Статьи

Глава XV
КОНСТРУКЦИЯ

АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ,

ИХ МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ

§ 65. Общая характеристика алюминиевых электролизеров

Электролизные ванны 80-х годов прошлого столетия и электролизеры, применявшиеся в промышленности вплоть до конца 20-х—начала 30-х годов нашего столетия, были малой мощности (до 10 кА), с блочными предварительно обожженными анодами, периодического действия. Анодная плотность тока на таких электролизерах составляла 6,5—1,4 А/см², а расход электроэнергии на производство алюминия 80000—25000 кВт-ч/т. С 30-х годов нашего столетия начинается новый этап развития конструкции электролизных ванн.

Еще в начале 20-х годов в электрометаллургии начали внедряться непрерывные самообжигающиеся электроды (по патенту Зодерберга), были сделаны первые попытки использовать принцип устройства таких электродов в алюминиевой промышленности. Однако устройство непрерывных самообжигающихся анодов с то коподводом по принципу непрерывных самообжигающихся электродов электропечей (посредством прижимных контактных плит) не дало желаемых результатов в алюминиевой промышленности. Значительное падение напряжения в прижимном контакте, которое не имеет решающего значения в условиях работы электродов в электропечах, крайне неблагоприятно при эксплуатации алюминиевых электролизеров.

В различных странах, в том числе и Советском Союзе, были проведены большие экспериментальные работы по изысканию конструкции непрерывного электрода (анода) для нужд алюминиевой промышленности. В результате появилась система токоподвода при помощи штырей, забиваемых и неспеченную зону тела анода сбоку—так называемая система бокового токоподвода к самообжигающимся анодам. Эту систему начали внедрять в промышленность с начала 30-х годов, и, постепенно совершенствуясь, она стала конкурировать с системой обожженных анодов. Совершенствование электролизеров с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым токоподводом связано прежде всего с увеличением единичной мощности (силы тока) электролизеров и с отказом от первоначальных двух- и трехэлектродных конструкций в пользу сохранившейся до настоящего времени одноэлектродной конструкции анодной системы, что обеспечило широкое применение электролизеров этого типа в производстве алюминия вплоть до 50-х годов.

На рис. 101 схематично представлена конструкция современного электролизера этого типа. В настоящее время работают промышленные серии электролизеров с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока от 60 до 140 кА. Анодная плотность тока электролизеров этой системы составляет 0,7—1,0 А/см², расход электроэнергии от 22,0 до 14,5 тыс. кВт-ч/т.

Переход на электролизеры с самообжигающимися анодами способствовал ускорению и удешевлению производства алюминия, так как из технологической схемы были исключены дорогостоящие переделы прессования н обжига анодов. На начало 1980 г. около 15 % алюминия производилось в электролизерах с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом.

Переход на применение электролизеров повышенной мощности (свыше 100 кА) с непрерывными самообжигающими анодами привел к разработке другой системы токоподвода — при помощи штырей, запекаемых в анод сверху. Электролизеры с анодным устройством такой системы, известные под названием электролизеров с верхним токоподводом, стали широко применяться в промышленности с пятидесятых годов нашего века. Эта система токоподвода позволила увеличить единичную мощность электролизеров и

значительно упростить их обслуживание, что обеспечило рост производительности труда. На рис. 102 дана схема современной конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом. С 50-х до 70-х годов подавляющее большинство вновь вводимых электролизных корпусов в алюминиевой промышленности оборудовалось электролизерами этого типа. Единичная мощность таких электролизеров составляла от 100 до 165 кА плотность тока 0,6—0,75 А/см², расход электроэнергии 14,2— 15,5 кВт ч/т. К началу 1980 г до 26 % алюминия производилось в электролизерах с верхним токоподводом.

