Нарушения технологии электролиза алюминия

В процессе эксплуатации в электролизерах возникают различные нарушения технологического режима, которые можно разделить на нарушения: связанные с изменением теплового баланса, вызванные изменением состава электролита или нарушения в анодном узле. Такое разделение достаточно условно, поскольку многие виды нарушений взаимосвязаны, одно нарушение может порождать другое, и не всегда удается установить первопричину. Все нарушения развиваются постепенно и приводят к нежелательным явлениям и даже к серьезным авариям. Основными причинами нарушения нормальной работы электролизеров являются:

- несоблюдение инструкций по их обслуживанию,

- низкое качество сырья,

- перерывы в снабжении электроэнергией и др.

Горячий ход

Обычно горячий ход электролизера – следствие нарушения технологических параметров, когда приход тепла в ванну превышает ее расход, что приводит к повышению температуры электролита. По закону Джоуля–Ленца можно рассчитать приход электрической или тепловой энергии в систему:

Q =I² * R * τ или Q =I * U * τ

Повышенная или пониженная сила тока редко бывает причиной нарушения теплового режима ванны. Однако при горячем ходе электролизера осуществляют внеочередную проверку точности приборов учета электроэнергии – вольтметров, амперметров и счетчиков энергии. Известно, что

Uэл = d * ρ * l (11.1)

где d - плотность тока, А/см²

ρ - удельное электросопротивление, Ом*см

l – междуполюсное расстояние, см

Согласно уравнению (11.1), причинами горячего хода могут быть:

1) Увеличенное МПР, что приводит к повышению греющего напряжения и температуры расплава.

2) Повышенная плотность тока.

3) Заниженное МПР («зажатие» ванны). Возникает в результате замыкания части анода с металлом или через скопившуюся на электролите пену, в результате чего возрастает интенсивность обратных реакций и перегрев ванны.

А также:

4) Интенсивное протекание реакции окисления алюминия, во время которой выделяется большое количество тепла. Причинами этого могут быть заниженное МПР, малый уровень электролита, повышение циркуляции металла в ванне, установка новых анодов ниже или выше уровня остальных и пр.

5) Повышенное криолитовое отношение, тогда плохо отделяется угольная «пена» от электролита, что приводит к повышению сопротивления в МПР и к увеличению выделений энергии в нем.

6) Науглероживание электролита. За счет осыпания анода в электролите всегда присутствует углерод, около 0,1%. Основная часть углерода сгорает или всплывает на поверхность электролита и снимается с пеной. Однако при резком изменении КО и повышении температуры электролита выделение пены снижается, и содержание углерода в электролите возрастает до 1%. Тогда увеличивается его электросопротивление, растет напряжение и температура расплава. Своевременно не ликвидированный горячий ход электролизера с науглероженным электролитом может вызвать начало карбидообразования, или как называют его «образование грибов».

7) При чрезмерно большом слое алюминия затрудняется растворение осадков глинозема на подине, а это вызывает повышение сопротивления угольной подины и увеличение тепловыделений в алюминий.

Чтобы устранить горячий ход ванны, следует правильно определить его причину:

· Если причина в неправильно установленных параметрах, то следует привести их к норме:

- уменьшить МПР можно двумя способами – увеличить уровень металла или опустить анод;

- устранить науглероживание электролита – можно вызвать АЭ, при котором пена отделяется лучше;

- проверить и откорректировать состав электролита, загрузку глинозема;

- привести в порядок уровни металла и электролита и др.

Обычно после проведения этих операций ванна начинает работать нормально.

· Если горячий ход вызван местными перегревами, связанными с неровностями на подошве анода, их надо удалять вручную или поднять анод – в этом месте междуполюсное расстояние меньше среднего, плотность тока больше, и неровность срабатывается вследствие интенсивного расхода анода.

· Для электролизеров ОА местные перегревы могут быть вызваны неправильной установкой анодного блока по высоте: если новый блок поставлен слишком низко, то анодная плотность тока на нем повышается, электролит в этом месте перегревается. Нарушения распределения тока по анодному массиву могут быть вызваны плохими контактами между блоком и ниппелем или между стальной траверсой и алюминиевой штангой.

· Если быстро горячий ход не устраняется, то охлаждают электролит, загружая твердый Al или электролит.

Последствия горячего хода выражаются не только в понижении выхода по току и производительности электролизера, но и в ухудшении качества алюминия примесями, переходящими в него вследствие растворения гарниссажей и настылей, сформированных во время пуска электролизера и имеющих большое количество примесей.

Холодный ход

Редко встречающееся технологическое нарушение. Основная причина - недостаток прихода тепла в электролизер из-за понижения силы тока. Для устранения надо увеличить силу тока, а если это невозможно, то увеличить напряжение, т.е. междуполюсное расстояние. Второй распространенной причиной является высокий уровень металла, т.е. металл нарабатывается, расход тепла увеличивается, а приход остается постоянным. Для стабилизации состояния необходимо слить определенное количество металла.

При холодном ходе увеличиваются настыли, т.е. происходит замерзание электролита. Самое опасное, что металл может всплыть на поверхность. Дело в том, что при охлаждении увеличение плотности алюминия происходит быстрее, чем у криолита и в определенный момент их плотности сравниваются. Алюминий всплывает и происходит замыкание на анод.