Технология обслуживания анодов

Обслуживание самообжигающихся анодов складывается из следующих основных операций: загрузки анодной массы, подъёма анодной рамы и анодных кожухов, перестановки штырей, контроля за состоянием анода.

Загрузка анодной массы. Загружать анодную массу следует равномерным слоем по всей поверхности анода. При учащенной загрузке поддерживается более стабильный температурный режим жидкой фазы. На анодах с верхним подводом тока масса загружается один раз в двое суток или ежедневно. Её загружают в виде мелких брикетов из бункеров с помощью мостовых кранов или с напольных загрузочных машин. Перед загрузкой анодной массы анод необходимо обдуть сжатым воздухом для удаления пыли, обратив внимание на периферию и углы, где скапливается её наибольшее количество.

Если по периферии анода образовались отстои пека, то загрузку начинают возле бортов, выдавливая пек к центральной оси анода. Далее загружается центральная часть. При загрузке анодной массы необходимо поддерживать полноту анода, не допуская снижения столба анодной массы.

Что касается анодов с боковым подводом тока, то загрузка анодной массы в них существенно облегчена, так как верх анода полностью открыт. Внимание следует уделить только равномерности загрузки, которая производится, как правило, через 5-6 суток.

Подъём анодной рамы и анодных кожухов. Первую операцию производят периодически, когда рама приближается к поверхности контрфорсов. Раму следует поднимать не ранее суток после перестановки штырей или лучше перед перестановкой штырей. Задержка этой операции недопустима, так как газосборный колокол может оказаться в электролите и оплавиться. Поэтому данная операция производится с таким расчетом, чтобы расстояние от газосборного колокола до электролита составляла не менее 10-14 см. 

Анодную раму на электролизёрах с верхним подводом тока поднимают при одновременной работе вспомогательного механизма и механизма перемещения анода. Перед подъёмом рамы анод подвешивают с помощью опорных колец на поперечные балки анодного кожуха либо с помощью специальных порталов с захватами.

После установки удерживающего устройства ослабляют зажимы штырей на анодной шине, включают основной и вспомогательные механизмы. При этом анодная рама поднимается вверх, а вспомогательный механизм раскручивает анодную рубашку вниз. При этом анодная рубашка остаётся неподвижной. После окончания подъёма рамы штыри плотно затягиваются с помощью прижимных устройств. Напряжение на ванне при этом не должно увеличиваться более чем на 0,1-0,2 В.

Перетяжку анодной рамы на электролизерах с боковым подводом тока производят каждые 10-12 дней сразу после извлечения штырей и выполняют при помощи механизма подъёма анода. При перетяжке рамы анод подвешивают с помощью временных подвесок или тяг, которые крепятся к нескольким штырям нижнего ряда. Подъём рамы производится примерно на 200 мм.

Во время перетяжки необходимо следить, чтобы не произошло перекоса рамы, смещения штырей верхних рядов и разрывов обечайки. Перед подходом серёжек ко второму ряду необходимо проверить и отрегулировать с помощью прокладок зазор между штырями и серёжками, чтобы они были одинаково нагружены. Временные тяги снимаются только после их ослабления, т.е. когда нагрузку анода воспримут перья анодного кожуха. Перетяжка не должна изменять напряжение на ванне, а в случае его возникновения необходимо выяснить причину этого изменения и установить напряжение в соответствии с технологическим состоянием электролизёра.

Наращивание алюминиевой обечайки на электролизерах с боковым подводом тока производится по мере её расходования, когда высота алюминиевого листа над поверхностью анодной массы снижается до 400-500 мм. Работу ведут в следующей последовательности. Анод загружается анодной массой. Вкруговую по периметру анода устанавливается алюминиевый лист толщиной ~ 1 мм. При этом верхнюю часть старой обечайки прижимают к анодной раме, а новые листы устанавливают внахлёст поверх старой обечайки. Вновь установленные листы соединяются между собой и со старой обечайкой алюминиевыми заклепками. Для лучшей установки обечайки клёпку начинают с середины продольных сторон и следят за плотным прилеганием новой обечайки к старой. Соединение листов вертикальным швом производят в торцах анода.

Перестановка штырей. Электролизеры ВТ. Перестановку штырей производят, когда расстояние от штырей нижнего горизонта до подошвы анода снижается до 23-27 см. Это так называемое «минимальное расстояние». Расстановку штырей по горизонтам учитывают в журнале замеров мастера анодного хозяйства. Замеры минимального расстояния производят через сутки после перестановки всех штырей одного горизонта и за сутки перед началом следующей перестановки. До перестановки штырей необходимо подготовить комплект холодных очищенных штырей.