Наряду с развитием и внедрением систем электролизеров с неnpepывными самообжигающимися анодами постоянно продолжались работы в направлении модернизации и совершенствования системы предварительно обожженных анодов. Этому способствовало развитие автоматизированного производства крупногабаритных анодных блоков, позволившее снизить стоимость и улучшить
качество анодов. В результате создания автоматизированных ли ний монтажа и демонтажа анодов, а также создания механизмов для обслуживания анодного узла значительно coкратились тpyдовые затраты при работе на электролизерах с обожженными анодами. Главное же в конструкции таких электролизеров—дальнейшее увеличение единичной мощности при резком сокращении
вредных выделений в атмосферу, особенно канцерогенных веществ, образующихся в результате коксования самообжигающихся анодов. Возросшие требования к улучшению условий труда и охране природы сделали конструкцию электролизеров с предварительно обожженными анодами наиболее перспективной.

В настоящее время работают серии электролиза на силу тока от 50 до 250 кА, оборудованные электролизерами с предварительно обожженными анодами. Имеются опытные электролизеры на силу тока свыше 260 кА, при этом плотность тока в анодном массиве составляет 1,1—0,65 А/см², а расход электроэнергии 13,8—15 кВт ч/т. На рис 103 представлена схема современной конструкции электролизера с самообжигающимися анодами. Начиная с середины 70-х годов, большинство вновь вводимых электролизных корпусов оборудуется электролизерами этого типа.

Рассматривая совершенствование конструкции алюминиевых электролизеров за весь период развития алюминиевой промышленности, можно сделать основной вывод, что доминирующим на всех его этапах является рост единичной мощности агрегата при oдновременном сокращении трудовых затрат на его обслуживание, снижении расхода электроэнергии, улучшении условии труда и уменьшении вредных промышленных выбросов в окружающую среду. При выборе той или иной конструкции электролизеров для нового алюминиевого завода в первую очередь учитывают эти факторы.

Рассматривая различные системы конструкции электролизеров, легко убедиться, что все они практически состоят из аналогичных узлов катодного и анодного устройства, системы газоулавливания

и системы ошиновки. В процессе развития электролитического производства алюминия с увеличением единичной мощности электролизеров увеличивались его размеры и совершенствовались конструктивные элементы: катодное и анодное устройство, система газоулавливания, токоподвод (ошиновка), а также конструкция подъемных механизмов и другие конструктивные узлы.

Современные алюминиевые электролизеры по конструкции катодного устройства подразделяют на электролизеры с днищем и без днища, с набивной и блочной подиной; по способу токоподвода _ с односторонней и двусторонней схемой ошиновки; по способу улавливания газов—на электролизеры открытого типа, с колокольным газоотсосом и укрытого типа. К неудовлетворительным свойствам всех существующих конструкций алюминиевых электролизеров следует отнести недостаточно высокий коэффициент использования электроэнергии, непродолжительный срок их службы и недостаточную эффективность улавливания отходящих газов. Дальнейшее совершенствование конструкции электролизеров должно идти по пути увеличения его единичной мощности, механизации и автоматизации всех операций обслуживания, полного улавливания всех отходящих газов с последующей регенерацией их ценных компонентов.

§ 66. Катодное устройство

Катодное устройство алюминиевого электролизера предназначено для создания условий, необходимых для протекания процесса электролиза в криолитно-глиноземном расплаве. Поскольку электролиз идет в весьма агрессивной среде при 950—1000°С, катодное устройство должно быть устойчиво к действию расплавленных фтористых солей; обладать достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, чтобы до минимума сократить потери тепла, быть электропроводным в зоне протекания процесса и иметь надежную изоляцию во избежание утечек тока; иметь достаточно жесткую конструкцию, способную выдержать напряжения, возникающие от протекания физико-химических реакций; обеспечивать продолжительную работоспособность между ремонтами и мобильность при замене в целях сокращения простоя электролизера в ремонте. На рис. 104 приводится схема катодного устройства современного электролизера.

