Цех электролитического получения алюминия, производительностью 250 000 тонн в год

На преобразовательной подстанции имеется система автоматического регулирования силы тока, которая включает резервную мощность при возникновении вспышек на электролизерах, поддерживая силу тока постоянной. Частое регулирование тока серии увеличивает потери энергии на преобразование, поэтому работа серии при малом числе вспышек и равномерном их распределении во времени существенно улучшает энергетические  показатели  серии.

В зависимости  от числа ванн в серии разность потенциалов между ее крайними точками (входящими и выходящими шинопроводами) составляет 400—850 В. Чтобы уменьшить опасность поражения током, в средней части  серию  заземляют.

Серия размещается в  зданиях-корпусах с двухрядным расположением электролизеров.

Корпуса электролиза размещают параллельно друг другу и соединяют центральным коридором. Между корпусами размещают газоочистные установки и глиноземные силосные башни. Здания корпусов строят из сборного железобетона, принимая особые меры по электроизоляции  строительных  конструкций  от  оборудования, находящегося под потенциалом серии. Полы в корпусе делают из материалов с высоким удельным электросопротивлением, например из асфальта; стены и колонны корпуса на высоту 3,5 м от пола изолируют слоем  кирпича  или  бетона.

Катодную  общесерийную ошиновку монтируют на бетонных столбах с электроизоляционными прокладками. Расстояния между стенами корпуса и ваннами, а также между рядами ванн делают такими, чтобы обрабатывающие машины и внутрицеховой транспорт не могли замкнуть участки с разными потенциалами.

Грузы в корпусах перевозят наземным транспортом (электрокары, автомашины) и мостовыми кранами. Грузоподъемность мостовых кранов зависит от принятого на заводе способа капитального ремонта электролизеров. Для транспортирования самообжигающихся анодов и катодных устройств при капитальном ремонте применяют (до 30 т) мостовые краны и специальные выкатывающие машины.

В каждом корпусе  вдоль рядов электролизеров проложены лини сжатого (5—6 ат) воздуха для обеспечения работы пневматических машин и линии вакуумной системы для подключения вакуум-ковшей и пылесосов

В корпусах электролиза  необходима интенсивная вентиляция, так как в рабочую зону выделяются вредные газы (HF, СО), продукты коксования анода, пыль глинозема и фтористых солей, а также значительное количества тепла. Конструкция корпусов предусматривает их непрерывную естественную аэрацию. Свежий воздух заходит через окна, омывает электролизеры и удаляется  через фрамуги  фонаря.

Однако основной воздухообмен в корпусах обеспечивает принудительная (вытяжная и приточная) вентиляция. Чтобы содержание вредностей на рабочем месте соответствовало норме, необходимо отсасывать от закрытого шторами электролизера 6000—8000 м³/ч, а от открытого 18000—20000 м³/ч воздуха. Мощность вытяжной вентиляции в серии, состоящей из 168 электролизеров, составляет 1,4—1,6 млн. м³/ч. Цель приточной вентиляции — компенсация объема воздуха, отсасываемого из корпуса, и создание нужной температуры на рабочих местах. По мощности приточная вентиляция не должна уступать вытяжной. В зимнее время приточный воздух подогревают в калориферах, чтобы температура на рабочих площадках составляла 10—16°С, а летом — охлаждают в водяных душирующих устройствах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

5.1 Конструкция электролизера

 

Алюминиевый электролизер состоит из следующих основных элементов: катодного устройства, анодного устройства, ошиновки и системы газоулавливания.

По конструкции катодного  устройства электролизеры  различают:

- оборудованные кожухом без днища;

- оборудованные кожухом с днищем.

По анодному устройству различают электролизеры:

- с самообжигающимся анодом и боковым токоподводом (электролизеры БТ);

- с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом (электролизеры ВТ);

- с обожженными анодами (ОА).

Алюминиевые электролизеры  классифицируют по мощности и по конструкции. Мощность электролизеров (имеется в виду токовая нагрузка, на которую они рассчитаны) может быть небольшой (30-40кА), средней (50-90кА) и большой (100-250кА).

