Нарушения технологии и меры по их устранению

В процессе эксплуатации в электролизерах возникают различные нарушения технологического режима, происходят износ и разрушение отдельных конструктивных элементов и узлов.

Технологические нарушения можно разделить на: связанные с изменением теплового режима ванны; вызванные изменением состава электролита; возникшие в анодном узле.

Необходимо отметить, что такое разделение достаточно условно, поскольку многие виды нарушений взаимосвязаны; одно нарушение может порождать другое, и не всегда удается установить первопричину возникновения того или иного технологического нарушения.

Рассмотрим подробнее нарушения, вызванные изменением теплового режима электролизеров.

Горячий ход электролизера возникает тогда, когда приход тепла в ванну превышает ее расход, что характеризуется повышенной температурой электролита (выше 965 °С). технологическое нарушение может быть следствием многих причин — повышенной силы тока, возросшего электросопротивления отдельных токоведущих узлов электролизера (анода, подины, электролита). Горячий ход ванны может воз никнуть и в результате интенсивного протекания обратной реакции окисления алюминия, во время которой выделяется большое количество тепла. Причинами этого могут быть заниженное значение МПР и малый уровень электролита, резкий перекос и повышенная циркуляция металла в ванне, неровности на подошве анода, установка новых анодов ниже или выше уровня остальных и пр.

Горячий ход ванны может быть следствием "зажатия" ванны, вызываемого замыканием части анода или отдельных анодов (на электролизерах с ОА) на металл непосредственно или через куски анода или скопившуюся в МПР пену, в результате чего возрастает интенсивность обратных реакций и наступает перегрев ванны.

Внешними признаками горячего хода являются: желтые вялые огни, выбивающиеся из-под корки; слабое бурление электролита — электролит "плывет" из-под анода и парит; тусклые и редкие вспышки; светлый, ближе к оранжевому цвет электролита.

Повышенная или пониженная сила тока редко бывает причиной нарушения теплового режима ванны, так как она практически не изменяется в процессе работы. Однако следует обратить внимание персонала КПП на необходимость внеочередной проверки точности работы приборов учета электроэнергии — вольтметров, амперметров и счетчиков энергии.

Обычно горячий ход ванн является следствием нарушения тех или иных технологических параметров ванны.

Завышенное значение МПР приводит к повышению греющего напряжения и температуры расплава. Для устранения такого нарушения следует уменьшить МПР, что можно выполнить двумя способами — увеличением уровня металла или опусканием анода. Желательно сначала выполнить первую операцию, загрузив твердый алюминий, что понизит температуру расплава. После охлаждения электролита и усиления его бурления следует постепенно снижать МПР, не допуская Уменьшения бурления электролита. Обычно такое нарушение Удается устранить в течение нескольких часов.

При "зажатии" ванны необходимо поднять анод до устойчивого напряжения, очистить МПР от кусков анода и пены, а затем постепенно снижать напряжение на ванне.

Значительно больше времени требуется для ликвидации горячего хода ванны при нарушениях в анодном узле (увеличение минимального расстояния от конца штыря до подошвы анода; нарушение расстановки штырей и связанное с этим нарушение распределения тока по аноду; возникновение шеек на боковой поверхности анода и пр.).

Увеличение сопротивления подины возникает в результате ее загрязнения глиноземистыми осадками и чрезмерного зарастания подовыми настылями и "коржами". К горячему ходу ванны приводит увеличение падения напряжения в подине не менее чем на 300—400 мВ. Для устранения этого нарушения нужно охладить подину путем загрузки твердого алюминия и затем постепенно очистить подину от коржей и осадка, поддерживая при этом повышенный уровень электролита.

Работа электролизера "в борт" обычно наблюдается тогда,когда значительная часть тока проходит не через металл и подину, а через электролит и бортовые блоки, которые могут быть обнажены из-за отсутствия гарнисажей в результате горячего хода ванны. Работа электролизера «в бок» приводит к разрушению бортовой футеровки и преждевременному выходу ванны из строя. Это нарушение имеет место при наличии больших сплошных осадков на подине. Поэтому его устранение начинается с подтягивания осадка к бортам для образования гарнисажа, а полное устранение нарушения наступает после устранения горячего хода ванны.

Прорывы расплава через бортовую футеровку часто являютсяследствием горячего хода и работы ванны в борта, в процессе которых расплавляются гарнисажи и постепенно разрушается футеровка. Наличие же осадка на подине усугубляет последствия такого нарушения, поскольку значительная часть тока вынуждена идти через бортовую футеровку. Разрушение футеровки на ванне без днища приводит к прорыву расплава между кожухом и бортовой футеровкой, а на ванне с днищем — через конструктивные отверстия в кожухе (места прохода блюмсов) или через отверстия в кожухе, которые образуются в результате воздействия расплава на него. Прорыв расплава может вызвать разрыв серии и возникновение электрической дуги, наносящей большие разрушения ванне. Кроме того, вытекающий расплав может попасть на ошиновку и расплавить ее, что вызовет длительное отключение серии, необходимое для шунтирования ванны переносным комплектом ошиновки.

Для ликвидации прорыва необходимо немедленно приступить к опусканию анода и забивке места прорыва оборотным электролитом в смеси с глиноземом и фторидом кальция. Если удалось остановить течь, то ремонт бортовой футеровки проводят без отключения ванны. Для этого пространство борт — анод забивают оборотным электролитом и замораживают его, а затем снимают фланцевый лист, закрывающий бортовую футеровку сверху, извлекают застывший расплав и возникшую полость набивают подовой массой. Эта масса, постепенно коксуясь, образует достаточно надежную бортовую футеровку.

