Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
1) Измерение и сглаживание напряжения электролизера. Комплекс обеспечивает замер напряжения на каждом электролизере каждые 55 миллисекунд. Измеренное напряжение сглаживается и усредняется каждую секунду, 3 секунды и 3 минуты. Также происходит вычисление приведенного напряжения для каждого электролизера.
2) Поддержание межполюсного расстояния (МПР). На основании вычисленного приведенного напряжения автоматически выдаются сигналы на двигатели перемещения анода для удержания заданного МПР электролизеров.
3) Поддержание концентрации глинозема. Комплекс поддерживает оптимально низкую концентрацию глинозема в электролите путем управления механизмами АПГ (пробойниками и дозаторами). Данная функция позволяет тонко регулировать концентрацию глинозема в электролите, формировать рабочее пространство и корку необходимым образом и полностью отказаться от поточных обработок, прибегая лишь при необходимости к технологической обработке отдельных электролизеров.
4) Обнаружение и устранение МГД-нестабильности (волнения). Автоматически определяется волнение на ванне путем выделения колебаний напряжения электролизера. При превышении амплитуды волнения над заданным значением автоматически повышается напряжение уставки, а после гашения волнения уставка снижается до заданной.
5) Обнаружение и сопровождение анодных эффектов (АЭ): информирует оператора на верхний уровень, выдает голосовое сообщение в корпус, подает необходимое количество глинозема через АПГ для гашения АЭ.
6) Управление заданной частотой АЭ для каждого электролизера. Также возможно задать время наступления каждой вспышки или "заказать" внеплановый анодный эффект.
7) Автоматическое поддержание криолитового отношения (КО). При наличии механизмов подачи фторсолей и наличии регулярных замеров КО на электролизерах комплекс управляет автоматической подачей фтористых солей с целью поддержания КО на заданном уровне.
Функции сопровождения регламентных операций
1) Управление при выливке металла. Комплекс обеспечивает сопровождение выливки металла, стабилизирует тепловой баланс электролизера, контролирует правильность действий технологического персонала.
2) Поддергивание анодного кожуха — функция автоматической компенсации изменения положения анодного кожуха при сгорании анода (для электролизеров с верхним токоподводом).
3) Перестановка штырей. Производится автоматическое сопровождение перестановки штырей для электролизеров с верхним и боковым подводом тока. Комплекс обеспечивает два режима перестановки штырей.
4) Замена анодов: автоматическое сопровождение замены анодов для электролизеров с обожженными анодами.
5) Сопровождение специальных режимов электролиза для пусковых ванн и для электролизеров на капремонте.
6) Сопровождение обработок. В случае если технологическое оборудование АПГ не установлено или не функционирует, функция сопровождения поточных обработок позволяет задавать расписание обработок и корректно сопровождать как обработки по расписанию, так и обработки вне расписания.
7) Перетяжка анодной рамы — автоматическая подача анодной рамы в заданных пределах с контролем состояния электролизера (для электролизеров с обожженными анодами).
8) Устранение перекоса анодной рамы (для электролизеров с двумя двигателями привода анода). Позволяет как вручную (с пульта БУ), так и автоматически (при наличии датчика перекоса) устранять перекос анодной рамы.
Дополнительные функции
1) Защита оборудования электролизера. За счет контроля токов двигателей комплекс позволяет выявлять проблемное оборудование и не допускает выхода из строя оборудования приводов анода на электролизере.
2) Измерение тока серии и напряжения корпусов осуществляет контроллер тока и напряжения серии. Контроль "нуля" серии является частью алгоритмов, реализуемых контроллером тока и напряжения серии.
3) Оптимизация расхода воздуха. Комплекс координирует работу оборудования АПГ в масштабе корпуса, снижая до минимума непроизводительный перерасход воздуха, а также контролирует давление воздуха в магистрали корпуса.
4) Контроль АЭ на соседних ваннах. Комплекс корректно обрабатывает известный эффект, когда во время анодного эффекта на одном электролизере на соседних ваннах возникают возмущения.
5) Контроль наружной температуры. При наличии датчика температуры окружающего воздуха комплекс отслеживает понижение температуры, корректирует уставки и т. п.
