Основы электролиза
жүктеу/скачать 7.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Q эл + Q ан = Q разл + Q мет + Q газ + Q окр
C + 2F2 → CF4↑ кроме газообразного CF4, на подошве анода образуются твёрдые фтороуглероды, имеющие высокое электросопротивление. ● образуется газовая плёнка – электроизолятор, поднимается напряжение, пробивая плёнку путём искрового разряда. ● электрические дуги локализуются на выступах, что выравнивает подошву анода. Анодный эффект можно погасить перемешиванием расплава, введением жердей, погружением или качанием анода и другими методами. Частота анодных эффектов зависит от конструкции ванны и метода питания её глинозёмом. Для ванн ОА с точечным питанием она составляет 0,05 - 0,2. По напряжению вспышки делят на тусклые 10-25В и ясные (по накалу нити сигнальной лампочки – отсюда и название «вспышка») 25-50В. Напряжение анодного эффекта зависит от многих факторов, в частности, тусклые вспышки наблюдаются: • при шероховатой поверхности анода • при наличии «конусов» или коротких замыканий • при большой запенённости электролита • при высокой температуре электролиза Анодный эффект ведёт к перерасходу электроэнергии, фтористых солей и снижению производительности электролизёров. Поэтому стремятся работать при возможно меньшей частоте вспышек. Но переход к технологии без анодных эффектов пока считают нецелесообразным, так как вспышка служит контролем хода электролизёра. Ясные, легко устраняемые вспышки – признак хорошего качества электролита и отсутствия неровностей на подошве анода, нарушающих равномерное распределение тока в электролизёре. Анодные эффекты также подразделяются на «штатные и «нештатные». «Штатные» анодные эффекты вызываются искусственно и призваны показать, что питание электролизера глиноземом подобрано правильно. Сейчас достаточно методов контроля работы электролизёра, поэтому «штатные» АЭ практически не задаются. «Нештатные» анодные эффекты возникают когда выбранная частота питания недостаточна, либо произошла поломка системы АПГ вследствие чего необходимое количество глинозема, не попадает в электролит.
Алюминий обладает свойством растворяться в электролите, что приводит к значительным потерям металла, происходит обратная реакция, приводящая к тому, что полученный электролизом алюминий снова превращается в глинозём. Это неизбежные потери, которые служат причиной снижения выхода по току. Выход по току зависит от множества факторов и составляет от 0,82 до 0,96. Чаще выход по току выражают в процентах. Сейчас выход по току составляет в среднем по Саяногорскому алюминиевому заводу свыше 93%. 
Выход по току определяется конструктивными и технологическими параметрами электролизёров. Рассмотрим главные причины, от которых зависит его величина. Температура электролита находится в пределах 950-960°С. Считается, что рост температуры на 10°С снижает выход по току примерно на 2%, так как увеличивается растворимость алюминия. При сильном понижении температуры выход по току также снижается (из-за механических потерь алюминия), так как вязкость электролита увеличивается и в нём «запутывается» металл. Из-за повышения плотности электролита, при снижении температуры, металл может всплыть на поверхность и окислиться кислородом воздуха. Температура электролита определяется, прежде всего, его составом, то есть зависит от КО и количества добавок. Межполюсное расстояние существенно влияет на выход по току. Чем ближе анод к поверхности расплавленного металла, то есть чем меньше МПР, тем легче перенос растворённого алюминия к аноду, тем больше его окисление и потери. С увеличением МПР затрудняется попадание металла в зону анодных газов, снижаются его потери, повышается выход по току. Вместе с тем, при увеличении МПР, возрастает сопротивление слоя электролита, повышается напряжение на электролизёре, что ведёт к увеличению расхода электроэнергии. Поэтому МПР выбирают таким, чтобы оно обеспечивало минимальную стоимость выпускаемого алюминия. Экономически целесообразным считается МПР 5-5,5см. Снижение уровня электролита приводит к снижению растворимости глинозёма и появлению осадка и коржей, а, следовательно, неравномерному токораспределению в электролизёре, усилению горизонтальных токов, повышенному волнению металла и, как следствие, к снижению выхода по току. Основные пути достижения высокого выхода по току, сокращающие обратную реакцию – это улучшение стабильности электролизёров (должны быть низкие шумы), высокое содержание AlF3 (должны быть малые отклонения, низкая температура электролита и минимальный перегрев, уменьшение влияния магнитных полей, низкое содержание примесей (фосфор). Сейчас средний выход по току на САЗе выход по току составляет свыше 93%.
