Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Поступающая на завод электроэнергия переменного тока преобразуется в постоянный ток на кремниевой преобразовательной подстанции (КПП) и подается на серию электролизеров. Сила тока на современных ваннах достигает 300 кА, а допустимая плотность тока в ошиновке, как правило, не превышает 0,25—0,3 А/мм2. Таким образом, сечение общего шинопровода, подающего ток на ванну, составляет около 1 м2. Поэтому ошиновка на мощных ваннах представляет собой сложную инженерную конструкцию, масса которой достигает 50 т.
Ошиновка является токоподводящим элементом электролизера, и ее конструкция должна способствовать равномерному распределению тока по параллельным элементам ванны (анодные и катодные блоки, штыри, блюмсы и т.д.), быть технологичной, недорогой в изготовлении, удобной в эксплуатации и сводить к минимуму негативное влияние магнитного поля, возникающего при протекании тока.
С целью снижения потерь на подводящих к электролизеру шинах электролизеры располагаются возможно ближе друг к другу и соединяются последовательно в большие группы (серии). Напряжение на серии определяется характеристикой выпрямительных агрегатов и лимитируется условиями электробезопасности персонала.
Электролизеры на силу тока до 180 кА располагаются в корпусе в два ряда по принципу "торец к торцу" (продольное расположение). Ванны на силу тока более 180 кА компонуют по принципу "сторона к стороне" (поперечное расположение), в этом случае в корпусе расположен лишь один ряд электролизеров. Очевидно, что конфигурация ошиновки в каждом из этих случаев будет разной.
При продольном расположении ванн в корпусе ток двумя параллельными ветвями — с обеих сторон катода ванны — поступает на анод последующей и, пройдя через все элементы ванны, выходит на анод третьей по счету ванны. Такая ошиновка, при которой ток по двум анодным стоякам, расположенным возле одного из торцов ванны, подается на анод последующего электролизера, используется на ваннах малой и средней мощности и называется односторонним подводом тока (в основном на электролизерах с БТ).
По мере роста силы тока на ванне стали усиливаться негативные последствия взаимодействия протекающего по ванне тока и возникающего при этом магнитного поля. Это выразилось в том, что появляющаяся при таком взаимодействии электромагнитная сила, пропорциональная квадрату силы тока, воздействует на жидкий металл в ванне и перекашивает его поверхность, а также изменяет междуполюсное расстояние и приводит к другим последствиям. Для снижения влияния электромагнитных сил сейчас применяется ошиновка с двухсторонним подводом тока. На электролизерах с ВТ на силу тока до 180 кА практически на всех заводах России используется такая ошиновка.
На заре развития алюминиевой промышленности ошиновка выполнялась из медных шин, но в настоящее время она монтируется только из алюминиевых шин, так как это значительно дешевле. Для изготовления ошиновки используются шины различных сечений от 200х20 до 840х100 мм, отливаемые на установках полунепрерывного литья.
Кроме основной функции — токоподвода — система ошиновки должна обеспечить хорошо сбалансированное магнитное поле в расплаве ванны. С увеличением силы тока ужесточается требование к конструкции ошиновки, поскольку ее стоимость нередко превышает 10 % стоимости ванны. Сечение ошиновки определяется экономичной плотностью тока, при ее увеличении повышаются потери энергии в ошиновке.
При продольном расположении электролизеров в два ряда, расстояние между ними около 10-12 м, что обеспечивает возможность действия обрабатывающей техники. Но и такое расстояние приводит к влиянию магнитного поля соседнего ряда ванн. Кроме того, стояки соседних ванн образуют сильные горизонтальные магнитные поля в торцах ванн, воздействуя на горизонтальное магнитное поле, создаваемое током анода. Поэтому при повышении тока выше 200 кА используют поперечное расположение ванн с размещением стояков по длинным сторонам электролизера. Это позволяет за счет рационального расположения катодной ошиновки частично компенсировать негативное влияние магнитных полей. Однако при таком положении ванн необходимо использовать комплексные мостовые краны, поскольку стояки, расположенные на длинных сторонах ванны затрудняют обработку.
Каковы же основные принципы построения конструкции ошиновки?
Для двухстороннего токоподвода при двухрядном расположении ванн в корпусе очень важно скомпенсировать влияние соседнего ряда ванн. Наиболее просто эта задача решается путем более высокого расположения катодных и обводных шин по отношению к уровню металла и увеличением силы тока на обводных шинах, расположенных на ближней к соседнему ряду стороне электролизера.
