Электролизер для получения алюминия с боковым токоподводом на силу тока 80000А

      Наилучшей электропроводностью обладает NaF. При температуре 1000°С его электропроводность 4,46 Ом^-1·см^-1. Для криолита эта величина составляет 2,5 Ом^-1·см^-1.

      С повышением содержания AlF₃ электропроводность ухудшается. Так же большое влияние на электропроводность оказывают добавки Al₂O₃. При содержании глинозема 5% электропроводность электролита 2,45 Ом^-1·см^-1.

      Добавки CaF₂ и MgF₂ так же несколько снижают электропроводность. Обычно промышленные электролиты несколько загрязнены угольной пеной,

которая так же снижает электропроводность и нарушает токораспределение.

В практических расчетах пользуются величиной обратной электропроводности – электросопротивление. Для промышленных электролитов оно составляет 0,5 Ом. 

      

        
 

      

      

Поверхностное или межфазное натяжение

      При электролизе криолит-глиноземных  расплавов поверхностное натяжение  рассматривается на четырех границах. Нагляднее это можно посмотреть на рисунке 1-Зоны поверхностного натяжения 

        

        
 
 

1-Электролит  – анодные газы, 2-Электролит –  анод, 3- Электролит - металл. 4-Электролит – угольная футеровка – металл.

Рисунок 1- Зоны поверхностного натяжения.

На границе 1 наибольшим поверхностным натяжением обладает NaF, он плохо смачивает электролит. AlF₃ снижает натяжение и способствует лучшему удалению анодных газов – это наблюдается в кислых электролитах.

      На  границе 2 в щелочных электролитах смачиваемость  лучше, чем в кислых – это приводит к пропитыванию анода и его разрушению.

      Большое влияние на смачиваемость анода  оказывает содержание глинозёма

в электролите. При уменьшении концентрации глинозема электролит хуже смачи-

вает  анод и при содержании глинозема менее 1% электролит перестает смачивать анод. В результате возникает анодный эффект. Из-за разрушения анода в электролите всегда присутствует угольная пена .Она легче выделяется из кислых электролитов чем из щелочных. На границе 3 электролит – металл кислые электролиты плохо смачивают жидкий алюминий. Это положительный фактор т.к. снижается растворимость алюминия в электролите. На границе 4 металл – угольный блок поверхностное натяжение металла большое, поэтому он не смачивает падину. Под слой металла может попасть электролит который смачивает падину хорошо, пропитывает ее и разрушает.  
 
 

Состав электролита:

-1 Глинозем  1,929

-2 Фтор соли 0,021

-3 Криолит    0,031

Основные технологические  параметры нормально работающего  электролизера

Состав электролита  поддерживается в пределах криолитовое  отношение 2,40-2,50

Содержание: CaF2 = 5,2-6 %

                      MgF2 = 1,4-2 %

                       CaF2+MgF2 = не >8 %

- Уровень металла  после выливки не < 28 см (32-34 см)

- Уровень электролита  16-20 см

- Частота анодного  эффекта не >1 раза в сутки на электролизере

- Длительность  анодного эффекта не >2 минут

- Напряжение  анодного эффекта не <30 В

- Рабочее напряжение 4,12-4,52 В

- Температура  электролита не >960⁰ С 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1.3 Описание конструкции

      Основными элементами электролизера являются: катодное устройство, анодное устройство, ошиновка и металлический грузонесущий каркас со смонти-

рованным  на нем механизмом перемещения анода, шторными укрытиями, бункерами для хранения глинозема и т.д.

1.3.1 Катодное устройство

          Катодное устройство алюминиевого электролизера предназначено для создания условий, необходимых для протекания процесса электролиза в криолит-глиноземном расплаве. Поскольку электролиз идет в весьма агрессивной среде при 950-1000 С⁰, катодное устройство должно быть устойчиво к действию расплавленных фтористых солей; обладать достаточно высоким теплоизоляционными свойствами, чтобы до минимума сократить потери тепла; быть электропроводным в зоне протекания процесса и иметь надежную изоляцию во избежание утечек тока; иметь достаточно жесткую конструкцию, способную выдержать напряжения, возникающие от протекания физико-химических реакций; обеспечивать продолжительную работоспособность между ремонтами и мобильность при замене в целях сокращения простоя электролизера в ремонте 

На рисунке 2 показан продольный разрез катодного устройства с кожухом без днища.        

                                     

/ - катодный кожух; 2 -цоколь; 3 - бетонный фундамент; 4 - анкерная лапа;

5 - изоляционная  втулка и шайба; 6- анкерный колодец.

Рисунок 2 Продольный разрез катодного устройства с кожухом без днища   
 
 

      Катодное  устройство состоит из стального  кожуха, футерованного внутри угольными  подовыми блоками, боковыми плитами. В нижнюю часть подовых блоков перед их установкой в электролизер устанавливаются стальные стержни(блюмсы) которые заливают чугуном. Блюмсы  служат для отвода тока от подины. Швы между подовыми блоками и периферийный шов набивают холодной набивной подовой массой. к катодной ошиновке подключаются с помощью пакетов гибких медных лент стальные блюмсы катодного устройства.

При разработке данного мною проекта я использовал девять катодных блоков.

