Пуск алюминиевых ванн в новой серии

29.01.2017

Пуск ванн с непрерывными анодами в новой серии состоит из следующих операций: 1) подготовки ванн к обжигу и пуску; 2) обжига анодов и прогрева ванн, 3) собственно пуска ванн.
Перед подключением ванн на обжиг производят проверку наличия приемо-сдаточной документации на строительные и монтажные работы (акты и протоколы по приему отдельных строительно-монтажных операций, испытаний механизмов подъема анодов, мостовых кранов и др.), а также проверяют качество всех выполненных работ, особенно по формовке анодов, в частности качество засыпки угольного орешка, правильность забивки штырей в тело анода, уплотнение зазоров в алюминиевом кожухе вокруг штырей, нормально ли установлены кирпичные распоры и др. Одновременно ведут осмотр штор, устройств для питания ванн глиноземом и пр. Тщательно проверяют также, нет ли около ванн и в шинных каналах металлических предметов и угольных кусков, которые могут вызвать короткие электрические замыкания в моменты включения тока и везде ли, где нужно, сделаны изоляционные разрывы, нет ли слабо затянутых болтов в узлах ошиновки и т. д. Все замеченные недостатки должны быть устранены.
Для обслуживания ванн во время обжига организуют специальные бригады. Каждую бригаду обеспечивают необходимым инструментом, а также материалами (глиноземистые сметки, угольная пыль и др.).
Заранее составляют график увеличения тока и инструкции по обслуживанию ванн во время обжига и пуска, с которыми должен быть ознакомлен весь обслуживающий персонал. Только после соответствующей проверки качества монтажа ванн, организации бригад и обеспечения их необходимым инструментом и материалами подключают ванны на обжиг.
Обжиг анода и подины с одновременным прогревом ванн происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через слой угольного орешка и футеровку ванны, а также частично при горении орешка, находящегося в ванне. Угольный орешек одновременно предохраняет подину ванны от окисления.
В процессе обжига анода и прогрева подины происходит коксование анодной массы в нижней части анода с образованием так называемого «конуса спекания», в котором находятся два нижних ряда штырей, а также коксование подовой массы, образующей швы между катодными блоками, и угольной массы, заполняющей промежутки между катодными блоками и стенками шахты ванны. Одновременно с этим происходит прогрев всей футеровки ванны и обжиг угольной подушки, находящейся под блоками. Температура подины ванны постепенно приближается к температуре процесса электролиза. На новую ванну с сырым анодом давать сразу полный ток нельзя, так как она имеет большое электрическое сопротивление. При этом большая часть тока пойдет через алюминиевую обичайку, стальной пояс и анодную раму жесткости и может расплавить их Поэтому при обжиге вновь вводимых в действие ванн ток увеличивают до нормаль ней величины постепенно, скачками в течение 2—3 суток по заданному графику (рис. 82). Затем обжиг ведут при полной величине тока, принятой для данной серии, в течение 4—7 суток.
Пуск алюминиевых ванн в новой серии

При пуске новой серии на обжиг ставится обычно половина ванн серии — корпус Лишь затем подключают или все или небольшими группами ванны другого корпуса. Объясняется это тем, что при одновременном пуске многих ванн затраты труда на их обслуживание весьма велики. Кроме того, в период пуска напряжение на ваннах значительно выше нормального, в связи с чем не разрешается подключать сразу все ванны к шинам преобразовательной подстанции.
В первый период увеличения тока напряжение на ванне возрастает до 5—7 в. Затем, по мере разогрева ванны и коксования анода, напряжение падает и к концу обжига снижается до 2,5—3 в на ванну.
Пуск ванн второго корпуса осуществляют обычно после завершения пуска ванн и налаживания технологического процесса в первом корпусе.
В целях сохранения технологического режима пущенных ванн первого корпуса величина тока, протекающего через них, должна оставаться постоянной, а протекающего через второй корпус изменяться со временем.
Такая регулировка тока осуществляется либо жидкостным шунтом-реостатом, либо безреостатным методом.
Жидкостный шунт-реостат подключают параллельно ваннам второго корпуса временными шинопроводами. Устройство шунта-реостата приведено на рис. 83.
Пуск алюминиевых ванн в новой серии

