Технология электролиза алюминия. Виды обжига катодных устройств

Технология электролиза алюминия.

Виды обжига катодных устройств.

          Задачи обжига:

1.  Коксование углеродистых межблочных швов.

2.  Прогрев катодного и анодного устройств до температур, близких к эксплуатационным.

3.  Формирование анода для электролизеров с самообжигающимися анодами.

{Источником тепла является углеродистое тепло, которое выделяется при прохождении постоянного тока через электролизер}.

Способы обжига подины:

       Классический обжиг:

I.  Обжиг на жидком металле.

II.  Обжиг на коксе или алюминиевой стружке (для ОА)

III.  Обжиг с газовыми или мазутными горелками.

IV.  Отжиг с электрическими нагревателями.

V.  Газопламенный обжиг (пламя + горячий газ).

        Новые виды обжига: 

VI.  Обжиг на металле с формовкой нового анода. При полном токе (J) или его медленном увеличении.

VII.  Нагрев катода через слой низкомодульного расплава (КО=2,0 – 2,2) или безщелочного расплава.

VIII.  Совмещенный обжиг с пуском в течении 12 – 23 часов.

1.  Обжиг на жидком металле.

В шахту заливают расплавленный металл, и электролизер включают в цепь постоянного тока. При прохождении тока через анод - слой металла - подина, выделяется тепло, которое передается подине и другим конструкциям. Предварительный нагрев заканчивается при полном растворении слоя металла.

                         Преимущества:

-  простота с технической т.з.

                           -  наличие высоких конечных температур в       конце обжига.

                         Недостатки:

                           -  Неравномерное распределение металла по подине =>  неровная поверхность подошвы анода.

Все это приводит к неравномерному распределению тока по анодным штырям и блюмсам катода. Последнее приводит к большим градиентам температур в плоскости подины и локальным ее перегревам. Перепад температур между центром и переферией может достигать 400 – 800 ^оС.

6. Обжиг на металле с формовкой нового анода.

Повышает срок службы электролизера на 8 – 12 месяцев за счет повышения качества обжига, но используется редко.

     5. Газопламенный обжиг.

Подина прогревается за счет продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива.

         Недостатки:

                    - Значительные потери тепла в окружающую среду;

                    -  Повышенный расход топлива;

         Преимущества:

                    -  Более равномерный прогрев подины;

2. Обжиг на коксовой мелочи (для электролизеров с обожженными анодами).                                  

Между подиной и анодом – слой покаленного нефтекокса ( или алюминиевой стружки), после чего электролизер включают в сеть.

           Температура выделяется в результате прохождения тока через “анод-дополнительный слой-подина ”.

                    Время обжига – 24 – 72 ч.

                    Температура – 900 – 950 ⁰С

На длительность службы катодного устройства между капремонтами оказывают влияние:

          1).      Качество углеродистых материалов.

          2).      Качество монтажа подины.

          3).      Темпы и режимы обжига.

Некачественный обжиг, снижающий срок службы электролизера, обусловлен:

1.  Недостаточным коксованием швов и набивки;

2.  Разрывами швов из-за термических напряжений;

3.  Проникновением расплавленного металла между блоками;

4.  Нарушением механической прочности и монолитности катода;

5.  Изменением теплоизоляционных свойств цоколя;

6.  Неравномерным прогревом подины.

Мероприятия, направленные на повышение срока службы электролизеров:

1.  Использование пасты на основе диборида титана (TiB₂). Ею покрывают катод, закрывают стальными листами и проводят обжиг. Для улучшения смачиваемости катода алюминием, по сравнению с электролитом, который, попадая под металл, разрушает футеровку, особенно NaF.

2.  Использование сухой барьерной смеси (СБС). Представляет собой песок определенного химического состава. СБС насыпают под подовые блоки или вместо кирпичной кладки. Когда фторсоли просачиваются через межблочные швы и соприкасаются с СБС, то образуется соединение, близкое по составу к нефелину (NaK)₂O ^. Al₂O₃ ^. 2SiO₂ (nefeli – “облако” (греч)). Это соединение обладает низкой пористостью (~ 7%). Поэтому, из-за замедленной фильтрации, фторсоли также медленно добираются до катодного блюмса.

3.  Улучшение качества подовых блоков путем введения в их состав антрацита и графита (до 25 %). При таком соотношении получаются материалы, стойкие к воздействию NaF.

4.  Повышение качества монтажа подин, особенно набивки швов.

5.  Ровный температурный режим электролиза. Кратковременные охлаждения и перегревы, мало влияют на прочность подины, но длительные остановки с последующим нагревом приводят к развитию трещин в футеровке, увеличению деформации подины и кожуха.

6.