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

5.1.1 Катодное  устройство электролизера

 

Представляет собой шахту, выложенную угольными подовыми и боковыми блоками. Угольные блоки достаточно стойки против агрессивного воздействия криолито-глиноземного расплава при температуре электролиза. Катодное устройство состоит из следующих основных элементов: стального кожуха, выполненного из стальных балок и листов, сваренных между собой, кирпичного цоколя, который служит основанием для кожуха, боковой футеровки, состоящей из угольных плит и засыпки из шамотной крупки. Внутри кожуха выложено несколько рядов огнеупорного кирпича, на поверхность которого нанесен слой подовой угольной массы толщиной 50 мм «подушка». На подушке установлены подовые секции, представляющие собой угольные блоки, в нижнюю часть которых вставлены катодные стержни (блюмсы), служащие для подвода тока к подине. Для создания необходимого контакта между блоком и стальным стержнем пространство между ними заливают чугуном. Электролизер имеет катодный кожух с днищем. Рассмотрим теперь каждый элемент катодного устройства. Катодные кожухи служат для установки в них футеровки ванны. Они должны иметь достаточную механическую прочность, поскольку при эксплуатации электролизеров в подине возникают большие усилия, связанные с проникновением в нее натрия и с ее разбуханием. Эти усилия через боковую футеровку передаются на стенки кожуха и должны быть ими восприняты без больших деформаций. Поэтому основная жесткость кожуха сосредоточивается в верхнем поясе сварных балок. От прочности кожуха в значительной мере зависит срок службы электролизера, так как при недостаточном обжатии футеровки процессы деформации в ней приводят к проникновению расплавленного металла и электролита к стальным элементам и выходу ванны из строя.

В верхней  части кожух закрыт бортовым листом, прикрывающим боковую футеровку сверху и защищающим ее от окисления. Боковые продольные стороны имеют окна для катодных стержней. Окна снабжены манжетами, обращенными внутрь кожуха. Пространство между стержнем и манжетами заполнено мастикой из асбеста на жидком, стекле, чтобы обеспечить электроизоляцию между стержнем и кожухом и затруднить проникновение наружного воздуха к угольной футеровке и ее окисление.

Подина электролизера  набрана из подовых секций, представляющих собой угольный блок, в нижней части которого имеется паз для катодного стержня. Крепление стержня в блоке производится заливкой специальным чугуном с минимальной усадкой: Si 2,5— 3,6% (по массе), Р 0,8—1,6% (по массе). Угольные блоки получают на специальных прессах; сечение блоков 400×550, длина 600, 800, 1200 или 1600 мм, в некоторых случаях — до 2500 мм. Изготавливают блоки из термоантрацита, графита, угольного боя и литейного кокса. Эти материалы дробят и смешивают со связующим — каменноугольным пеком, а затем прессуют и обжигают. Графит повышает стойкость блоков против воздействия натрия и увеличивает электропроводимость, однако при этом повышается и стоимость блоков. Обычно содержание графита в блоках составляет 20—30%. Подовые секции

устанавливают на расстоянии 25— 50 мм друг от друга; в пространство между ними набивают подовую массу, которая при обжиге подины коксуется, образуя подовый шов, прочно связывающий подовые блоки. Между боковой футеровкой и подовыми блоками из той же массы набивают периферийный шов шириной до 300 мм.

Боковая футеровка  выполнена из угольных плит толщиной 200 мм, высотой 600—800 мм и длиной 550 мм. Плиты устанавливают на кирпичную кладку, так называемую бровку, через которую проходят катодные стержни. Между угольными плитами и катодным кожухом имеется слой теплоизоляции в виде набойки из шамотной крупки толщиной 50—80 мм. При деформациях кожуха этот слой предохраняет более хрупкую угольную футеровку от разрушения. Для усиления теплоизоляции в электролизерах средней мощности, кроме этого кладут ряд шамотного кирпича (кладка в 1/4 кирпича) между набойкой и угольными плитами.

Размеры шахты  электролизера зависят от его  мощности и типа катодного кожуха. Обычно глубина шахты составляет 400—600 мм, расстояние от анода до стенок шахты по продольной стороне 440—650 мм, по торцевой стороне 500—600 мм (большие размеры — для более мощных электролизеров).

От качества футеровочных материалов и тщательности монтажа электролизера в значительной степени зависит срок его службы. Особенно большие требования предъявляются к качеству швов между блоками, поскольку швы являются наиболее слабым местом подины.

 

5.1.2 Анодное устройство электролизера

 

 Представляет собой угольный анод, помещенный в анодную раму, сваренную из стального листа, усиленного в верхней части швеллером. Между рамой и анодом помещена алюминиевая обечайка из листа толщиной в 1 мм, она не дает вытекать анодной массе, которая в верхних слоях анода находится в полужидком состоянии. По мере срабатывания анода масса переходит в зоны более высоких температур, коксуется и становится прочной и электропроводной. В этой зоне обечайка предохраняет анод от окисления. Так как обечайка расходуется вместе с анодом, то ее наращивают сверху.

