Сделай Сам Свою Работу на 5

Устройство электролизера и факторы, влияющие на срок его службы





 

Электролизные ванны 80-х годов 19 века и электролизеры, применявшиеся в промышленности вплоть до конца 20-х—начала 30-х годов 20 века, 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 20 века начинается новый этап развития конструкции электролизных ванн.

Еще в начале прошлого века 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.



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.

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.

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.

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. 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.

Анодное устройство

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

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 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 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

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.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.