При поперечном расположении ванн катодная ошиновка, как правило, располагается под катодным кожухом, что резко упрощает и удешевляет ее конструкцию. Изменяя количество шин, число стояков, а также блюмсов, соединенных с каждым стояком, используя стояки только по продольным сторонам, пропуская шины под катодом и т.д., можно изменять конфигурацию ошиновки с целью создания наиболее благоприятного магнитного поля. Главное, что конфигурация ошиновки должна быть по возможности простой, чтобы уменьшить затраты на нее.
До недавнего времени при рассмотрении влияния магнитного поля на технологию ванны не учитывалось влияние стальных элементов ванны, что может внести определенные ошибки в результаты расчетов. Поэтому наиболее убедительным способом оценить качество ошиновки является эксперимент, т.е. исследования ошиновки на модели. Однако такой путь дорог и долог, и потому к настоящему времени разработаны компьютерные программы, позволяющие с помощью расчетов учесть влияние основных стальных масс (катодный кожух, анодная балка, чугунные плиты перекрытия шинных каналов и пр.) на значения составляющих магнитного поля. Но до сих пор конструкция электролизера принимается к широкому внедрению только после тщательной проверки ее на опытных участках.
Монтаж и демонтаж электролизёров
Монтаж катодного устройства
Монтаж катодного устройства является ответственной операцией, от качества проведения которой в значительной мере зависит срок службы ванны. Поэтому монтаж новых катодов или их капитальный ремонт проводится в цехе капитального ремонта электролизёров (ЦКРЭ) на специальных стендах, где футеровочные материалы не подвергаются воздействию атмосферной влаги. Все операции по монтажу катода проверяются отделом технического контроля завода.
Вначале на стенде устанавливают новый или отремонтированный катодный кожух. По длинным сторонам кожуха имеются окна для вывода наружу блюмсов. На дно кожуха засыпается выравнивающий слой: сухой песок, шамотная крупка или глинозём.
На слой засыпки проводят кладку цоколя из теплоизоляционного и огнеупорного кирпича в пять слоёв. Кирпичи кладут впритирку, «насухо», в строгом соответствии с проектной документацией. По завершении кладки цоколя на него наносится защитный слой - «подушка» из подовой массы, глиноземная подсыпка или другие порошковые материалы для химической защиты футеровки от проникновения расплава. Защитный слой наносится по специальной технологии, поверхность слоя должна быть строго горизонтальна, что проверяется с помощью уровней. На заводах и в институтах до сих пор ищут и исследуют лучшие материалы для засыпок.
Затем на «подушку» устанавливают предварительно подготовленные подовые секции.
Подготовка подовых секций заключается в соединении блока и токоотводящего блюмса. К одному торцу блюмса предварительно приваривают алюминиевые ленты — гибкие спуски. Толщина лент 0,8-1 мм, количество30-40 шт.
После установки подовых секций на одинаковом расстоянии 40 мм, зазоры между блюмсами и катодным кожухом заделывают раствором асбеста на жидком стекле. Затем по периметру ванны выкладывают бровку — невысокую кирпичную стенку. На неё очень плотно устанавливают угольные плиты — бортовую футеровку.
Перед установкой бортовой футеровки на поверхности бортовых плит, обращенных к периферийному шву, делают насечку (кернение) для лучшего контакта с подовой массой. Бортовые блоки на боковых гранях имеют полукруглые замковые пазы, которые специальной трамбовкой набивают подовой массой, и блоки скрепляются между собой. Завершается монтаж бортовой футеровки набойкой массы между верхом бортовых блоков и фланцевым обрамлением (из стального листа) верха катодного устройства.
Одной из самых ответственных операций является набойка межблочных и периферийных швов. Набойку швов производят подовой массой, которая подразделяется на горяче- и холоднонабивную. Горяченабивная масса (ГНПМ) сохраняет свои набоечные свойства до температуры не ниже 120—130 °С, а ниже этой температуры она застывает и не трамбуется. В настоящее время используется только холодно-набивная подовая масса (ХНПМ), что резко упростило, удешевило и облегчило процесс набойки, кроме того, повысилась стойкость подин.
После монтажа новый катод завозится в корпус электролиза. Перед установкой катода обязательно проверяют опорные конструкции, на которые устанавливается катод, и при необходимости ремонтируют или заменяют их.
Затем устанавливаются металлоконструкции, подвешивается анод, подсоединяется анодная и катодная ошиновка и электролизёр подготавливается к обжигу и пуску.
