Монтаж алюминиевых ванн

29.01.2017

Современная алюминиевая ванна представляет собой довольно сложный по конструкции и дорогостоящий агрегат. При качественном монтаже, обжиге, пуске и нормальной эксплуатации срок службы алюминиевой ванны составляет 3—4 года, после чего ванну останавливают на капитальный ремонт. Если же монтаж ванны был произведен с дефектами или при нем применялись некачественные материалы, то срок службы ее значительно сокращается.
Помимо значительных материальных и трудовых потерь, сокращение срока службы ванн влечет за собой и невыполнение производственного плана, так как ванны в период демонтажа и капитального ремонта не производят металла, а в пусковой и послепусковой периоды их производительность незначительна.
Кроме того, сокращенный срок службы ванны влечет за собой снижение качества металла перед остановкой и после пуска ее, а также дополнительные большие расходы электроэнергии и сырья, связанные с остановкой и пуском отремонтированной ванны. Поэтому борьба за увеличение срока службы ванны начинается с момента начала ее монтажа.
Монтаж ванны осуществляется в двух случаях:
1) при строительстве новых электролизных цехов или серий ванн;
2) при замене отдельных выбывающих из строя ванн в действующих электролизных сериях.
Монтажные операции для вновь строящихся ванн могут быть подразделены на следующие основные группы:
1) сооружение фундамента для ванн;
2) кладка цоколя;
3) изготовление и монтаж металлоконструкций;
4) изготовление подовых секций;
5) футеровка кожуха;
6) формовка анода;
7) изготовление и монтаж ошиновки.
Перед монтажом строители сооружают фундамент ванны. Многочисленные металлические и электротехнические детали (кожух, несущую конструкцию, шторы, подъемный механизм анода, штыри, катодные стержни, детали для ошиновки и т. д.) изготовляют в ремонтно-механическом цехе алюминиевого завода или же по его заказам на других заводах и они поступают к месту монтажа ванны в готовом виде.
Хранение футеровочных материалов производят по маркам и партиям в складских помещениях, исключающих загрязнение их и попадание на них влаги. Влага особенно вредна для угольных материалов, так как она снижает их механическую прочность и увеличивает разрушаемость в процессе работы ванны.
К монтажным работам приступают после того, как на участке ванны закончены строительные работы и убран строительный мусор, проверено качество строительных работ и соответствие монтажных деталей (металлоконструкций) требованиям проекта и техническим условиям. Кроме того, монтаж ванн производят только при наличии надежной кровли в цехе, гарантирующей ванны от попадания на них атмосферной влаги. В случае увлажнения (замокания) кладки ее разбирают и выполняют заново из сухих материалов.
При монтаже устанавливается строгий и систематический контроль за выполнением каждой операции, так как по окончании многих операций проверить качество работы бывает уже невозможно. Каждая операция поэтому принимается отдельно, с оформлением специального документа-акта.
Сооружение фундамента. Вначале под фундамент роют котлован, глубина которого обычно составляет 1500—2000 мм. Фундамент сооружают из бетона марки не ниже 90 кг/см2. При сооружении фундамента под кожух без днища в нем делают специальные колодцы для установки анкерных лап. При кожухах с днищем этих колодцев не делают.
Кладка цоколя. Перед кладкой цоколя поверхность фундамента выравнивают слоем сухого песка толщиной 2—3 см. Нижнюю часть цоколя выкладывают из трех-четырех рядов красного кирпича на цементном растворе, а верхнюю часть — из двух-трех рядов шамотного кирпича класса В первого сорта на шамотном растворе
Установка кожуха. Перед началом установки кожуха на цоколе наносят мелом продольные и поперечные оси ванны. Такие же отметки наносят на нижней части кожуха ванны. Затем с помощью мостового крана кожух устанавливают на цоколе так, чтобы отметки осей кладки и кожуха совпали.
Кожух считают установленным, если отклонение от продольных осей не превышает ±10 мм, а зазор между плоскостями цоколя и кожуха составляет не более 5 мм. Затем устанавливают строго вертикально анкерные лапы и приваривают их к кожуху. При правильной сборке и установке анкерных лап электроизоляция их по отношению к земле должна быть не менее 1 мгом. После этого анкерные лапы до верхней части фундамента заливают бетоном, а верхнюю часть колодцев, находящуюся в цоколе, заполняют сухим песком или шамотной крошкой до верхней части цоколя.