Катодное устройство представляет собой заключенную в металлический кожух шахту либо выложенную угольными блоками, либо набитую углеродистой массой. Между кожухом и угольной футеровкой размещены теплоизоляционные материалы, как правило, шамотный кирпич или шамотная засыпка. Угольная футеровка монтируется на цоколе из теплоизоляционных материалов. Такая футеровка стойка против воздействия криолитового расплава и сравнительно хорошо проводит ток, что особенно важно, так как подина служит катодом электролизера. Во время работы электролизера расплавленный алюминий и электролит проникают в толщу теплоизоляционных материалов, вызывая в них физикохимические превращения, приводящие к возникновению значительных деформирующих напряжений. Для защиты шахты от разрушающего действия этих напряжений служит металлический кожух. Существует два вида катодных кожухов: с металлическим днищем и без него.

Глубина шахты катодного устройств зависит от единичной мощности электролизера, геометрических размеров анодного массива, типа применяемого катодного кожуха и составляет 400—600 мм. Внутренние размеры шахты в плане зависят oт геометрических размеров анодного массива. В промышленных электролизерах расстояние от продольных сторон анода до стенки шахты принимается равным 550—650 мм, а от торцовых сторон 500—600 мм. В некоторых конструкциях электролизеров с предварительно обожженными анодами расстояние между продольной стороной анодного массива и стенкой шахты составляет до 300 мм.

255

Катодные кожухи

От прочности катодного кожуха в большой степени зависит продолжительность межремонтного срока работы электролизера В связи с ростом единичной мощности электролизеров все большее распространение получают катодные кожухи рамного типа прямо угольной формы без металлического днища и контрфорсного типа с днищем

Кожух без днища выполняется в виде сварной конструкции из стальных балок и листа. Существует много различных конструкций кожухов без днища, отличающихся друг от друга в основном профилем применяемых балок, а также размещением их по высоте кожуха. Наибольшее распространение получили кожухи без днища, сваренные из двутавровых балок или швеллеров (рис 105). В верхней части кожуха с внутренней его стороны приварены кронштейны для установки бортового листа, закрывающего сверху боковую футеровку и защищающего ее от окисления во время эксплуатации. В нижней части кожуха вдоль продольной его стороны прорезаны окна для пропуска катодных токоотводящих стержней.

Катодные кожухи с днищем состоят из двух частей: корыта кожуха, сваренного из листовой стали, и балок — контрфорсов.
Прочность таких кожухов определяется жесткостью конструкции контрфорсов, число которых зависит от длины электролизера. На рис. 106 показана схема конструкции контрфорсного кожуха с днищем. Бортовой лист, кронштейны для его крепления, окна для катодных стержней в кожухе этого типа выполняются так же, как и в кожухе рамного типа без днища.

Цоколь и подина

Кожух без днища устанавливают на кирпичную кладку—цо коль. Такую кладку обычно сооружают на бетонном фундаменте;

она состоит в нижней части из четырех-пяти рядов красного, а в верхней части двух-трех рядов шамотного кирпича. Кирпичная кладка может быть заменена блоками из жаростойкого бетона.

Теплоизоляционную футеровку подины электролизера с днищем выполняют из шамотной засыпки высотой 30—50 мм, листового асбеста высотой 10 мм и нескольких рядов шамотного кирпича.

Для большей теплоизоляции нижние ряды шамотной кладки выкладывают легковесным кирпичом. В отечественной промышленности применяется только сборно-блочная конструкция подины, состоящая из предварительно обожженных угольных подовых и боковых блоков. Зазоры между блоками набиты специальной углеродистой массой (подовой). В мировой практике существуют
конструкции подин, в которых вместо блоков по всей площади подины набита специальная углеродистая масса.

Подину любого типа перед началом электролиза обжигают, чтобы удалить из подовой массы летучие составляющие связующего материала (пека) н превратить подину в монолитный плотный массив, хорошо проводящий электрический ток. Ток к подине подводится по стальным полосам квадратного или прямоугольного сечения, называемым катодными стержнями—блюмсами. Отечественной промышленностью выпускаются прошивные катодные блоки высотой 400 мм, шириной 550 мм, длиной 600—2200 мм. Катодные стержни заделывают в угольные блоки специальной углеродистой массой или заливают чугуном. Назначение чугунной заливки или углеродистой набивки—создание механически прочного и хорошо проводящего электричество соединения катодного стержня с угольным блоком. Такая пара образует подовую секцию (рис. 107).