Демонтаж электролизера
Демонтаж электролизёра проводится в соответствии с графиком капитального ремонта электролизёров или в случаях аварийной ситуации: прогар или разрыв кожуха, уход ванны на «ноль» или очень низкое качество алюминия.
Перед отключением электролизера с ВТ с анода снимают газосборный колокол и определяют пригодность анода для дальнейшего использования. Затем ванну отключают от электропитания - устанавливают шунты на катодной ошиновке – и направляют ток на обводную ошиновку.
Разваривают все узлы ошиновки, анод мостовым краном вывозят в торец корпуса, отсоединяют блюмсы от катодной ошиновки, выливают из шахты максимально возможное количество электролита и металла.
Катодное устройство мостовым краном вывозят в торец корпуса и на железнодорожной платформе перевозят в ЦКРЭ. Для ускорения остывания и снижения прочности футеровки в шахту ванны заливают воду. После впитывания и испарения воды отрезают часть боковой стенки катодного кожуха и извлекают твердый пористый электролит – «пушонку». Футеровку разрушают с помощью специальных машин, бетоноломов и отбойных молотков.
По мере разрушения угольной футеровки извлекают блюмсы, угольную и теплоизоляционную футеровки складируют отдельно, так как они подлежат раздельной переработке. После полного демонтажа футеровки принимают решение о пригодности катодного кожуха к повторной кампании.
Одновременно с ремонтом катодного устройства, в корпусе электролиза ведут необходимые ремонтные работы на анодном устройстве: устраняют нарушения в анодном кожухе, в сварочных узлах на анодных спусках, при необходимости меняют контактные замки на анодной ошиновке, ликвидируют неисправности на опорных металлоконструкциях, проводят профилактический ремонт механизмов подъема и т.д.
При выполнении демонтажных работ необходимо соблюдать меры безопасности, предусмотренные заводской инструкцией на проведение этого вида работ. Особое внимание обращено на электробезопасность, так как между конструкциями ванны и "землей" напряжение может достигать более 800 В. Поэтому все возможные места появления потенциала земли должны быть надежно ограждены и изолированы. Ввиду большого выделения пыли и газа при проведении ремонта персонал ремонтников использует средства индивидуальной защиты (СИЗ) — респираторы, "лепестки" и пр.
Обжиг, пуск и послепусковой период
При вводе в строй новых серий электролиза или после завершения капитального ремонта ванн, их эксплуатация начинается с обжига и пуска. С момента пуска ванны до ее выведения на нормальный технологический режим, т.е. в послепусковой период, который длится около трёх месяцев, операции по обслуживанию ванн имеют свои особенности. В это время на электролизере возникают нештатные ситуации — нарушения в работе анода, повреждение бортовой и подовой футеровок, осложнения в технологическом режиме. На всех заводах действуют технологические инструкции, в которых детально рассмотрены возможные ситуации и предусмотрены меры по устранению возникающих нарушений.
Виды обжига электролизёров
Различают два вида обжига — нового корпуса, когда требуются формирование и обжиг анодов и подин всего корпуса, и обжиг единичного электролизера после капитального ремонта, когда его анод уже сформирован.
При пуске нового корпуса основным источником тепла при обжиге ванны является джоулево тепло, выделяющееся при прохождении постоянного тока через ванну. При этом происходит не только обжиг подины, но и формируется самообжигающийся анод. Такая операция связана с большими затратами труда и сопровождается выбросом в атмосферу значительного объема вредных веществ, поэтому пуск нового корпуса осуществляют по частям, постепенно поднимая силу тока и подключая следующие электролизёры.
Целью обжига электролизеров является коксование межблочных и периферийных швов подины и прогрев катодного и анодного устройств ванны до температуры, близкой к эксплуатационной. Для новых электролизёров с СОА ещё и формирование нового анода, а для электролизеров с ОА формирования и обжига анода не требуется.
Обжиг только катода осуществляется горелками, работающими на жидком или газообразном топливе. Низкие трудозатраты и сравнительно высокая температура, которую удается достичь на поверхности подины, определили широкое применение этого газопламенного вида обжига. Длительность его составляет 48—72 ч.
Формовка анода
Обжиг новых ванн начинается с подготовки анода к формовке. Для этого на подину насыпают и разравнивают слой фторсолей, устанавливают анодный кожух, внутрь него вниз кладут алюминиевый лист (обечайку), загибают стороны вверх на 300—400 мм и плотно прижимают к стенкам кожуха.