Перед извлечением штыря освобождают зажимную колодку переставляемого штыря, соединяют головку штыря с автоматическим захватом штанги штыревого крана, раскручивают штырь до полного его отрыва от тела анода, а затем извлекают из анода и устанавливают в кассету. При перестановке без автоматического захвата сначала раскручивают все переставляемые штыри, а затем поочередно производят их извлечение. Если при извлечении штыря из лунки появилось сильное выделение газов, подъём его прекращают, опускают в исходное положение и извлечение начинают снова с особой тщательностью.

После извлечения штырей из анода в образовавшиеся лунки загружают порции подштыревой массы. До установки холодных штырей анодная масса в лунках должна расплавиться и не препятствовать установке новых штырей. Установка холодных штырей должна производиться с интервалом по времени, достаточным для расплавления массы.

Устанавливать штыри следует плавно, без толчков, в противном случае можно выбить угольную пробку и вызвать протек анодной массы под анод. При установке штырей не допускается отклонение по высоте более 2 см против уровня верхнего горизонта.

Во избежание образования пустот под штырями не следует поднимать штыри, по ошибке установленные ниже своего горизонта. Такие штыри следует повторно извлечь из анода, отверстие под штырем заполнить анодной массой и установить штырь на свой горизонт. После установки на горизонт штыри тщательно затягиваются к контактной колодке при помощи зажима.

Электролизеры БТ. Перестановка штырей на электролизёрах с боковым подводом тока производится каждые 8-12 суток, когда расстояние между головкой штырей нижнего ряда и электролитом сокращается до 18-22 см. Перед перестановкой штырей производят переключение анодных спусков. Предварительно штыри первого и третьего рядов очищают от пыли, электролита и массы. Вначале отключают нижний ряд штырей и зачищают контактные поверхности третьего ряда штырей. Подключение третьего ряда производят в следующем порядке: шинку устанавливают на контактную поверхность штыря, закрепляют хомут, а между хомутом и шинкой забивают клин.

После переключения всех анодных спусков проверяют и подклинивают контакты нижнего (бывшего второго) рабочего ряда штырей, так как при переключении возможно их ослабление. Качество переключения спусков проверяют, измеряя падение напряжения в контакте шинка-штырь, которое на второй день после выполнения этой операции не должно превышать 5-7 мВ.

Возможно также использование болтового зажима, однако при клиновом зажиме получается лучший результат: перепад напряжения шинка-штырь ниже и дольше сохраняется постоянным.

Извлечение штырей нижнего горизонта производится с помощью пневматической машины сразу же после переключения спусков. Однако перед извлечением штырей следует проверить состояние конуса спекания на уровне второго ряда штырей, особенно в углах. Если высота конуса спекания меньше 40-50 см, то извлечение штырей целесообразно перенести на следующие сутки.

Перед извлечением штырей анод подвешивают на временные тяги, число которых определяется массой анода и для ванн средней мощности составляет 10-12. Тяги закрепляют за второй ряд штырей. После установки тяг раму анода опускают на 10-15 мм. Отверстия, образовавшиеся в аноде после извлечения штырей нижнего горизонта, заделывают глиноземом, криолитом или мелким оборотным электролитом с целью предотвращения образования шеек. Следует обратить внимание на правильность совмещения штока машины с осью штыря. Если угол наклона штока не будет соответствовать оси, то в результате залома штыря возможен скол нижней кромки анода по линии штыревого отверстия и образование шейки.

Штыри после извлечения охлаждаются, подвергаются чистке и правятся на специальном гидравлическом прессе.

В зависимости от высоты конуса спекания забивку нового ряда штырей производят сразу после перетяжки анодной рамы или спустя 1-2 суток. Штыри должны быть забиты таким образом, чтобы они располагались на 180-200 мм выше предыдущего ряда и на одинаковом расстоянии от перьев. Поэтому перед забивкой с помощью специального шаблона размечают гнезда для штырей. Расстояние между штырями одного ряда, как правило, составляет 400 мм, штыри в соседних по высоте рядах должны располагаться в шахматном порядке.

Штыри забивают при помощи передвижной пневматической машинки. Штырь укладывают в направляющий лоток машинки и забивают в анод под углом 7-12º (в зависимости от принятой на том или ином предприятии технологии). Глубину забивки определяют в зависимости от длины штырей, она составляет 700-800 мм. Боковые поверхности головки забитого штыря должны иметь строго вертикальное положение, так как неправильно установленный штырь не позволит в дальнейшем обеспечить хороший контакт шинка - штырь.

