СПОСОБ ОБСЛУЖИВАНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ
METHOD OF ALUMINIUM ELECTROLYTIC CELL WITH SELF-ROASTING ANODE

Изобретение относится к получению алюминия электролизом и может быть использовано при обслуживании анодного узла алюминиевого электролизера в процессе его эксплуатации.
Обслуживание анодных устройств электролизеров с самообжигающимися анодами с верхним токоподводом сводится к загрузке анодной массы, перестановке штырей, подъему анодной рамы, подъему анодного кожуха и контролю параметров анода.
Данные операции вызваны тем, что угольный анод постепенно сгорает (расходуется), и его положение относительно уровня металла необходимо корректировать для сохранения заданного межполюсного расстояния. В процессе формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера анодная масса проходит стадии размягчения, формовки, спекания. При этом ее свойства существенно изменяются, что сопровождается термическим расширением и усадкой анода при определенных температурах.
В процессе электролиза определение нижнего положения анодной рамы происходит опытным путем на работающих электролизерах. Ключевыми параметрами при определении нижнего положения анодной рамы служат скорость сгорания анода, экономия кранового времени и трудозатраты. По мере сгорания анода рама вместе с анодом перемещается вниз до крайнего нижнего положения, а затем должна быть поднята вверх - эта операция на практике носит название перетяжки анодной рамы. При выполнении данной операции анод должен оставаться на месте.
Известный способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом включает следующие основные операции: загрузку анодной массы, подъем анодной рамы и анодных кожухов, перестановку штырей, контроль над состоянием анода, (М.Я. Минцис, П.В. Поляков, Г.А. Сиразутдинов. Электрометаллургия алюминия. Новосибирск, "Наука", 2001). Загружают анодную массу равномерным слоем по всей поверхности анода. На анодах с верхним подводом тока масса загружается один раз в 2 суток или ежедневно. На анодах с боковым подводом тока, загрузка анодной массы производится, как правило, через 5-6 суток.
Перетяжку анодной рамы на электролизерах с верхним подводом тока проводят с помощью механизма подъема анода при одновременной работе вспомогательного механизма. Основной механизм смонтирован на опорных стойках и служит для перемещения анодной рамы, а вспомогательный механизм, расположенный на анодной раме, предназначен для подъема анодного кожуха. Скорость перемещения основного и вспомогательного механизмов одинакова. Подъем анодной рамы должен выполняться до перестановки штырей.
При перетяжке анодной рамы анод подвешивают на анодном кожухе, и при этом могут быть использованы два способа. При первом способе на 16-18 анодных штырях устанавливают временные зажимы, опирая их на площадки, приваренные к анодному кожуху. Затем поочередно ослабляют контактные зажимы, прижимающие штыри к анодной шине, но анод не просядет, так как будет висеть на временных зажимах. Второй способ заключается в том, что на анодный кожух устанавливают переносной портал, к верхней части которого с помощью тяг закрепляют анодные штыри. И в этом случае при ослаблении контакта между анодной шиной и штырями анод не просядет.
После подвески анода зачищают контактную часть штыря от существующего положения до места нового его контакта с анодной ошиновкой, ослабляют все зажимы, прижимающие штыри к анодной ошиновке, и одновременно включают основной и вспомогательный механизмы. При этом основной механизм перемещает анодную раму вверх, а вспомогательный перемещает анодный кожух вниз. Так как вспомогательный механизм расположен на анодной раме, движущейся вверх, положение анодного кожуха, а вместе с ним и анода, по отношению к катоду останется неизменным. В процессе перемещения анодной рамы контакт между штырем и анодной шиной будет скользящим, т.е. возможно искрение.
После подъема рамы в крайнее верхнее положение надежно затягивают зажимы, прижимающие штыри к анодной шине, а затем демонтируют временные зажимы или переносные порталы.
Недостаток аналога состоит в том, что нижнее положение анодной рамы определяется в зависимости от скорости сгорания анода и экономии кранового времени, и при его определении не учитывается влияние порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера. При приближении анодной рамы к расплаву катодного металла происходит перераспределение магнитного поля, что в конечном итоге влияет на запас МГД-стабильности электролизера. Поэтому при выборе оптимального нижнего положения анодной рамы необходимо учитывать ее влияние на запас МГД-стабильности электролизера.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению, является способ обслуживания алюминиевого электролизера (Э.А.Янко. Производство алюминия. Санкт-Петербург, 2007, стр.175-177). Способ обслуживания включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодных кожухов и анодной рамы из минимального положения в максимальное и перестановку анодных штырей. Подъем анодной рамы и анодных кожухов производят периодически, когда рама приближается к поверхности контрфорсов. Раму следует поднимать не ранее суток после перестановки штырей. Анодную раму на электролизерах с верхним подводом тока поднимают при одновременной работе вспомогательного механизма и механизма перемещения анода. Перед подъемом 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 выкручивает анодную рубашку вниз, а анодная рубашка остается неподвижной. После окончания подъема рамы штыри плотно затягиваются с помощью прижимных устройств. Перетяжка не должна изменять напряжение на ванне, напряжение на ванне не должно при этом увеличиваться более чем на 0,1-0,2 В.