К штырям приваривают алюминиевые подставки разной длины. Штыри закрепляют в замках анодной рамы и опускают её, чтобы штыри встали на дно. Кожух заполняют анодной массой на высоту около 700 мм от подины. Подключают электролизёр к токоподводу, анодная масса расплавляется, начинает оседать и в анод добавляют ещё необходимое количество массы. Подъем силы тока до номинального значения ведется постепенно и продолжается не менее 3 суток, масса начинает коксоваться. Длительность обжига и формовки анода около пяти суток.
Пуск электролизёра
В нагретую до 850 ºC ванну загружают сухие криолит, фториды кальция и натрия. Количество сырья определяется инструкциями с учётом того, что после пуска идет интенсивная пропитка угольных блоков фторидом натрия.
В специальных ваннах-матках заранее наплавляют электролит. Вакуум-ковшами его извлекают и заливают в пусковую ванну 10-12 т. По мере роста уровня электролита увеличивают напряжение на ванне путем поднятия анода до возникновения анодного эффекта. В этот период идет расплавление пускового сырья и поднимается температура всех элементов ванны. Анодный эффект гасится деревянным шестом через 30—90 мин и на ванне устанавливается повышенное напряжение 8—9 В. Через 15—20 часов в ванну заливают 7-10 тонн жидкого алюминия.
Заливкой электролита и металла в шахту ванны завершается операция пуска, и начинается послепусковой период, в течение которого электролизер выводится на нормальный технологический режим.
На каждом заводе обжиг и пуск ванн имеют свои особенности, отраженные в технологических инструкциях.
Послепусковой период
Выведение электролизера на нормальный технологический режим проводят обычно не более чем за 15 сут с момента его пуска. В этот период снижают напряжение на ванне, руководствуясь ее технологическим состоянием и температурой электролита, которая должна быть снижена с 980—1000 °С после пуска до 960—970 °С к концу послепускового периода. Напряжение снижается с 9 В примерно до 4,5 В через 5—6 суток.
На ваннах с ОА необходимо уже на вторые сутки после пуска засыпать аноды глиноземом во избежание их окисления. Подключение ванн к АСУТП происходит через 15—20 суток.
Особое внимание в этот период должно быть уделено очистке электролита от угольной пены и кусков электродов. Необходимо постоянно следить за составом электролита и корректировать его в связи с усиленной пропиткой футеровки и образованием настылей. Лишь на 6—10-е сутки можно начинать выливку металла из ванны.
Окончательно ванна выходит на нормальную технологию и качественный металл через 2,5-3 месяца.
Обслуживание алюминиевых электролизёров
Технологические параметры характеризующие работу электролизеров с самообжигающимся анодом: уровень металла, уровень электролита, криолитовое отношение, температура электролита, содержание СаF2 в электролите, частота и напряжение анодных эффектов, длина и высота настыли, состояние подины, расстояние от нижней кромки газосборного колокола до поверхности электролита, междуполюсное расстояние, падение напряжения в подине, среднее напряжение, уровень нестабильности (шум), уровень и оценка коксо – пековой композиции (КПК).
Обслуживание и наблюдение за текущим состоянием электролизеров производится ежесменно, по утвержденным графикам, регламентам, КПВО, а также по заданию руководителей серии электролиза.
Карта пошагового выполнения операции (КПВО) — это документ, отражающий ключевые моменты при выполнении элементов операции связанных с безопасностью, качеством, производительностью, незавершённым производством (НЗП). КПВО — это инструмент, выполнение которого позволит избежать возникновения проблем. КПВО дополняет требования инструкций, технологии, т.к. все эти документы отражают общую информацию, а карта пошагового выполнения операции визуализирует и детализирует процесс. Готовая КПВО содержит:
- проблемные моменты, возникающие на операции, т.к. они являются причиной нестабильности процесса;
- важные элементы безопасности, качества, производительности, которые позволят предотвратить проблемы;
- все элементы операции.
Для проведения обучения рабочих КПВО должна быть легко читаемой, визуально понятной, проверенной и одобренной рабочими и их руководителями, удовлетворяющей стандартам безопасности и качества
Обслуживание электролизеров практически не зависит от типа электролизера и включает следующие операции:
- наблюдение за технологическим процессом;
- поддержание технологических параметров в заданных технологической инструкцией (ТИ) пределах;
- обработка рабочего пространства ванны;
- обслуживание анодного хозяйства;
- выливка металла;
- ликвидация анодных эффектов;
- выявление и устранение возникающих технологических нарушений.
Рассмотрим подробнее порядок выполнения этих операций.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 428.