В последнее время для футеровки бортов находят применение новые материалы. Например, на РА-300 в качестве бортовой футеровки используется карбидкремниевая плита толщиной 70мм. Подовая масса служит для набойки межблочных и периферийных швов, для ремонта бортовой футеровки, а также для накатки подушки под подовые блоки. Её изготавливают из антрацита, графита или прокалённого кокса, а в качестве связующего используют каменноугольную смолу, пек, полимеры. Важнейшими свойствами подовой массы, влияющими на срок службы катода, являются уплотняемость при набойке, степень усадки или расширения после обжига, качество наполнителя и связующего.  
Набойка межблочных и периферийных швов на РА-300 набоечной машиной BROCHOT. Применяется подовая масса BST 18/1 (Польша). Набойка проводится в шесть слоёв. Степень уплотнения контролируется замером насыпного и набитого слоёв. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы используются для снижения потерь тепла и защиты катодного кожуха от высокой температуры. По назначению эти материалы делятся на:
Огнеупорные материалы должны обеспечивать медленное проникновение электролита, сохранять форму и объём, а также исключать попадание электролита в зону теплоизоляции. Для этого широко используют шамотный кирпич, который дешевле других огнеупоров. Основной недостаток – при взаимодействии с фторидами они могут расширяться. Теплоизоляционные материалы должны обладать низкой теплопроводностью. В России широко используют диатомитовый кирпич марок Д-500 и Д-600. В качестве барьерных материалов применяют подушки из подовой массы, глинозёма и других материалов. В последнее время в качестве барьеров используют сухие барьерные смеси (СБС). СБС имеют следующие преимущества перед кирпичной кладкой:
 
Засыпка СБС на огнеупорный слой. Уплотнение СБС площадочным вибратором. Пена. Пена – это не сгоревшие частицы сухого прокалённого кокса. Связующее сгорает полностью, а прокалённый кокс из-за разности химических свойств, скорости сгорания и более крупных фракций сгореть полностью не успевает. Пена также образуется при осыпании неукрытых анодов. Основная часть пены обычно всплывает на поверхность электролита и её необходимо своевременно снимать. Плотность: пены – 2.03-2.05г/см3 электролита – 2.08-2.1г/см3. При нормальных условиях, когда электролит имеет нормальную температуру и КО=2.5, пена не смачивается электролитом и выталкивается наверх, частично догорая в огоньках кислородом воздуха: 2С+О2=2СО Но существуют условия, при которых пена не отделяется, а поглощается – это высокие КО и температура процесса, высокого содержания примесей фосфора. Её частицы, попав в электролит, назад не возвращаются, содержание углерода в электролите возрастает с 0,1 до 1%, то есть в 10 раз, увеличивается его электросопротивление, растёт напряжение и температура расплава.
Натриевое расширение возрастает с повышением плотности тока. Поэтому неравномерность распределения тока по отдельным подовым блокам приводит к их неравномерному износу и преждевременному разрушению подины. Неравномерный обжиг и термоудар происходит при обжиге или пуске. Трещины могут образоваться из-за неравномерного токораспределения при обжиге на коксовой крупке (семечках). Такой обжиг с полным током серии является грубым, поэтому требует применение шунтов. Обжиг газовыми горелками также должен быть очень мягким.  Расслоение набитой массы. Вязкость массы очень зависит от температуры. Охлаждение между слоями может привести к расслоению. По возможности необходимы предварительный нагрев блоков подины, быстрое проведение и контроль при набивке.