Обжиг ванн с жидкостным шунтом-реостатом имеет следующие недостатки:
1) большие непроизводительные потери электроэнергии в реостате;
2) громоздкость жидкостного реостата (весом он до 35 г) и токоподводящей ошиновки к нему;
3) малая точность регулирования тока, так как при изменении температуры электролита сильно меняется и сопротивление реостата;
4) измерение и контроль величины тока, протекающего через реостат и ванны, выполняются неточно
Безреостатный метод, предложенный инж. С.M. Мещеряковым, свободен от недостатков, присущих реостатной регулировке тока. На рис. 84 дана схема безреостатного обжига ванн второго корпуса.
Пуск алюминиевых ванн в новой серии

В основу его положен принцип наложения токов двух контуров, работающих при различных потенциалах двух групп ртутно-выпрямительных агрегатов преобразовательной подстанции. Первый контур составляет цепь первой группы выпрямительны агрегатов с подключенными работающими ваннами первого корпуса, второй контур — вторая группа выпрямительных агрегатов, работающих в цепи обжигаемых ванн второго корпуса, последовательно подключенного с первым корпусом.
Регулирование рабочего тока в цепи второго корпуса осуществляется поочередными подключениями выпрямительных агрегатов преобразовательной подстанции в цепь второго корпуса через временный шинопровод (минусовый), питающий второй корпус, и постоянный шинопровод (плюсовый), являющийся общим для обоих контуров цепи.
При пуске одной ванны с новым (сырым) анодом, что бывает, однако, редко, для обжига анода и подины параллельно ванне подключают индивидуальный шунт-реостат. Шунт-реостат представляет собой (рис. 85) постоянное или регулируемое сопротивление из нихромовой проволоки.
Пуск алюминиевых ванн в новой серии

Реже применяют для обжига отдельных ванн с новым анодом шунтирующие лапы (рис. 86), позволяющие обойтись без шунта-реостата. Такие лапы делают из полосовой стали и подключают к штырям нижнего ряда, а изогнутые концы их устанавливают на стальном листе и засыпают угольным орешком. В первый период обжига, пока сопротивление анода велико, большая часть тока, минуя анод, проходит по лапам в подину ванны. Однако применение шунтирующих лап не избавляет от серьезных осложнений при обжиге, поэтому в настоящее время их почти не применяют, а пользуются индивидуальным шунтом-реостатом.
Пуск алюминиевых ванн в новой серии

