Обжиг новых серий электролизёров

Пуск серии электролизёров можно считать крупным событием в работе любого алюминиевого завода. Обжиг с подключением электролизёра в серию предусматривает использование для нагрева подин тепла электрической энергии. Подключение серии на обжиг- первый этап пусковой процедуры. В процессе обжига температура ванны непрерывно повышается и постепенно приближается к температуре электролиза.

 Обжиг серии электролизёров ОА целесообразно производить с использованием прокалённой коксовой крупки, которая размещается между анодным массивом и катодом. Наличие порошкового материала с высоким электрическим сопротивлением имеет ряд существенных преимуществ. Порошковый материал обеспечивает надёжный контакт анода и катода и отсутствие местных перегревов. Высокое электрическое сопротивление слоя крупки даёт при прохождении тока дополнительный источник тепла, достаточный для создания необходимой температуры обжига.

Подготовка к обжигу сводится к выполнению следующих операций. Коксовая крупка засыпается на подину ровным слоем толщиной 30-50 мм. Размер крупки в пределах 0,8-5,0 мм. Граница засыпки не должна выходить за пределы анодного массива более чем на 100 мм.

 С одного из торцов на подсыпку попарно устанавливаются аноды с таким расчетом, чтобы зазор между штангой анододержателя и анодной шиной не превышал 5-10 мм. При этом необходимо следить, чтобы слой подсыпки оставался равномерным по всей площади подины. После установки последней пары анодов производится присоединение алюминиевых штанг к анодной шине через временные гибкие шинки.

 Периферия шахты (между анодным массивом и бортом ванны) засыпается дробленым оборотным электролитом таким образом, чтобы максимально утеплить ванну и защитить периферию от возможного окисления. Допускается также использование в качестве засыпки смеси оборотного электролита со свежим криолитом и фтористым натрием. В центре продольной стороны каждой ванны выкладывается летка из крупнокускового оборотного электролита на ширину одного анода, которая при пуске ванны будет использоваться для заливки металла и электролита.

В качестве подготовки к обжигу проверяют всю ошиновку серии, состояние контактов, механизмов подъёма анодов, исправность систем местного контроля и АСУТП, всю электроизоляцию и состояние рабочих площадок вокруг электролизеров. После завершения такой подготовки на всех электролизёрах серия подключается на обжиг на минимальную силу тока.

 В последующем производится постепенное увеличение силы тока на серии по заранее составленному графику. Подключать электролизеры на обжиг сразу на полную нагрузку нецелесообразно, т.к. при этом будет выделяться большое количество тепла, что приведет к резкому повышению температуры в анодах и подине. Это противоречит требованию замедленного коксования швов. Быстрый разогрев катода опасен также из-за неравномерного термического расширения отдельных элементов конструкции катода с образованием недопустимых термических напряжений.

Наиболее слабым звеном в угольной футеровке катода являются межблочные и периферийные швы. Степень их уплотнения при набойке относительно невелика, а температура обжига несравненно ниже, чем самих блоков в процессе их изготовления. В ходе обжига возможна усадка швов, особенно если скорость подъема температуры слишком велика. При неблагоприятных условиях между стенкой блока и затвердевшей набойкой шва образуется усадочная щель, открытая для проникновения расплава. Из-за повышенной пористости швы подвержены усиленной пропитке, они менее устойчивы против «натриевой атаки». В этой связи качеству набойки швов и полноценному их обжигу при пуске электролизера следует уделять повышенное внимание.

С другой стороны, нельзя и затягивать подъем токовой нагрузки, так как длительность обжига является и экономическим фактором, влияющим на расход электроэнергии, выпуск металла и затраты труда. Кроме того, при медленном подъеме токовой нагрузки может наступить ситуация, когда греющая мощность, выделяемая в электролизёре, будет недостаточной для возмещения потерь тепла, и плановое повышение температуры в подине будет нарушено.

При пуске холодной подины произойдет её «шелушение» (расслоение блоков с поверхности подины), науглероживание электролита, а самой ванне будет нанесен невосполнимый ущерб с точки зрения срока службы. По этой же причине в процессе обжига опасны перерывы в снабжении серии электроэнергией или длительное снижение силы тока.

