28 % при содержании в шихте класса менее 0,08 мм 29 %.
В 1992 - 1997 годах на Красноярском алюминиевом заводе был реализован экологический проект по переводу на технологию «сухого» анода совместно с фирмой Кайзер и ВАМИ [39]. При реализации проекта было частично модифицировано оборудования НАМ на предмет возможности производства анодной массы на пеке марки «В», электролизные корпуса №№ 19 — 20 и газоочистные сооружения для этих корпусов. В настоящее время КрАЗ полностью перешел на технологию с применением «сухой» анодной массы. В рамках группы РусАл БрАЗ перенял данную технологию [40].
Из последних работ, посвященных оптимизации состава анодной массы для «сухих» анодов следует отметить публикации норвежских авторов, представителей фирмы «Гидро Алюминиум» (исследовательский центр «Норск Гидро») [41, 42]. Их исследования направлены на производство анодной массы на основе высокотемпературного пека с температурой размягчения порядка 130 С по Метлеру (или 92 - 112 С по Крамеру-Сарнову). Использование высокотемпературного пека позволяет значительно улучшить качество анодной массы, снизить содержание компонентов полициклических ароматических углеводородов (ПАУ, по международной классификации охватывают группу из 16 компонентов, начиная с фенантрена и заканчивая 1,2,4,5-ди-бенз(а)пиреном в зависимости от точек кипения), улучшить технико-экономических показатели, за счет снижения выхода угольной пены, снижения расхода анодной массы, а также позволяет интенсифицировать процесс электролиза алюминия. В [43] рассмотрены вопросы влияния гранулометрического состава сухой шихты на степень плотности упаковки агрегата. Особенно важен контроль мелких фракций, поскольку именно на них приходится основная площадь поверхности агрегата. По причине того, что вся доступная поверхность кокса должна быть покрыта связующим, мелкая фракция будет также определять уровень содержания пека и реологические свойства массы. Таким образом, тонкую фракцию можно активно использовать для стабилизации свойств анодных масс, но при этом имеются определенные ограничения на добавляемые количества, налагаемые за счет усадки анода.
Исследование гранулометрического состава и пластических свойств пастообразного слоя анода, сформированного из рядовой анодной массы и анодной массы с пониженным содержанием связующего
В соответствии с технологией ведения «полусухого» анода загрузка «сухой» анодной массы в аноды опытных электролизеров осуществляется ежедневною. Перестановка анодных штырей производится один раз в семь дней. Перед перестановкой в аноды загружается жирная анодная масса, существенно отличающаяся от «сухой» по составу и пластическим свойствам (таблица 2.1). В связи с этим происходит постоянное циклическое изменение состава и пластических свойств «полусухого» анода.
С целью изучения периодических изменений состава и пластических свойств пастообразного слоя анода из него ежедневно отбирались пробы по методике разработанной в ОАО «СибВАМИ». Одновременно на опытных электролизерах производились измерения температуры различных зон пастообразного слоя и его высота. Отобранные пробы направлялись на определение коэффициента текучести (по ТУ-48-5-80-86) по слоям пастообразного слоя. Методика отбора проб из пастообразного слоя «полусухого» анода
Пробы отбираются пробоотборником цилиндрической формы (рисунок 2.1), выполненным из кровельной стали толщиной 0,5 - 0,7 мм. Диаметр пробоотборника 50 мм, высота для отбора проб из: - центральной части анода — 400 мм; - между рядами штырей - 500 мм; - по периферии анода-800 мм. Порядок отбора проб: 1. Нижняя часть цилиндра предварительно нагревается (например в анодной массе) до 150-200 С с целью плавного погружения в слой массы и уменьшения встречных сил; 2. Пробоотборник вертикально под углом 90 погружается в пастообразный слой анодной массы со скоростью 50 - 70 мм/мин до упирання в спеченный анод. За счет медленного опускания достигается более полное заполнение цилиндра; 3. Пробоотборник забивается в спеченный анод деревянным молотком (киянкой) до загибания нижней кромки и образования запирающей пробки; 4. Пробоотборник раскручивающими и наклонными движениями отрывается от спеченного анода, и, медленно, под углом 10 - 20 от вертикальной плоскости извлекается из пастообразного слоя; 5. Пробоотборник нижним концом ставится на предварительно подготовленный, плотный материал (войлок и т.п.) и выносится в зону охлаждения. Охлаждение производится в вертикальном положении до температуры окружающей среды. 6. После охлаждения замок пробоотборника разгибается и проба готова к проведения лабораторных исследований.