Нарушения технологии электролиза алюминия
В процессе эксплуатации в электролизерах возникают различные нарушения технологического режима, которые можно разделить на нарушения, связанные с изменением теплового режима ванны, вызванные изменением состава электролита или нарушения в анодном узле. Такое разделение достаточно условно, поскольку многие виды нарушений взаимосвязаны, одно нарушение может порождать другое, и не всегда удается установить первопричину. Основными причинами нарушения нормальной работы электролизеров являются:
- несоблюдение инструкций по их обслуживанию,
- низкое качество сырья,
- перерывы в снабжении электроэнергией и др.
Все нарушения развиваются постепенно и приводят к нежелательным явлениям и даже к серьезным авариям.
1 Горячий ход
Обычно горячий ход электролизера – следствие нарушения технологических параметров, когда приход тепла в ванну превышает ее расход, что приводит к повышению температуры электролита. По закону Джоуля–Ленца можно рассчитать приход электрической или тепловой энергии в систему:
Q =I2 * R * τ или Q =I * U * τ
Повышенная или пониженная сила тока редко бывает причиной нарушения теплового режима ванны. Однако при горячем ходе электролизера осуществляют внеочередную проверку точности приборов учета электроэнергии – вольтметров, амперметров и счетчиков энергии. Известно, что
Uэл = d * ρ * l (1)
где d - плотность тока, А/см2
ρ - удельное электросопротивление, Ом*см
l – междуполюсное расстояние, см
Согласно уравнению (1), причинами горячего хода могут быть:
1) Увеличенное МПР, что приводит к повышению греющего напряжения и температуры расплава.
2) Повышенная плотность тока.
3) Заниженное МПР («зажатие» ванны). Возникает в результате замыкания части анода с металлом или через скопившуюся на электролите пену, в результате чего возрастает интенсивность обратных реакций и перегрев ванны.
А также:
4) Интенсивное протекание реакции окисления алюминия, во время которой выделяется большое количество тепла. Причинами этого могут быть заниженное МПР, малый уровень электролита, повышение циркуляции металла в ванне, установка новых анодов ниже или выше уровня остальных и пр.
5) Повышенное криолитовое отношение: плохо отделяется угольная «пена» от электролита, что приводит к повышению сопротивления в МПР и к увеличению выделений энергии в нем.
6) Науглероживание электролита. За счет осыпания анода в электролите всегда присутствует углерод, около 0,1%. Основная часть углерода сгорает или всплывает на поверхность электролита и снимается с пеной. Однако при резком изменении КО и повышении температуры электролита выделение пены снижается, и содержание углерода в электролите возрастает до 1%. Тогда увеличивается его электросопротивление, растет напряжение и температура расплава. Своевременно не ликвидированный горячий ход электролизера с науглероженным электролитом может вызвать начало карбидообразования, или как называют его «образованием грибов».
7) При чрезмерно большом слое алюминия затрудняется растворение осадков глинозема на подине, а это вызывает повышение сопротивления угольной подины и увеличение тепловыделений в алюминий.
Чтобы устранить горячий ход ванны, следует правильно определить его причину:
· Если причина в неправильно установленных параметрах, то следует привести их к норме:
- уменьшить МПР можно двумя способами – увеличить уровень металла или опустить анод;
- устранить науглероживание электролита – можно вызвать АЭ, при котором пена отделяется лучше;
- проверить и откорректировать состав электролита, загрузку глинозема;
- привести в порядок уровни металла и электролита и др.
Обычно после проведения этих операций ванна начинает работать нормально.
· Если горячий ход вызван местными перегревами, связанными с неровностями на подошве анода, то приходится удалять их вручную. Или поднимают анод – в этом месте междуполюсное расстояние меньше среднего, плотность тока больше, и неровность срабатывается вследствие интенсивного расхода анода.
· Для электролизеров ОА местные перегревы могут быть вызваны неправильной установкой анодного блока по высоте: если новый блок поставлен слишком низко, то анодная плотность тока на нем повышается, электролит в этом месте перегревается. Нарушения распределения тока по анодному массиву могут быть вызваны плохими контактами между блоком и ниппелем или между стальной траверсой и алюминиевой штангой.
· Если быстро горячий ход не устраняется, то охлаждают электролит, загружая твердый Al или электролит.