При монтаже подовых секций предусматривается предохранение торцового конца блюмса от проникновения расплавленного алюминия, для чего в эту часть паза блока набивают углеродистую массу (80—100 мм).

В отечественной практике обычно применяют катодные стержни из горячекатаной стали сечением 115х115 мм или 230х115 мм. Подовые блоки изготавливают на мощных прессах продавливанием угольной массы через мундштук, по форме отвечающий нужной конфигурации блока. Специальная насадка позволяет получать блоки с необходимым для заделки блюмсов пазом. Число катодных стержней в подине выбирают таким, чтобы плотность тока в них не превышала 0,18—0,20 А/мм².

По физико-механическим характеристикам угольные блоки должны удовлетворять следующим показателям: коэффициент разрушаемостп (Кр) не более 1,7; пористость не более 24%; механическая прочность па сжатие ие менее 22 МПа.

Футеровка катодного устройства с днищем практически не отличается от футеровки такового без днища.

§ 67. Анодное устройство

Анодное устройство алюминиевого электролизера, являясь одним из электродов, предназначено для подвода тока в зону непосредственного протекания процесса электролиза. Основным ма

териалом анода служит углеродистый материал. По мере протекания процесса электролиза анод постепенно окисляется, и его необходимо периодически опускать. Для этого служит специальный подъемный механизм анодного устройства.

Как уже говорилось, аноды подразделяются на предварительно обожженные и самообжигающиеся, а самообжигающиеся аноды по способу подвода тока — на аноды с боковым и верхним токоподводами. Анодные устройства с предварительно обожженными анодами подразделяются на многоанодные и блочного типа (рис. 108). Последний тип не получил в настоящее время массового pacпространения из-за трудности его обслуживания, но представляет большой интерес для дальнейшего совершенствования конструкции электролизеров

В отечественной алюминиевой промышленности наиболее распространен тип электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом (рис 109). Анод находится внутри металлического кожуха, назначение которого—удержать жидкую часть угольной массы и придать ей по мере коксования нужную форму.

Ток к аноду подводится с помощью сталеалюминиевых штырей, устанавливаемых сверху в тело анода. Кроме подвода тока, штыри выполняют роль несущих анод элементов. Сталеалюминиевый штырь в отличие от ранее применяемых стальных не только обладает повышенной электропроводностью, но и способствует стабилизации электромагнитного поля электролизера, так как в алюминиевой части не обладает магнитными свойствами.

Штыри при помощи специальных эксцентриковых зажимов крепятся к анодной раме. Назначение рамы—удерживать анод в горизонтальном положении и подводить ток к штырям. Анодную раму, как правило, изготавливают из стальных балок, вдоль которых монтируют токоподводящие алюминиевые шины. В электролизерах наиболее современных конструкций анодная рама полностью выполнена из алюминиевого сплава и, обладая высокой электропроводностью, является несущей конструкцией. В современных электролизерах этого типа на силу тока 150—160 кА масса анода со штырями составляет 70—80 т

Для перемещения анодной рамы с подвешенным к ней анодом в вертикальном направлении служит подъемный механизм. В отличие от механизма, необходимого для периодического вертикального перемещения анодной рамы относительно угольного анода, этот механизм называется основным.

Таким образом, анодное устройство электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом состоит из несущей токоподводящей рамы, вертикально установленных штырей, угольного анодного массива н механизмов перемещения анода и анодной рамы. Все эти основные элементы свойственны в том или другом конструктивном оформлении электролизерам с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом.