Так как нижняя часть пробоотборника представляет собой ровную, тонкостенную трубу, то при погружении ее в верхнюю часть анода перемешивание анодной массы внутри пробоотборника минимально и все слои неспеченной части анода представлены в пробе в том виде, в каком они находились в аноде. Для исследований пастообразного слоя анода это обстоятельство представляется немаловажным.
Исследования состава и пластических свойств «полусухого» и рядового анода проводились применительно к наиболее характерному их состоянию. При отборе проб из «полусухого» анода за такое состояние была принята середина цикла между перестановкой штырей, который составляет 7 - 8 дней и время не менее чем через 12 часов после очередной загрузки «сухой» анодной массы. Для рядового анода пробы также отбирались примерно в середине цикла между перестановками штырей и загрузкой анодной массы.
Одновременно производились измерения температуры различных зон пастообразного слоя и его віьісота. Отобранные пробы направлялись на определение коэффициента текучести (по ТУ-48-5-80-86) и грансостава коксовой шихты по слоям пастообразного слоя. Определение грансостава производилось не традиционным способом (тепловой экстракцией), а путем длительной низкотемпературной карбонизации коксо-пекового материала (навеска) в муфельной печи с последующим рассевом остатка по фракциям.
Опытно-промышленные испытания экспресс-метода контроля пластичности коксо-пековой композиции пастообразного слоя самообжигающегося анода
На лабораторном этапе установлено, что электросопротивление анодной массы снижается по мере уменьшения в ней доли связующего и наоборот увеличивается до максимума при измерении сопротивления отстоев пека. Пластичность анодной массы также изменяется при изменении содержания связующего. Кроме того, на пластичность пастообразного слоя анода оказывают влияние его температура, грансостав шихты анодной массы, а также свойства исходного сырья, в частности, температура размягчения связующего. При разработке методики исходили из допущения, что два последних фактора -свойства исходного сырья и грансостав шихты остаются постоянными. То есть пластичность массы определяется двумя параметрами - содержанием связующего и ее температурой
На лабораторном этапе была подтверждена возможность контроля над состоянием пастообразного слоя в зависимости от изменения его электросопротивления и произведена градуировка прибора с использованием анодных масс с различными коэффициентами текучести.
С целью установление возможности промышленного применения электрофизического экспресс-метода было проведено его промышленное опробование. Также необходимо было сравнить этот метод с методом, используемым специалистами Красноярского и Братского алюминиевых заводов (балльная оценка состояния пастообразного слоя анода). Критерием оценки состояния пастообразного слоя был принят коэффициент текучести, определяемый в лабораторных условиях на основе отобранных проб (по схеме и методике предложенной СибВАМИ).