При кожухах с днищами вначале на фундамент устанавливают полурамы жесткости (контрфорсы), а уже в них кожух (корыто). Установку контрфорсов производят на электроизоляционных прокладках, составленных из асбестового листа и фибры. После установки кожуха (с днищем или без днища) проверяют горизонтальность и совпадение продольной и поперечной осей кожуха и его электроизоляцию от земли. Последняя должна быть не менее 1 мгом.
Установку несущей конструкции — каркаса ванны производят мостовым краном до футеровки кожуха; колонны (стойки) его должны иметь строго вертикальное положение и входить в башмаки, расположенные на углах кожуха. Колонны в башмаках изолируют листовым асбестом или асбофанерой.
Изготовление подовых секций состоит из подготовки катодных стержней, подовых блоков, сборки и заливки катодных стержней чугуном в подовых блоках. Для создания хороших контактных поверхностей каждый катодный стержень с одного конца (где будут присоединяться медные ленты) обрабатывают на строгальном станке. Другой конец катодного стержня тщательно очищают от окалины пескоструйным или дробоструйным аппаратом, после чего стержни направляют на заливку чугуном.
Угольные блоки для изготовления подовых секций прежде всего тщательно проверяют на соответствие их техническим условиям. Очень важно, чтобы каждая ванна монтировалась из блоков одной партии изготовления. Это обеспечивает более равномерный износ подины при работе ванны и устраняет вероятность попадания отдельных блоков худшего качества, которые могут привести к преждевременному выходу из строя подины, а с ней и ванны в целом.
В том случае, когда в подовом блоке нет паза, его вырезают на станке фрезами с победитовыми наконечниками. Иногда выемку паза производят пневматическим буром Для лучшего связывания блоков и создания хорошего контакта с угольной подовой массой, заполняющей швы между блоками, на боковых сторонах блоков делают небольшие углубления — керны (диаметром 20—25 мм, глубиной 15—20 мм; расстояние между кернами — 103 мм). Углубления делают также и в боковых сторонах паза (для лучшего контакта чугунной заливки с блоком).
Монтаж алюминиевых ванн

Обработанные блоки устанавливают на специальной площадке в виде секций и подготавливают их к заливке катодных стержней в пазах блоков. Одна из таких подготовленных к заливке чугуном секций изображена на рис. 77.
Перед заливкой чугуном секции нагревают жаровнями с коксом или специальной электрической печью до температуры 150—200° С и очищают от пыли сжатым воздухом.
Чугун для заливки секции плавят в особой печи вагранке. Чугун применяют следующего состава: 3—3,5% углерода; 3—3,5% кремния; 0,2—1,2% фосфора; не более 0,5% марганца; не более 0,03% серы; остальное — железо При таком составе чугун дает небольшую усадку, благодаря чему обеспечивается хороший электрический контакт между катодным стержнем и блоком.
После заливки чугуна и последующего охлаждения каждый блок секции тщательно осматривают, проверяя нет ли на нем трещин, проверяют качество контакта угольный блок — катодный стержень. Электрическое сопротивление на этом участке, измеренное не менее чем в четырех точках, не должно превышать 130 мком. Если хотя бы один блок секции дат трещины или сопротивление контакта угольный блок — катодный стержень превышает норму, то такую секцию не допускают к установке в ванне.
Футеровка кожуха состоит из следующих операций: 1) уплотнения зазоров между плоскостями цоколя и кожухом; 2) кладки цоколя внутри кожуха (вторая операция), 3) сушки и разогрева кирпичной кладки; 4) подготовки подовой массы для набивки; 5) набивки подушки; 6) установки секций; 7) кладки бровки; 8) кладки боковой футеровки; 9) разогрева подовых блоков; 10) набивки подины угольной массой.