Конструкция анодного устройства с самообжигающимся анодом и боковым токоподводом (рис. 110) отличается от рассмотренной выше тем, что ее штыри забиты сбоку выше зоны скоксовавшегося анода в так называемый тестообразный слой. Для бокового токоподвода применяются стальные штыри. Контакты между штырем и токоподводящим спуском осуществляют несколькими способами, наиболее распространены клиновой и сварной контакты

В электролизерах этой конструкции анодная рама выполнена в виде короба. В большинстве случаев для систем с боковым токоподводом характерно применение механизмов вертикального перемещения анода полиспастного типа (рис. 111) Как правило, перемещение анодной рамы осуществляется основным механизмом,

а вспомогательные механизмы отсутствуют. Анод при этом закрепляется в стационарном положении при помощи установки временных тяг.

Формование анода у электролизеров этого типа происходит в алюминиевом кожухе, изготавливаемом из листового алюминия толщиной 0,8—1,0 мм. Назначение алюминиевого кожуха: предохранить от вытекания жидкий слой анодной массы, а в нижней части — предохранить анод от окисления. Тело анода заключено в анодную раму, сваренную из листовой стали и усиленную швеллерами, к которым приварены стальные балки — перья. К нижней части перьев подвешены стальные изогнутые в форме “серег” прутья, на которые опирается нижний ряд штырей, и тем самым

вес анода передается на раму. Существуют конструкции, у которых “серьги” заменены клиньями.

Конструкция блочного обожженного анода напоминает вышеописанную. Токоподвод к нему осуществляется при помощи штырей, забитых в специальные гнезда сбоку. Отличительной особенностью анода этого типа является его наращивание предварительно обожженными блоками по мере сгорания. Для создания монолитного анода блоки “склеиваются” между собой специальной углеродистой массой.

Наиболее простой с точки зрения конструирования представляется система многоанодного типа, состоящая из предварительно обожженных угольных блоков (рис. 112). В современных электролизерах такого типа анодный массив набран из достаточно крупных анодных блоков. Как правило, применяют угольные аноды шириной 700—900 мм, высотой 550—650 мм, длиной 1450—1600 мм. Механический и электрический контакты между анододержателем и угольным анодом осуществляются при помощи заливки чугуном или заделки углеродистой массой.

Анододержатель представляет собой алюминиевую штангу, соединенную со стальным кронштейном. Это соединение осуществляется различными методами: электросваркой, сваркой трением, сваркой при помощи взрыва и болтами. Наибольшее распространение получили сварные конструкции анододержателей. Алюминиевые штанги анододержателя прижимаются специальными зажимами к анодным шинам, закрепленным на анодной раме. Для перемещения анодной рамы, а следовательно, и всего анодного массива на электролизере смонтирован подъемный механизм, аналогичный основному механизму подъема самообжигающегося анода с верхним токоподводом. Во время периодически производимой перетяжки анодной рамы аноды фиксируются с помощью временных зажимов, установленных на электролизере, или специальным устройством.

§ 68. Ошиновка электролизера

Ошиновка является токонесущим элементом конструкции электролизера и состоит из двух частей — анодной и катодной. Электролизеры, располагаемые рядами один за другим, соединены токопроводами из алюминиевых шин различного сечения и включены в электрическую цепь последовательно: катодные шины одного электролизера соединены с анодными шинами другого. Группа электролизеров, объединенная в одну цепь, называется серией.

В анодную часть ошиновки входят гибкие пакеты, анодные стояки и уравнительные шины, от которых ток при помощи специальных контактов передается к штырям (самообжигающиеся аноды) или штангам (обожженные аноды). Катодная часть ошиновки состоит из гибких лент—катодных спусков, отводящих ток от катодных стержней подины, и катодных шин.

Существует много схем устройства шинопроводов электролизеров. Выбор схемы ошиновки зависит от типа электролизера, его мощности и расположения в корпусе. При выборе ошиновки следует руководствоваться следующими данными: оптимальная плотность тока в ошиновке, наименьшее влияние взаимодействия магнитных полей на процесс электролиза и возможность быстрого отключения и подключения в электрическую печь одного электролизера без нарушения работы остальных.