Последствия горячего хода выражаются не только в понижении выхода по току и производительности электролизера, но и в ухудшении качества алюминия примесями, переходящими в него вследствие растворения гарниссажей и настылей, сформированных во время пуска электролизера и имеющих большое количество примесей.
2 Холодный ход
Редко встречающееся технологическое нарушение. Основная причина - недостаток прихода тепла в электролизер из-за понижения силы тока. Для устранения надо увеличить силу тока, а если это невозможно, то увеличить напряжение, т.е. междуполюсное расстояние.
Второй распространенной причиной холодного хода является высокий уровень металла, т.е. металл нарабатывается, расход тепла увеличивается, а приход остается постоянным. Для стабилизации состояния необходимо слить определенное количество металла.
При холодном ходе увеличиваются настыли, т.е. происходит замерзание электролита. Кроме того, при охлаждении увеличение плотности алюминия происходит быстрее, чем у криолита и в определенный момент их плотности сравниваются, и металл всплывает на поверхность.
3 «Негаснущая» вспышка
Обычно анодный эффект устраняют загрузкой очередной порции глинозема. Однако иногда вспышку не удается устранить в течение нескольких часов, и такой затяжной анодный эффект называют «негаснущей» вспышкой. Они возникают на ваннах с расстроенной технологией, неправильной формой рабочего пространства, малым уровнем электролита, низким КО, высоким содержанием добавок. Природа негаснущих вспышек до конца не ясна, но обычно они возникают при залипании анода глиноземом (вернее, глинозёмистым осадком), что вызывает скачок напряжения на участке анод - электролит. Гасить такую вспышку загрузкой глинозема нельзя: его концентрация в электролите превышает нормальную, и это только ухудшит положение. Для ликвидации «негаснущей» вспышки необходимо устранить контакт анода с осадком добавкой твердого металла и подъемом МПР с постепенным выведением ванны на ясную вспышку.
4 Кабридообразование
Образованию карбида алюминия способствуют три причины: повышение температуры, примеси и повышенное КО (или щелочной электролит). Это очень редкое нарушение возникает, как правило, на пусковых электролизерах, особенно при некачественных угольных блоках или прорывах анодной массы в электролит. Процесс образования карбида алюминия идет с выделением большого количества тепла по реакции
4A l+3C = A4С3 + 264,6 кДж/моль
что приводит к сильному разогреву электролита и образованию «коржей» или «грибов» - кашеобразной смеси угольной пены, глинозема и электролита. Характерный признак образования карбида алюминия – беловатый оттенок электролита, он не бурлит, а плывет струей из-под анода и интенсивно испаряется. Напряжение возрастает до 8 В, а корка не образуется. Для ликвидации этого нарушения поднимают анод и, не перемешивая расплав, скребком удаляют загустевший «грибной» электролит и заменяют его свежим из нормально работающей ванны. Если эти меры не помогают, тогда удаляют весь «грибной» электролит, чистят подошву анода и подину и вновь пускают ванну на электролиз.
5 Нарушения связанные с работой анода
В процессе электролиза технологические нарушения случаются не только в ванне, но и в аноде. Значительно больше времени требуется для ликвидации горячего хода ванны при нарушениях в анодном узле:
- нарушение расстановки штырей и связанное с этим распределение тока по аноду;
- протёки анодной массы при перестановке штырей, если в аноде есть трещины;
- конусообразование – отставание в сгорании отдельных участков подошвы анода из-за неравномерного распределения силы тока по штырям. Конусы удаляют двумя способами. Можно сбить ломом, но точечный удар разрушает анод и в нем образуются трещины. Лучше вывести ванну на искусственную вспышку и сжечь конус, постепенно повышая напряжение. Но здесь получается большой перерасход электроэнергии.
- замыкание анода на металл, настыль или осадок.
- образование «шеек» анода, т.е. выгорание участков боковой поверхности анода. Шейки образуются при прямом окислении анода из-за подсоса воздуха под газосборник.