Испытания проводились в течение марта — апреля 2002 г. на опытных электролизерах №№ 579, 580 корпуса № 5 ИркАЗа. Замеры и отбор проб производились на опытных электролизерах за 8 12 часов перед очередной загрузкой в момент времени, когда состояние поверхности анодов наиболее характерно для «полусухого» анода. Необходимо было отследить состояние поверхности анодов от «жирного» (после перестановки штырей и загрузки подштыревой анодной массы) до «сухого» состояния (перед очередной перестановкой штырей). Для сравнения результатов предложенного метода с визуальным методом, используемым на КрАЗе и БрАЗе, перед замерами делалась оценка состояния пастообразного слоя по балльной шкале от 1,0 - 5,0. Затем на выбранном участке анода с определенной балльной оценкой производилось измерение электросопротивления пастообразного слоя и его температуры. Температура измерялась с целью определения влияния температуры поверхности анода на состояние пастообразного слоя и его оценку (по балльной системе). На основании результатов лабораторного этапа была принята следующая схема измерения электросопротивления пастообразного слоя: І.Щуп с подключенным к нему омметром погружается в пастообразный слой на глубину 5-7 см.; 2.При медленном повороте щупа вокруг своей оси, для создания лучшего контакта, за время 5 - 10 секунд снимаются показания с прибора. Затем рядом с точкой, где производились замеры, производился отбор проб на всю глубину пастообразного слоя (по методике СибВАМИ) и локально с поверхности анода для того, чтобы определить в лабораторных условиях коэффициент текучести замеренного слоя. Затем по результатам лабораторного определения коэффициента текучести производится оценка и интерпретация полученных данных. Результаты промышленного опробования экспресс-метода контроля пластичности пастообразного слоя анода, основанного на измерении электросопротивления приведены в таблице 3.2. На рисунке 3.10 представлен график зависимости состояния кйксо-пековой композиции пастообразного слоя анода от ее сопротивления. Данная логарифмическая зависимость соответствует принципам и закономерностям имеющим место при формировании пастообразного слоя анода. Из таблицы видно, что по мере снижения коэффициента текучести пастообразного слоя падает и его электросопротивление, что подтверждает зависимости, полученные в лабораторных условиях. За период испытаний было установлено, что в результате седиментационных процессов состояние пастообразного слоя до 5 см характеризуется достаточно «жирным» состоянием (Кт от 1,5 до 3,8 ед.). На лабораторном этапе было выявлено, что при измерении электросопротивления расплавленной анодной массы с увеличением коэффициента текучести массы возрастает нестабильность показаний омметра. Этот факт подтвердился и в условиях испытания на опытных электролизерах.
Основные технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытных электролизеров
Все вышеперечисленные мероприятия являются необходимым минимумом для успешного перехода и освоения технологии «полусухого» анода. При этом достигается некоторое улучшение технико-экономических и экологических показателей. Как показала практика освоения данной технологии на ИркАЗе, для более значительного улучшения этих показателей в число обязательных мероприятий должны быть включены также: - замена низких, 6ти контрфорсных анодных кожухов на высокие, 3х контрфорсные кожухи или на высокие кожухи с контрфорсами, вынесенными из зоны коксо-пековой композиции (КПК); - внедрение трамбовки периферии анода; - внедрение механизированной загрузки анодной массы в аноды с помощью напольных машин (МЗАМ); - при использовании механизированной загрузки для предотвращения просыпей анодной массы при загрузке торцов электролизеров анодные кожухи в торцах должны быть наращены на 250 мм по высоте; - при использовании высоких анодных кожухов длина стальной части штырей должна быть увеличена на 100-150 мм. Освоение новой технологии. Несмотря на то, что технология «полусухого» анода была освоена на Красноярском и Братском алюминиевых заводах, освоение ее на ИрКАЗе имело свои особенности, связанные с использованием на ИркАЗе «сухой» анодной массы на основе пекового кокса, в то время как на КрАЗе и БрАЗе использовалась анодная масса на основе нефтяного кокса. Пековый кокс, по сравнению с нефтяным, имеет меньшую пористость, что приводит к уменьшению количества связующего в анодной массе при прочих равных условиях на 5 - 8%. Это обстоятельство внесло определенные изменения в технологию «полусухого» анода, в основном связанные с режимом загрузки анодной массы. Испытания новой технологии начались в соответствии с временной технологической инструкцией и регламентом по переводу опытных электролизеров на технологию «полусухого» анода. В процессе испытаний в технологические операции по обслуживанию анодов были внесены корректировки: уменьшилось в 2-2,5 раза количество загружаемой под перестановку штырей «жирной» (подштыревой) массы, изменено время от ее загрузки до перестановки штырей в сторону уменьшения. В соответствии с этими изменениями были определены основные технологические параметры, связанные с выполнением операций загрузки анодной массы и перестановки штырей, а именно: - загрузка «сухой» массы производилась не позднее, чем через два часа после очередной перестановки штырей; - загрузка «жирной» (подштыревой) массы осуществлялась за 16-24 часа до начала перестановки штырей; - «сухая» масса загружалась в количестве 300-1000 кг в зависимости от минимального расстояния от штырей до подошвы анода и пустоты в аноде; - количество загружаемой «жирной» массы в процессе отработки технологии было уменьшено с 800-1500 кг в начальный период испытаний до 450-600кг. начиная с октября месяца 2001 года.