В связи с ростом единичной мощности электролизеров выбор схемы ошиновки приобретает все большее значение, так как от нее зависит не только стоимость шинопроводов и потери в них электроэнергии, но и состояние расплава в электролизере, что в конечном итоге определяет технологию процесса электролиза. Хорошо известно, что вокруг всех токопроводящих элементов электролизера под влиянием проходящего по ним постоянного тока создаются магнитные поля, а следовательно, возникают электромагнитные силы, вызывающие перемещение катодного металла и электролита, и поверхность металла в электролизере перестает быть горизонтальной. Электромагнитные силы действуют во всех конструкциях электролизеров, однако наиболее существенное влияние на процесс электролиза эти силы начинают оказывать при единичной мощности электролизера свыше 100 кА.

Современное представление о влиянии электромагнитных сил на процесс электролиза алюминия наиболее полно дано в результате исследований, проведенных во Всесоюзном научно-исследовательском и проектном институте алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (ВАМИ). Оно сводится к следующему. Влияние магнитного поля на технологический режим работы электролизеров выражается в колебании (волнении) поверхности расплавленного алюминия, а также направленном перемещении расплава, что наряду с движением расплава под действием

Рис, 113. Схема ошиновки электролизера средней мощности с боковым токоподводом, контакты сварные:

1—анодный стояк: 2—уравнительная шина; 3—анодные шины; 4—анод;

5—катодное устройство; 6—катодные стержни; 7—катодные спуски; 8— катодные шины; 9 — место шунтирования электролизера

анодного газа является причиной специфической (электромагнитной) циркуляции металла и электролита.

Наиболее вредное действие на технологический режим оказывает взаимодействие магнитного поля с горизонтальными токами в металле; от взаимодействия с поперечным током появляются добавочные продольные электромагнитные силы, величина которых зависит от состояния периферийной части подины (размеров настыли и осадка) и поэтому может изменяться в период между обработками. В результате, действия таких сил могут возникать значительные колебания поверхности расплавленного алюминия.

От взаимодействия магнитного поля с продольным током в металле возникают поперечные электромагнитные силы, которые

__________________________

¹ Справочник металлурга по цветным металлам: Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971, с. 220.

служат причиной повышенной циркуляции расплава на правой (по ходу тока) стороне электролизера, а это способствует уменьшению настыли и может привести к прорывам расплава.

Чтобы ослабить вредное влияние электромагнитных сил в электролизере, магнитное поле токов ошиновки должно уменьшать магнитное поле объемных токов. Если это выполнить невозможно, то необходимо, чтобы напряженность магнитного поля токов ошиновки была минимальной, а оси электролизера служили осями симметрии магнитного поля. Это, как правило, достигается размещением шинопроводов по разным сторонам электролизера, например заменой одностороннего токоподвода (рис. 113) двусторонним (рис. 114), т. е. подводом и отводом тока небольшими частями.

Уменьшение силы поперечного тока в металле можно достичь изоляцией частей катодных блюмсов или подины, расположенных между анодом и бортом электролизера. Сила продольного тока снижается при секционировании подины.

В промышленной практике электролизеры на силу тока до 100 кА, как правило, оборудуются односторонней схемой ошиновки, а электролизеры на силу тока свыше 100 кА—двусторонней ошиновкой с секционированием подины.

§ 69. Газоулавливающие устройства

Назначение газоулавливающих устройств как составной части электролизера—сбор выделяющихся в процессе электролиза газов (максимально достижимой концентрации) на месте их возникновения и последующая эвакуация газов в газоочистную систему. Выбор конструкции устройства для газоулавливания во многом зависит от типа электролизера. Наилучшей конструкцией является укрытие всего электролизера.

Электролизеры с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом (см. рис. 101) оборудованы навивными шторными укрытиями, полностью закрывающими рабочее пространство электролизера. Эти укрытия открывают только на время, необходимое для обслуживания анодного узла или подачи очередной порции глинозема. Основным недостатком такой системы является большое разбавление улавливаемых газов из-за трудности герметизации.