Холодная масса не должна быть переутрамбована. а) поверхностное обогащение связующей мелочью («жирная» масса). б) дробление частиц поверхностного слоя («сухая» масса). Усадка подовой массы происходит при обжиге, потому что плотность кокса больше плотности связующего. Обычно имеет место усадка массы из-за испарения. Т 1- поперечные трещины 2- продольные трещины Для уменьшения негативного влияния усадки необходимо сокращать длину и ширину швов.
Типичные трещины, которые могут появиться при заливке блюмсов чугуном. А – трещина стенки, Б – угловая трещина Для снижения образования трещин в стенках проводят соответствующий предварительный нагрев блока/блюмса с чугунной заливкой (до 470-520˚С) или учёт геометрических параметров при набивке массы/склеивании. Блюмс должен иметь возможность скольжения по пазу. Если используется подовая масса или клей, то должна быть ровная поверхность блюмса, если блюмс заливается чугуном, то должна быть ровная поверхность паза. Должен быть достаточно большой радиус выемки в пазе.
фланцевый лист трещина изгиба подовая масса блок подины Деформация подины из-за проникновения расплава под блоки. 
Линза – смесь электролита, алюминия, карбида алюминия Al4C3, фторидов и огнеупорной футеровки. Разрушения бортовой футеровки. О
С  итуация ухудшается, когда подсос воздуха происходит через отверстия в катодном кожухе, в которые проходит блюмс. Тогда процесс окисления значительно ускоряется.
Эти нарушения часто встречаются на практике и, если не следить за состоянием настыли и гарниссажа в районе границы металл-электролит, то бортовая футеровка выйдет из строя за 1,5 – 2 года. Ионы натрия, проникая в угольную футеровку, приводят к разбуханию, разрыхлению и расслоению бортовой угольной футеровки. Из-за температурного и натриевого расширения блоки работают на сжатие, при этом возможно образование трещин в блоках, их шелушение и скалывание или вспучивание бортовой футеровки, отмечается деформация борта. Деформация старых и слабых кожухов может привести к образованию пустот между угольной бортовой стенкой и кожухом – это ненамеренное «переутепление». Разрушения катодного кожуха:
Тепловой баланс электролизёра. П где Qэл – приход тепла от прохождения электрического тока Qан – приход тепла от сгорания углерода анода Qразл – расход тепла на разложение глинозёма и другие электрохимические реакции Qмет – тепло, удаляемое с выливаемым металлом Qгаз – тепло, удаляемое с отходящими газами Qокр – потери тепла в окружающее пространство Тепловой баланс электролизёра:
жүктеу/скачать 7.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
спользуемые в промышленности катодные блоки имеют паз, в который с противоположных сторон вставляются катодные стержни (блюмсы). Собранную подовую секцию после предварительного нагрева до заданных параметров устанавливают на участок заливки чугуном. Закрепление катодных стержней в пазу блока выполняют путём заливки расплавленного синтетического чугуна в пространство между стержнем и стенками паза. Охлаждение залитых подовых секций до температуры окружающей среды производится естественным путём. После остывания, при помощи перфоратора и отбойного молотка, выполняется набойка потая. Выступающую часть блюмсов, исключая контактную поверхность, покрывают коллоидно-графитовым препаратом.
епловое расширение при нагреве до 500˚С благотворно влияет на состояние швов, так как в это время заполняются пустоты в швах. Но по мере роста температуры при обжиге подины начинается усадка швов и появляются трещины, а также происходит отрыв швов от тела блока. При длине шва 27 м усадка может достигать 100мм, а при ширине шва 160мм общая площадь образовавшихся трещин составит 160мм2, что представляет серьёзную опасность для ванны. Однако тепловое расширение самих подовых блоков ослабляет негативное влияние усадки швов.
сновные причины:
ри определённых рабочем напряжении, температуре электролита, толщине настылей и ФРП, в электролизёре устанавливается тепловой баланс, то есть приход тепла равен его расходу. Уравнение теплового баланса может быть выражено в виде: