Пуск ванн на электролиз

На этом этапе предусматривается вывод ванн в режим электролиза. Пуск ванн включает операции наплавления электролита и металла, формирования междуполюсного пространства анод-катод и начало технологического процесса производства электролитического алюминия.

В качестве подготовки к пуску к электролизерам доставляют пусковое сырье и необходимый технологический инструмент. Загрузка сырья производится в следующей последовательности: на подину вокруг анодного массива ровным слоем засыпают фтористый кальций, поверх него загружают фтористый натрий. Далее засыпают свежий криолит и кусковой оборотный электролит, либо смесь свежего криолита и фтористого натрия с расчетным криолитовым отношением 2,5-3,0. Допускается добавка до 10% оксида магния. Возможна частичная замена свежего криолита смесью флотационного и регенерированного.

После загрузки пусковых материалов напротив леток устанавливают желоба для заливки в ванну жидкого пускового материала. Лётки устанавливаются с таким расчётом, чтобы стекающая с них струя попадала под анод, не задевая периферийных швов, т.к. степень термообработки их к концу обжига все ещё ниже, чем в центре подины. При прямом попадании струи расплава возможно механическое разрушение периферийных швов.

Непосредственно пуск электролизера начинают с минимальным разрывом после завершения обжига подины, не допуская остывания подины и анодного массива. На практике известно два вида пуска ванн на электролиз – пуск на металле и пуск на электролите. Пуск ванн на металле производится в следующем порядке. Непосредственно после подготовки электролизера к пуску и загрузки в него пускового материала заливают один–два ковша жидкого алюминия. Далее в ванну заливается жидкий электролит и производится пуск её на электролиз.

Заливка металла в шахту предварительно прогретой ванны позволяет усреднить и повысить в среднем на 40-50⁰С температуру подины, завершить коксование периферийных швов и участков с недостаточным прогревом, т.е. завершить обжиг подины. Кроме того, слой алюминия защищает угольную подину от внедрения натрия при пуске на электролиз.

Отрицательным фактором пуска на металле следует считать опасность проникновения жидкого алюминия в трещины и поры в футеровке, т.к. жидкий алюминий обладает высокой текучестью. По этой причине пуск на металле применяется достаточно редко и технологи отдают предпочтение пуску на электролите.

При пуске ванны на электролите пусковая операция начинается с заливки в шахту от 6 до 20 т (в зависимости от мощности ванны) жидкого электролита. При этом скорость подачи ковшей должна быть достаточно быстрой, чтобы не допустить замерзания электролита в шахте ванны. Одновременно с заливкой электролита поднимают анод и повышают рабочее напряжение по следующему графику: после заливки первого ковша до 4-6 В, второго ковша - 6-8 В, третьего - до 9-10 В, после последующих ковшей напряжение удерживается в тех же пределах, но не выше 15 В. Этот график может уточняться по требованиям технологии.

К пуску ванны готовят несколько так называемых «ванн-маток», в которых производят наплавку пускового электролита. Дальнейшее наплавление электролита ведут путем переплавки оборотного электролита. После достижения температуры электролита 980-990⁰С, но не ранее, чем через 12 ч после пуска, начинается заливка жидкого металла. Критерием окончания наплавления электролита и металла может служить заполнение шахты расплавом до уровня не ниже 3-5 см от края борта, что предотвращает окисление бортовых плит.

Если количество заливаемого при пуске электролита недостаточно для нормальной работы электролизера, то анод поднимают до возникновения искусственной вспышки, т.е. повышают напряжение до 25-35 В, которое удерживается вплоть до стабилизации температуры электролита на нужном уровне. Это приводит к дополнительному выделению тепла и расплавлению загруженного пускового материала, в том числе оборотного электролита, смешанного регенерированного и свежего криолита, т.е. электролит искусственно наплавляется.

Пуск на вспышке требует больших энергетических затрат. Кроме того, при вспышке неизбежны большие потери сырья за счет уноса его в виде пыли и парогазовой смеси. Поэтому предпочтительнее заливать в пусковую ванну максимальное количество электролита. При пуске одиночных ванн после капитального ремонта такие возможности всегда имеются.

Пуск на электролите целесообразней производить при высокой температуре подины. При относительно низких температурах на подине образуются зоны застывшего электролита и подовые настыли, затрудняющие равномерное распределение тока. Это вызывает местные перегревы катодных блоков, сколы и разрушения.

При пуске на электролите в его состав должны входить соли кальция и магния. Катионы этих металлов, концентрируясь у поверхности угольной подины, служат электрохимической защитой от выделения свободного натрия и разрушающего проникновения его в угольную футеровку. Окончательный выбор того или иного способа пуска на электролиз определяется конкретными условиями обжига, наличием пускового сырья, жидкого металла и электролита.

С повышением единичной мощности электролизёров до 300-400 кА возникают серьёзные трудности с наплавкой большого количества пускового электролита. Использование для этих целей «ванн-маток» связано с выводом из нормального технологического состояния группы электролизёров, со снижением их производительности и ухудшением сортности металла. Поэтому весьма актуальна проблема создания специальной печи для наплавления электролита из исходного сырья. Наличие на крупном заводе такой печи обеспечит пуск ванн на электролиз без указанных выше проблем.

Признаки нормального пуска: наличие полной шахты расплава с температурой 970-980⁰С, равномерное распределение тока по штырям (анодам) и активное бурление электролита вокруг анодного массива, отсутствие признаков расслоения или «шелушения» катодных блоков, протеков расплава в катодную футеровку.

Тем не менее, во время пуска или в ближайшие 5-10 ч нередко имеют место протеки металла в окна для катодных стержней, покраснение бортов катодного кожуха и т.д. Восстановить нормальный режим в таких случаях удается только пропиковкой мест протёков оборотным электролитом с фтористым кальцием или магнезитом. Однако проникший к катодным стержням, под подовые блоки и в цоколь расплав в последующем может проявлять свое разрушающее действие при каждом выходе электролизера на «горячий ход».