Для электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом практически невозможно применение устройств для газоулавливания, предусматривающих полное укрытие электролизера, так как их очень трудно обслуживать, а полную герметизацию осуществить практически невозможно. Для электролизеров данного типа широкое распространение получила так называемая колокольная конструкция газоулавливания (см. рис. 102). Основным преимуществом этой конструкции является улавливание концентрированных газов и возможность дожигания летучих составляющих, образующихся при коксовании анода, а также дожигания СО до CO₂ в специальных устройствах — горелках.

“Колокольное” устройство представляет собой набранную из отдельных секций конструкцию, опоясывающую по периметру анод на уровне нижнего края анодного кожуха. Недостатком такой системы является неполное улавливание (до 70%) отходящих от электролизера газов.

Наиболее просто решается проблема улавливания и эвакуации ' газов на электролизерах с предварительно обожженными анодами (см. рис. 103). В связи с тем что электролизеры этого типа имеют относительно небольшую высоту, легко создать конструкцию, полностью укрывающую рабочую зону и исключающую подсосы воздуха. Относительно небольшой объем отсасываемых газов позволяет получить их в более концентрированном виде, чем у конструкции электролизеров с самообжигающимися анодами и боковыми токоподводом. Учитывая, что предварительно обожженные аноды не выделяют летучих веществ, сопутствующих процессу коксования самообжигающихся анодов, этот тип электролизера наиболее полно отвечает требованиям охраны труда и окружающей среды.

§ 70. Монтаж электролизеров

Алюминиевый электролизер — это дорогостоящий агрегат сложной конструкции. Основная причина отключения электролизеров на капитальный ремонт—разрушение катодного устройства. Поэтому на всех этапах развития алюминиевой промышленности совершенствованию конструкции катодного устройства и качеству футеровочных материалов придается первостепенное значение.

Разрушение подины катодного узла, как правило, происходит из-за проникновения жидкого алюминия и криолито-глиноземного расплава под угольную футеровку. В результате разъедания катодных стержней алюминием создается аварийная ситуация, при которой возможно вытекание всего расплава из шихты алюминиевой ванны. В процессе эксплуатации угольная футеровка постепенно изнашивается, что в конечном итоге приводит к проникновению расплава в шамотную кладку, а взаимодействие расплава с шамотной кладкой — к разрушению подины.

Современные электролизеры в зависимости от их единичной мощности имеют средний межремонтный срок службы от 3 до 6 лет. Поскольку в период ремонта электролизеров алюминий не производится, а в первый период эксплуатации после ремонта производительность их значительно ниже обычной, вопросам монтажа, особенно катодного устройства, придается первостепенное значение.

Операции монтажа алюминиевых ванн можно подразделить на следующие основные группы: обработка подовых блоков и сборка катодных секций; монтаж катодного устройства; монтаж металлоконструкций; монтаж ошиновки; формовка анода для самообжигающихся анодов или установка предварительно обожженных анодов. Часть операций монтажа электролизеров может быть осуществлена одновременно.

Большое внимание уделяется транспортировке и хранению футеровочных материалов. Особое значение придается обереганию их от воздействия атмосферных осадков. Хранение футеровочных материалов разрешается только в закрытых сухих помещениях.

К монтажу электролизеров приступают после окончания строительства здания, чтобы избежать попадания атмосферных осадков на монтирующийся электролизер.

Обработка подовых блоков и сборка катодных секций

В электролизер следует устанавливать проверенные в соответствии со специальной инструкцией подовые блоки. Применение влажных подовых блоков не допускается. Перед монтажом катодных секций осуществляют керновку гладких стенок паза и торцовых граней подового блока при помощи перфораторов или сверлильных приспособлений (пневмодрели). Керновку выполняют в виде углублений диаметром 20—25 мм, глубиной 15—20 мм, расстояние между углублениями 100 мм. Катодные стержни перед сборкой секций тщательно очищают от окалины и загрязнений.