Обслуживание ванн во время обжига. Перед началом обжига средние штыри на продольных сторонах анода для лучшего распределения тока по аноду отключают, и обжиг ванны вначале идет только при подключенных торцевых и прилегающих к ним угловых штырях боковых (продольных) сторон анода. По мере увеличения тока на обжигаемой ванне производят подключение боковых штырей, начиная от углов к середине анода. Во время обжига должно быть такое количество включенных штырей, чтобы на каждый штырь приходилось не более 1—1,5 тыс. а.
Постепенно прогреваясь, анодная масса плавится и через 3—4 суток вся переходит в полужидкое состояние и может вытекать через неплотности в кожухе анода, если таковые имеются. Вытекание связующего и его горение прекращают окучиванием мест горения угольной мелочью. В крайнем случае (при интенсивном горении вытекшей массы; тушение производят увлажненными глиноземистыми смётками.
Дальнейший прогрев анодной массы приводит к ее постепенному коксованию с образованием в нижней части анода конуса спекания. Начиная с 3—4 суток после включения ванны на об жиг, один раз в день с помощью острого стального штыря измеряют высоту конуса спекания. Замеры делают в девяти постоянных точках и результаты их заносят в специальные карточки отдельно для каждого анода.
Анод считается обожженным, если высота конуса спекания достигнет по периферии (торцам и бокам) не менее 30 см и в центре 70—80 см.
Во время обжига основное внимание обслуживающего персона на должно быть направлено на достижение равномерности об жига. Для этого: 1) орешек выгребают из-под спекшегося участка анода; 2) выгребают слабо нагретый орешек и вместо него засыпают раскаленный орешек из-под спекшегося участка анода; 3) отключают сильно перегруженные штыри или подключают ранее отключенные штыри.
Иногда конус спекания образуется с одной стороны анода, а в другом его торце имеется необожженный участок. В этом случае производят небольшое перекашивание анода в сторону слабо обожженного участка. В результате этого ток, проходящий через него, увеличится и обжиг отставшего участка ускорится.
Выравнивание обжига анода иногда происходит созданием в зоне слабо работающих участков коротких замыканий между листом, подложенным под анод, и бортом ванны Для этой цели используют обрезки круглой стали, старые ломы и т.п.
Во время обжига ванны следят также за температурой катодных стержней. В случае чрезмерного перегрева какого либо стержня его отключают.
Подготовка ванны к пуску состоит в подключении всех отключенных во время обжига штырей, перечистке контактов шинка-штырь, удалении с поверхности анода и анодной рамы загрязнений (натеков массы, обмазки, смёток т. д.) и уда тении кирпичных распорок. После этого с анода снимают стальной пояс, стягивающий нижнюю часть его, и приступают к удалению угольного орешка. Вначале (не отключая ванны) орешек удаляют только вокруг анода, затем ванну отключают, анод поднимают на возможно большую высоту и удаляют из-под него стальной лист и весь остальной орешек.
После удаления орешка подину подметают стальными или березовыми метлами, анод быстро опускают, плотно прижимают к подине и ванну вновь включают в цепь постоянного тока. При подъеме и опускании анода следят за тем, чтобы подошва аноде была горизонтальной. Обнаруженные перекосы анода перед пуском ванны немедленно устраняют.
После указанных операций по периферии ванны загружают фтористые соли (криолит, смешанный со фтористым натрием и фтористым кальцием) с таким расчетом, чтобы электролит пущенной ванны имел криолитовое отношение 3,1—3,2 и около 5% фтористого кальция.
Количество загружаемых перед пуском фтористых солей зависит от размеров ванны. Полезно около боковых стенок ванны за грузить куски чистого оборотного криолита, который впоследствии послужит основой образования гарниссажа.
Порошкообразные фтористые соли засыпают вокруг анода до уровня бортового листа кожуха ванны и второго ряда штырей (считая снизу). При этом посередине продольных сторон ванны в двух местах оставляют небольшие участки, не засыпанные фтористыми солями, которые предназначаются для заливки в ванну жидкого металла и электролита во время пуска. Против этих участков (окон) устанавливают стальные желоба (литники), которые от кожуха ванны изолируют прокладками из кирпича или асбеста.
Все операции по подготовке ванны к пуску производят возможно быстрее, иначе ванна остынет и потребуется дополнительная энергия на ее разогрев.
Для наблюдения за напряжением, во время пуска к ванне подключают вольтметр со шкалой на 100 в.
Перед пуском готовят жидкий алюминий для заливки его в ванну в таких количествах, чтобы вся подина оказалась покрыта слоем его, толщиной 30— 40 мм.
Металл заливают в ванну тотчас по окончании чистки ее от орешка. Назначение металла — обеспечить равномерное распределение тока по всей подине и предохранить ее от разрушения электролитом и накарбиживания.
Если пустить ванну без защитного слоя металла на подине, то катодом в процессе начавшеюся электролиза с момента отрыва анода от подины будут служить угольные блоки, а не поверхность металла. В таких условиях значительная часть алюминия будет взаимодействовать с углем подины, образуя карбид алюминия.
Прокарбижеиные блоки имеют пониженную механическую и химическую стойкость и повышенное электросопротивление. Правда, и предварительная заливка металла не устраняет полностью карбидообразования, но значительно его ослабляет.
При пуске новой серии (в виду отсутствия в ней действующих ванн), для наплавления металла и жидкого электролита вначале одну или две ванны пускают так называемым «сухим» способом (подробнее о нем будет сказано ниже). Впоследствии они являются ваннами-матками, из которых берут металл и электролит для пуска последующих ванн.
