Монтаж катодного устройства

Монтаж катодного устройства является очень ответственной операцией, от качества проведения которой в значительной мере зависит срок службы ванны. Монтаж новых катодов или их капитальный ремонт проводятся в цехе капитального ремонта электролизёров (ЦКРЭ) на специальных стендах. Все операции по монтажу катода обязательно проверяются отделом технического контроля завода.

Вначале на стенде устанавливают новый или отремонтированный катодный кожух. По длинным сторонам кожуха имеются окна для вывода наружу блюмсов. На дно кожуха засыпается выравнивающий слой сухой барьерной смеси (СБС) 3-5 см: сухой песок, шамотная крупка, глинозём и др.

На слой засыпки проводят кладку цоколя сначала из теплоизоляционного кирпича в два-три слоя, а затем из огнеупорного кирпича тоже два-три слоя. Кирпичи кладут впритирку, «насухо», в строгом соответствии с проектной документацией. По завершении кладки цоколя из пяти слоёв кирпичей, на него наносится защитный слой - «подушка» из подовой массы, глиноземная подсыпка или другие порошковые материалы для химической защиты футеровки от проникновения расплава. Защитная СБС наносится по специальной технологии, поверхность слоя должна быть строго горизонтальна, что проверяется с помощью уровней. На заводах и в институтах постоянно исследуют и применяют лучшие материалы для засыпок из СБС.

Затем на «подушку» устанавливают предварительно подготовленные подовые секции (рис. 6.2).

Подготовка подовых секций заключается в соединении блока и токоотводящего блюмса. К одному торцу блюмса предварительно приваривают алюминиевые ленты — гибкие спуски (рис. 6.2). Толщина лент 0,8-1 мм, количество 30-40 шт. Соединяют блюмс и блок, заливая расплавленным чугуном пространство между блоком и блюмсом, но предварительно их нагревают во избежание образования трещин в блоках из-за разницы в коэффициентах линейного расширения. Также можно соединять специальной электродной массой, но эта технология требует доработки. Смонтированные секции очищают, нумеруют, комплектуют по партиям и направляют на монтаж катодного устройства.

Рисунок 6.2 – Подготовленная катодная секция

Катодные блоки со смонтированными токоотводящими блюмсами устанавливаются в кожух ванны на огнеупорную и теплоизоляционную футеровку. Блоки устанавливают поперек ванны на одинаковом расстоянии 40 мм, при этом свободные концы блюмсов на одинаковую длину выходят наружу через окна в продольных сторонах кожуха (рис. 5.2). В электролизер устанавливаются секции, смонтированные из блоков одного производителя и не более чем из двух партий. Блоки не должны иметь сколов и трещин, превышающих допустимые размеры. Секции устанавливают с перевязкой центрального шва (рис. 5.2, 6.3). После установки блоков зазор в окне между блюмсом и катодным кожухом заделывают раствором асбеста на жидком стекле.

Рисунок 6.3 Проверка монтажа подины

В практике используют несколько модификаций подин:

- монолитные — когда длина блока почти равна ширине ванны. Но возникают сложности с установкой блока в корпус ванны, да и периферийные швы получаются более широкими, что снижает эффективность применения мо­нолитного блока. Для снижения ширины периферийных швов обычно идут двумя путями:

а) используют разъемные катодные кожухи со съемной боковой стенкой. Это усложняет конструкцию кожуха и делает практически невозможным проведение капитального ремонта ванны на месте ее установки из-за воздействия магнитного поля на сварочную дугу;

б) применяют кожух, у которого нижняя часть, где расположена футеровка, выполнена более узкой, а верхняя расширяется от уровня подины. Бортовая футеровка получается наклонной, что усложняет ее монтаж. К преимуществам таких кожухов относятся малая масса и стоимость, повышенная катодная плотность тока, что позитивно влияет на выход по току;

- полумонолитные склеенные блоки — наиболее совершенный и самый дорогой тип катода, который позволяет значительно продлить срок службы электролизера;

- двухсекционные (рис. 6.3), когда длина блоков разная и устанавливаются они в шахматном порядке, что делает подину более прочной. Это основная конструкция подины в алюминиевой промышленности России;

- многосекционные — не более четырех блоков, но используются редко из-за увеличения площади швов.

В мировой практике исследования направлены на создание тугоплавкой или инертной футеровки катода. Наиболее подходящими материалами являются бориды и карбиды титана и циркония, что позволит увеличить: в 5-10 раз съём алюминия с единицы площади катода и срок службы на 3-4 года, а на ≈ 30 % снизить расход электроэнергии

Затем по периметру ванны выкладывают бровку — невысокую кирпичную стенку (рис.5.1, 10).

На неё очень плотно устанавливают угольные плиты — бортовую футеровку. Перед установкой на поверхности бортовых плит, обращенных к периферийному шву, делают насечку (кернение) для лучшего контакта с подовой массой. Бортовые блоки на боковых гранях имеют полукруглые замковые пазы, которые специальной трамбовкой набивают подовой массой, и блоки скрепляются между собой (рис.5.1, 3). Завершается монтаж бортовой футеровки набойкой массы между верхом бортовых блоков и фланцевым стальным листом (рис. 5.1, 13), который служит обрамлением верха катодного устройства и защищает боковую футеровку от окисления и механических повреждений.

Одной из самых ответственных операций является набойка межблочных и периферийных швов (рис. 5.1, 8). Набойку швов производят только холодно-набивной подовой массой (ХНПМ), что повышает стойкость подин.

Смонтированное катодное устройство транспортируется в корпус электролиза, но оно не попадает на старое место, поскольку на это место уже установлено готовое катодное устройство, доставленное из цеха капитального ремонта. При такой системе простой ванн на ремонте сократился с 22 — 25 до 7 – 5 суток.

Сразу же после демонтажа электролизёра и перевоза его в ЦКРЭ, начинают обязательную проверку фундамента (четыре ригельные балки) и опорных конструкций, на которые устанавливается катод. При необходимости их ремонтируют или заменяют. Через 4-7 дней на это место устанавливают новый или отремонтированный катод.

Одновременно с ремонтом катодного устройства в ЦКРЭ, в корпусе электролиза ведут ремонтные работы на анодном устройстве: определяют пригодность анода для дальнейшего использования, устраняют нарушения в анодном кожухе, в сварочных узлах на анодных спусках, при необходимости меняют контактные замки на анодной ошиновке, ликвидируют неисправности на опорных металлоконструкциях, проводят ремонт механизмов подъема и т.д.

После тщательной установки катодного устройства на фундаменте, к металлоконструкциям подвешивается анод, подсоединяется анодная и катодная ошиновка и электролизёр подготавливается к обжигу и пуску.