6 Аварийные ситуации
Аварийные ситуации приводящие к остановке ванны:
1. Прорыв расплава через боковую футеровку
Вследствие особенностей циркуляции электролита и металла, гарниссаж в каком-либо месте становится слабым, а общий перегрев ванны способствует его растворению. Боковой блок разрушается, расплав имеет доступ к кожуху, и это становится заметно: кожух раскаляется, краснеет и можно ждать прорыва металла. Самое опасное - это разрыв цепи при огромном напряжении. Тогда ошиновка начинает плавиться. Для предотвращения этого бортовую футеровку восстанавливают искусственной настылью, забивая куски электролита.
2. Разрушение подины - основная причина остановки ванны на капитальный ремонт. Металл попадает в трещины блока или межблочного шва, начинает разрушать катодный блок, доходит до блюмса, и растворение блюмса может быть таким сильным, что он выталкивается сквозь отверстие и ванна уходит на ноль.
Все технологические нарушения очень сильно влияют на себестоимость алюминия и экономически очень невыгодны. Поэтому технология электролиза направлена на предупреждение и профилактику технологических нарушений, включая:
1. Контроль состояния подины
2. Строгое соблюдение рабочих операций: загрузка сырья, выливка металла, перестановка штырей и др.
3. Ответственное и добросовестное отношение к работе.
Электролизный цех
Электролизный цех состоит из нескольких корпусов, которые всегда располагаются вдоль господствующего направления ветра. Все корпуса стоят параллельно и связаны между собой соединительным коридором, который пересекает все корпуса примерно в середине их длинной стороны. Этот коридор используется для связи корпусов с литейным отделением и другими службами. Литейное отделение стараются расположить посередине между корпусами.
Недалеко от торцов корпусов располагаются здания кремниево-преобразовательных подстанций (КПП).
Падение напряжения на электролизере невелико (4,1—4,5 В), поэтому они соединяются последовательно в большие группы (серии), которые подключаются к КПП. Общее количество ванн в серии 80—200 шт., и зависит от напряжения, которое может обеспечить КПП и падения напряжения на каждом электролизере. Серия электролизёров располагается в одном или двух корпусах длиной 450-750 и шириной 27 м. В зависимости от производительности завода количество серий может бьггь различным, от 1 до 12. При большом числе серий возникают сложности в их управлении, поэтому их объединяют в несколько цехов, которые состоят из 3—4 серий.
В отечественной промышленности эксплуатируются одноэтажные и двухэтажные корпуса. Электролизная серия, состоящая из 140— 180 ванн, размещается в двух двухэтажных корпусах, а короткие серии (до 90 ванн, старой одноэтажной постройки) компонуют в одном корпусе. Электролизеры малой, средней и большой мощности (до 180 кА) располагаются в корпусе продольно, т.е. длина ванны совпадает с продольной осью корпуса (продольное расположение), а электролизеры с ОА на силу тока более 180 кА располагаются поперек корпуса в один ряд (поперечное расположение). Расстояние между двухэтажными корпусами не менее 40 м, межкорпусные дворики асфальтированы.
Освещение в корпусах естественное — через окна на боковых стенах и через фонари на крыше, а также искусственное — с помощью подвешенных электрических ламп, которые должны обеспечить освещенность не менее 200 лк.
Для удобства обслуживания электролизеров и соблюдения условий электробезопасности, расстояние между ванной и стеной должно быть не менее 2,5 м, между рядами ванн не менее 7 м. Электролизеры в одном ряду должны быть расположены как можно ближе (≈ 1 м) с целью экономии электроэнергии. По середине корпусов проходит транспортный соединительный коридор, связывающий все корпуса и службы цеха, шириной 10—16 м. Высота корпуса определяется двумя факторами: высотой размещения подкранового рельса и санитарно-гигиеническими требованиями, не менее 12 м. Длина корпуса электролиза зависит от количества расположенных в нем электролизеров и их мощности.
В торцах остаются свободные площадки во всю ширину корпуса и длиной до 25 м, которые используются для складирования анодов и металлоконструкций во время капитального ремонта ванн, для въезда автотранспорта в зону действия мостовых кранов, а также для железнодорожного транспорта.
Внутрицеховой транспорт является важным звеном, от четкой работы которого зависит эффективность работы обслуживающего персонала. Внутри корпусов для перевозки сырья, материалов, штырей или анодных блоков, для вывозки демонтажного мусора при капитальном ремонте ванн используются комплексные мостовые краны.