Холодный ход возникает при временном превышении расхода тепла над его приходом, которое может продолжаться длительное время.

Признаками холодного хода являются: пониженная (ниже 965 °С) температура расплава; резкое снижение уровня электролита и увеличение уровня металла; потемнение цвета электролита (до темно-вишневого) и повышение его вязкости; очень яркие (более 40 В) и частые вспышки; твердая, особенно в углах, электролитная корка. При этом полезно проверить показания вольтметра, установленного на ванне, с показанием аналогичного прибора на АСУТП.

Если холодный ход ванны не запущен, то его легко ликвидировать путем увеличения МПР и заливки горячего электролита. При длительном холодном ходе ванны на подине возникают осадки и "коржи", увеличиваются подовые настыли, в редких случаях это приводит к выравниванию плотностей металла и электролита, их смешиванию и всплытию металла. При этом возможны замыкания анода с металлом и выбросы его из ванны. Ликвидация таких нарушений требует большего времени и повышенных трудозатрат — необходима заливка горячего электролита, снижение уровня металла, повышение МПР, снижение частоты обработок, утепление корки электролита. По возможности не следует проводить замену анодов на электролизерах с ОА, так как эта операция снижает температуру на ванне.

Рассмотрим наиболее характерные технологические нарушения, связанные с изменениями состава электролита.

Науглероживание электролита. За счет осыпания анода иобразования пены в электролите всегда присутствует углерод в количестве около 0,1 %. Основная часть углерода всплывает на поверхность электролита и сгорает либо снимается персоналом. Однако при резком увеличении или снижении КО и при повышении температуры электролита выделение пены из него может уменьшиться. Это вызовет повышение содержания углерода в электролите до 1 %, что увеличит электросопротивление электролита и приведет к возрастанию напряжения и температуры.

Для устранения науглероживания электролита необходимо проверить и откорректировать состав электролита, уровни металла и электролита, уменьшить загрузку глинозема и вызвать повышенную частоту вспышек, при которой пена отделяется лучше. Ванна с запененным электролитом вспыхивает тускло, поэтому при вспышке надо поднять напряжение и подогреть ванну, а затем тщательно очистить электролит от пены и охладить расплав холодным металлом. Обычно после проведения указанных операций ванна начинает работать нормально. Однако если своевременно не ликвидировать горячий ход электролизера с науглероженным электролитом, то может начаться процесс карбидообразования, или как называют его на практике, "образование грибов".

Карбидообразованию способствует высокая температура, повышенное КО и местные перегревы, поэтому такие технологические нарушения — явление очень редкое и случается, как правило, на пусковых электролизерах, особенно при некачественных угольных блоках, прорывах массы в электролит и пр. Поскольку процесс образования карбида алюминия идет с выделением большого количества тепла по реакции

4А1 + ЗС ↔ А1₄С₃ + 264,6 кДж/моль,

электролит сильно разогревается (более 1000 °С) и образуются "грибы" - кашеобразная настыль, состоящая из смеси угольной пены, глинозема и электролита. Характерный признак появления карбида — внешний вид электролита, который имеет беловатый оттенок, не бурлит, а "плывет" струей на перегрев, становятся желтыми, напряжение на ванне возрастает до 8— ДО В, а электролитная корка не образуется.

Для ликвидации накарбижевания электролита необходимо устранить причину местного перегрева ("зажатие" ванны, конус на подошве анода, перекос анода и др.)- Затем постепенно поднимают анод и осторожно, не перемешивая расплава ванны, скребком удаляют из-под анода загустевший ("грибной") электролит, после чего удаляют жидкую часть некарбиженного электролита и заменяют его свежим из другой, нормально работающей ванны. Если эти меры не помогут, следует слить часть электролита, посадить анод на металл, зашунтировать ванну. Затем удалить весь грибной электролит, расчистить подошву анода и подину и вновь пустить ванну на электролиз.

"Негаснущая вспышка". Обычно анодный эффект удается легко устранить после загрузки очередной порции глинозема. Однако иногда вспышку не удается устранить в течение нескольких часов и такой затяжной анодный эффект называют "негаснущей вспышкой". Такие вспышки возникают на ваннах с расстроенным ходом, неправильной формой рабочего пространства, малым уровнем электролита, низким КО, высоким содержанием добавок и пр. Негаснущими чаще всего становятся мигающие или тусклые вспышки, во время которых наблюдается интенсивная циркуляция металла. Природа негаснущих вспышек до конца не ясна, но обычно они возникают при залипании анода глиноземистым осадком, что вызывает скачок напряжения на участке анод — электролит. Гасить такую вспышку загрузкой очередной порции глинозема нельзя, так как его концентрация превышает нормальную, а загрузка глинозема только усугубит положение.

Для ликвидации негаснущей вспышки необходимо, прежде всего, устранить контакт анода с осадком путем переплавки твердого металла и подъема МПР с постепенным выведением ванны на ясную вспышку. Выход ванны на нормальный ход можно ускорить осторожной расчисткой подошвы анода, забивкой мест интенсивной циркуляции металла оборотным электролитом.

Если указанные меры не приведут к ликвидации вспышки, ванну следует отключить и провести ее повторный пуск, как при накарбижевании электролита.