Подвеска  анода и подвод тока к нему осуществляются с помощью стальных штырей 6 длиной до 1100 мм и диаметром 60—80 мм. Штыри забивают в тело анода со всех четырех сторон в шахматном порядке в 4—5 рядов с шагом по вертикали 200 мм и горизонтали 370 - 400 мм т.е. так, что штыри четных и нечетных рядов смешены один относительно другого на половину шага; они имеют наклон к горизонтали 12-15°. Подводящими ток являются два нижних ряда штырей. Нагрузка от массы анода передается первым рядом штырей через серьги 6 на перья анодной рамы 3 рисунок 5.1.2.1. Анодная рама подвешена с помощью полиспастного или

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1.2.1 — Поперечный разрез анода электролизера БТ

1 — алюминиевая обечайка; 2 — аноный каркас; 3— аноная рама; 4 — перо; 5 — штырь; 6 — серьга;

I — жидкая часть анодной массы; // — скоксованный анод

 

винтового механизма к  несущей конструкции электролизера. Это позволяет перемещать анод вверх или вниз.

Ток к аноду  подводится с помощью анодных спусков (гибких шинок) 4 рисунок 5.1.1, представляющих собой медные полосы, верхние концы которых закреплены болтовым соединением к анодным и уравнительным шинам, а нижние — присоединены с помощью клиновых соединений к головке штыря.

Процедура перетяжки анодной рамы состоит в следующем. Когда первый ряд штырей займет крайнее нижнее положение (т. е. когда при дальнейшем опускании они могут «вмерзнуть» в электролитную корку), анодные спуски от штырей отсоединяют и подключают к третьему ряду штырей. Тяжесть анода передают с помощью временных тяг на несущую конструкцию, первый ряд штырей извлекают и анодную раму поднимают до тех пор, пока штыри второго ряда не воспримут тяжесть анода с помощью серьг. Затем временные тяги снимают и забивают штыри самого верхнего ряда.

На верхней площадке несущей конструкции электролизера рисунок 5.1.1 укреплен механизм для подъема анода 24 и устройство для открывания штор 3. Шторы 23 закрывают электролизер со всех боковых сторон и состоят из полос-звеньев, шарнирно соединенных между собой. Верхняя полоса закреплена на барабане, при вращении которого штора поднимается, открывая рабочее пространство электролизера. Сверху анод закрывается крышками. Анодные газы и погоны пека, выделяющиеся при коксовании анодной массы, направляются с помощью патрубка 22 в систему вытяжной вентиляции.

Глинозем хранится в  бункерах 1, из которых он по течкам 20, закрываемым затвором 2, подается на корку электролита.

Температура самообжигающегося  анода по высоте изменяется от 950 °С на его нижней поверхности (подошве) до 100 - 120 °С в верхней зоне. Под действием тепла, выделяющегося в электролите, нижняя часть анода спекается в монолитный угольный блок. Верхняя граница обожжённой части анода (конус спекания) имеет температуру около 400 °С и находится на расстоянии 0,7-1,0 м от подошвы анода. Над конусом спекания расположен   слой полуспекшейся тестообразной массы, имеющей температуру 300-400 °С. Наконец, верхний слой анода представляет собой сырую анодную массу, температура которой изменяется по высоте от 100 до 120 °С.

 

5.1.3 Ошиновка электролизёра

 

Ошиновка  электролизеров должна обеспечивать равномерное распределение тока по поверхности электродов, способствовать уменьшению действия электромагнитных сил в зоне электролита и быть достаточно дешевой. Выполняется ошиновка из алюминиевых шин и лент. В электролизерах БТ анодные спуски выполнены из медных лент, но применение меди для изготовления шин не допускается. На рисунке 5.1.3.1 изображена ошиновка электролизера средней мощности с боковым токопроводом.

Ошиновка электролизера  делится на две части — анодную  и катодную. Анодная ошиновка состоит из анодных стояков, анодных пакетов и уравнительных шин, гибких шинок, собранных в отдельные пакеты, или, как их обычно называют, «анодных спусков», передающих ток от анодных пакетов и уравнительных шин к анодным штырям. В целях экономии алюминия анодный пакет шин по всей длине электролизёра разбивают на участки, в которых по мере удаления от стояков уменьшают число шин на одну, а в конце оставляют одну шину. Анодные пакеты шин симметричные, тающие.

Катодная  ошиновка состоит из гибких лент катодных спусков, приваренных к стальным катодным стержням подины и катодных шин (пакетов). Концы спусков приварены к алюминиевым катодным шинам. Пакеты катодных шин уложены по продольным сторонам электролизера таким образом, чтобы их удобно было стыковать с помощью шунтов (короткозамыкателей) с анодными стояками во время капитального ремонта электролизера. Для удобства отключения ванны из электрической цепи катодный пакет шин по всей длине электролизёра разбивают на участки, делая его тающим.

От соседнего электролизёра ток передается с помощью двух анодных стояков, представляющих собой пакеты алюминиевых шин 250×29 или 430×60 мм. От стояков по продольным сторонам анода проложены две анодные шины переменного сечения. В торцах анода анодные шины соединены уравнительными шинами.