Контроль технологических параметров анода. Контроль состояния анода заключается в периодическом измерении его основных параметров и в наблюдении за правильностью режима обслуживания. На ваннах с верхним подводом тока целесообразно контролировать следующие параметры: высоту столба анода, высоту конуса спекания, высоту слоя расплавленной массы (коксопековой композиции - КПК), минимальное расстояние от штырей до подошвы анода, перепад напряжения в аноде и в контактах штырь-шина, скорость сгорания анода, температуру поверхности анодной массы, отклонения в расстановке штырей по горизонтам, расстояние от газосборного колокола до электролита.

Измерение этих параметров производится по хорошо известным методикам, они изложены в технологических инструкциях всех предприятий и достаточно подробно в книге Янко Э.А. «Аноды алюминиевых электролизеров», 2001 г.

Как указывалось выше, существенные трудности вызывает контроль параметров, связанных с технологией «сухого» анода, особенно в части состояния КПК. Инструментальная или статистическая оценка состояния КПК (по балансовому содержанию пека в КПК, по бальной системе и др.) сопряжена с возможными погрешностями и, так или иначе, зависит от субъективного фактора. Поэтому контроль и управление технологией «сухого» анода до сих пор остаётся процессом, связанным с опытом и добросовестностью персонала.

 

Требования к качеству анодной массы

 

Принятые в алюминиевой промышленности требования к качеству анодной массы включают требования к исходной («зелёной») и к обожженной массе. Предварительным условием пригодности анодной массы могут служить надлежащие пластические свойства или, другими словами, её текучесть. Для оценки текучести массы наибольшее распространение получили два метода: по коэффициенту текучести (Кт) и по коэффициенту относительного удлинения (Коу).

Коэффициент текучести определяется следующим образом. Образец диаметром и высотой 50 мм устанавливается в вертикальном положении в нагревательном шкафу и выдерживается в течение 30 мин при температуре 170-200ºС (в зависимости от применяемого пека). При нагреве образец размягчается, проседает и его диаметр увеличивается; Кт рассчитывается по относительному увеличению диаметра в процентах.

При определении Коу цилиндр диаметром 25 мм и длиной

50 мм помещается на наклонную лодочку, которую ставят в нагревательный шкаф и выдерживают при температуре 220ºС. При нагреве образец растекается в длину. После его охлаждения Коу рассчитывают по относительному увеличению длины образца.

Для проведения дальнейших исследований анодную массу набивают в цилиндрический жестяной кожух и обжигают со скоростью 100ºС в час до конечной температуры 1000ºС. Из обожженной массы вытачивают цилиндрические образцы для дальнейших исследований. Контроль качества обожженной анодной массы состоит из определения следующих показателей: механической прочности (временного сопротивления сжатию), пористости, удельного электрического сопротивления (УЭС), разрушаемости в токе СО₂ при 950ºС (суммы потерь массы от окисления образца и осыпания частиц углерода) или по остатку после окисления, содержания серы, зольности. Эти показатели и методики их определения частично регламентируются техническими условиями ТУ-48-5-50-86 (табл. 7.1). Другие показатели регламентируются технологическими инструкциями каждого предприятия.

Ограничение по содержанию примесей в анодной массе объясняется следующим. Кремний, железо и ванадий, входящие в состав золы, в процессе электролиза полностью или частично переходят в электролитический алюминий и снижают его сортность. Ванадий резко снижает электропроводность алюминия. Наличие солей натрия в анодной массе ослабляет устойчивость анода против окисления: при содержании натрия выше 500 ррм разрушаемость в токе СО₂ возрастает с 30 до 60-100 мг/(см²ч).

 Требования к качеству корректировочных сортов массы задаются техническими условиями каждого предприятия и учитывают специфику основного оборудования, качества исходного сырья (пеков и коксов), а также производственные традиции и навыки.

 

                     Таблица 7.1

Технические требования к качеству анодной массы

(ТУ 48-5-80-86)

 

Показатель качества	Сорт АМ-0	Сорт АМ-1
Массовая доля влаги, % Предел прочности на сжатие, МПа Удельное электрическое сопротивление, мкОм·м Зольность, % Пористость, % Разрушаемость в атмосфере СО2, мг/(см²·ч) Содержание серы, %	0,9 30   75 0,5 30   40 0,9	0,9 30   75 1,0 30   60 1,4

 

 Следует отметить, что хорошие физико-химические характеристики анодной массы не гарантируют высокие эксплуатационные свойства анодов. Это особенно характерно при использовании технологии «сухого» анода, когда качество обслуживания анода и способность выбрать оптимальные технологические параметры зависят от опыта персонала цехов электролиза.