Внутренние  размеры катодного кожуха:

- Lкож = 5850 мм

- Вкож = 3970 мм

1.3.2 Анодное устройство электролизеров с боковым токоподводом

      Анодное устройство алюминиевого электролизера, являясь одним из электродов, предназначено  для подвода тока в зону непосредственного  протекания процесса электролиза. Основным материалом анода служит углеродистый материал. По мере протекания процесса электролиза анод постепенно окисляется, и его необходимо периодически опускать. Для этого служит специальный подъемный механизм анодного устройства. 

Рисунок 3 - Электролизер с боковым подводов тока. 

      

катодный  кожух; 2 - газоотводный патрубок; 3 - токоподводящие спуски; 4 - штыри; 5 - анодная ошиновка; 6- крюк для подвески временных тяг; 7 - бункер  для   глинозема; 8 - механизм   подъема анода; 9 - штора; 10 -механизм подъема штор; 11 - стойка опорной лапы 
 

Размеры анода:

Площадь подошвы анода = 105263 см²

Ширина  анода Ва = 240 см

Высота анода На = 170 см

Количество токоподводящих шин 7 шт

Анодное устройство электролизеров с боковым  токоподводом состоит из анодной  рамы с «перьями», подвешенной на винтовых домкратах к грузонесущему каркасу. В анодной раме по периметру ее устанавливается алюминиевая обечайка, в которой формируется анод. Анод подвешивается к анодной раме за нижний ряд штырей, которые лежат на сережках, вывешенных на нижних концах перьев рамы или при помощи клиновой подвески. Общее количество работающих штырей составляет 67 шт. Токоведущими являются два нижних ряда штырей. Они подключаются к анодной ошиновке с помощью медных спусков. Анодные спуски подключаются к штырям с помощью клинового контакта.

      Электролизеры с боковым токоподводом снабжены укрытием для сбора и эвакуации вредных веществ, Выделяющихся в процессе электролиза: укрытие

монтируется на каркасе и имеет вверху газосборный  колпак и шторы навивного или  створчатого типа, закрывающие боковые  и продольные стороны электролизера

Ошиновка электролизера

Ошиновка  является токонесущим элементом  конструкции электролизера и  состоит из двух  частей – анодной  и катодной. Электролизеры, располагаемые  рядами один за другим, соединены токопроводами  из алюминиевых шин различного сечения  и включены в электрическую цепь последовательно: катодные шины одного электролизера соединены с анодными шинами другого. Группа электролизеров, объединенная в одну цепь, называется серией.

Газоулавливающие  устройства

Назначение  газоулавливающих устройств как  составной часки электролизера–сбор

выделяющихся  в процессе электролиза газов (максимально  достижимой концентрации) на месте  их возникновения и последующая  эвакуация газов в газоочистную систему. 
 

 

1.4. Обслуживание  при нормальной работе, неполадки, способы устранения.

Обслуживание  электролизеров включает в себя следующие  операции:

- наблюдение  за технологическим процессом;

- поддержание  технологических параметров электролиза  в заданных   пределах;

пробивка  корки электролита и загрузка сырья и материалов;

-ликвидация анодных эффектов;

- переключение  анодных спусков;

- извлечение  и забивка штырей;

- перетяжка  анодной рамы;

- наращивание  алюминиевой обечайки;

- загрузка  анодной массы;

- перетяжка  анодной рамы;

- наращивание  алюминиевой обечайки;

- загрузка  анодной массы;

- выливка металла;

- устранение  возможных нарушений технологического  режима.

Наблюдение  за технологическим процессом.

      В течение смены обслуживающий  персонал ведет наблюдение за работой  каждого электролизера, поддерживает на электролизерах заданное рабочее

напряжение, уровни металла, электролита и его  состав, состояние анода, настылей, гарниссажей. осадков на подине, междуполюсного расстояния.

        Нормальная работа электролизера  должна характеризоваться следующими  внешними признаками:

- Огни, отведенные вблизи углов анода (два с каждой продольной стороны), должны выбиваться с силой из-под корки электролита и иметь фиолетово-голубой цвет.

- Рабочее напряжение должно быть устойчивым, без частых колебаний.

- Корка должна быть равномерной по толщине вокруг анода.

- Электролит должен равномерно бурлить вокруг анода.

- Угольная пена должна хорошо отделяться от электролита и выгорать. 
 
 

- Покраснения поверхности анода над расплавом должны отсутствовать.

- Электролит, настывающий на ломике при кратковременном опускании его в расплав, должен иметь четко различимую линию границы металла с электролитом.

- Застывшая проба электролита в изломе не должна содержать угольных частиц.

      О нарушениях технологического режима обслуживающий  персонал ставит в известность мастера смены и по его распоряжению принимает меры по их устранению. Обслуживающий персонал должен особое внимание уделять герметизации технологического оборудования и системы газоотсоса, оказывающих влияние на состояние воздушной среды в корпусах электролиза. Количество электролизеров, одновременно разгерметизированных в корпусе по различным причинам (обработка электролизеров, выливка металла, извлечение и забивка анодных штырей и т.п.) не должно превышать 15% от общего количества электролизеров. Администрация цеха (корпуса) должна постоянно следить за состоянием шторных укрытий и своевременно принимать меры по устранению неисправностей. При отключении электролизеров на капитальный ремонт газоочистные патрубки должны быть закрыты.