После подключения электролизера на обжиг контролируется распределение тока по анодам. Регулирование нагрузки производится путём отключения гибких шин на перегруженных анодах. Для электролизёров большой мощности допускается одновременное отключение не более 4-6 анодов, в том числе не более 3 по одной стороне. По истечении времени обжига гибкие шины снимаются, зажимы с помощью технологического крана затягиваются.

Изучение режимов обжига и пуска на алюминиевых заводах позволило построить индивидуальные графики подъёма силы тока для электролизеров разной конструкции и различной мощности. В зависимости от мощности электролизера обжиг начинается при 30-50 кА и далее ток наращивается ступенями по 2-7 кА в час, при этом окончание обжига производится при повышенной на 7-10 %, относительно проектной, токовой нагрузке.

Обжиг электролизера считается законченным, когда температура в центре подины повысится до 820-900⁰С. Замеры температуры производятся в 9–12 точках на поверхности подины с помощью термопар. Продолжительность обжига составляет 68-72 ч. Напряжение на ванне в течение всего обжига постепенно возрастает, а затем медленно снижается, но максимально не превышает 3,5 В.

 При обжиге серии электролизёров большой мощности

(300 кА и выше) возникает проблема обеспечения равномерности обжига подины. Неравномерность распределения тока по анодам и подовым секциям приводит к образованию «холодных» зон, что снижает общее качество обжига. В этой связи обжиг серий мощных электролизёров более предпочтительно производить поочередно небольшими группами, используя газопламенный обжиг. Кроме того, одновременный пуск серии мощных электролизёров требует большого количества электролита, что не всегда возможно.

Перед обжигом газопламенным способом анодный массив поднимается над подиной, по продольным сторонам и в торцах устанавливаются топливные горелки. В местах установки горелок по направлению факела подину желательно защитить стальными листами или другим способом. Очень важно расположить горелки параллельно к поверхности катода, чтобы избежать фронтального попадания пламени горелок на катодные блоки, избежать местных перегревов и окисления поверхности.

Анодный массив и пространство борт-анод электролизёра утепляется специальным укрытием с использованием теплоизоляционного материала, а также пускового сырья. На подину устанавливаются термопары контроля и управления.

Обжиг пламенным способом с использованием современных автоматизированных топливных систем обеспечивает более равномерное температурное поле в подине и хорошую управляемость процесса. Хорошие результаты получены при использовании автоматизированной топливной системы обжига английской фирмы

Hotwork, оснащенной топливными горелками, работающими на дизельном топливе или керосине. Контрольно-управляющее устройство этой системы, смонтированное на транспортной тележке, включает регулятор температуры, панель электрического управления, топливный насосный узел, топливные фильтры, клапанные механизмы для топлива и сжатого воздуха.

Перед розжигом горелок в программу исполнения контрольно-управляющего устройства вводится график обжига, и система обжига включается в автоматический режим. Эффективность этой системы позволяет сократить время обжига до 62-64 часов.

При заданном темпе подъёма температуры и продолжительности обжига температура подины достигает 900⁰С и выше. При этом следует учитывать некоторые особенности температурного режима огневого обжига. До 270-300⁰С температура подины может быть поднята с высоким темпом (до 50⁰С и более в час), т.к. в этом интервале в связующем материале набивной массы не происходит глубоких структурных изменений, а в самом катоде не возникает серьезных температурных напряжений.

 Интервал от 300 до 600⁰С наиболее ответственный при обжиге. При этих температурах формируется коксовая структура в набивных швах с удалением в качестве газов коксования преимущественно метана и смол. Чем меньше будет темп подъема температуры (например, 7-8⁰С в час), тем более плотная структура набивного шва будет образована. Этот период обжига заканчивается образованием полукокса. Выше 600⁰С происходит уплотнение уже образованной структуры с удалением в качестве продукта коксования водорода. Темп подъема температуры может быть ускорен (до 12-14⁰С в час).

 Обжиг подины считается законченным при достижении заданной температуры нагрева и завершения коксования всех швов – центральных и периферийных. Если этого не удаётся достичь, то окончание коксования швов происходит при пуске ванны в результате заливки большого количества расплава и мгновенного повышения температуры. Естественно, что такой вариант завершения обжига ванны будет иметь негативные последствия.