При сборке подовых секций катодные стержни устанавливают по шаблону так, чтобы длина выступающей части стержня и расстояние между ним и стенками паза соответствовали размерам на рабочем чертеже монтируемого электролизера н были одинаковыми для всех секций. Закрепление катодного стержня в блок осуществляют “впотай”: стержень не должен доходить до конца
паза на расстояние 80—100 мм (в зависимости от конструкции электролизера). При изготовлении секций из нескольких подовых блоков расстояние между ними в секции должно быть в пределах 35—45 мм.

В отечественной практике при монтаже катодных секций наибольшее распространение получило закрепление катодных стержней в блоки путем заливки чугуном специального состава. Температура чугуна непосредственно перед заливкой должна быть не ниже 1200°С. Проверяют температуру чугуна с помощью оптического пирометра. От каждой плавки чугуна отбирают пробы для производства экспресс-анализа.

Заливку катодных секций чугуном выполняют при горизонтальном, наклонном или вертикальном их положении в несколько приемов в зависимости от длины блока и метода заливки. Блоки перед заливкой должны быть сухими и иметь температуру не ниже 10 °С. При горизонтальной установке секций паз разделяют перегородками из огнеупорной глины на отдельные ячейки длиной 200—300 мм в крайней и 300—400 мм в центральной частях блока.

В каждый прием заливку чугуном осуществляют через 1—2 ячейки, начиная с середины блока. Крайние ячейки заливают в последнюю очередь. Перед заливкой чугуном очередных ячеек вертикальные перемычки из огнеупорной замазки удаляют (рис. 115).

При наклонной заливке подовые блоки устанавливают на подставку из двутавровых балок под углом 20—45°. Перед заливкой зазоры между катодным стержнем и стенками паза в нижнем конце блока уплотняют асбестом. Первую заливку осуществляют в нижней части блока. Перед второй заливкой паз на длину 200—300 мм перекрывают угольной плитой, а на катодный стержень
вплотную к торцу подового блока укладывают кирпич. Стык между кирпичом и блоком промазывают огнеупорной глиной. Заливку ведут под угольную плиту на всю ее длину; через 15—20 мин плиту передвигают для заливки следующей порции чугуна. Перед заливкой двух последних порций чугуна зазор между стержнем и стенками паза у верхнего торца стержня замазывают огнеупорной глиной, после чего производят дальнейшую заливку.

Для заливки подовых блоков, установленных вертикально, их следует предварительно закрепить на металлической площадке. В нижней части паза укладывают подставку из кирпичей; зазоры между кирпичами и стенками паза уплотняют огнеупорной глиной. Катодный стержень устанавливают в паз блока и фиксируют: со стороны паза к блоку прижимают угольную плиту высотой 200—300 мм, образующую с пазом форму для заливки чугуна. Первую заливку осуществляют при нижнем положении плиты; через 15—20 мин плиту перемещают вверх для заливки следующей порции чугуна, которую заливают на чугун предыдущей порции.

Для заделки катодного стержня “впотай” подовые секции после заливки чугуном охлаждают естесственным путем до 150—270''С и затем их заформовывают подовой массой.

Электросопротивление контакта угольный блок — катодный стержень измеряют в четырех, шести или восьми точках в зависимости от длины блока. Электросопротивление контакта не должно превышать 130 мкОм при измерении его на расстоянии 350 мм от центра контактной плиты.

Выбраковку катодных секций производят по наличию трещин и электросопротивлению контакта катодный стержень—угольный блок. Отобранные годные подовые секции тщательно очищают от остатков огнеупорной замазки и других загрязнений и с присвоенным порядковым номером выдают для монтажа электролизера.

Транспортировку и установку секций ведут осторожно, избегая сотрясений, толчков и ударов. Не разрешается кантовать и транспортировать годные подовые секции за стальной стержень.

Монтаж катодного устройства

Специальные монтажные работы, такие как кладка огнеупоров и футеровка подины, осуществляют только при условиях, исключающих попадание влаги в электролизеры. Работы в зимнее время производятся в тепляках, температуру в которых поддерживают не ниже 5°С. Операции монтажа катодного устройства электролизера выполня