При массовом пуске ванн ощущается недостаток жидкого металла и электролита и часто ваннами-матками служат ранее пущенные ванны.
Для пуска ванн, как правило, создается специальная пусковая бригада во главе с опытным мастером. Эта бригада после пуска ванн передает их электролизным бригадам.
Пуск ванны начинается с момента заливки в нее жидкого электролита. Перед заливкой электролита поднимают анод и повышают на ванне напряжение до 4—5 в. Скорость и высоту подъема анода определяют по вольтметру, подключенному к ванне. Количество заливаемого в ванну электролита зависит от ее размеров. Жидкий электролит набирают из ванны-матки в литейный ковш сифоном или черпаками. Электролит из ковша заливают в ванну через желоб непрерывной струей. Одновременно с заливкой электролита постепенно приподнимают (с помощью подъемного механизма) анод и следят за тем, чтобы электролит равноверно заполнял шахту ванны.
Заливку электролита и подъем анода производят быстро, так как в противном случае электролит в ванне начнет застывать, в это приведет к осложнению пуска ванны и работы ее в послепусковой период.
После заливки электролита на ванне в течение 25—30 мин. поддерживают напряжение не ниже 20 в. Если оно снижается, то его повышают путем подъема анода. При этом происходит плавление порошкообразного криолита, ранее загруженного в ванну. После достижения уровня электролита в 20—30 см повышенное напряжение устраняется промешиванием электролита под анодом кочергой. Если этого бывает недостаточно, то на поверхность электролита осторожно насыпают 40—50 кг хорошо прогретого глинозема и вторично промешивают электролит под анодом кочергой.
После этого напряжение на ванне поддерживают около 6—8 в, проверяя при этом межполюсное расстояние, которое должно быть не менее 8—10 см. По прошествии некоторого времени на образовавшуюся корку твердого электролита загружают (в зависимости от мощности ванны) 80—120 кг глинозема На этом собственно и кончается пуск ванны.
Рассмотренный нами способ пуска называют «жидким» способом. Существует еще так называемый «сухой» способ пуска ванн.
Пуск ванн «сухим» способом. При нем, как и при пуске на жидком электролите, вокруг анода по продольным и торцевым стенкам шахты ванны загружают фтористые соли. Затем при помощи подъемного механизма осторожно приподнимают анод, пока на ванне не установится напряжение 7—8 в. При этом между анодом и подиной ванны образуются вольтовые дуги, в области которых происходит плавление электролита. При постепенном подъеме анода наплавляется все больше и больше жидкого электролита. После этого анод еще приподнимают и вызывают на ванне анодный эффект, во время которого плавятся фтористые соли.
Когда подина ванны будет покрыта слоем расплавленного электролита в 10—15 см, анод погружают в него. Добавляя порошкообразный криолит, в течение 3—4 час, наплавляют в ванне слой электролита в 20—30 см, после чего анодный эффект устраняется путем промешивания под анодом кочергой и устанавливается напряжение 6—8 в.
По прошествии некоторого времени в ванну заливают жидкий металл и на образовавшуюся корку твердого электролита загружают глинозем.
Ванна, пущенная «сухим» способом, обычно в дальнейшем служит «маткой» для вновь пускаемых ванн.
Такой способ пуска крайне нежелателен и его следует избегать, так как он влечет за собой разрушение подины и большие потерн фтористых солей.
Особое внимание во время пуска должно быть обращено на энергетический режим пуска. Пуск ванн должен осуществляться при такой величине тока и такой изоляции ванн, которые обеспечивают нормальную для пуска температуру электролита 970—1000°. Если же пуск ванн ведется при величине тока, пониженной по сравнению с оптимальным режимом, то это приводит к холодному ходу пусковых ванн.
Обжиг и пуск ванн с верхним токоподводом к аноду мало отличается от описанного выше обжига и пуска ванн с боковым подводом тока к аноду.
Обжиг ванн с верхним подводом тока к аноду состоит из следующих операций: увеличения тока, регулирования конуса спекания, перестановки штырей и контроля процесса обжига. Увеличение тока производится по заранее составленному графику с помощью шунтирующих устройств, включенных в электрическую цепь серии, либо безреостатным методом
Регулирование конуса спекания производят наряду с отключением и подключением штырей также перестановкой штырей на более высокий горизонт и разведением костров, где плохо коксуется анод.
Однако к разведению костров прибегают лишь в крайнем случае, так как это может привести к деформации анодного кожуха и газосборного колокола.
Перестановку штырей на новый горизонт производят лишь с том случае, если высота конуса спекания составляет не менее 60 см.
Во время обжига следят за тем, чтобы уровень жидкой массы в точке максимальной высоты конуса спекания был в пределах 15—20 см. Снижение уровня жидкой части массы ниже 15 см ухудшает качество анода, а превышение уровня выше 20 см ведет к осложнению свободного выхода пековых погонов Последние будут накапливаться в жидкой части анода и со взрывом выходить на поверхность анода. Поэтому по мере обжига анода загружают анодную массу до нормального уровня Загрузку очередной порции анодной массы в анод обычно приурочивают к перемещению штырей на новый горизонт. Новая порция анодной массы охлаждает находящуюся в аноде анодную массу и тем самым предупреждает загорание ее во время прохождения через нее раскаленного штыря. Обжиг анода обычно считается законченным, когда все штыри переставлены на свои горизонты, а минимальная высота конуса спекания будет не менее 50 см.
Все остальные операции: чистка ванны после обжига, подготовка к пуску и пуск производятся так же, как и при ваннах с боковым подводом тока к аноду.