Значения данных технологических параметров были обусловлены, в первую очередь, возможностью нормальной перестановки штырей и формированием пастообразного слоя, соответствующего технологии «полусухого» анода, т.е. с соответствующей оценкой состояния КПК и минимальной эмиссией смолистых веществ с поверхности анодов.
В ходе испытаний корректировались качественные показатели анодной массы, в первую очередь, коэффициент текучести. В последних двух партиях анодной массы использовалась значительная доля пека марки «В» (порядка 50 % от общего количества пека), что положительно сказалось на состоянии поверхности анодов, она стала более сухой.
В начале испытаний (сентябрь - декабрь 2001 г.) в аноды опытных электролизеров загружалась «сухая» анодная масса, изготовленная на среднетемпературном пеке (СТП) и с коэффициентом текучести близким к 1,3. Как показала практика работы с использованием такой массы, аноды опытных электролизеров имеют качественные характеристики выше, чем рядовые электролизеры. Так в декабре 2001 года выход угольной пены был снижен в среднем на 13,4 кг/т, средняя скорость сгорания анода на опытных электролизерах в декабре 2001 года уменьшилась на 4,7%, что в пересчете на расход анодной массы дает снижение расхода на 25 кг, падение напряжения в спеченной части анода в декабре уменьшилось по сравнению с июлем 2001 года на 30 мВ. Состояние пастообразного слоя в периоды между перестановками оценивалось в 3,6 - 3,7 балла в среднем за сентябрь - декабрь 2001 года, что позволило сформировать на опытных ваннах качественные сухие аноды. Подробно методика оценки состояния пастообразного слоя или, иначе, коксо-пековой композиции (КПК) будет рассмотрена в главе IV.
Вместе с тем, несмотря на улучшение технико-экономических показателей работы опытных электролизеров, состояние поверхности пастообразного слоя не позволяло надеяться на кардинальное снижение выбросов смолистых веществ с поверхности анода. Значительную часть времени между загрузками анодной массы на поверхности. анодов опытных ванн присутствовали участки с жидкой пленкой толщиной до 10 мм. Такое состояние поверхности опытных анодов было связано с ее повышенной температурой, которая достигала в отдельные периоды 185 С на глубине 5 см от поверхности. В среднем на первом этапе испытаний температура поверхности анода составляла 160 - 167 С, что также является завышенной величиной.
Известно, что «сухой» анод, сформированный из анодной массы на нефтяном коксе, имеет теплопроводность в среднем на 5% выше, чем рядовой анод. Есть основания полагать, что «сухой» анод, сформированный из анодной массы на основе пекового кокса, будет еще более теплопроводен, так как пековый кокс имеет несколько большее значение теплопроводности по сравнению с нефтяным коксом. Это является одной из причин повышенной температуры поверхности анодов. Наряду с этим, как показали исследования, суточные колебания температуры электролита могут достигать значительных величин (от 960 до 980 С), что при повышенной теплопроводности тела анода приводит в последующем (примерно через сутки) к повышению температуры пастообразного слоя.