В непосредственной близости от цеха электролиза располагается приемный склад сырья, куда железнодорожным транспортом завозятся глинозем и фториды. Герметичные цистерны и вагоны типа «Хопер» приспособлены к быстрой их разгрузке самотеком или с помощью сжатого воздуха низкого давления. Разгруженное сырье пневмотранспортом закачивается в бетонные или металлические башни (силосы), а из них другой системой пневмотранспорта сырье подается в межкорпусные силосные башни. Системы по разгрузке и перекачке сырья хорошо герметизированы, механизированы и автоматизированы, поэтому трудовые затраты на эти операции невелики.
Из силосных башен глинозем завозится в корпус специальными машинами с бункерами, а в цехах, оснащенных мощными ваннами, используется система централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) по ваннам с помощью пневмотранспорта низкого давления. Анодную массу или анодные блоки завозят в корпус специальным автотранспортом.
Выливка металла из ванн ведется вакуумными ковшами вместимостью 3-5 т. Мостовым краном закрытый вакуум-ковш подают к ванне, а после наполнения перевозят в середину корпуса к соединительному коридору. Затем с ковша снимают крышку и транспортируют в литейное отделение тракторами либо электропогрузчиками. Для перевозки инструмента, материалов при проведении ремонтных работ используют электрокары.
Механослужба цеха занимается ремонтом и эксплуатацией мостовых кранов, внутрицехового транспорта, ремонтом и реставрацией штырей или токоподводящих штанг анодных блоков, механизмов перемещения анодных рам.
Компрессорное отделение занято выработкой сжатого воздуха, используемого для работы механизмов по обслуживанию ванн (машины для пробивки корки электролита, извлечения, правки и забивки штырей и пр.). Также в отделении есть оборудование, создающее вакуум. Системой труб вакуумные линии находятся в каждом корпусе.
Основной задачей электрослужбы является обслуживание всего многообразного и сложного электрического хозяйства цеха: ошиновки, низковольтных сетей переменного тока, предназначенных для обеспечения работы мостовых кранов, вентиляторов, дымососов, различного оборудования литейного отделения и пр. Один из важнейших участков службы — электрокарное депо с зарядной станцией для подзарядки аккумуляторов, которые используются на электрокарах и электропогрузчиках.
Вентиляция и газоотсос
1 Источники вредностей
На производство 1 т алюминия расходуется более 2,5 т разнообразного сырья, большая часть которого превращается в газообразные соединения, которые негативно влияют на окружающую среду и на здоровье человека. Количество образующихся при электролизе газов достигает 280 тыс. м3/т алюминия. Также в воздухе рабочей зоны витает много пыли глинозема и фторсолей, которая также представляет собой опасность для здоровья работающих.
В зависимости от типа и мощности электролизера на 1 т алюминия выделяется: 8—12 кг фтористого водорода, 9—12 кг твердых фторидов в виде пыли (в пересчете на фтор), 11—12 кг сернистого ангидрида.
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны регламентируется следующими предельно допустимыми концентрациями (ПДК): фтористого водорода 0,5 мг/м3, пыли глинозема 6 мг/м3, пыли фтористого алюминия и других фторидов 1 мг/м3, оксида углерода 20 мг/м3. ПДК, принятые в нашей стране, значительно более жесткие, чем в ряде стран. Так, ПДК по фтористому водороду в США, Франции и ФРГ составляет 2 мг/м3.
И, наконец, от электролизеров в цех поступает значительное количество тепла. Теплонапряженность (количество тепла, поступающего на 1 м3 рабочей зоны в час) для электролизеров средней мощности составляет 400 кДж/(м3*ч), для электролизеров большой мощности 800 кДж/(м3*ч).
Поэтому к важнейшим составным частям электролизера относятся его укрытие и система сбора газов, которые зависят от типа электролизера. Для создания необходимых условий труда корпуса электролиза оборудованы системами газоулавливания и вентиляции.