Уплотнение зазоров между цоколем и кожухом особенно важно производить при капитальном ремонте ванн, так как старый кожух деформирован. Через неплотности между кожухом и цоколем будет происходить подсос воздуха и окисление угольной футеровки во время работы ванны, что может привести к выгоранию углерода блоков и преждевременному выходу ванн из строя. Уплотнение зазоров производят как снаружи, так и изнутри кожуха замазкой, составленной из одной части асбестового волокна (III и IV сорта) и одной части жидкого стекла.
Кладку внутри кожуха производят всухую из шамотного кирпича, класса Б первого сорта. Толщина швов в кладке здесь допускается не более 1 мм. Кладку производят не вплотную к кожуху, а с зазором 30—40 мм, который заполняют огнеупорной замазкой. Последняя состоит из одной части огнеупорной глины и одной части шамотного порошка, разведенных водой до консистенции замазки.
В ваннах с днищем внутреннюю поверхность кожуха вначале покрывают асбестовым листом толщиной 10 мм. Перед укладкой асбестового листа производят подсыпку смёток глинозема на днище кожуха ванны. Это делают для того, чтобы заполнить отдельные неровности, которые получились при изготовлении кожуха. Поверх асбестового листа выполняют кирпичную кладку: два нижних ряда из теплоизоляционного легковесного кирпича (уд. вес 1,3 г/см3 и механическая прочность 30 кг/см2) и один верхний ряд из шамотного кирпича (класс Б, первый сорт). Кладку теплоизоляционного и шамотного кирпича ведут с перевязкой швов.
На поверхность кирпичной кладки внутри кожуха (в ваннах без днища и с днищем) набивают слой из подовой углеродистой массы — так называемую подушку. Впоследствии, при обжиге, угольная подушка хорошо скоксуется как с подовыми блоками, так и с шамотной кладкой. Таким образом, подушка является средством соединения различных по природе футеровочных материалов.
Перед набивкой угольной подушки кирпичную кладку нагревают — сушат, очищают от пыли и смазывают расплавленным пеком. Температура поверхности кладки перед набойкой подушки должна быть 80—90°. Для набивки подушки применяют подовую массу, разогретую до тестообразного состояния (135—140° С).
Набивку подушки производят пневматическими трамбовками, нагретыми до 150—200° С. При набойке подушки следят за тем, чтобы угольная масса была хорошо уплотнена. Толщина подушки должна быть 40—50 мм и иметь отклонение от горизонта не более чем на ± 3 мм.
Транспортировку готовых секций и их установку на угольную подушку производят с особой осторожностью. Всякие толчки и удары могут привести к нарушению контакта между чугуном и угольными блоками.
Перед установкой секций в ванну повторно проверяют контакт угольный блок — катодный стержень, сопротивление которого должно быть не выше 130 мком. Свободные концы катодных стержней выводят через окна в кожухе ванны, обрамленные манжетами. Зазоры между стержнями и манжетами заполняют асбестовым листом и уплотняют как снаружи, так и изнутри кожуха. Если этого не сделать, то в зазоры может проникнуть воздух и окислить раскаленную угольную футеровку, что приведет к выходу ванны из строя.
Между нижней плоскостью блоков и подушкой не допускаются какие бы то ни было зазоры. Поэтому перед окончательной установкой каждой секции под блоки подливают или подсыпают массу, содержащую 50% угольной пыли и 50% пека. Швы между блоками секции должны быть в пределах 35—50 мм, а поверхность подины — горизонтальной; отклонения не должны превышать ±10 мм по всей поверхности подины ванны.
После установки секций подовых блоков делают пояс из огнеупорного кирпича, так называемую «бровку».
Бровка выполняется из шамотного Кирпича того же качества, что и кладка внутри кожуха. Назначение бровки 6 — создать плотную преграду вокруг катодных стержней, которая препятствовала бы проникновению воздуха в зону угольной футеровки и просачиванию металла и электролита через отверстия вокруг стержней. Бровка является также основанием для установки боковых угольных плит.
При кладке бровки кирпич тщательно притирают как к стержням, так и между собой. Швы между кирпичами и катодными стержнями здесь должны быть не более 0,5 мм. Между стенкой кожуха и кладкой бровки оставляют промежуток в 30—50 мм, который заполняется огнеупорной замазкой.