Недостатком прототипа является то, что при определении нижнего положения анодной рамы отсутствует параметр, учитывающий влияния положения анодной рамы на запас МГД-стабильности в зависимости от ее положения относительно зеркала катодного металла.
Задачей изобретения является разработка способа, в котором нижнее положение анодной рамы определяется относительно зеркала катодного металла, и при котором электролизер будет иметь существенный запас МГД -устойчивости (300 мВ и выше). Увеличение запаса МГД - стабильности способствует снижения скорости циркуляции расплава, уменьшению его перекоса, что в конечном итоге ведет к снижения потерь катодного металла и, соответственно, к увеличению выхода по току.
Технический результат заключается в достижении стабильной работы электролизера при различных положениях анодной рамы - от верхнего (после операции по перетяжке анодной рамы), до нижнего (перед операцией по перетяжке анодной рамы).
Технический результат достигается тем, что в способе обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, расположенным над катодом, размещенным в электролитической ванне, включающем загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха и анодной рамы из минимального положения в максимальное и перестановку анодных штырей, согласно заявляемому изобретению, перемещение анодной рамы осуществляют при достижении положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, соответствующего заданному порогу МГД-устойчивости, определенному при равенстве минимального и максимального положения анодной рамы, по предварительно построенному графику зависимости порога МГД-устойчивости электролизера от положения анодной рамы.
Способ дополняют частные отличительные признаки, способствующие достижению технического результата.
0
1
2
2
3
3
2
3
1
2
3
1
3
0
2
0
1,
2,
3
Заданный порог МГД-устойчивости может быть определен по графику зависимости порога МГД-устойчивости, построенным при нижнем, среднем и верхнем положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла в виде графика зависимости типа А(х)=С+СХ+СХ+СХ, где F(x) -порог МГД устойчивости, мВ, X, Х, Х - различные положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, см, для эмпирических коэффициентов полинома третьей степени, определяющих тип кривой, Со, C, С, С должны выполняться следующие условия: C меньше нуля, С меньше нуля, С больше нуля, С больше нуля, С больше C больше С больше С.
Перемещение анодной рамы осуществляют при достижении нижней части анодной рамы относительно зеркала катодного металла от 245 см до 275 см.
Техническая сущность изобретения заключается в том, что определение нижнего положения анодной рамы осуществляется относительно зеркала катодного металла при условии достаточного запаса МГД-устойчивости на электролизере.
Зеркало катодного металла - форма поверхности металла на границе раздела фаз металл - электролит. Порог МГД - устойчивости - напряжение электролизера, при котором он находится на границе между МГД - стабильным и МГД-нестабильным состоянием, измеряется в мВ или В. МГД-нестабильность (магнитогидродинамическая нестабильность) - физическое явление, возникающее в алюминиевом электролизере, характеризующееся подмыканием катодного металла на анод с частотой около 0,01 Гц и амплитудой 50-70 мВ. Данное физическое явление обусловлено действием не скомпенсированных сил Лоренца, образующихся в расплаве в результате взаимодействия магнитного поля и тока.
В способе обслуживания электролизеров, определение минимального положения анодной рамы осуществлялось опытным путем, на группе ванн одного типа, эксплуатируемых с одинаковыми технологическими параметрами и имеющих одинаковые технико-экономические показатели. При различном положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла производилось определение порога МГД-устойчивости электролизера. По результатам данных проведенных замеров была построена графическая зависимость, представленная на фигуре. На кривой определен сопоставимый с верхним положением анодной рамы участок нижнего положения анодной рамы, характеризующий работу электролизера с достаточным уровнем запаса МГД-устойчивости, при одинаковом пороге МГД-устойчивости.
Способ осуществляется следующим образом.
-отбор группы электролизеров с одинаковым сроком службы, конструктивными и технологическими особенностями;
-определение порога МГД-устойчивости при различном положении анодной рамы относительно зеркала катодного металла (в нижнем, среднем, верхнем);
0
1
2
2
3
3
2
3
0
1
2
3
1
3
0
2
0
1,
2,
3
-построение графика зависимости типа F(х)=С+СХ+СХ+СХ, где F(x) - порог МГД-устойчивости, мВ, X, Х, Х - различные положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, см, для коэффициентов полинома третьей степени С, C, С, С должны выполняться следующие условия: C меньше нуля, С меньше нуля, С больше нуля, С больше нуля, С больше C больше С больше С;
-на полученном графике зависимости определяем нижнее положение анодной рамы:
а) представляем полученный график в виде двух прямых линий тренда (а и б);
б) на прямой линии, ближайшей к оси абсцисс (б) находим точку пересечения перпендикуляра восстановленного от значения, соответствующего верхнему положению анодной рамы (точка В);
в) от полученной точки проводим перпендикуляр параллельно оси абсцисс в сторону второй линии (а), относительно оси ординат. Точка пересечения двух линий (точка А) будет являться точкой, чья координата абсцисс соответствует значению нижнего положения анодной рамы.
Предлагаемый способ прошел опытно-промышленные испытания и показал более стабильную работу электролизеров экспериментальной группы, на которых положение анодной рамы было подобранно согласно предлагаемому способу, по сравнению с прототипом. Определенное положение анодной рамы влияет на проведение стабильной технологии анода и электролиза в целом.