2 Системы газоулавливания
Система газоулавливания предусматривает улавливание выделений на месте их образования в ванне. Для этого служат составные части электролизера - газоулавливающие устройства:
1) На электролизерах ОА имеются легкосъемные укрытия створчатого типа из алюминиевого листа в виде крышек. При замене анода открывают только одну створку над ним, при обработке ванны — половину укрытия с одной продольной стороны. По газосборному коробу, расположенному по продольной оси электролизера, газы отсасываются к торцам ванны и оттуда — в общую систему сбора газа. Эффективность створчатого укрытия 90—95%.
2) Конструкция электролизера с самообжигающимся анодом и ВТ не позволяет осуществить его полное укрытие. Поэтому для улавливания анодных газов, в которых содержание смолистых соединений значительно больше, чем на обожжённом аноде, применяется колокольный газосборник, который навешивается по всему нижнему периметру анодного кожуха и состоит из отдельных чугунных секций. В торцах электролизера смонтированы горелки, в которых сгорают смолистые соединения и оксид углерода дожигается до двуокиси. Продукты горения из горелки по системе газоходов поступают на газоочистные установки (ГОУ) по надземным газоходным каналам переменного сечения. Во избежание подплавления секций колокола и надежной герметизации подколокольного пространства расстояние от нижней кромки колокола до электролита должно быть не менее 12—15 см.
При хорошей герметичности колокола и высокой культуре обслуживания электролизеров эффективность работы колокола высока. Важными достоинствами этой системы являются небольшой объем газов и высокая концентрация вредных соединений в нем, а следовательно, и затраты на очистку сравнительно невелики. Частые вмешательства в работу электролизера (выливка металла, обработка корки электролита, перетяжка анодного кожуха, ликвидация анодных эффектов и т.д.) приводят к снижению КПД этого укрытия, и практически он не превышает 70 %. Остальное количество вредностей выносится аэрацией через фонари на крыше корпуса в окружающее воздушное пространство. В этом один из главных недостатков электролизеров ВТ. Неоднократно предпринимались попытки снабдить электролизер вторичным укрытием, но из-за значительного усложнения обслуживания электролизера эти укрытия не нашли применения.
Из-за специфики процесса электролиза ни одна из конструкций газоулавливания на электролизерах не обеспечивает полного улавливания газов и пыли.
3 Системы вентиляции
Любой тип газоулавливающего устройства соединен с системой вытяжной вентиляции.
Система вытяжной вентиляции состоит из газоходов; вентиляторов, создающих необходимое разрежение в газоходах и вентиляционных (дымовых) труб, служащих для рассеивания газов на возможно большую территорию. Обычно высота вентиляционных труб 120 м. Газоходы выполнены в виде трубопроводов. От отдельных электролизеров газы транспортируются по трубам возрастающего диаметра в коллекторы - каналы, прорытые ниже уровня пола. Газы, попадающие в систему вытяжной вентиляции, подвергаются очистке.
Вредные газы, особенно СО и HF, пыль и большое количество тепла от электролизёров вызывают необходимость оборудовать цех электролиза мощной вентиляцией. Улучшение условий труда в рабочей зоне достигается с помощью системы приточной вентиляции, назначение которой — многократное разбавление и эвакуация из рабочей зоны различных производственных выделений. Кратность воздухообмена в корпусе должна составлять: летом 30-40, зимой 5-6. Для регулирования кратности обмена воздуха светоаэрационные фонари на крыше корпуса и стены здания на первом этаже имеют поворотные фрамуги. Чтобы ветер не задувал обратно вредности через фонарь, вдоль всей кровли установлены ветроотбойные щиты. Ветер, ударяясь о щит, отражается вверх, создавая дополнительную тягу из корпуса.
Чистота воздуха в корпусе очень зависит от числа открытых (незагерметизированных) ванн.
Естественная вентиляция (аэрация) корпусов, где электролизеры расположены на втором этаже, осуществляется прохождением воздуха через специальные напольные решётки и удаления воздуха через аэрационные фонари.
Преимуществом искусственной вентиляции перед естественной является возможность регулирования температуры подаваемого в корпус воздуха. Для этого в воздухозаборе устанавливают радиаторы, в которые подают нагревающие или охлаждающие воздух реагенты. На сооружение и эксплуатацию таких систем требуются значительные затраты, которые прямо зависят от объема подаваемого воздуха.
Регенерация фтористых солей
Дата: 2019-05-28, просмотров: 301.