После кладки бровки производят боковую футеровку рабочего пространства (шахты) ванны, которую выполняют из шамотного кирпича и угольных плит. Вначале на всю высоту кожуха и по его периметру кладут стенку из шамотного кирпича на шамотном растворе. При кладке стенки кирпич ставят на боковую грань. Между шамотной стенкой и кожухом оставляют зазор 30—40 мм. Этот зазор заполняют огнеупорной замазкой.
Плиты устанавливают в два ряда (на ребро) строго вертикально с перевязкой швов (рис. 78). Толщина шва между блоками должна быть не более 0,5 мм. Все неплотности между рядами плит, а также между плитами в кирпичной футеровкой заливают гипсовым раствором (3 кг гипса на 8 л воды).
Весьма ответственной операцией является набивка подовой массы швов между катодными блоками и между блоками и боковой угольной футеровкой, которую производят подовой массой, разогретой до тестообразного состояния (135—140° С).
Монтаж алюминиевых ванн

Перед набивкой блоки и зазоры между ними тщательно очищают от мусора, глины и гипса. Затем подовые блоки нагревают при помощи сжигания солярового масла в форсунках или электрообогрева до температуры, достигающей в нижней части блоков 70—80° С и в верхней части — 100—120° С, и снова по дину ванны очищают от мусора.
При набивке особое внимание обращают на равномерную и плотную трамбовку массы в швах между блоками. Практика показывает, что именно швы нередко являются наиболее слабым местом, где образуются трещины и густоты, через которые проникает расплавленный алюминий и электролит вглубь футеровки и тем самым ускоряет выход ванны на ремонт.
Зазор между верхним горизонтальным листом или полкой кожуха — бортом ванны — и верхней поверхностью боковой футеровки забивают также подовой массой. Уплотнение подовой массы при набивке швов производят нагретыми до 150—200° С пневматическими трамбовками.
Бортовой лист устанавливают на слой утрамбованной угольной массы и надежно крепят его болтами к кожуху.
Установка подъемного механизма и анодной рамы. Грузовые винты подъемного механизма устанавливают по отвесу, что обеспечивает нормальное зацепление конических шестерен и соединительных передач в редукторе. Затем с помощью крана к подъемному механизму ка грузовые винты подвешивают анодную раму. Установку ее производят строго перпендикулярно к грузовым винтам по уровню.
Для проверки правильности сборки подъемного механизма его нагружают полуторной (по сравнению с весом анода) нагрузкой и производят опробование путем подъема и опускания на полную длину винта. Это дает возможность убедиться в исправности и надежности подъемного механизма.
Формовка анода. Перед формовкой анода поверхность подины шахты ванны тщательно очищают от мусора, продувают струей сжатого воздуха и по всей площади ее насыпают ровным слоем толщиной 20 мм угольную пыль. На слой угольной пыли насыпают слой угольного «орешка» (отходы подовых блоков, литейный кокс) в кусках размером 30—50 мм. Слой орешка насыпают высокой 150—200 мм и тщательно его утрамбовывают и разравнивают под рейку. Слой орешка служит электрическим сопротивлением, с помощью которого главным образом происходит обжиг набоечных швов подины и анода перед пуском ванны
При формовке анода на новой ванне на слой орешка, присыпанного пылью, укладывают стальной лист толщиной 2—3 мм, длина и ширина которого превышают размеры анода на 153—200 мм. На стальной лист плотно устанавливают сделанный из листового алюминия (толщиной 0,8—1,5 мм) кожух анода высотой 1500 мм. Снаружи нижнюю часть кожуха укрепляют поясом (обичайкой) из стального листа толщиной 2—3 мм и высотой 250 мм. Кроме того между стальным поясом и боковой футеровкой устанавливают распоры из огнеупорного кирпича на расстоянии 600—703 мм друг от друга (см. рис. 79). Стальной пояс и распоры препятствуют расширению нижней части алюминиевого кожуха при обжиге анода.
Монтаж алюминиевых ванн

В алюминиевом кожухе, высверливают отверстия диаметром на 10 мм меньше диаметра штыря, в которые по мере заполнения алюминиевого кожуха анодной массой закладывают штыри, предварительно очищенные пескоструйным аппаратом от окалины. Вначале нижнюю часть анода на высоту 250 мм заполняют «тощей» (марки ATM) анодной массой, а остальною часть анода — массой обычного состава, т. е. «жирной» (марки АЖМ). Первый (нижний) ряд штырей устанавливают на высоте 335 мм от находящегося под анодом стального листа, а каждый последующий ряд — на высоте 200 мм от предыдущего ряда штырей.
Установку штырей каждого ряда производят после набивки слоя анодной массы так, чтобы концы их касались поверхности массы, У гот наклона штырей по отношению к горизонтальной плоскости выдерживается в 15—20°. Чтобы штыри не меняли своего положения во время обжига, их часто закрепляют временными шаблонами, слегка приваренными к анодной раме. Всего забивают в анод четыре рада штырей.
Кожух анода заполняют анодной массой до высоты 1200 мм, после чего все щели между обичайкой и стальным листом, между стальным поясом и листом, а также щели вокруг штырей тщательно промазывают замазкой из асбестита ка жидком стекле для того, чтобы во время обжига из анода не вытекала анодная масса.
При формовке анода с верхним подводом тока на подину ванны насыпают мелкий коксовый орешек (размером 3—5 мм) слоем около 23 мм. После выравнивания подсыпки на нее сверху кладут стальные листы толщиной 2—3 мм с перевязкой швов не менее 50 мм. Для удобства извлечения этих листов после обжига по краям их делают отверстия. Затем опускают анодный кожух, который должен отстоять от стального листа на 500—550 мм, а по периметру анода ставят два стальных листа, один из которых (нижний) устанавливают непосредственно на горизонтальный стальной лист, а второй (верхний) приваривают точечной сваркой к нижнему.
Внутрь обичайки анодного кожуха устанавливают обичайку высотой 170 см из алюминиевого листа. Нижняя часть алюминиевой обичайки на 40 см загибается па горизонтальном стальном листе. Для предотвращения деформации вертикальных стальных листов во время обжига анода их снаружи укрепляют стальными балками и кирпичными упорами.
Для утепления анода во время обжига пространство между бортом ванны и анодом заполняют древесным углем или литейным коксиком слоем в 550 мм. После этого анодную раму с установленными штырями опускают в нижнее положение. Перед установкой штырей к нижним концам каждого из них припаривают алюминиевые свечи (подставки). Иногда вместо алюминиевых подставок штыри устанавливают па угольные свечи. Назначение свечей — облегчить прохождение тока при обжиге анода. После установки анодной рамы в нижнем положении штыри опускают так, чтобы подставки (свечи) плотно стали на стальной лист. Тщательно затягивают гайки на шпильках, которыми прикрепляются штыри к анодным пакетам алюминиевых шин.
В подготовленные таким образом обичайки загружают обычную, предварительно подогретую, анодную массу. При загрузке ее следят, чтобы масса хорошо прилегла к стенкам анодного кожуха. Слой анодной массы должен быть около 500—550 мм. При такой высоте слоя массы обеспечивается достаточно свободный выход газов во время обжига. По мере коксования массы в анод загружают все новые порции массы, пока не получат анод требуемых размеров.
Монтаж анодной и катодной ошиновки производят после окончания футеровки шахты ванны и установки на кожух несущей конструкции с подвешенной анодной рамой.
В первую очередь ведут монтаж анодной ошиновки, во вторую очередь — монтаж катодной ошиновки и в третью — монтаж анодных стояков.
Параллельно с этими работами ведется монтаж ошиновки в торцах и в средних проездах корпусов, а также монтаж шинопроводов между корпусами и ртутно-преобразовательной подстанцией.
Во время монтажа ошиновки необходимо обращать особое внимание на качество сварки контактов, качество зачистки поверхностей всех сжимных контактов и на надежность изоляции всех изолируемых узлов ошиновки.
После окончания монтажа ошиновки устанавливают шторы, устройство для питания ванны глиноземом и вольтметр. Затем в ванну между боковой футеровкой и анодом снова насыпают слой угольной мелочи высотой примерно 150—200 мм, а вокруг анода откосом еще дополнительно насыпают угольную пыль.
На этом монтаж ванны заканчивается и она готова к последующим операциям — обжигу и пуску.